蘋果蠹蛾在中國的適生性分析＊

梁 亮， 余 慧，， 劉星月， 張俊華， 陳乃中， 楊 定＊＊

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京 100193； 2.中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100029）

蘋果蠹蛾［Cydiapomonella（L.）］隸屬于鱗翅目，卷蛾科（Tortricidae），原產(chǎn)地為歐洲東南部，而目前除日本外，在世界各國蘋果產(chǎn)地均有分布［1］。主要為害仁果類的蘋果、梨、沙果和核果類的桃、杏［2］。我國自1953年在新疆庫爾勒首次發(fā)現(xiàn)蘋果蠹蛾以來，其發(fā)生地一直僅限于新疆，但于1986年開始傳入甘肅省酒泉地區(qū)［3］。目前，已有新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、黑龍江、寧夏5省區(qū)發(fā)現(xiàn)蘋果蠹蛾疫情，發(fā)生面積32.67萬hm2，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9.61億元［4］。

CLIMEX是通過某物種已知地理分布區(qū)域的氣候參數(shù)來模擬預(yù)測其潛在的地理分布和相對豐度的動態(tài)模擬模型。物種對該地區(qū)氣候條件的適合程度由生態(tài)氣候指數(shù)（ecoclimatic index，EI）表示，EI的取值范圍為0～100。EI值越小，表明該地區(qū)氣候條件不適合物種生存，EI值越大，表明該地區(qū)的氣候條件越適合物種建立種群［5］。ArcGIS是由美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（Environmental Systems Research Institute，ESRI）開發(fā)的地理信息系統(tǒng)平臺，是世界上應(yīng)用最廣泛的GIS軟件之一，利用其強(qiáng)大的空間插值分析功能可以將屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)完善地結(jié)合起來［6］。

本研究采用CLIMEX 2.0的地點(diǎn)比較模型和ArcGIS分析相結(jié)合的預(yù)測方法，分析了蘋果蠹蛾在我國的適生范圍與適生程度，旨在為農(nóng)林業(yè)植物檢疫部門及時(shí)采取相應(yīng)措施控制蘋果蠹蛾的進(jìn)一步擴(kuò)散提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基礎(chǔ)資料

1.1.1 蘋果蠹蛾生物學(xué)資料

蘋果蠹蛾的發(fā)育起點(diǎn)溫度為9℃，生長發(fā)育的適宜溫度為15～30℃，且溫度低于11℃或高于32℃時(shí)不利于其生長發(fā)育。6－9月平均月降水量如大于150mm，會引起初孵幼蟲大量死亡，蘋果蠹蛾也很難生存［7］。不同蟲態(tài)或生理狀態(tài)對低溫的抗性不同，卵和非滯育性幼蟲對低溫較敏感，而滯育性幼蟲則有較強(qiáng)的抗低溫能力，只有當(dāng)溫度非常低（－20～－27℃）時(shí)，才能導(dǎo)致大量滯育幼蟲死亡。同樣，蘋果蠹蛾也有較強(qiáng)的抗高溫能力，當(dāng)溫度達(dá)到33℃時(shí)，幼蟲發(fā)育受影響，但只有當(dāng)溫度超過38℃時(shí)，才能造成大量幼蟲死亡［3］。蘋果蠹蛾完成一個(gè)世代所需的有效積溫為441.3日度［8］。

1.1.2 氣象和地理數(shù)據(jù)

本研究所使用的CLIMEX 2.0軟件帶有2 892個(gè)全球氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)資料，其中通過整理中國國家氣象信息中心提供的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用CLIMEX 2.0后臺氣象數(shù)據(jù)庫（MetManager）將軟件原有的中國氣象站點(diǎn)數(shù)由86個(gè)增加到760個(gè)。氣象數(shù)據(jù)包括我國1971－2000年的每月最高日溫和最低日溫的平均值、每月總降水量和每月09：00和15：00的日空氣相對濕度等關(guān)鍵氣候數(shù)據(jù)。

根據(jù) CABI（Centre Agriculture Bioscience International）和美國華盛頓州立大學(xué)果樹研究與推廣中心（Washington State University Tree Fruit Research ＆Extension Center）發(fā)布的蘋果蠹蛾世界分布資料并結(jié)合相關(guān)資料［8－10］，明確了蘋果蠹蛾在全球的地理分布情況（圖1）。電子地圖來源于中國基礎(chǔ)信息系統(tǒng)網(wǎng)站，比例尺為1：4 000 000的中國國界、省界圖。

