曾 娟

全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心, 北京 100125

我國草地螟輕發(fā)年份時(shí)空特征及其氣候背景

曾 娟*

全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心, 北京 100125

揭示我國草地螟在長時(shí)間序列上的年度間變化規(guī)律，探明輕發(fā)年份特點(diǎn)和研究意義，闡釋氣候變化背景對草地螟發(fā)生的影響方式。分析了1949—2012年我國草地螟發(fā)生面積的時(shí)間序列和輕重年份差異，利用2006—2012年北方主發(fā)區(qū)每年各代次各蟲態(tài)發(fā)生期出現(xiàn)時(shí)間、有效持續(xù)時(shí)間和發(fā)生縣點(diǎn)數(shù)等數(shù)據(jù)分析了輕發(fā)年份的時(shí)空分布特征。在1951—2012年可追溯的時(shí)間序列上，研究了北方草地螟主發(fā)區(qū)(169個(gè)具有連續(xù)氣象資料的發(fā)生站點(diǎn))年平均氣溫、1月月平均氣溫、6—8月累計(jì)降雨量等氣候背景變化趨勢與草地螟年度發(fā)生動態(tài)的相關(guān)性。結(jié)果表明：(1)在62年的長時(shí)間序列上，我國草地螟輕發(fā)年份頻次多于重發(fā)年份；(2)輕發(fā)年份的總體特征是發(fā)生期遲、發(fā)生盛期短、發(fā)生區(qū)域少；(3)大尺度氣象條件變化是引起草地螟年度發(fā)生動態(tài)波動的重要因素，與1951—2012年年度發(fā)生面積進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，年平均氣溫和1月份月平均氣溫與草地螟發(fā)生面積呈顯著正相關(guān)關(guān)系，6—8月累計(jì)降雨量與發(fā)生面積呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。分析指出，輕發(fā)年份是草地螟種群長期消長動態(tài)中不可忽視的環(huán)節(jié)，對輕發(fā)年份的研究是揭示其年度發(fā)生變化規(guī)律的重要途徑；在長時(shí)間序列的分析方法上，可采用年度發(fā)生(幼蟲)面積作為判斷輕重年份發(fā)生程度的主要量化指標(biāo)；利用草地螟發(fā)生區(qū)多點(diǎn)大尺度氣象數(shù)據(jù)，與年度發(fā)生面積進(jìn)行相關(guān)性分析，可作為闡釋氣候背景影響草地螟長期發(fā)生趨勢的方法之一。

草地螟; 輕發(fā); 時(shí)空特征; 氣候

草地螟LoxostegesticticalisL.是廣泛分布于歐亞大陸干旱、半干旱地區(qū)的世界性害蟲，在暴發(fā)年份對農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)造成巨大影響和嚴(yán)重威脅；在與氣候、生態(tài)等環(huán)境條件協(xié)同進(jìn)化的過程中，草地螟具備了遠(yuǎn)距離遷飛、滯育、產(chǎn)卵選擇和間歇性暴發(fā)等生存對策和環(huán)境適應(yīng)機(jī)制，具有種群時(shí)空波動的典型現(xiàn)象。在國外，草地螟的研究歷史由來已久，前蘇聯(lián)地區(qū)從 19 世紀(jì)中期至20世紀(jì)70年代一直有草地螟大發(fā)生的記載[1]；20世紀(jì)70年代以后，關(guān)于草地螟在西西伯利亞、西伯利亞和遠(yuǎn)東地區(qū)、哈薩克斯坦以及俄羅斯歐洲部分和亞洲部分的大發(fā)生記載也在持續(xù)[2-7]。在我國，新中國成立以來，草地螟已經(jīng)出現(xiàn)了3個(gè)暴發(fā)為害周期[8]?？傮w看來，無論從草地螟年度間發(fā)生的歷史變化規(guī)律來講，還是從年度內(nèi)發(fā)生的時(shí)空分布動態(tài)來講，不同暴發(fā)周期之間、同一個(gè)暴發(fā)周期內(nèi)的不同年份之間，草地螟發(fā)生期早晚、持續(xù)時(shí)間長短、重發(fā)區(qū)域分布和最終為害程度均存在顯著差異，且這種差異不僅體現(xiàn)在大發(fā)生年份與輕發(fā)年份之間，也體現(xiàn)在總體輕發(fā)的不同年份之間。然而，對于暴發(fā)周期的研究往往集中分析大發(fā)生年份的發(fā)生特點(diǎn)、蟲源推演和環(huán)境促使因素[9-13]，對輕發(fā)年份鮮有關(guān)注；而對于輕發(fā)年份的記載也往往以單一年度為對象[14-17]，缺乏更為深入的系統(tǒng)性、對比性研究。與重發(fā)年份一樣，輕發(fā)年份同樣是構(gòu)成草地螟長周期種群波動不可或缺的環(huán)節(jié)，因此很有必要對草地螟種群數(shù)量低谷期的時(shí)空分布特征和主導(dǎo)因素進(jìn)行研究，這樣有助于對草地螟發(fā)生的時(shí)空變化規(guī)律形成普遍性結(jié)論和宏觀性判斷。

本文以草地螟輕發(fā)年份為研究對象，總結(jié)輕發(fā)特點(diǎn)的共同性，比較時(shí)空分布的多樣性，分析氣象條件的大尺度變化與草地螟發(fā)生輕重的相關(guān)性，對掌握草地螟發(fā)生危害的年度差異、闡明氣候變化對其發(fā)生趨勢的持續(xù)影響，提高監(jiān)測預(yù)警水平具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 我國草地螟1949—2012年度發(fā)生面積波動分析

