楊發(fā)源 2, ，顏亮東2,，趙夢凡2,，劉 潔, 4

（1. 青海省海南州氣象局, 青海 海南 813099；2. 青海省氣象科學(xué)研究所, 青海 西寧 810001；3. 青海省防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室,青海 西寧 810001；4. 青海省海北牧業(yè)氣象試驗站, 青海 海北 812000）

青海省各類天然草地面積約4 × 107hm2，占全省土地面積的56%，其中可利用草地面積3 × 107hm2，占全國可利用草地面積的15%，面積僅次于內(nèi)蒙、新疆、西藏，居全國第四，是我國五大牧區(qū)之一，同時也是具有代表性的高寒草原[1]。

青海牧區(qū)平均海拔高，氣候條件惡劣，大雪、霜凍、干旱等自然災(zāi)害頻繁[2]，同時還受到草地蝗蟲和鼠類的嚴(yán)重威脅。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，高寒草地蝗蟲共有5 科33 屬68 種[3-4]，90%以上的優(yōu)勢種是寬須蟻蝗(Myrmeleotettix palpalis)、 狹 翅 雛 蝗 (Chorthippus dubius)和小翅雛蝗(Altichorthippus fallax)，主要分布在青海省環(huán)湖地區(qū)的干旱半干旱、牧草蓋度60%～85%、視野開闊、易于跳躍和坡度小于9°的草地上[5]，在灘地干旱半干旱和矮丘陵干旱草地生境中分布數(shù)量比例大[6-7]，喜食針茅(Stipa capillata)、嵩草(Kobresia myosuroides)、黃芪(Astragali radix)等植物。據(jù)記載，2004 年全省草地平均蝗蟲總面積為1.07 × 106hm2，其中為害面積5.05 × 105hm2，而環(huán)湖地區(qū)的草地蝗蟲發(fā)生面積7.57 × 105hm2，為害面積4.50 × 105hm2，占全省蝗蟲為害總面積的89.07%，因此青海省環(huán)湖地區(qū)草地蝗蟲是高寒草原的重災(zāi)和頻發(fā)區(qū)[1]。此外，根據(jù)發(fā)生面積及為害程度，青海省尚有東部黃土高原、柴達(dá)木盆地及青南高寒草甸3 個蝗區(qū)：東部黃土高原地區(qū)草地蝗蟲分布面積為2.84 × 105hm2，柴達(dá)木盆地和青南高寒草甸的草地蝗蟲均為零星分布，面積分別為5.90 × 103和3.90 × 104hm2，在蝗災(zāi)暴發(fā)年份，被蝗蟲啃食的鮮牧草達(dá)數(shù)億千克，平均鮮牧草損失1 000 kg·hm?2，嚴(yán)重威脅著草地畜牧業(yè)的健康發(fā)展。因此，針對青海草地寬須蟻蝗、狹翅雛蝗和小翅雛蝗等主要危害蝗蟲種類同時混合發(fā)生，青海省鼠蟲害監(jiān)測中心監(jiān)測的數(shù)據(jù)為主要蝗蟲混合種群密度和面積的實際情況，建立高寒草原主要蝗蟲發(fā)生的混合種群密度和面積資料庫，了解高寒草原主要蝗蟲種類及生活史，研究蝗蟲危害的發(fā)生規(guī)律和暴發(fā)成災(zāi)氣象指標(biāo)及預(yù)報方法[8-18]，最大程度地減輕蝗災(zāi)對草原生態(tài)造成的嚴(yán)重破壞[19-20]，對發(fā)展可持續(xù)畜牧業(yè)等方面具有重要意義。

1 資料來源與處理

根據(jù)蝗蟲產(chǎn)卵、越冬、孵化、蝗蝻到成蟲完成的一個世代周期中各發(fā)育期經(jīng)歷的時段，將一年的天氣、氣候資料劃分為8 月-12 月和1 月-7 月兩個時段，由于上一年天氣、氣候影響蝗蟲的順利產(chǎn)卵和安全越冬，當(dāng)年天氣、氣候影響蝗蟲越冬、孵化、蝗蝻到成蟲各個階段，因此蝗蟲一個周期的歷時分為上一年的8 月-12 月和當(dāng)年的1 月-7 月，更具有明確的天氣-氣候-生物學(xué)意義。

