周廣學(xué) 張國林 梁 群

(遼寧省朝陽市氣象局，朝陽，122000)

病蟲害是農(nóng)業(yè)的主要自然災(zāi)害之一，它具有種類多、影響大、時常暴發(fā)成災(zāi)的特點，嚴重影響了中國林業(yè)及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，造成嚴重的經(jīng)濟損失[1-3]。松毛蟲是我國松樹的主要害蟲之一，其分布廣，繁殖力強，危害嚴重，大發(fā)生時松樹葉全部被吃盡，酷似火燒一樣，被人們稱之為“不冒煙”的森林火災(zāi)[4-5]。松毛蟲在我國約有 19 種[6-7]，在遼西丘陵山區(qū)有油松毛蟲(Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu)、落葉松毛蟲(Dendrolimus superans Butler)和赤松毛蟲(Dendrolimus spectabilis Butler)3種，其中油松毛蟲發(fā)生量占80%左右[8]。為了對松毛蟲危害做到有效防治，諸多學(xué)者展開了對松毛蟲的研究，夏乃斌等[9]通過越冬幼蟲的調(diào)查數(shù)據(jù)，研究了幼蟲上樹、下樹歷期;張玉書等[10]利用氣象期距及有效積溫法，進行了松毛蟲發(fā)生期預(yù)測;于景利等[11]通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用回歸和期距法預(yù)測了油松毛蟲發(fā)生期，建立了油松毛蟲上、下樹進度回歸預(yù)測模型;應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法研究環(huán)境條件對松毛蟲發(fā)生量的影響，以求達到防蟲減災(zāi)的目的[12-13]。

遼西地區(qū)從20世紀70年代后期松毛蟲災(zāi)害逐漸加重，給林業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來很大的損失。筆者利用多年油松毛蟲監(jiān)測數(shù)據(jù)，普查影響松毛蟲生長、越冬死亡的相關(guān)氣象因子，建立預(yù)測模型。為準確、及時地對油松毛蟲未來發(fā)生狀況和消長趨勢作出預(yù)測預(yù)報，及時采取相應(yīng)的綜合防治對策，減少或避免損失提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

蟲情發(fā)生量資料來源于遼寧省朝陽市及各縣林業(yè)局和森防站(1987—2002年)。幼蟲越冬死亡率及上樹、下樹活動觀測場地設(shè)在凌源市大河北林場及建平縣青峰山林場。觀測點分別選擇陽坡和陰坡油松林，隨機取樣30株。每年3月上旬調(diào)查幼蟲死亡率，3月中旬調(diào)查幼蟲上樹，8月底9月初調(diào)查發(fā)生量，9月中旬調(diào)查幼蟲下樹。實測每株樹冠垂直投影面積下越冬幼蟲存活量和死亡量。幼蟲上樹下樹采用攔截辦法收集幼蟲。

氣象資料來源于凌源、葉柏壽氣象站，同步氣象資料來自蟲情監(jiān)測點。氣象資料包括日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫、地面日平均溫度、地面日最高溫度、地面日最低溫度、日降水量、日相對濕度等。

1.2 分析方法

主成分分析法:首先列出原始數(shù)據(jù)資料矩陣[Xi]，并對原始指標數(shù)據(jù)標準化處理，計算相關(guān)矩陣R，求解相關(guān)矩陣R的特征值和特征向量，再根據(jù)累積貢獻率確定使用主成分的個數(shù)[12]。在確定使用主成分個數(shù)的基礎(chǔ)上，計算各觀測值的主坐標，把它作為自變量，應(yīng)用回歸分析法建立主成分回歸模型。

相關(guān)分析法:樣本序列一般符合正態(tài)分布的隨機變量，氣象要素與因變量油松毛蟲發(fā)生量y之間相關(guān)，用rxy表示，即:

式中:yi為歷年油松毛蟲發(fā)生量;ˉy為多年觀測平均值;xi為同年氣象要素;ˉx為氣象要素平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象條件對松毛蟲蟲態(tài)的影響