草地螟蟲情資料系全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心收集整理。1949—2012年全國草地螟(幼蟲)年度發(fā)生面積資料分為三個(gè)階段，其中1949—1978年數(shù)據(jù)引自《中國植物保護(hù)五十年》[18]，1979—1995年數(shù)據(jù)引自《全國植保專業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》，以上兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)全國草地螟年度發(fā)生面積由“大豆草地螟”、“其他糧作草地螟”和“其他經(jīng)作草地螟”發(fā)生面積合計(jì)得出；1996—2012年數(shù)據(jù)由北方農(nóng)牧區(qū)各省草地螟年度發(fā)生統(tǒng)計(jì)表中各代次(幼蟲)在農(nóng)田、林地、草場的發(fā)生面積數(shù)據(jù)合計(jì)得出。

根據(jù)我國草地螟發(fā)生面積數(shù)據(jù)三個(gè)歷史階段統(tǒng)計(jì)方法、數(shù)據(jù)涵蓋內(nèi)容和資料整齊度的差異，且三個(gè)暴發(fā)周期分別處于三個(gè)不同的歷史階段，因此按1953—1959年、1979—1985年、1996—2012年3個(gè)暴發(fā)周期分別進(jìn)行年度發(fā)生面積的時(shí)間序列分析。在同一個(gè)暴發(fā)周期內(nèi)，假定其為遵從正態(tài)分布的隨機(jī)變量，計(jì)算年度發(fā)生面積序列的均值μ和標(biāo)準(zhǔn)誤σ，以明確序列內(nèi)的總體發(fā)生水平和離散程度，并以(μ±σ)作為得出同一暴發(fā)周期內(nèi)重發(fā)生、輕發(fā)生年份的閾值劃分標(biāo)準(zhǔn)：發(fā)生面積大于(μ+σ)的，計(jì)為重發(fā)生；發(fā)生面積小于(μ-σ)的，計(jì)為輕發(fā)生；發(fā)生面積在(μ-σ)與(μ+σ)之間的，計(jì)為一般發(fā)生。

1.2 我國草地螟2006—2012年時(shí)空分布特征分析

2006—2012年草地螟年度時(shí)空分布特征資料，包括我國北方主要發(fā)生省份每年各代次各蟲態(tài)發(fā)生期出現(xiàn)時(shí)間、持續(xù)時(shí)間和發(fā)生縣點(diǎn)數(shù)。同一年份內(nèi)的同一項(xiàng)數(shù)據(jù)，按照草地螟發(fā)生主要區(qū)域進(jìn)行細(xì)分，具體分為內(nèi)蒙古中西部(自巴彥淖爾至錫林郭勒盟)、內(nèi)蒙古東南部(通遼市、赤峰市)、內(nèi)蒙古東北部(興安盟、呼倫貝爾市)、河北、山西、北京、天津、遼寧、吉林、黑龍江、陜西、寧夏、新疆北疆、新疆南疆共計(jì)14個(gè)區(qū)域。

1.2.1 發(fā)生期早晚

每一年份內(nèi)，分別收集14個(gè)草地螟發(fā)生區(qū)域的越冬代成蟲、一代幼蟲、一代成蟲、二代幼蟲的始見期或盛期，按旬統(tǒng)計(jì)同一蟲態(tài)在各發(fā)生區(qū)域出現(xiàn)時(shí)間分布頻次，如2006年內(nèi)蒙古中西部越冬代成蟲始見期為5月14日，則將其歸入5月中旬并計(jì)頻次。在Excel中作2006—2012年各蟲態(tài)發(fā)生期出現(xiàn)早晚頻次的面積堆積圖。

1.2.2 盛期持續(xù)時(shí)間

每一年份內(nèi)，分別收集14個(gè)草地螟發(fā)生區(qū)域的越冬代成蟲、一代幼蟲、一代成蟲、二代幼蟲的發(fā)生盛期，并乘以各發(fā)生區(qū)域內(nèi)的實(shí)際見蟲縣點(diǎn)數(shù)，得出該區(qū)域內(nèi)該蟲態(tài)發(fā)生的有效持續(xù)時(shí)間。利用DPS9.50軟件，對2006—2012年各蟲態(tài)發(fā)生盛期的有效持續(xù)時(shí)間進(jìn)行方差分析(顯著性差異0.05)。

1.2.3 發(fā)生區(qū)域

每一年份內(nèi)，分別收集14個(gè)草地螟發(fā)生區(qū)域的越冬代成蟲、一代幼蟲、一代成蟲、二代幼蟲的發(fā)生縣點(diǎn)數(shù)。在Excel中作2006—2012年各蟲態(tài)發(fā)生區(qū)域數(shù)的柱狀圖。

1.3 大尺度氣象條件影響分析

1.3.1 氣象數(shù)據(jù)處理

氣象資料來自中國氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。參照霍治國等[19]分析長時(shí)間序列上氣象條件與蟲害發(fā)生面積相關(guān)性方法，將全國564個(gè)氣象站點(diǎn)與我國北方草地螟發(fā)生區(qū)域(2006—2012年草地螟發(fā)生縣級點(diǎn))進(jìn)行比對，篩選出169個(gè)草地螟發(fā)生區(qū)氣象站點(diǎn)，采用各氣象站點(diǎn)1951—2012年大尺度氣象資料(1949—1950年所有站點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)缺測)，包括年平均氣溫、1月份平均氣溫和6—8月份累計(jì)降水量。