2 研究內(nèi)容

2.1 高寒草地蝗蟲為害等級對應(yīng)的氣象條件適宜度及風(fēng)險等級

借鑒青海省林草局和青海省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳發(fā)布的《青海省草地滅鼠治蟲實施暫行辦法》《青海省草地鼠蟲害防治應(yīng)急預(yù)案》，將高寒草地蝗蟲混合種群為害密度等級劃分為5 級，研究對應(yīng)的氣象條件適宜度及風(fēng)險等級(表1)。

表1 高寒草地蝗蟲為害密度等級Table 1 Classification of grasshopper infestation density in alpine grasslands

草地蝗蟲為害發(fā)生面積占省、州、縣面積的百分比和發(fā)生面積如表2 所列。

表2 高寒草地蝗蟲為害面積等級Table 2 Classification of area affected by grasshoppers in alpine grasslands

根據(jù)有關(guān)蝗蟲防治面積標(biāo)準(zhǔn)以及蝗蟲災(zāi)害發(fā)生與氣象條件的關(guān)系，將為害密度和為害面積耦合，進(jìn)而確定蝗蟲災(zāi)害發(fā)生的氣象條件適宜度、預(yù)報服務(wù)風(fēng)險等級(表3)。

表3 高寒草地蝗蟲發(fā)生氣象條件適宜度和預(yù)報風(fēng)險等級Table 3 Suitability of meteorological conditions and forecast risk levels for grasshopper occurrence in alpine grasslands

2.2 高寒草原蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)氣象等級劃分

2.2.1 劃分原則

由于青海環(huán)湖山地、盆地8 月蝗蟲進(jìn)入產(chǎn)卵期，9 月-10 月為蝗卵過渡期，11 月-翌年2 月為蝗卵的越冬期，5 月下旬-6 月中旬為蝗蟲卵孵化出土至蝗蝻期，6 月下旬-7 月中旬是蝗蟲危害成災(zāi)期；因此高寒草原蝗卵過渡期、越冬期和孵化出土至蝗蝻期的氣象條件適宜程度，決定了蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)的風(fēng)險等級，將青海草原蝗卵過渡期、越冬期和孵化出土至蝗蝻期氣象適宜程度分為非常適宜、適宜、較適宜、不適宜4 個等級，作為判別高寒區(qū)草原蝗蟲是否暴發(fā)成災(zāi)的氣象適宜等級指標(biāo)，對應(yīng)蝗蟲發(fā)生發(fā)展成災(zāi)的氣象等級的確定，參照中國氣象局《氣象災(zāi)害預(yù)警信號發(fā)布與傳播辦法》有關(guān)方法，依據(jù)氣象災(zāi)害可能造成的危害程度、緊急程度和發(fā)展態(tài)勢一般劃分為四級的原則，將高寒草原蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)氣象等級指標(biāo)劃分為Ⅰ級(特別高)、Ⅱ級(高)、Ⅲ級(較高)和Ⅳ級(低)。氣象風(fēng)險等級劃分為特別嚴(yán)重、嚴(yán)重、較重、低4 個等級對應(yīng)高寒草地蝗蟲為害密度和面積等級，即極重度為害級、重度為害級、中度為害級、輕度為害級。

2.2.2 高寒草原蝗蟲成災(zāi)氣象適宜指標(biāo)

高寒草原蝗蟲各自有其適宜的生活環(huán)境，有的種為廣布型，分布在各種草地生境；有的種分布的地域很窄，只能生活在某種生境中，如裸巖山地、礫石河灘、鹽堿濕地、沼澤草地、戈壁荒漠。但大部分種分布在以食用禾本科牧草為主的干旱或半干旱草地上。青海環(huán)湖區(qū)多數(shù)灘地、高原、谷地及矮丘陵的冷季草地往往是蝗害最嚴(yán)重的地區(qū)。

