當(dāng)前及未來氣候環(huán)境下蘇州市稻水象甲入侵風(fēng)險(xiǎn)研究

張穎，章超斌，郝建華，顧海濤

（1.常熟理工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，江蘇常熟215500；2.南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210023）

當(dāng)前及未來氣候環(huán)境下蘇州市稻水象甲入侵風(fēng)險(xiǎn)研究

張穎1，2，章超斌2，郝建華1，顧海濤1

（1.常熟理工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，江蘇常熟215500；2.南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210023）

稻水象甲（Lissorhoptrus oryzophilus）是源自北美的外來入侵害蟲，會對水稻產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅.本研究利用生態(tài)位模型結(jié)合GIS技術(shù)，對入侵害蟲稻水象甲在蘇州當(dāng)前和未來氣候情景下的入侵風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了預(yù)測分析.結(jié)果表明，在當(dāng)前氣候條件下，稻水象甲在蘇州的適生區(qū)、邊緣適生區(qū)和非適生區(qū)所占的面積比例分別為13%，81%和6%.在未來氣候條件（RCP4.5）下，適生性會進(jìn)一步提高.

稻水象甲；入侵預(yù)警；氣候情景；蘇州

稻水象甲（Lissorhoptrus oryzophilus）屬鞘翅目，象甲科，又名稻水象、稻根象，原產(chǎn)北美洲［1］，其成蟲和幼蟲均危害水稻，是水稻上的毀滅性害蟲.該害蟲抗逆性強(qiáng)，耐饑餓、耐低溫，繁殖率高，寄生性廣播［2］，被國際自然保護(hù)聯(lián)盟列為全球100種最具威脅性的外來入侵生物之一［3］.1988年在中國河北省唐?？h首次發(fā)現(xiàn)稻水象甲，此后稻水象甲在中國迅速蔓延，截至2010年，該蟲已擴(kuò)散到東北、華北、華東等地的20個(gè)省市區(qū)的局部地區(qū)，且有進(jìn)一步向周邊省份蔓延的趨勢，這對中國水稻生產(chǎn)構(gòu)成了巨大的威脅［3］.稻水象甲在我國一年發(fā)生1～2代，發(fā)生時(shí)期基本和當(dāng)?shù)厮旧谝恢?，主要?～5 cm的土表層或淺土層.春季天氣轉(zhuǎn)暖后（約12℃以上）開始活動，近夏時(shí)（20℃以上無雨微風(fēng)天氣）大量飛遷至稻田繁殖后代，卵7 d左右即可孵化為幼蟲［4］.

近幾年來，我國學(xué)者針對稻水象甲的防控預(yù)警等開展了不少研究，并取得了一定的進(jìn)展.例如毛志農(nóng)等［5］利用CLIMAX模型預(yù)測了稻水象甲在我國的連續(xù)分布區(qū)域及其北界和西界，龔偉榮等［6］和齊國君等［7］分別利用Arcview和MaxEnt模型分析預(yù)測了稻水象甲在我國的潛在分布范圍.然而，近幾十年來全球氣候變化現(xiàn)象愈加引人關(guān)注，在氣候變化的背景下，稻水象甲在我國各地區(qū)的適生情況可能會發(fā)生改變.

目前，蘇州市尚未發(fā)現(xiàn)該入侵種，但了解其在蘇州的潛在入侵風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)先建立防御機(jī)制，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)安全和糧食安全有重要意義.

本研究結(jié)合氣候數(shù)據(jù)、物種分布數(shù)據(jù)，利用生態(tài)位模型MaxEnt及GIS技術(shù)對稻水象甲在蘇州的入侵風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測分析.

1　數(shù)據(jù)方法

1.1數(shù)據(jù)

氣候數(shù)據(jù)來自Worldclim數(shù)據(jù)庫所提供的主要服務(wù)于物種分布模擬的Bioclim數(shù)據(jù)集，包含與溫度、水分相關(guān)的19個(gè)生物氣候因子（表1）.本研究共采用了兩組氣候數(shù)據(jù)：對于當(dāng)前適生區(qū)的模擬采用的“當(dāng)前狀況”（Current Conditions 1950—2000）生物氣候數(shù)據(jù)組（空間分辨率為1 km）；對于未來適生區(qū)的模擬采用第5次耦合模式國際比較計(jì)劃（CMIP5）所提供的RCP4.5情景（空間分辨率為5 km），情景時(shí)間為2050年.物種分布數(shù)據(jù)來自于文獻(xiàn)報(bào)道［8-13］及物種分布數(shù)據(jù)庫GBIF［14］.

表1　本研究采用的環(huán)境變量及蘇州范圍內(nèi)兩種氣候情景對比

1.2方法

空間分析采用美國ESRI公司所開發(fā)的全系列地理信息系統(tǒng)平臺ArcGIS，版本為10.0；適生區(qū)預(yù)測模型采用由美國普林斯頓大學(xué)AT&T實(shí)驗(yàn)室Steven Phillips和Miro Dudik等人所開發(fā)的MaxEnt［15］，版本是3.3.3k.MaxEnt模型輸出結(jié)果為ASCII格式的柵格圖層，根據(jù)入侵物種對環(huán)境的適應(yīng)程度賦予適生指數(shù)，適生指數(shù)值域范圍為0～1.一般將適生指數(shù)從低到高依次分為4個(gè)等級，分別為非適生區(qū)（0～0.15），邊緣適生區(qū)（0.15～0.40），適生區(qū)（0.40～0.65），高危區(qū)（0.65～1）.