設(shè)x因子第i個(gè)站點(diǎn)第j年表示為xij(i=1,2,…，169；j=1,2,…，61)，則草地螟發(fā)生區(qū)第j年x因子的年度平均值為：

(1)

1.3.2 相關(guān)性分析

在Excel中，結(jié)合草地螟年度發(fā)生面積，對1951—2012年草地螟發(fā)生區(qū)各氣象因子的年度平均值進(jìn)行時(shí)間序列分析，作出各氣象因子和草地螟發(fā)生面積年度變化趨勢線，并進(jìn)行比較。利用DPS9.50軟件，對各氣象因子與草地螟年度發(fā)生面積的相關(guān)性進(jìn)行分析，計(jì)算得出線性方程及相關(guān)指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地螟輕發(fā)年份特點(diǎn)

2.1.1 輕發(fā)年份頻次多于重發(fā)年份

1949—2012年，我國草地螟發(fā)生面積的年度變化呈現(xiàn)明顯的周期性，能引起農(nóng)作物受害的年份集中于3個(gè)暴發(fā)周期，其余年份為間歇期(圖1)。同一個(gè)暴發(fā)周期內(nèi)，根據(jù)不同年份發(fā)生面積與平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤之間關(guān)系，區(qū)分重發(fā)生年(圖1中實(shí)心五角星標(biāo)注)、輕發(fā)生年(圖1中空心五角星標(biāo)注)和一般發(fā)生年，結(jié)果表明，3個(gè)暴發(fā)周期內(nèi)輕發(fā)生年份出現(xiàn)頻次多于重發(fā)生年份。如，第一暴發(fā)周期內(nèi)(1953—1959年)，3a為輕發(fā)生，2a為重發(fā)生，2a為一般發(fā)生；第二暴發(fā)周期內(nèi)(1979—1985年)，3a為輕發(fā)生，1a為重發(fā)生，3a為一般發(fā)生；第三暴發(fā)周期內(nèi)(1996—2012年)，9a為輕發(fā)生，5a為重發(fā)生，3a為一般發(fā)生?？傮w來看，暴發(fā)周期內(nèi)，輕發(fā)生年份出現(xiàn)比率為48.4%，重發(fā)生年份出現(xiàn)比率為25.8%，一般年份出現(xiàn)比率為25.8%，即在暴發(fā)周期中輕發(fā)生年份占多數(shù)。

圖1 我國1949—2012年草地螟發(fā)生面積及輕重年份對比Fig.1 Comparison of meadow moth occurrence area during 1949—2012 in China

草地螟間歇期發(fā)生面積更能體現(xiàn)“輕發(fā)”的普遍性。處于間歇期的年份共有33a，占整個(gè)統(tǒng)計(jì)周期(64a)的51.6%。間歇期內(nèi)，發(fā)生面積為0的年份有18a，占間歇期的54.5%；發(fā)生面積為0—1 萬hm2的年份有4a，發(fā)生面積為1—3 萬hm2的年份有8a，二者合計(jì)占間歇期的36.4%；其余4a發(fā)生面積為5—20 萬hm2。

2.1.2 輕發(fā)年份發(fā)生期遲

2006—2012年，我國北方每年度各代次各蟲態(tài)的發(fā)生期頻次分布(14個(gè)草地螟發(fā)生區(qū)域累計(jì)值)，總體特點(diǎn)為重發(fā)年份發(fā)生期偏向提前分布、輕發(fā)年份發(fā)生期偏向推遲分布，即重發(fā)年份發(fā)生期偏早、輕發(fā)年份發(fā)生期偏遲(圖2)。7a中，各代次各蟲態(tài)一般出現(xiàn)時(shí)期(分布頻次超過50%以上)及頻次比率、提前時(shí)期和推遲時(shí)期中重發(fā)年份和輕發(fā)年份的分布頻次具體如下：

圖2 我國草地螟2006—2012年各世代各蟲態(tài)發(fā)生時(shí)期頻次Fig.2 Occurrence frequency of meadow moth in each stage and generation during different periods among 2006—2012 in China

越冬代成蟲始見期 一般出現(xiàn)在4月下旬至5月中旬，出現(xiàn)頻次占66.7%；提前出現(xiàn)時(shí)期為4月上旬至中旬，其中，重發(fā)年份(2008、2009年)出現(xiàn)4次，輕發(fā)年份(2010、2011年)出現(xiàn)3次；推遲出現(xiàn)時(shí)期為5月下旬至6月中旬，其中重發(fā)年份(2008、2009年)出現(xiàn)4次，輕發(fā)年份(2006、2010、2011、2012年)出現(xiàn)9次。

越冬代成蟲盛期 一般出現(xiàn)在5月下旬至6月中旬，出現(xiàn)頻次占56.0%；提前出現(xiàn)時(shí)期為4月下旬至5月中旬，其中，重發(fā)年份(2009年)出現(xiàn)8次，輕發(fā)年份(2011、2012年)出現(xiàn)2次；推遲出現(xiàn)時(shí)期為6月中旬至下旬，其中重發(fā)年份未出現(xiàn)，輕發(fā)年份(2006、2010、2011、2012年)出現(xiàn)8次。