中國共產(chǎn)黨十分重視少數(shù)民族干部的培養(yǎng)，這些少數(shù)民族領(lǐng)導(dǎo)干部也勤奮工作，為紅軍長征取得最后勝利立下汗馬功勞。遵義會議后，軍委鑒于長征途中的物資供應(yīng)工作的需要，紅軍將領(lǐng)楊至成(侗族)被任命為中央革命軍事委員會先遣工作團(tuán)主任，負(fù)責(zé)開辟路線、發(fā)動群眾、籌措給養(yǎng)物資等工作。楊至成在工作中，要求先遣工作團(tuán)成員一定要嚴(yán)格執(zhí)行黨的民族政策，部隊面對糧食缺乏問題，楊至成嚴(yán)格執(zhí)行黨的民族政策，多渠道籌糧，一個月在毛爾蓋籌到糧食30多萬斤，為紅軍通過草地立下大功。

從蝗蟲災(zāi)害歷年發(fā)生情況來看，不同的發(fā)育期均較適應(yīng)暖干的氣候環(huán)境，以相對累計降溫指數(shù)ΔTd和平均氣溫距平 ΔT(℃)表示當(dāng)年氣溫的偏暖(冷)狀況，降水量R(mm)和降水距平百分率 ΔR(%)表示空氣和土壤環(huán)境偏干(濕)狀況，越冬期積雪覆蓋日數(shù)S(d)表示積雪對土壤的保暖程度，計算蝗蟲各生育期氣候暖干狀況，給出氣象適宜等級指標(biāo)，具體如表4 所列。

表4 高寒草原蝗蟲(卵)主要發(fā)育期氣象適宜等級Table 4 Meteorological suitability rates for the main growth period of grasshoppers (eggs) in alpine grasslands

2.2.3 草原蝗蟲成災(zāi)氣象等級指標(biāo)計算方法

北方牧區(qū)草原蝗蟲為害成災(zāi)風(fēng)險氣象等級(D)主要取決于蝗卵過渡期氣象適宜指數(shù)(D1)、蝗卵越冬期氣象適宜指數(shù)(D2)和蝗卵孵化出土至蝗蝻期氣象適宜指數(shù)(D3)，依據(jù)這3 個時期的氣象適宜指數(shù)，構(gòu)建高寒草原蝗蟲成災(zāi)的風(fēng)險等級。計算模型：

式中：a、b、c 為權(quán)重系數(shù)，依據(jù)歷史上草原蝗蟲暴發(fā)年份的監(jiān)測資料分析結(jié)果，征求草原部門昆蟲學(xué)專家的經(jīng)驗，查閱文獻(xiàn)，綜合考慮后引用北方牧區(qū)草原蝗蟲發(fā)生氣象等級氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QX/T631-2021) [22]中給出的系數(shù)，a、b、c 分別為0.35、0.25、0.40。草原蝗蟲成災(zāi)風(fēng)險指數(shù)D值在1～3。

2.2.4 高寒草原蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)氣象指標(biāo)

在歷史上蝗災(zāi)暴發(fā)年份資料較少，難以采用技術(shù)方法確定不同等級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)情況下，依據(jù)歷史上草原蝗蟲暴發(fā)年份的監(jiān)測資料分析結(jié)果和草原部門昆蟲學(xué)專家的經(jīng)驗，查閱文獻(xiàn)，引用北方牧區(qū)草原蝗蟲發(fā)生氣象等級氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QX/T 631-2021)中給出的系數(shù)，確定成災(zāi)風(fēng)險氣象等級，具體表5 所列。

表5 高寒草原蝗蟲成災(zāi)氣象風(fēng)險等級Table 5 Meteorological risk level of grassland locust infestation in alpine grasslands

2.3 高寒草原蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)氣象指標(biāo)及預(yù)報方法驗證

2.3.1 高寒草原蝗蟲災(zāi)害發(fā)生情況

具有高寒草原代表性的青海省，其草原蝗蟲災(zāi)害由于氣候和地形的原因，主要發(fā)生在環(huán)青海湖的山地、盆地草原上，表6 是環(huán)青海湖海北州海晏、剛察及海南州興海、同德、共和共5 個縣，2007-2009年蝗蟲災(zāi)害實際發(fā)生面積、危害面積和發(fā)生蟲口最高密度、平均密度。根據(jù)高寒草地蝗蟲為害面積等級，2009 年剛察縣、興海縣為中度危害，其余年份和地區(qū)均為輕度危害；根據(jù)高寒草地蝗蟲為害密度等級，2009 年剛察縣、興?？h、同德縣及共和縣為中度危害，其余年份和地區(qū)均為輕度危害或基本不發(fā)生危害。

