齊國君，陳 婷，高 燕，雷妍圓，呂利華

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所/廣東省植物保護(hù)新技術(shù)重點實驗室，廣州 510640)

大洋臀紋粉蚧Planococcus minor Maskell和南洋臀紋粉蚧Planococcus lilacinus Cockerell是一類具有重要經(jīng)濟(jì)意義和受國際廣泛關(guān)注的重要害蟲，2007年被我國列入進(jìn)境植物檢疫性有害生物 (徐浪等，2010)。該類害蟲的寄主范圍很廣，其中大洋臀紋粉蚧的寄主植物達(dá)60余科共250余種，主要包括番荔枝、番石榴等水果及觀賞花卉植物，南洋臀紋粉蚧的寄主植物達(dá)35科共100余種，主要包括可可、紅毛榴蓮、番石榴、美洲木棉等多種水果和林木 (Ben-Dov，1994;Biswas and Ghosh，2000)。目前這兩種臀紋粉蚧分布在亞洲、非洲和美洲的許多國家或地區(qū) (Williams，1982;Venette and Davis，2004;付海濱等，2008;徐梅等，2008)，特別是在泰國、菲律賓、印度尼西亞、馬來西亞等東南亞國家和我國臺灣分布廣泛(Tuetal.， 1988;Ooietal.， 2002;EPPO，2013)。近年來，我國東盟進(jìn)口水果口岸檢疫中頻繁截獲蚧類害蟲，截獲批次最多便是南洋臀紋粉蚧和大洋臀紋粉蚧 (顧渝娟等，2013a，2013b)，可見該類害蟲隨進(jìn)口水果傳入我國的風(fēng)險極大。

大洋臀紋粉蚧已入侵廣東省湛江市、海南省文昌市、云南省西雙版納等地區(qū) (何衍彪等，2011;袁曉麗等，2012;王進(jìn)強等，2013)，并嚴(yán)重危害多種水果。雖然目前尚未在我國發(fā)現(xiàn)南洋臀紋粉蚧，但已在口岸頻頻截獲。南洋臀紋粉蚧與大洋臀紋粉蚧的形態(tài)特征、寄主和地理分布十分相似 (陳勁松，2011)，一旦傳入便可迅速擴(kuò)散蔓延，這將對我國熱帶、亞熱帶的水果和觀賞植物等造成嚴(yán)重威脅。為了科學(xué)合理地制定防控策略，有效防止該類害蟲的傳入和擴(kuò)散，采用Maxent生態(tài)位模型和ArcGIS對大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧在中國的潛在地理分布進(jìn)行研究，以期為有關(guān)部門制定檢疫政策和技術(shù)措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 預(yù)測模型及軟件

Maxent模型:在 http:∥www.cs.princeton.edu/～schapire/Maxent免費下載，版本為 Maxent 3.3。GIS軟件:由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院信息生態(tài)實驗室提供，版本為ArcGIS 9.3。

1.1.2 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)

中國省級行政區(qū)圖 (1∶4000000)作為分析地圖，由國家基礎(chǔ)地理信息中心 (http://nfgis.nsdi.gov.cn)下載。

1.1.3 環(huán)境數(shù)據(jù)

環(huán)境數(shù)據(jù)包括19個生物氣候變量，氣候變量，地形高程變量。其中氣候變量包括月最低氣溫、月最高氣溫、月平均溫度和月平均降雨量，地形高程變量包括海拔、坡度、坡向。以上數(shù)據(jù)均為1950-2000年各環(huán)境變量的平均值，空間分辨率為 2.5 min，數(shù)據(jù)來自世界氣象數(shù)據(jù)庫Worldclim(http:∥www.worldclim.org/download)，下載數(shù)據(jù)為柵格圖層格式，可在Maxent模型中直接使用。

1.1.4 大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧的分布數(shù)據(jù)

大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧的分布數(shù)據(jù)主要是通過EPPO植物檢疫數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)檢索、查閱國內(nèi)外公開發(fā)表的相關(guān)論文及相關(guān)報道，找到已報道的大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧的發(fā)生分布地點，在地名數(shù)據(jù)庫 Geonames(http://www.geonames.org)查找其相應(yīng)的地理坐標(biāo)。按照Maxent軟件要求的文件格式，將大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧的實際分布地點按照物種名、經(jīng)度和緯度的順序儲存為csv格式的文件。

1.2 Maxent模型預(yù)測

參數(shù)設(shè)置:模型訓(xùn)練方法設(shè)定為auto features，選中create response curves、make picture of predictions、do jackknife to measure variable importance，output format設(shè)為 logistic，output file type設(shè)為 asc，其余為默認(rèn)設(shè)置 (Phillips et al.，2006;Elith et al.，2011)。