圖1 全球蘋果蠹蛾已知分布區(qū)（來源：http：∥ipmnet.org／Codling Moth.）

1.2 研究方法

根據(jù)蘋果蠹蛾的生物學(xué)資料并參考CLIMEX 2.0自帶模板的參數(shù)值，初步設(shè)定CLIMEX分析所需要的參數(shù)，然后根據(jù)蘋果蠹蛾在全球的實(shí)際分布反復(fù)調(diào)試模型的參數(shù)值，使蘋果蠹蛾在全球的分布范圍與實(shí)際情況達(dá)到最大限度的擬合，最終確認(rèn)適用于蘋果蠹蛾適生性分析的CLIMEX參數(shù)并運(yùn)用修正后的CLIMEX參數(shù)值計(jì)算我國760個(gè)氣象站點(diǎn)的EI值。當(dāng)EI＝0時(shí)為非適生區(qū)，表示該地區(qū)的氣候條件不適合蘋果蠹蛾的生存。當(dāng)EI＞0時(shí)為適生區(qū)，表示該地區(qū)的氣候條件適合蘋果蠹蛾的種群生長。按照以往確定適生性評判標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)，將適生區(qū)EI值劃分為高、中、低3個(gè)等級，以此反映出蘋果蠹蛾在適生區(qū)的適生程度：0＜EI≤10為低度適生區(qū)，表示蘋果蠹蛾在該地區(qū)可定殖，但屬于限制性分布；10＜EI≤20為中度適生區(qū)，表示蘋果蠹蛾在該地區(qū)較易定殖；EI＞20為高度適生區(qū)，表示蘋果蠹蛾在該地區(qū)極易定殖。最后利用ArcGIS空間分析模塊（spatial analyst）中的反距離權(quán)重插值方式（IDW，inverse distance weighted）進(jìn)行柵格插值分析，以插值點(diǎn)與樣本點(diǎn)間的距離為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，對鄰近區(qū)域的每個(gè)采樣點(diǎn)值平均運(yùn)算獲得內(nèi)插單元值，設(shè)插值單元大小為0.2，搜索距離（distance）中包含點(diǎn)數(shù)（number of points）由初始值12調(diào)整為5，其他插值參數(shù)為默認(rèn)值，完成CLIMEX預(yù)測值從點(diǎn)到面的轉(zhuǎn)換，從而得到蘋果蠹蛾在我國的適生區(qū)和適生程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 CLIMEX模型參數(shù)的確定

CLIMEX 2.0一共預(yù)設(shè)了42個(gè)生物學(xué)參數(shù)，依據(jù)蘋果蠹蛾的生物學(xué)資料和已知的世界地理分布情況，本研究只使用了其中18個(gè)參數(shù)項(xiàng)。通過不斷的調(diào)整和擬合，同時(shí)考慮灌溉因素在調(diào)節(jié)干旱地區(qū)果園氣候小環(huán)境方面起到的重要作用，因此在CLIMEX參數(shù)調(diào)試過程中增加了夏季1.5mm／d，冬季0mm／d的灌溉數(shù)據(jù)，最終確定了所使用的18個(gè)CLIMEX參數(shù)項(xiàng)的參數(shù)值（表1）。

2.2 蘋果蠹蛾在我國的適生區(qū)域與適生程度

根據(jù)表1所示的CLIMEX參數(shù)值和適生程度評判標(biāo)準(zhǔn)，針對我國的氣候條件預(yù)測分析了蘋果蠹蛾在我國的適生范圍與適生程度。在我國的760個(gè)氣象站點(diǎn)中，EI＞0的站點(diǎn)有423個(gè)，占全國站點(diǎn)的55.7%；EI≥10的站點(diǎn)達(dá)到了362個(gè)，約占適生站點(diǎn)總數(shù)的85.6%。利用ArcGIS的空間插值分析功能，將CLIMEX預(yù)測得到的EI值進(jìn)行插值分析，得到蘋果蠹蛾在我國的潛在適生區(qū)及其適生程度（圖2）。

從圖2中可以看出：蘋果蠹蛾在我國的適生區(qū)域較為廣泛。中高度適生區(qū)（EI≥10）主要包括黑龍江、內(nèi)蒙古、山西、寧夏、甘肅，吉林、北京、陜西、新疆、西藏的大部分地區(qū)，遼寧西部、河北西部和北部、青海北部、云南北部、四川西部、貴州西部及山東沿海地區(qū)；低度適生區(qū)（0＜EI≤10）主要包括天津、山東（除沿海地區(qū)）、遼寧西部、河北東部、青海南部、貴州東部、浙江和福建中部、重慶南部、河南北部；非適生區(qū)（EI＝0）主要包括上海、廣東、海南、臺灣，江蘇、安徽、江西、湖北、廣西的大部分地區(qū)，河南南部、四川東部和湖南的北部。