表6 2007-2009 年環(huán)湖地區(qū)海北、海南州原蝗蟲成災(zāi)等級Table 6 Grasshopper infestation levels in the two counties of Haibei and Hainan Prefecture, Huanhu region, 2007 to 2009

2.3.2 蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)氣象指標(biāo)及預(yù)報方法在青海草地蝗蟲危害中的驗證

根據(jù)《青海草原蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)氣象指標(biāo)》中草原蝗蟲成災(zāi)氣象等級指標(biāo)計算方法，計算環(huán)湖山地、盆地草原蝗蟲成災(zāi)風(fēng)險氣象等級D值(表7)。 2007-2009 年環(huán)湖山地、盆地草原蝗蟲成災(zāi)等級D值風(fēng)險度與實際發(fā)生面積等級對應(yīng)(表8)顯示，在3 年5 縣發(fā)生的15 次危害中，標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)準(zhǔn)確的有12 次，準(zhǔn)確率80%，準(zhǔn)確率較高。2007-2009 年環(huán)湖山地、盆地草原蝗蟲成災(zāi)等級D值風(fēng)險度與實際發(fā)生密度等級對應(yīng)(表9)，在3 年5 縣發(fā)生的15 次危害中，標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)準(zhǔn)確的有10 次，準(zhǔn)確率67%。

表7 2007-2009 年環(huán)湖山地、盆地草原蝗蟲成災(zāi)等級計算值Table 7 Index value of the grasshopper disaster grade in the grasslands in the surrounding mountains and basins from 2007 to 2009

表8 2007-2009 年環(huán)湖山地、盆地草原蝗蟲成災(zāi)等級D 值風(fēng)險度與實際發(fā)生面積等級對應(yīng)表Table 8 Correspondence between the D-value risk degree of grasshopper infestation grade and the actual area grade of grasshopper infestation in the surrounding mountains and basins from 2007 to 2009

表9 2007-2009 年環(huán)湖山地、盆地草原蝗蟲成災(zāi)等級D 值風(fēng)險度與實際發(fā)生密度等級對應(yīng)表Table 9 Correspondence between the D-value risk degree of grasshopper infestation grade and the actual density grade of grasshopper infestation in the surrounding mountains and basins from 2007 to 2009

3 討論與結(jié)論

本研究通過分析青海環(huán)湖山地、盆地草原蝗蟲(卵)主要發(fā)育期與氣象條件的關(guān)系，借鑒《青海省草地滅鼠治蟲實施暫行辦法》中高寒草地蝗蟲為害密度等級，研究對應(yīng)的氣象條件適宜度及風(fēng)險等級，構(gòu)建了高寒草原蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)氣象風(fēng)險等級指標(biāo)及預(yù)報方程。目前針對青海高寒草原蝗蟲暴發(fā)的氣象等級指標(biāo)及預(yù)報方法的研究成果較少，嚴(yán)應(yīng)存等[3]利用青海省1995-2006 年蝗蟲發(fā)生面積與相關(guān)大氣環(huán)流特征量、氣候資料分析了不同氣候因子與蝗蟲發(fā)生面積之間的關(guān)系，建立了青海省蝗蟲發(fā)生面積省、州、縣級多元回歸預(yù)測模型。近10 年來剛察縣不同年份災(zāi)情狀況與氣溫、降水之間的關(guān)系定性分析表明，6 月-7 月的平均氣溫和累積降水量對當(dāng)年蝗災(zāi)發(fā)生強(qiáng)度有較大影響[23]；本研究得出的蝗蟲災(zāi)害發(fā)生發(fā)展與氣象條件關(guān)系的結(jié)果與上述研究結(jié)果總體一致，與上述研究不同的是本研究首先計算了蝗蟲(卵)主要發(fā)育期氣象適宜等級，進(jìn)而從蟲害發(fā)生發(fā)展氣象條件方面入手進(jìn)一步構(gòu)建了可以定量分析判斷的高寒草原蝗蟲成災(zāi)的氣象風(fēng)險等級預(yù)報方程。