2.1.1 幼蟲上樹

從多年觀測結(jié)果看，油松毛蟲春季開始上樹的時間主要取決于春季氣溫回升的早晚。一般春季白天氣溫達到6～8℃，日平均氣溫在2℃以上幼蟲就開始活動上樹，遼西南部地區(qū)3月中旬，北部地區(qū)3月下旬;幼蟲上樹4月下旬結(jié)束;歷時45 d左右，見表1。南坡和北坡的幼蟲上樹時間相差2 d。

表1 油松毛蟲上樹日期與氣溫

2.1.2 幼蟲化蛹

隨著氣溫的逐漸升高，幼蟲進入化蛹、羽化及成蟲產(chǎn)卵的蟲態(tài)階段。遼西地區(qū)松毛蟲幼蟲6月下旬開始化蛹，7月中旬羽化，歷時20 d左右。一般來說，溫度高的晴朗天氣對羽化十分有利。8月成蟲進入交尾產(chǎn)卵期，羽化的蛾子在當日或次日交尾，交尾時間在20:00—24:00時，交尾后約4 h開始產(chǎn)卵，產(chǎn)卵一般在午夜之前，成蟲壽命為10 d左右。成蟲喜歡在高溫低濕環(huán)境條件下產(chǎn)卵，陰雨天氣對成蟲產(chǎn)卵不利。

2.1.3 幼蟲下樹

當成蟲產(chǎn)卵之后，在夏季高溫高濕條件下，逐漸孵化為幼蟲，到了深秋季節(jié)幼蟲達到3、4齡，當夜間溫度下降到8℃以下時開始向樹下運動、尋求越冬。遼西北部地區(qū)松毛蟲幼蟲下樹始見于9月下旬，一直延續(xù)到11月初，歷時38 d。10月10日左右達到盛期，10月20日左右進入高峰期，10月末最低氣溫下降到0℃左右進入盛末期(表2)。遼西中南部地區(qū)幼蟲下樹比北部晚10 d左右。

表2 油松毛蟲下樹日期與氣溫

2.1.4 幼蟲越冬期

到了冬季幼蟲在松樹下的地被植物中越冬，蟲體卷曲，甚至多頭抱成一團集體越冬。油松毛蟲越冬死亡率除與越冬前幼蟲儲備的營養(yǎng)條件有關(guān)外，更主要的是與冬季氣象條件密切相關(guān)。在正常情況下，幼蟲越冬的死亡率在15%左右。觀測發(fā)現(xiàn)冬季里的階段性高溫、初春時期日溫差大，造成幼蟲越冬死亡最明顯。例如，1992年2月24至27日連續(xù)5 d日最高氣溫在8～20℃，2002年2月14至23日連續(xù)10 d日最高氣溫6～15℃，氣溫升高使幼蟲提前蘇醒停止休眠，在林間爬行，而后氣溫又急劇下降到零度以下，使幼蟲凍死量較大。突然性的高溫天氣攪亂了幼蟲正常越冬生活，造成幼蟲提前活動，死亡率提高。

松毛蟲幼蟲對冬季低溫的適應(yīng)性有一定限度，超過越冬生理指標，氣溫過低或持續(xù)時間過長均不利。冬季里持續(xù)的低溫使幼蟲蟲體長時間處于凍結(jié)狀態(tài)，原生質(zhì)遭到冰晶的機械損傷、脫水和生理結(jié)構(gòu)受到破壞而死亡。例如，2000年3月21日在建平青峰山林場南北坡向幼蟲死亡率的調(diào)查結(jié)果表明:北坡長時間得不到光照持續(xù)低溫，死亡率比南坡高約20%。說明幼蟲在長時間低溫下越冬死亡率亦升高。