表1 預(yù)測蘋果蠹蛾分布區(qū)的CLIMEX參數(shù)

圖2 蘋果蠹蛾在我國的潛在適生區(qū)及其適生程度

3 討論

3.1 軟件的應(yīng)用

CLIMEX是使用物種生長發(fā)育的生物學(xué)數(shù)據(jù)，并通過該物種已知的分布區(qū)，不斷調(diào)整氣候參數(shù)及參數(shù)值的大小，來確定某一地區(qū)的生態(tài)氣候指數(shù)（EI），并以EI值來描述該物種對某一地區(qū)的綜合適合度［11］。因此研究對象生物學(xué)資料的豐富程度和已知地理分布準(zhǔn)確性，決定著預(yù)測結(jié)果的可靠性。本研究中蘋果蠹蛾的生物學(xué)資料較為豐富［3，12］。結(jié)合CABI和美國華盛頓州立大學(xué)果樹研究與推廣中心發(fā)布的蘋果蠹蛾地理分布進(jìn)行適生性分析，并在CLIMEX 2.0預(yù)測結(jié)果的基礎(chǔ)上，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)ArcGIS的插值功能，彌補(bǔ)了CLIMEX只能進(jìn)行點(diǎn)預(yù)測的不足，完成了預(yù)測結(jié)果從點(diǎn)到面的轉(zhuǎn)換。

利用CLIMEX研究生物適生性時(shí)，一般把EI＝30作為劃分高度適生區(qū)的閾值［5］，但在對多種生物的適生性分析研究中發(fā)現(xiàn)此閾值設(shè)置偏高。目前普遍接受EI＝10作為劃分中度適生區(qū)的閾值［13－16］。在近年來國內(nèi)的適生性研究中，主要通過參考報(bào)道的生物發(fā)生為害嚴(yán)重地區(qū)的EI值來設(shè)置高度適生區(qū)的閾值［13－16］，此方法雖具有一定的客觀依據(jù)，但受限于文獻(xiàn)資料內(nèi)容描述的準(zhǔn)確性，還是會存在一定的主觀判斷而影響了適生程度標(biāo)準(zhǔn)劃分的客觀性?？紤]用EI值作為劃分生物適生程度的量化標(biāo)準(zhǔn)，其對所有生物具有普遍適用性，因此可以通過對以往生物適生性研究中劃分的適生程度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析總結(jié)，得到一組普遍適用于生物適生性分析的劃分適生程度的閾值標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 研究結(jié)果的驗(yàn)證

目前我國已知蘋果蠹蛾發(fā)生地僅限于新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、黑龍江5省區(qū)，這些地區(qū)均在本預(yù)測范圍之中。根據(jù)我國文獻(xiàn)，認(rèn)為蘋果蠹蛾最早傳入我國的新疆地區(qū)，然后擴(kuò)散到甘肅地區(qū)，并在新疆的庫爾勒、輪臺、庫車、沙雅、新和、拜城、溫宿、阿克蘇、伽師、喀什、莎車、墨玉、和闐、克州、和田、塔城、伊犁、烏魯木齊、阿勒泰、瑪納斯、吐魯番、鄯善［3，17－19］和甘肅的敦煌、瓜州、安西、玉門、酒泉、金塔、張掖、高臺、山丹、武威、民勤、金昌、蘭州、白銀、平?jīng)觯?，19－20］等地區(qū)危害。在上述甘肅和新疆兩省區(qū)的37個(gè)分布地區(qū)中，CLIMEX在其中23個(gè)地區(qū)存在氣象站點(diǎn)，在這23個(gè)站點(diǎn)的EI值中，EI≥10的站點(diǎn)有22個(gè)，僅吐魯番的EI＝2（表2）。作為蘋果蠹蛾疫區(qū)的吐魯番，CLIMEX預(yù)測的EI值較其他疫區(qū)站點(diǎn)的EI值偏低，其原因主要是吐魯番盆地屬于獨(dú)特的暖溫帶干旱荒漠氣候。主要特點(diǎn)是干燥、高溫、多風(fēng)。若僅考慮氣候因素，熱脅迫（HS＝59）是造成該地區(qū)EI值偏低的主要原因，但考慮到人類農(nóng)事活動（如栽培、覆草等）對該地區(qū)環(huán)境微氣候的改變，可能為蘋果蠹蛾的定殖創(chuàng)造了較為適宜的微氣候條件。CLIMEX預(yù)測的蘋果蠹蛾在新疆和甘肅兩省區(qū)23個(gè)站點(diǎn)的EI值全部大于0，說明這23個(gè)地點(diǎn)是蘋果蠹蛾的潛在適生區(qū)。