一代幼蟲盛期 一般出現(xiàn)在6月中旬至下旬，出現(xiàn)頻次占71.1%；提前出現(xiàn)時(shí)期為6月上旬，其中，重發(fā)年份(2008、2009年)出現(xiàn)4次，輕發(fā)年份(2010、2011、2012年)出現(xiàn)6次；推遲出現(xiàn)時(shí)期為7月上旬至中旬，其中重發(fā)年份未出現(xiàn)，輕發(fā)年份(2006、2012年)出現(xiàn)2次。

一代成蟲盛期 一般出現(xiàn)在7月上旬至8月上旬，出現(xiàn)頻次占67.7%；提前出現(xiàn)時(shí)期為6月下旬，其中，重發(fā)年份(2009年)出現(xiàn)1次，輕發(fā)年份(2010年)出現(xiàn)5次；推遲出現(xiàn)時(shí)期為8月中旬至下旬，其中重發(fā)年份(2008年)出現(xiàn)1次，輕發(fā)年份(2006年)出現(xiàn)2次。

二代幼蟲盛期 一般出現(xiàn)在7月下旬至8月中旬，出現(xiàn)頻次占63.0%；提前出現(xiàn)時(shí)期為7月中旬，其中，重發(fā)年份(2009年)出現(xiàn)2次，輕發(fā)年份(2010年)出現(xiàn)1次；推遲出現(xiàn)時(shí)期為8月下旬至9月中旬，其中重發(fā)年份(2008年)出現(xiàn)1次，輕發(fā)年份(2006、2010、2012年)出現(xiàn)6次。

2.1.3 輕發(fā)年份發(fā)生盛期短

我國北方每年度各代次各蟲態(tài)發(fā)生盛期有效持續(xù)時(shí)間(14個(gè)草地螟發(fā)生區(qū)域平均值)，2006—2012年的不同年份之間存在顯著性差異，且這種差異集中體現(xiàn)了重發(fā)年份與輕發(fā)年份的不同(圖3)。具體表現(xiàn)為：

圖3 我國草地螟2006—2012年各世代各蟲態(tài)發(fā)生盛期有效持續(xù)時(shí)間Fig.3 Effectively continuing period of meadow moth in each stage and generation among 2006—2012 in China

越冬代成蟲盛期有效持續(xù)時(shí)間，2009年為299.8 d，2007年為109.6 d，2008年為53.4 d，其余年份為50 d以下；在P≤5%的顯著性水平進(jìn)行差異分析，2009年(重發(fā)年份)顯著多于其他年份，其他年份彼此之間差異不顯著。

一代幼蟲盛期有效持續(xù)時(shí)間，2009年為223.4 d，2007年為71.4 d，2008年為60.0 d，其余年份為50 d以下；在P≤5%的顯著性水平進(jìn)行差異分析，2009年(重發(fā)年份)顯著多于2006、2010、2011年(均為輕發(fā)年份)，2007年(一般發(fā)生年份)、2008年(重發(fā)年份)和2012年(輕發(fā)年份)介于以上二種差異之間。

一代成蟲盛期有效持續(xù)時(shí)間，2008年為229.6 d，其余年份為40 d以下；在P≤5%的顯著性水平進(jìn)行差異分析，2008年(重發(fā)年份)顯著多于其他年份，其他年份之間差異不顯著。

二代幼蟲盛期有效持續(xù)時(shí)間，2008年為320.7 d，其余年份為20 d以下；在P≤5%的顯著性水平進(jìn)行差異分析，2008年(重發(fā)年份)顯著多于其他年份，其他年份之間差異不顯著。

2.1.4 輕發(fā)年份發(fā)生區(qū)域少

我國北方每年度各代次各蟲態(tài)發(fā)生區(qū)域涉及縣點(diǎn)數(shù)，2006—2012年的不同年份之間存在明顯差異，且這種差異集中體現(xiàn)了重發(fā)年份與輕發(fā)年份的不同(圖4)。具體表現(xiàn)為：

越冬代成蟲發(fā)生區(qū)域涉及縣點(diǎn)數(shù)，2009年為261個(gè)，2007年為110個(gè)，2008年為97個(gè)，2010—2012年為70—80個(gè)，2006年為34個(gè)；一代幼蟲發(fā)生區(qū)域涉及縣點(diǎn)數(shù)，2009年為152個(gè)，2008年為82個(gè)，2007年為79個(gè)，2006年及2010—2012年為30—40個(gè)。7a間，越冬代成蟲和一代幼蟲的發(fā)生區(qū)域數(shù)差異特點(diǎn)表現(xiàn)一致，即，2009年(重發(fā)年份)明顯偏多，輕發(fā)年份(2006年、2010—2012年)明顯偏少，2008年(重發(fā)年份)和2007年(一般發(fā)生年份)居中。

圖4 我國草地螟2006—2012年各世代各蟲態(tài)發(fā)生區(qū)域數(shù)(縣級)Fig.4 Occurrence regions (counties) of meadow moth in each stage and generation among 2006—2012 in China

一代成蟲發(fā)生區(qū)域涉及縣點(diǎn)數(shù)，2008年為352個(gè)，2009年為88個(gè)，2007年及2010—2012年為40—60個(gè)，2006年為4個(gè)；二代幼蟲發(fā)生區(qū)域涉及縣點(diǎn)數(shù)，2008年為252個(gè)，2009年為35個(gè)，2007年及2010—2012年為15—25個(gè)，2006年為1個(gè)。7a間，一代成蟲和二代幼蟲的發(fā)生區(qū)域數(shù)差異特點(diǎn)表現(xiàn)一致，即，2008年(重發(fā)年份)明顯偏多，輕發(fā)年份及一般發(fā)生年份(2006年、2010—2012年及2007年)明顯偏少，2009年(重發(fā)年份)居中。