環(huán)境變量的篩選:通過一系列的刀切法(jackknife)分析確定最優(yōu)的環(huán)境參數(shù)，即依次省略每一個環(huán)境變量，用其余變量建立模型，然后分析省略的環(huán)境變量與遺漏誤差 (omission error)之間的相關(guān)性，如果一個環(huán)境變量的缺失導(dǎo)致遺漏誤差顯著提高，表明該環(huán)境變量對模型的預(yù)測結(jié)果影響顯著，在最終的模擬中將被采用，反之則被排除 (Phillips et al.，2006;Phillips and Dudík，2008)。運行 Maxent模型，計算出各個環(huán)境變量對預(yù)測概率的貢獻(xiàn)值，篩選出最優(yōu)的環(huán)境參數(shù)，其中大洋臀紋粉蚧的環(huán)境變量為 bio4、bio6、bio7、tmax12、tmean1、tmin11;南洋臀紋粉蚧的環(huán)境變量為bio6、bio7、bio11、bio16、tmin4、tmin10。

模型運行:將大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧的分布數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型，隨機選取25%的分布點作為測試集 (test data)，剩余75%作為訓(xùn)練集 (training data)，其他參數(shù)均為默認(rèn)值，輸出格式為asc柵格圖層。利用ArcGIS的格式轉(zhuǎn)換工具 (conversion tools)將asc格式轉(zhuǎn)化為raster格式，再利用分析工具 (analysis tools)的再分類(reclassify)功能對其進(jìn)行適生等級的劃分，選定合適的閾值，確定其適生區(qū)域 (齊國君等，2012)。

模型評估:采用 ROC(receiver operating characteristic)曲線分析法對風(fēng)險分析結(jié)果進(jìn)行精度檢驗。ROC曲線是以真陽性率為縱坐標(biāo)，假陽性率為橫坐標(biāo)所形成的曲線。AUC值是ROC曲線與橫坐標(biāo)圍成的面積值，AUC值越大表示與隨機分布相距越遠(yuǎn)，環(huán)境變量與預(yù)測的物種地理分布模型之間相關(guān)性越大，即模型預(yù)測效果越好。AUC值不受閾值影響，其評價更客觀 (王運生等，2007)。

1.3 大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧的潛在適生區(qū)預(yù)測

運行Maxent模型，利用ArcGIS將大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧的適生等級劃分為高度適生區(qū)(＞ 0.2)、適生區(qū) (0.2-0.1)、低適生區(qū) (0.05-0.1)、非適生區(qū) (＜0.05)，獲得基于 Maxent模型的大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧在中國的潛在適生區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 大洋臀紋粉蚧在中國的適生性分析

Maxent生態(tài)位模型預(yù)測結(jié)果表明，大洋臀紋粉蚧在海南、廣東、廣西、云南、貴州、臺灣、香港、澳門、福建、湖南、江西、四川大部、重慶、浙江、湖北大部、安徽中南部、江蘇南部、上海、西藏零星地區(qū)等地適生，而長江流域以北的大部分地區(qū)為非適生區(qū) (圖1);適生區(qū)面積占全國面積的22.14%，其中高、中、低度適生區(qū)分別占7.05%、8.55%、6.54%。大洋臀紋粉蚧的高度適生區(qū)呈明顯的帶狀分布，主要分布在海南、廣東大部、廣西大部、云南南部、臺灣大部、福建大部，四川東部、重慶局部、貴州局部、江西局部、西藏和浙江的零星地區(qū)，其中廣西、廣東、云南、福建、四川、臺灣、海南的高度適生區(qū)面積分別占高度適生區(qū)總面積的25.83%、20.45%、20.42%、8.93%、5.38%、4.30%、4.09%。

圖1 大洋臀紋粉蚧在我國的適生分布區(qū)Fig.1 Potential geographic distribution of Planococcus minor in China

2.2 南洋臀紋粉蚧在中國的適生性分析

Maxent生態(tài)位模型預(yù)測結(jié)果表明，南洋臀紋粉蚧在海南、廣東、廣西、云南大部、貴州、臺灣、香港、澳門、福建、湖南、江西、四川東部、重慶、湖北南部、安徽南部、浙江南部、西藏零星地區(qū)等地適生，而長江流域以北的大部分地區(qū)為非適生區(qū) (圖2);適生區(qū)面積占全國面積的18.17%，其中高、中、低度適生區(qū)分別占5.52%、5.72%、6.92%。南洋臀紋粉蚧的高度適生區(qū)也呈明顯的帶狀分布，主要分布在海南、廣東大部、廣西大部、云南南部、臺灣大部、福建南部，四川東部、重慶局部、貴州局部、江西局部、西藏零星地區(qū)，其中廣西、廣東、云南、福建、四川、臺灣、海南的高度適生區(qū)面積分別占高 度 適 生 區(qū) 總 面 積 的 34.54%、26.75%、20.42%、7.11%、6.12%、5.27%、5.16%。