2.2 油松毛蟲越冬死亡率預(yù)報模型

2.2.1 越冬死亡率與氣象因子

油松毛蟲越冬幼蟲與外界環(huán)境之間存在著相互依賴關(guān)系，不同的外界環(huán)境因子組合共同作用于油松毛蟲，必然影響種群數(shù)量。根據(jù)這個原則，從外界環(huán)境條件入手選取與油松毛蟲種群數(shù)量變化相關(guān)的因子。以油松毛蟲越冬死亡率(y)作為因變量，選用冬季不同時段氣象要素(xi)平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、地面平均溫度、地面最低溫度、地面最高溫度、地面平均最低溫度、地面平均最高溫度、空氣濕度和降水量等作為自變量，進行相關(guān)分析。結(jié)果表明通過顯著水平(r=0.5822;P＜0.05)的氣象因子有:當年1月平均氣溫(0.6694)、當年 2 月最高氣溫(0.5827)、當年 2月地面最高氣溫(0.5961)、當年3月地面平均最高氣溫(0.5903)、當年1月地面平均最低氣溫(0.6518)。說明1—3月地面溫度和氣溫變化對油松毛蟲越冬影響最大。

2.2.2 越冬死亡率預(yù)報模型

根據(jù)主成分分析方法，將相關(guān)顯著的氣象因子進行主成分計算，確定對油松毛蟲越冬死亡率影響最大的主要因子，根據(jù)計算5個因子均通過檢驗。油松毛蟲幼蟲越冬死亡率(y)與當年1月平均氣溫(x1)、當年2月最高氣溫(x2)、當年2月地面最高氣溫(x3)、當年3月地面平均最高氣溫(x4)、當年1月地面平均最低氣溫(x5)氣象因子的多元回歸預(yù)報模型為:Y=63.48368+0.94546x1+1.00767x2+0.46650x3+0.28493x4+0.75957x5。方程的回歸平方和 U=428.2572，殘差平方和 Q=353.0436，F(xiàn)的分布值F=2.7278(顯著)，剩余標準差S=10.8481，復(fù)相關(guān)系數(shù) R=0.7404，歷史擬合率 91.9%。預(yù)測2003年越冬死亡率為10.2%，實際調(diào)查為9.3%;預(yù)測2004年越冬死亡率為11.6%，實際調(diào)查為12.4%。

2.3 油松毛蟲發(fā)生量預(yù)報模型

2.3.1 生長期適宜氣象因子

油松毛蟲是跨年度的昆蟲，其發(fā)生程度與上一年的蟲源基數(shù)有關(guān)，也與當年適宜的氣象條件有關(guān)。良好的氣象條件是油松毛蟲大發(fā)生的基礎(chǔ)，氣象條件對油松毛蟲各蟲態(tài)的成活均構(gòu)成影響。所以，將油松毛蟲生長過程的氣象因子劃分為若干時段，分析氣象因子與油松毛蟲發(fā)生量的相關(guān)性。油松毛蟲發(fā)生量(Y)作為因變量，不同時段氣象要素(xi)為自變量。分析要素包括:旬、月平均氣溫、平均最高、平均最低氣溫，旬、月相對濕度、降水量，日照時數(shù)、日照百分率等。分析結(jié)果表明，當年4月上旬平均氣溫(0.5823)，前1 年5 月下旬平均氣溫(0.5836)，前1年8月下旬平均氣溫(0.5621)，前1年8月相對濕度(-0.5491)，前1 年10 月上旬降水量(-0.6202)，前1年10月上旬平均氣溫(0.5261)，前1年12月平均最高氣溫(-0.5161)，當年1月中旬平均氣溫(-0.5543)等因子通過顯著水平(r=0.4950;P ＜0.05)檢驗。

2.3.2 發(fā)生量預(yù)報模型

通過相關(guān)檢驗得到的8個因子，運用主成分分析方法，計算因子的貢獻，最終選定貢獻顯著的5個因子作為預(yù)報因子。它們是:z1當年4月上旬平均氣溫;z2前1年10月上旬降水量;z3前1年12月平均最高氣溫;z4前1年8月下旬平均氣溫;z5當年1月中旬平均氣溫。其預(yù)報模型為:Y=2.880942+0.815231z1-0.319243z2-0.428345z3+0.405454z4-0.532451z5。回歸方程的復(fù)相關(guān)系數(shù) R=0.8945，回歸平方和 U=20.1592，剩余平方和 Q=6.8541，計算的檢驗值 F=6.6858，達到 F0.05顯著水平。把歷年各個要素主成分值，代入預(yù)報方程中，計算出各個年份松毛蟲發(fā)生的理論級數(shù)，進行歷史擬合率檢驗，檢驗結(jié)果為88.2%。在1999—2008年預(yù)報中，準確率達到80.0%，見表3。