2.2 大尺度氣象條件變化趨勢與草地螟年度發(fā)生動態(tài)的相關(guān)性

2.2.1 年平均氣溫

1951—2012年，我國北方草地螟發(fā)生區(qū)年平均氣溫(169點(diǎn)平均值)與草地螟年度發(fā)生面積的時(shí)間序列走勢一致(圖5)。具體表現(xiàn)為：1)在62a的時(shí)間序列上，年平均氣溫與年度發(fā)生面積總體呈遞增趨勢，且趨勢線斜率近似。2)在草地螟第二、三暴發(fā)周期內(nèi)，年平均氣溫與年度發(fā)生面積的走勢高度一致。如第二暴發(fā)周期內(nèi)，年平均氣溫與年度發(fā)生面積兩條曲線都出現(xiàn)2個(gè)峰，峰型形似；最大峰值同時(shí)出現(xiàn)在1982年；在暴發(fā)周期開始和結(jié)束的年份，兩條曲線同時(shí)回落到趨勢線平均值以下。又如第三暴發(fā)周期內(nèi)，年平均氣溫與年度發(fā)生面積兩條曲線都出現(xiàn)5個(gè)峰，峰型相似；盡管二者峰值出現(xiàn)年份不一致，但重發(fā)年份(1999、2002、2004、2008、2009年)對應(yīng)的年平均氣溫總在各波動區(qū)間的峰值位置或次峰位置，而輕發(fā)年份(1996、2000、2005、2006、2010—2012)對應(yīng)的年平均氣溫總在各波動區(qū)間的谷值位置或次谷位置；在暴發(fā)周期開始和結(jié)束的年份，兩條曲線同時(shí)回落到趨勢線平均值以下。3)在草地螟發(fā)生間歇期和第一暴發(fā)周期，由于發(fā)生面積總體水平較低，無法比較其與年平均氣溫的趨勢關(guān)系。相關(guān)性分析表明，年平均氣溫與草地螟發(fā)生面積之間呈正相關(guān)，其線性方程為：

y=172.53ta-800.92 (F=21.84；df=1,60；R2=0.27；P<0.0001)

(2)

式中，y為草地螟年度發(fā)生面積，ta為年平均氣溫。

圖5 草地螟發(fā)生面積和年平均氣溫時(shí)間序列Fig.5 Time series of meadow moth occurrence area and annual average temperature

2.2.2 1月月平均氣溫

1951—2012年，我國北方草地螟發(fā)生區(qū)1月份月平均氣溫(169點(diǎn)平均值)與草地螟年度發(fā)生面積的時(shí)間序列走勢吻合度不高(圖6)。具體表現(xiàn)為：1)在62a的時(shí)間序列上，1月月平均氣溫趨勢線較為平緩、增加趨勢并不明顯，與草地螟年發(fā)生面積總體增加的趨勢吻合度不高。2)在草地螟第二、三暴發(fā)周期內(nèi)，1月月平均氣溫與年度發(fā)生面積的曲線走勢總體一致，但二條曲線在部分波動區(qū)間存在“峰谷”錯(cuò)位的現(xiàn)象。如第二暴發(fā)周期內(nèi)，1月月平均氣溫與年度發(fā)生面積兩條曲線都出現(xiàn)2個(gè)峰，峰型形似；重發(fā)年份(1982年)對應(yīng)的1月月平均氣溫處于第2個(gè)峰的次峰位置，一般發(fā)生年份(1980年，處于發(fā)生面積曲線的第1個(gè)峰值)對應(yīng)的1月月平均氣溫處于谷值。又如第三暴發(fā)周期內(nèi)，1月月平均氣溫與年度發(fā)生面積兩條曲線都出現(xiàn)5個(gè)峰，峰型相似；1999、2002、2004年等重發(fā)年份對應(yīng)的1月月平均氣溫處于各波動區(qū)間的峰值位置，但重發(fā)年份2008年對應(yīng)的1月月平均氣溫處于該波動區(qū)間的谷值位置。3)在草地螟發(fā)生間歇期和第一暴發(fā)周期，由于發(fā)生面積總體水平較低，無法比較其與1月月平均氣溫的趨勢關(guān)系。

圖6 草地螟發(fā)生面積和1月月平均氣溫時(shí)間序列Fig.6 Time series of meadow moth occurrence area and average temperature of January

圖7 草地螟發(fā)生面積和6—8月累計(jì)降雨量時(shí)間序列Fig.7 Time series of meadow moth occurrence area and accumulated precipation during 6—8 month

相關(guān)性分析表明，1月月平均氣溫與草地螟發(fā)生面積之間呈正相關(guān)，其線性方程為：

y=46.3831t1+793.3643 (F=6.32；df=1,60；R2= 0.10；P=0.0147)

(3)