圖2 南洋臀紋粉蚧在我國的適生分布區(qū)Fig.2 Potential geographic distribution of Planococcus lilacinus in China

2.3 ROC曲線的精度檢驗

采用ROC曲線分析法對應(yīng)用Maxent模型預(yù)測的大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧適生區(qū)分布結(jié)果進(jìn)行精度檢驗，結(jié)果表明，大洋臀紋粉蚧Maxent模型訓(xùn)練集的AUC值為0.92，測試集的AUC值為0.94;南洋臀紋粉蚧Maxent模型訓(xùn)練集的AUC值為0.96，測試集的AUC值為0.94，兩種臀紋粉蚧的AUC值均非常接近1，表明預(yù)測結(jié)果具有較高的精度，即模型預(yù)測分布區(qū)與物種實際分布區(qū)的擬合度較好。

3 結(jié)論與討論

Maxent(maximum entropy)是一個密度估計和物種分布預(yù)測模型，是以最大熵理論為基礎(chǔ)的一種選擇型方法，根據(jù)生物的已知分布區(qū)及環(huán)境數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)模型歸納或模擬其生態(tài)位需求，推測該物種在目標(biāo)地區(qū)的適生分布 (Phillips et al.，2006;Elith et al.，2011)。Maxent模型雖然推出時間不長，近年來卻已被廣泛應(yīng)用于入侵螞蟻類、實蠅類、蝴蝶類、蚧類、象甲類等多種昆蟲的潛在適生分布區(qū)預(yù)測 (Ward，2007;De Meyer et al.，2008;Kharouba et al.，2009;馮益明等，2009;Li et al.，2009;馮益明和劉洪霞，2010)，該模型顯示的適生分布區(qū)格局，反映了昆蟲在基礎(chǔ)生態(tài)位和實際生態(tài)位中對空間需求的內(nèi)在生物學(xué)特性 (Guisan and Zimmermann，2000)，均能較好地吻合物種的實際分布。

本研究根據(jù)大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧的分布數(shù)據(jù)，通過刀切法分析確定了影響兩種臀紋粉蚧分布的最優(yōu)環(huán)境參數(shù)，獲得了大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧在中國的潛在適生區(qū)域。大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧的形態(tài)特征、寄主和地理分布都十分相似 (徐浪等，2010)，Maxent預(yù)測的兩種粉蚧的適生分布區(qū)域也大致相似，其適生區(qū)主要分布在長江流域以南地區(qū)，適生區(qū)面積分別占全國面積的22.14%、18.17%，其中高度適生區(qū)集中分布在華南及云南地區(qū)，與我國熱帶水果的主要種植區(qū)域具有高度的一致性。模型的AUC值均非常接近1，說明模型預(yù)測分布區(qū)與物種實際分布區(qū)的擬合度較好，能較好地模擬大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧在我國的地理分布。

大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧的近距離傳播可通過隨丟棄的果皮、果殼等主動擴(kuò)散，或被動物或風(fēng)攜帶，遠(yuǎn)距離主要通過帶蟲的水果或植物材料的調(diào)運傳播 (陳勁松，2011)蚧類害蟲個體小，隨水果果實攜帶入境，不易察覺，且口岸檢疫處理難度較大。隨著中國-東盟自貿(mào)區(qū)的建立，中國與東盟的水果貿(mào)易增長更加迅猛，而在口岸檢疫中頻繁截獲的南洋臀紋粉蚧和大洋臀紋粉蚧隨東盟進(jìn)口水果傳入我國的風(fēng)險極大 (顧渝娟等，2013a，2013b)。目前大洋臀紋粉蚧已入侵廣東省湛江市、海南省文昌市、云南省西雙版納等地區(qū)并對多種水果造成危害 (何衍彪等，2011;袁曉麗等，2012;王進(jìn)強等，2013)，本研究表明兩種臀紋粉蚧在廣西、廣東、云南、福建、臺灣、海南等熱帶水果的種植區(qū)域適生性極高，一旦南洋臀紋粉蚧傳入便可迅速擴(kuò)散蔓延，并對我國熱帶水果生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害。因此，各口岸應(yīng)加強對東盟進(jìn)口水果的檢驗檢疫，預(yù)防大洋臀紋粉蚧和南洋臀紋粉蚧新的進(jìn)入和擴(kuò)散。

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