表3 預(yù)報模型檢驗結(jié)果

3 結(jié)束語

松毛蟲冬季自然死亡率在15%左右，陰坡高于陽坡。1月平均氣溫、1月平均最低氣溫、2月極端最高氣溫、2月地面最高氣溫和3月平均最高氣溫對松毛蟲安全越冬影響最明顯。

松毛蟲發(fā)生量是多因素的，而前期適宜的氣象條件，成為大發(fā)生的主要基礎(chǔ)。預(yù)報因子的相關(guān)普查結(jié)果，基本吻合松毛蟲生長規(guī)律。其中4月上旬氣溫的高低影響幼蟲醒哲期，溫度高上樹活躍;當年5月下旬的氣溫直接影響成蟲的大小和體質(zhì)量，從而影響產(chǎn)卵量;8月份的高溫天氣和8月較低的空氣濕度有利于成蟲羽化和產(chǎn)卵;10月上旬正是幼蟲尋找越冬場所的時候，氣溫高有利于冬藏，而此時降水多地面過濕幼蟲難以藏身，死亡率增加;12月和當年1月的氣溫波動幅度過大，尤其白天氣溫在8℃以上時，打破幼蟲休眠，當氣溫再次下降時，萌動的幼蟲被凍死。

油松毛蟲幼蟲越冬死亡率的高低直接影響下一年松毛蟲的發(fā)生量。預(yù)報模型的給出，對防蟲減災(zāi)工程具有指導(dǎo)意義。

[1]段永春，袁洪剛，張永亮，等.山東茶樹蟲害的種類及主要品種的發(fā)生規(guī)律研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2010，26(11):284-289.

[2]王志偉，張東霞，馬雅麗，等.山西省冬小麥主要病蟲害氣象等級預(yù)報模型[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2010，26(11):267-271.

[3]時鳳云，王建英，徐文國，等.低溫冷害對溫室櫻桃番茄的影響和病蟲害防治[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25(19):248-250.

[4]劉志明，晏明，張旭東，等.氣象因子對落葉松毛蟲的影響分析[J].災(zāi)害學(xué)，2002，17(4):32-37.

[5]步兆東，郭浩，郭翠萍.遼西地區(qū)油松純林改造及對松毛蟲的控制[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，32(5):16-18.

[6]張愛兵，孔祥波，李典謨，等.中國松毛蟲屬八個種和亞種親緣關(guān)系的 DNA 指紋證據(jù)[J].昆蟲學(xué)報，2004，47(2):236-242.

[7]林舜標，許麗玲，趙瑞，等.潮安縣松毛蟲發(fā)生規(guī)律及防治對策探討[J].中國森林病蟲，2002，21(6):19-22.

[8]金光濤，張寶璽.遼西山地氣候資源開發(fā)與利用研究[M].北京:氣象出版社，1995:162-191.

[9]夏乃斌，屠泉洪.油松毛蟲越冬幼蟲上樹下樹歷期的預(yù)測[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1991，19(2):26-30.

[10]張玉書，馮銳，陳鵬獅，等.松毛蟲發(fā)生期與氣象條件關(guān)系[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2004，25(3):26-28.

[11]于景利，姜輝，李翠芹，等.凌源市油松毛蟲發(fā)生期預(yù)測方法的研究[J].遼寧林業(yè)科技，1999(6):41-43.

[12]屠泉洪，夏乃斌，李湛東.主成分回歸模型在油松毛蟲種群動態(tài)中的應(yīng)用[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1993，15(3):94-101.

[13]夏瑞心，葛葆蔚，徐麗華，等.遼寧省三種松毛蟲有效積溫的研究[J].林業(yè)科學(xué)，1986，22(2):202-208.

[14]陳昌沽.松毛蟲綜合管理[M].北京:中國林業(yè)出版社，1990:3-10.