蝗蟲是草原主要生物災(zāi)害之一，對草原畜牧業(yè)和生態(tài)環(huán)境危害極大。近年來，氣候變化、過牧和不合理的人為活動等導(dǎo)致中國草原蝗蟲大面積發(fā)生，因此我國科研人員在蝗蟲和蝗災(zāi)監(jiān)測預(yù)測及防御中做了大量的研究工作[4]，為我國蝗蟲災(zāi)害的預(yù)防提供有力科技支撐。然而由于青海獨特的地理位置和地理條件，導(dǎo)致目前有關(guān)青海高寒草原蝗蟲監(jiān)測預(yù)測的研究仍多數(shù)局限在定性層面或僅用平均氣溫和降水作為關(guān)鍵影響因子[24-27]，從氣溫、降水與蝗蟲爆發(fā)的關(guān)聯(lián)性入手，進(jìn)而判斷氣象條件對蝗蟲生長發(fā)育的影響。但是隨著氣候變化加劇[28]，單一固定的氣象條件已不能作為常規(guī)判斷因子開展預(yù)報服務(wù)，本研究引入相對累計降溫指數(shù)等可以衡量距平變化的關(guān)鍵氣象因子定量判斷氣候變化背景下高寒草地蝗蟲爆發(fā)與否，同時在蝗卵越冬期使用積雪覆蓋日數(shù)作為關(guān)鍵水分因子，從保溫、保濕兩個層面劃分指標(biāo)，而在孵化出土至蝗蝻期則使用降水距平百分率進(jìn)行分級，在蝗蟲生育期劃分和氣象適宜條件判斷上更加全面且有針對性。由于青海東部黃土高原、柴達(dá)木盆地及青南高寒草甸的蝗蟲數(shù)據(jù)及相關(guān)資料較少，本研究尚未涉及3 個蝗區(qū)的蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)氣象指標(biāo)及預(yù)報方法，僅研究了青海省主要蝗災(zāi)發(fā)生的環(huán)湖地區(qū)草地蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)氣象指標(biāo)及預(yù)報方法，后期仍需廣泛收集資料，加強(qiáng)不同蝗區(qū)的研究，以期提升預(yù)報范圍和準(zhǔn)確率。

基于上述研究，得出：1)以青海為研究對象，根據(jù)青海環(huán)湖山地、盆地草原蝗蟲(卵)主要發(fā)育期與氣象條件的關(guān)系，選取相對累計降溫指數(shù)、平均氣溫距平、降水量、降水距平百分率、越冬期積雪覆蓋日數(shù)等氣象資料，計算高寒草原蝗蟲(卵)秋季過渡期、越冬期和孵化出土至蝗蝻期不同發(fā)育階段適宜等級，通過高寒草原蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)綜合氣象風(fēng)險等級和綜合氣象風(fēng)險等級閾值，劃分高寒草原蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)氣象風(fēng)險等級。2)依據(jù)蝗卵過渡期、蝗卵越冬期、蝗卵孵化出土至蝗蝻期3 個時期的氣象適宜指數(shù)，構(gòu)建了高寒草原蝗蟲成災(zāi)的風(fēng)險等級預(yù)報方程。3)預(yù)報結(jié)果對比分析結(jié)果表明，2007-2009 年環(huán)湖山地、盆地草原蝗蟲成災(zāi)等級D值風(fēng)險度與實際發(fā)生面積等級預(yù)報準(zhǔn)確率為80%，2007-2009 年環(huán)湖山地、盆地草原蝗蟲成災(zāi)等級D值風(fēng)險度與實際發(fā)生密度等級預(yù)報準(zhǔn)確率為67%，平均預(yù)報準(zhǔn)確率73%，表明選擇的關(guān)鍵氣象影響因子對高寒草原蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)具有決定作用。研究結(jié)果可為高寒草原蝗蟲災(zāi)害的預(yù)報和防治提供科技支撐和決策依據(jù)。