式中，y為草地螟年度發(fā)生面積，t1為1月月平均氣溫。

2.2.3 6—8月累計(jì)降雨量

1951—2012年，我國北方草地螟發(fā)生區(qū)6—8月累計(jì)降雨量(169點(diǎn)平均值)與草地螟年度發(fā)生面積的時(shí)間序列走勢相反(圖7)。1)在62a的時(shí)間序列上，我國北方草地螟發(fā)生區(qū)各點(diǎn)平均6—8月累計(jì)降雨量總體呈遞減趨勢，與年度發(fā)生面積的遞增趨勢相反。2)在草地螟第二、三暴發(fā)周期內(nèi)，6—8月累計(jì)降雨量與年度發(fā)生面積的走勢相反，尤其是在峰谷位置上大部分相反。如第二暴發(fā)周期內(nèi)，處于發(fā)生面積曲線峰值的1982年(重發(fā)年份)和1980年(一般發(fā)生年份)對應(yīng)的6—8月累計(jì)降雨量處于各波動區(qū)間的谷值；而輕發(fā)年份(1981、1984、1985年)對應(yīng)的6—8月累計(jì)降雨量處于各波動區(qū)間的峰值或次峰值。又如第三暴發(fā)周期內(nèi)，1999年(重發(fā)年份)對應(yīng)的6—8月累計(jì)降雨量處于該波動區(qū)間的谷值，其他重發(fā)年份(2002、2004、2008、2009年)對應(yīng)的6—8月累計(jì)降雨量處于各波動區(qū)間的次峰值，而輕發(fā)年份(1996、1998、2003、2005、2006、2010、2011、2012年)對應(yīng)的6—8月累計(jì)降雨量都處于各波動區(qū)間的峰值或次峰值。3)在草地螟發(fā)生間歇期和第一暴發(fā)周期，由于發(fā)生面積總體水平較低，無法比較其與6—8月累計(jì)降雨量的趨勢關(guān)系。

相關(guān)性分析表明，6—8月累計(jì)降雨量與草地螟發(fā)生面積之間呈負(fù)相關(guān)，其線性方程為：

y=-2.0446p+674.6812 (F=7.75；df=1,60；R2= 0.11；P=0.0072)

(4)

式中，y為草地螟年度發(fā)生面積，p為6—8月累計(jì)降水量。

3 結(jié)論與討論

3.1 輕發(fā)年份在草地螟種群動態(tài)監(jiān)測中的意義

草地螟是一種大范圍遷飛性害蟲，其種群主要是在農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)進(jìn)行繁殖，只有當(dāng)種群增大到一定程度時(shí)，才會大量遷入農(nóng)田為害農(nóng)作物[9]。自建國以來，我國對草地螟幼蟲為害農(nóng)作物面積有了連續(xù)記載，記為農(nóng)區(qū)發(fā)生面積。因此，本文分析草地螟發(fā)生面積的有無或多少，反映了草地螟種群增大到足以引起農(nóng)作物危害及其危害輕重的情況，也從一個(gè)側(cè)面反映了我國北方生態(tài)系統(tǒng)中草地螟種群的消長動態(tài)。結(jié)果表明，無論是在暴發(fā)周期內(nèi)，還是間歇期內(nèi)，輕發(fā)年份總是占大多數(shù)。這意味著，就我國草地螟種群動態(tài)的年際變化而言，在小范圍內(nèi)保存和延續(xù)種群、不進(jìn)入或少進(jìn)入農(nóng)區(qū)是常態(tài)，大范圍暴發(fā)、引起農(nóng)作物嚴(yán)重受害是少數(shù)現(xiàn)象。從病蟲害監(jiān)測預(yù)警的角度而言，持續(xù)監(jiān)測“常態(tài)”，才有可能把握草地螟種群動態(tài)變化的長期規(guī)律，從而加強(qiáng)對突發(fā)暴發(fā)現(xiàn)象的預(yù)測預(yù)報(bào)能力。

3.2 草地螟發(fā)生輕重的判斷指標(biāo)

以年度(幼蟲)發(fā)生面積為主要指標(biāo)進(jìn)行發(fā)生輕重的總體判斷，與年度內(nèi)各區(qū)域、各代次、各蟲態(tài)的具體指標(biāo)(包括發(fā)生期出現(xiàn)早晚、發(fā)生盛期有效持續(xù)時(shí)間、發(fā)生區(qū)域多少)分析結(jié)果表現(xiàn)一致?？傮w趨勢為輕發(fā)年份發(fā)生期遲、發(fā)生盛期短、發(fā)生區(qū)域少，與之相對應(yīng)的是，重發(fā)年份發(fā)生期早、發(fā)生盛期長、發(fā)生區(qū)域多；且輕發(fā)年份與重發(fā)年份在這些具體指標(biāo)上存在顯著性差異。

以年度(幼蟲)發(fā)生面積為指標(biāo)的總體判斷適用于長時(shí)間序列中不同暴發(fā)周期、不同年份之間的比較，具有一目了然的效果。結(jié)果表明，暴發(fā)周期與間歇期之間、不同暴發(fā)周期之間以及同一暴發(fā)周期的不同年份間，草地螟發(fā)生面積存在輕、重發(fā)生的明顯差異，總體發(fā)生趨勢與前人分析結(jié)果一致[8-9]。同時(shí)，本文得出的草地螟發(fā)生面積長期序列也與我國草地螟長期發(fā)生存在周期性節(jié)律的結(jié)果一致[20]，結(jié)合其太陽黑子活動周期的預(yù)測、且基于2010—2012年輕發(fā)年份連續(xù)出現(xiàn)的事實(shí)，可以判斷我國草地螟第三個(gè)暴發(fā)周期結(jié)束、并已進(jìn)入間歇期。