表2 CLIMEX擬合的蘋果蠹蛾在新疆和甘肅部分地區(qū)的EI值

3.3 限制因子

通過對比分析CLIMEX軟件對蘋果蠹蛾的潛在分布結(jié)果與蘋果蠹蛾在世界范圍內(nèi)的實(shí)際分布情況，可以發(fā)現(xiàn)蘋果蠹蛾能夠出現(xiàn)在溫暖干燥的地中海地區(qū)，也能夠在寒冷干燥的北歐地區(qū)存活，但在南北回歸線之間的非洲南部、澳大利亞北部等高溫多雨地區(qū)未見分布。由于蘋果蠹蛾具有較強(qiáng)的抗高溫能力，可以得出結(jié)論：濕度是影響蘋果蠹蛾分布的主要限制因子，同時(shí)熱－濕脅迫的影響對蘋果蠹蛾在高溫多雨地區(qū)的分布也起到了一定的限制作用。

3.4 寄主影響

氣候因素和非氣候因素（諸如寄主、天敵等）共同決定著生物的適生性區(qū)域。CLIMEX軟件僅考慮氣候因素對生物適生區(qū)的影響，因此在使用該軟件預(yù)測生物適生區(qū)時(shí)，還要綜合考慮寄主和天敵等非氣候因素的影響，以提高CLIMEX預(yù)測的可靠性。本研究中的研究對象蘋果蠹蛾除主要為害蘋果和梨外，其寄主還包括野蘋果、蘋果梨、香梨、海棠、山楂、野山楂、櫻桃、核桃、胡桃、石榴、李、油桃、榅桲、板栗屬、無花果屬等 多種果樹［1－3，18，21－26］，其寄主在我國廣泛分布，因此本研究中寄主植物分布對蘋果蠹蛾適生區(qū)范圍沒有限制作用。

3.5 防控措施建議

我國是世界蘋果生產(chǎn)大國，種植面積和產(chǎn)量居世界第一。我國蘋果生產(chǎn)主要有渤海灣（魯、冀、遼、京、津）、西北黃土高原（陜、甘、晉、寧、青）、黃河故道（豫、蘇、皖）和西南冷涼高地（云、貴、川）四大產(chǎn)區(qū)［27］，其中渤海灣和西北黃土高原2個(gè)產(chǎn)區(qū)的蘋果栽培面積約占全國蘋果總面積的78%，產(chǎn)量約占蘋果總產(chǎn)量的80%，是我國蘋果的兩大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)［28］。

蘋果是蘋果蠹蛾的主要寄主之一。從研究結(jié)果可以看出，我國蘋果四大產(chǎn)區(qū)的大部分地區(qū)是蘋果蠹蛾的適生區(qū)。尤其渤海灣和西北黃土高原兩大蘋果產(chǎn)區(qū)的陜西、山西和河北3省的大部分地區(qū)在蘋果蠹蛾中高度適生區(qū)域內(nèi)，又與我國發(fā)現(xiàn)蘋果蠹蛾疫情的甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古相鄰近，蘋果蠹蛾一旦傳入陜西、山西和河北3省的蘋果栽培地區(qū)就極易定殖，若進(jìn)一步擴(kuò)散，很可能對我國的蘋果生產(chǎn)帶來毀滅性的打擊。因此必須進(jìn)一步加強(qiáng)對蘋果蠹蛾的檢疫力度，防止其傳入和擴(kuò)散。1）加強(qiáng)檢疫措施。對進(jìn)口的水果特別是蘋果及其包裝材料要進(jìn)行嚴(yán)格的現(xiàn)場檢疫和處理，嚴(yán)防蘋果蠹蛾的傳入；對從新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、黑龍江等疫區(qū)輸入保護(hù)區(qū)的水果及相關(guān)產(chǎn)品必須嚴(yán)格檢疫，發(fā)現(xiàn)疫情立即采取處理措施。2）加強(qiáng)蘋果蠹蛾的監(jiān)測。根據(jù)蘋果蠹蛾在我國的適生區(qū)分布情況，重點(diǎn)對蘋果蠹蛾的中高度適生區(qū)所在省（市、區(qū)）開展普查工作，真實(shí)上報(bào)調(diào)查結(jié)果，以便有關(guān)部門及時(shí)掌握種群動態(tài)，防止其進(jìn)一步擴(kuò)散。3）加強(qiáng)檢疫宣傳。各級檢疫部門和檢疫工作人員要加強(qiáng)對蘋果蠹蛾防除的宣傳力度，以增強(qiáng)水果生產(chǎn)部門及果農(nóng)對蘋果蠹蛾的防范意識。

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