年度內(nèi)各代次各蟲態(tài)發(fā)生期、盛期持續(xù)時(shí)間和發(fā)生區(qū)域數(shù)等具體指標(biāo)，除了可以印證輕、重年份的總體趨勢，也可以用于分析同一年份內(nèi)不同代次和蟲態(tài)發(fā)生比重的差異。如，通過發(fā)生盛期有效持續(xù)時(shí)間和發(fā)生區(qū)域數(shù)比較，可以看出，同樣為重發(fā)年份，2008年是二代幼蟲重發(fā)，具體表現(xiàn)為一代成蟲和二代幼蟲盛期有效持續(xù)時(shí)間及發(fā)生區(qū)域數(shù)明顯高于其他年份；2009年是一代幼蟲重發(fā)，具體表現(xiàn)為越冬代成蟲和一代幼蟲有效持續(xù)時(shí)間及發(fā)生區(qū)域數(shù)明顯高于其他年份；而2008年的越冬代成蟲和一代幼蟲、2009年的一代成蟲和二代幼蟲的對應(yīng)指標(biāo)與輕發(fā)年份或一般發(fā)生年份間都沒有顯著差異。以發(fā)生面積、發(fā)生期、盛期持續(xù)時(shí)間、發(fā)生區(qū)域數(shù)等量化指標(biāo)進(jìn)行時(shí)空分布特征的具體分析，并得出輕、重發(fā)生年份之間存在的差異，可作為探究草地螟年度發(fā)生時(shí)空變化規(guī)律的有力支撐。

前人關(guān)于草地螟種群動態(tài)的研究結(jié)果，往往集中于某一年份，多以成蟲燈下蟲量、百步驚蛾量、幼蟲密度等為指標(biāo)，分析種群數(shù)量動態(tài)和分布規(guī)律[9-17,21]；而本文由于在長時(shí)間序列上、全國范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的復(fù)雜性，沒有采用以上指標(biāo)。為提高種群動態(tài)分析的準(zhǔn)確性，同時(shí)也適應(yīng)長時(shí)間、大范圍分析的需要，今后可進(jìn)一步細(xì)化指標(biāo)，如使用蟲量達(dá)到一定密度的發(fā)生面積、發(fā)生區(qū)域數(shù)等，或更能體現(xiàn)草地螟種群動態(tài)的變化規(guī)律。

3.3 大尺度氣象條件變化引起草地螟年度發(fā)生波動

關(guān)于草地螟發(fā)生年度差異與氣候環(huán)境變化的關(guān)系，主要有兩方面的典型事例：一是在大發(fā)生年份總是對應(yīng)出現(xiàn)特別適宜草地螟種群突增和生長發(fā)育的環(huán)境條件[9,11-13]，如適宜越冬、羽化、產(chǎn)卵和幼蟲發(fā)生的溫濕度條件、蜜源、產(chǎn)卵環(huán)境和可隨時(shí)取食的寄主，適合大規(guī)模種群遷入定殖的高空風(fēng)場和沉降氣流等；二是在輕發(fā)年份總是對應(yīng)出現(xiàn)不適宜的氣象和環(huán)境條件[14-17]，如夏季大范圍的高溫干旱、蜜源植被缺乏、生態(tài)環(huán)境惡化，成蟲羽化產(chǎn)卵和幼蟲孵化等關(guān)鍵發(fā)育期與氣候環(huán)境條件適宜時(shí)期不配合等。關(guān)于草地螟種群數(shù)量與氣象條件相關(guān)性的數(shù)值研究，主要是在大發(fā)生年份、具備大量蟲源的基礎(chǔ)上，分析溫、濕度條件的影響[21]；但在單個(gè)發(fā)生區(qū)(河北康保)，草地螟發(fā)生面積和成、幼蟲種群波動的長期序列與溫濕度、降雨量等氣象因子之間的相關(guān)性不明確或不穩(wěn)定[22]。由于草地螟具有適生范圍廣、遷飛能力強(qiáng)、間歇性暴發(fā)等特征，同時(shí)其滯育、羽化、遷飛、交配、產(chǎn)卵等行為受外界環(huán)境條件、特別是受氣象條件的影響十分復(fù)雜[23-26]，因此，試圖用一時(shí)一地、或者短時(shí)間局部區(qū)域的氣象條件作用機(jī)制來說明長時(shí)間、大范圍內(nèi)的影響規(guī)律，是不切實(shí)際的。本文選取我國北方草地螟發(fā)生區(qū)的年平均氣溫、1月月平均氣溫、6—8月累計(jì)降雨量(169個(gè)氣象站點(diǎn)平均值)作為大尺度氣象條件指標(biāo)，分析其變化趨勢與草地螟年際發(fā)生趨勢的相關(guān)性。結(jié)果表明，以上3個(gè)氣象因子與草地螟年度發(fā)生面積在62a的時(shí)間序列上存在顯著線性相關(guān)。

我國草地螟發(fā)生區(qū)年平均氣溫呈逐漸增加的趨勢，與全球變暖的趨勢吻合，也與草地螟暴發(fā)周期的持續(xù)時(shí)間、暴發(fā)范圍逐步增長的趨勢吻合(P<0.0001)，但1月份月平均氣溫的逐年增加趨勢及其與草地螟年度發(fā)生波動的相關(guān)性并不十分顯著(P=0.0147)。究其原因，可能是由于草地螟種群擴(kuò)大是建立在逐年積累的基礎(chǔ)上，氣候變暖使得草地螟越冬場所擴(kuò)大、越冬基數(shù)增加，導(dǎo)致其種群數(shù)量年度動態(tài)呈現(xiàn)增長趨勢；但由于草地螟越冬幼蟲耐寒力很強(qiáng)，發(fā)生區(qū)域大部各年度1月月平均氣溫并未超過其平均過冷卻點(diǎn)[27]，1月月平均氣溫并未成為草地螟越冬的限制性因素，因此該因素與草地螟年度發(fā)生動態(tài)的相關(guān)性低于年平均氣溫。在草地螟發(fā)生間歇期，年平均氣溫波動上升的趨勢仍然持續(xù)，因此，年平均氣溫升高或者說氣候變暖，并不能解釋草地螟暴發(fā)的周期性節(jié)律；但由于年平均氣溫在總體趨勢及第二、三暴發(fā)周期內(nèi)與草地螟年度發(fā)生面積波動的一致性，推測其應(yīng)該是在草地螟種群積累達(dá)到一定程度、促成暴發(fā)的主要影響因素之一。

另外，我國草地螟發(fā)生區(qū)6—8月累計(jì)降雨量呈總體減少的趨勢，且在第二、三暴發(fā)周期內(nèi)，其變化動態(tài)與草地螟年度發(fā)生動態(tài)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)(P=0.0072)，這與一般認(rèn)為的夏季多雨有利于草地螟發(fā)生的觀點(diǎn)相悖。筆者認(rèn)為可以從兩方面來分析。一是氣象條件影響的尺度不同。從單因素和草地螟發(fā)育關(guān)鍵期的角度看，夏季多雨有利于提高環(huán)境相對濕度、植被覆蓋度、蜜源植物花期盛開程度、產(chǎn)卵寄主幼嫩程度和取食寄主營養(yǎng)豐富度，并可伴隨有利于草地螟遷入的沉降氣流，因而有利于草地螟的發(fā)生；然而，本文得出我國草地螟發(fā)生區(qū)6—8月份累計(jì)降雨量總體減少的趨勢，是以62a的時(shí)間序列為準(zhǔn)線、以其對草地螟種群動態(tài)的長期影響為基礎(chǔ)的，兩種分析采用的氣象條件影響尺度不同，因此有可能得出不同的結(jié)論。二是該結(jié)果提供了一個(gè)分析草地螟種群動態(tài)變化的新角度。正是由于降雨總體呈減少趨勢，導(dǎo)致我國北方土壤濕度減少[28]、北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地表濕潤指數(shù)下降、植被覆蓋度降低[29],使我國北方干旱、半干旱區(qū)域增加，草地螟適生范圍擴(kuò)大，同時(shí)干旱、脆弱的北方生態(tài)系統(tǒng)對草地螟種群的承載和容納能力下降，進(jìn)一步加大了草地螟向農(nóng)區(qū)轉(zhuǎn)移并發(fā)生為害的幾率。

致謝：感謝內(nèi)蒙古、河北、山西、吉林、遼寧、黑龍江、北京、天津、陜西、寧夏、新疆等省(區(qū))植保站及各監(jiān)測點(diǎn)測報(bào)技術(shù)人員提供大量詳實(shí)的草地螟發(fā)生情況數(shù)據(jù)。

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Temporal and spatial patterns of meadow moth (LoxostegesticticalisL.) in mild occurrence years in china and the associated climatic background

ZENG Juan*

NationalAgro-TechnicalExtensionandServiceCentreofChina,Beijing100125，China

This paper revealed the annual population fluctuations of the meadow moth (LoxostegesticticalisL.) and demonstrated the characteristics in mild occurrence years, and the effects of climate change on its occurrence in China. The time series of the meadow moth in occurrence area were analyzed by comparing differences between the severe and mild occurrence years during 1949—2012. The temporal and spatial patterns of the meadow moth in mild occurrence years were demonstrated in the northern agro-pastoral regions of China during 2006—2012, by analyzing the appearance date, lasting period and the number of counties of each development stage and generation annually. On the traceable time series of 1951—2012, the correlation between large-scale climate indices and meadow moth occurrence levels were analyzed, using annual average temperature, average temperature of January and accumulated precipitation during June-August as crucial factors in 169 weather stations with consecutive climatic data, which are located at the occurrence area of the meadow moth. The results showed that: (1) For this migratory and intermittent out-breaking pest, the frequency of mild occurrence years was higher than that of severe occurrence years in the past 62 years. It indicated that mild occurrence was dominant situation rather than severe occurrence in the long term; (2) The mild occurrence years generally characterized by late appearance date, short occurrence duration and small damaged area; (3) The large-scale climate change had significant influence on the inter-annual fluctuation of meadow moth occurrence. The increase of occurrence area was found positively correlated with increase of both annual average temperature and average temperature of January; while, negatively correlated with the accumulated precipitation from June to August during 1951—2012. In conclusion, it is essential to notice the population dynamic of meadow moth in mild occurrence year in a long-term, because it is very important for understanding long term population dynamics and the outbreak patterns. The annual occurrence area could be taken as the major index to quantitatively assess the occurrence level. Correlation analysis between occurrence area and climate factors in large-scale and long-term would be an effective methodology to examine the climatic effects on the meadow moth occurrence.

meadow moth; mild occurrence; temporal and spatial pattern; climate

公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(GYHY201006026)

2013-10-14;

日期:2014-04-05

10.5846/stxb201305090993

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zengjuan@agri.gov.cn

曾娟.我國草地螟輕發(fā)年份時(shí)空特征及其氣候背景.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(6):1899-1909.

Zeng J.Temporal and spatial patterns of meadow moth (LoxostegesticticalisL.) in mild occurrence years in china and the associated climatic background.Acta Ecologica Sinica,2015,35(6):1899-1909.