2　結(jié)果

2.1在當(dāng)前氣候條件下稻水象甲在蘇州的適生性分析

對在當(dāng)前氣候條件下稻水象甲在蘇州的適生性預(yù)測分析結(jié)果表明（見圖1），稻水象甲在蘇州的適生值范圍為0.06～0.64.全區(qū)6%的地區(qū)為非適生區(qū)，主要位于蘇州西北地區(qū)和南部太湖沿岸地區(qū)；有81%的地區(qū)為邊緣適生區(qū)，主要位于蘇州中部及南部；有13%的地區(qū)為適生區(qū)，主要位于蘇州東北部.而對于整個(gè)區(qū)域而言，在當(dāng)前氣候環(huán)境條件下，稻水象甲對蘇州的氣候環(huán)境條件的適應(yīng)性比較高.模型基于當(dāng)前的物種分布信息提取了稻水象甲的生態(tài)位信息，結(jié)果表明，年均溫、最冷季均溫及年降水量對于稻水象甲的分布響應(yīng)最高的值分別為13℃，24℃，4℃和510 mm.

圖1　當(dāng)前氣候狀況下稻水象甲在蘇州的適生性模擬

2.2在未來氣候條件下稻水象甲在蘇州的適生性分析

對2050年條件下稻水象甲在蘇州的適生性預(yù)測分析結(jié)果表明（見圖2），稻水象甲在蘇州內(nèi)的適生值范圍為0.03～0.64，空間分布差異明顯.全區(qū)5%的地區(qū)為非適生區(qū)，主要位于蘇州東南地區(qū)；有38%的地區(qū)為邊緣適生區(qū)，主要位于蘇州西北部與東南部；有57%的地區(qū)為適生區(qū).在2050年的氣候條件下，稻水象甲對蘇州的適生值的最低值雖稍有降低，但對于整個(gè)區(qū)域而言，適生值有明顯提升.

圖2　2050年氣候狀況下稻水象甲在蘇州的適生性模擬

相對于當(dāng)前氣候條件，2050年稻水象甲在蘇州的適生情況呈現(xiàn)出：東北部地區(qū)的適生值有較明顯的提高，在中部地區(qū)也有一定的提高.統(tǒng)計(jì)并對比當(dāng)前和未來氣候情景下各級適生區(qū)在蘇州所占比例，結(jié)果如圖3所示：適生區(qū)比例有較大幅度提升（44%），而邊緣適生區(qū)比例有較大幅度的下降（43%）.

圖3　不同氣候情景下稻水象甲在蘇州市適應(yīng)性對比

分別統(tǒng)計(jì)了在當(dāng)前和未來氣候情景下，稻水象甲在蘇州各縣區(qū)的適生值均值（表2）.結(jié)果顯示，在蘇州10個(gè)縣市區(qū)中，除吳江區(qū)外，其他9個(gè)縣市區(qū)的適生值均值均有明顯提高，最大增幅可達(dá)168.75%（姑蘇區(qū)），虎丘區(qū)和相城區(qū)的增幅也比較大（143.75%）.而在吳江區(qū)呈現(xiàn)一定的下降（-17.65%）.

表2　當(dāng)前和未來氣候情景下蘇州各縣區(qū)稻水象甲適生值對比

3　討論

本文利用MaxEnt生態(tài)位模型、物種分布數(shù)據(jù)及氣候模型對稻水象甲在蘇州當(dāng)前和未來氣候條件下的適生情況進(jìn)行了預(yù)測和分析.齊國君等［7］曾對稻水象甲在全國的適生性進(jìn)行過預(yù)測，對蘇州而言，其結(jié)果與本文比較一致.而本文使用了空間分辨率更高的氣候數(shù)據(jù)，并考慮了未來氣候條件，對蘇州市這樣的小尺度的研究區(qū)域，結(jié)果更為精確，對生產(chǎn)實(shí)踐更具有實(shí)際指導(dǎo)價(jià)值.

稻水象甲具有多種傳播途徑，可通過自身的活動如爬行飛翔等，并借助風(fēng)雨水流等自然擴(kuò)散，向附近的地區(qū)進(jìn)行短距離擴(kuò)散；遠(yuǎn)距離擴(kuò)散主要借助于人為傳帶，其中運(yùn)輸工具和調(diào)運(yùn)稻草稻谷是其遠(yuǎn)距離傳播的主要途徑［16］.盡管蘇州市乃至江蘇省內(nèi)尚未出現(xiàn)稻水象甲的入侵跡象，但江蘇周邊省份如浙江、安徽和山東均已出現(xiàn)該害蟲的入侵報(bào)道.蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，與周邊地區(qū)的物流交通運(yùn)輸頻繁密集，并以水稻作為主要糧食作物，因此稻水象甲的入侵風(fēng)險(xiǎn)較大，亟需采取措施防止稻水象甲的進(jìn)一步蔓延.

當(dāng)前氣候變暖趨勢是全球矚目的焦點(diǎn)問題，氣候變化會影響生物入侵的速度和程度，可能導(dǎo)致外來生物大規(guī)模入侵與快速擴(kuò)散［17］.本研究通過對比蘇州范圍內(nèi)稻水象甲在當(dāng)前和未來氣候情景下的適生情況，發(fā)現(xiàn)適生值在未來將有明顯提升.已有研究顯示，年均溫、最濕月降水、最濕季降水對稻水象甲分布的影響較大［7］.而依據(jù)PRC4.5情景，在蘇州范圍內(nèi)這些氣候因子在2050年都將較現(xiàn)在發(fā)生比較明顯的變化（例如，年均溫將有2.5℃的提升，最濕月降水將有66 mm的提升）.這些變化可能是致使稻水象甲在蘇州適生性提高的主要原因.對比當(dāng)前和未來氣候情景，稻水象甲的適生性在姑蘇區(qū)、相城區(qū)和虎丘區(qū)的增幅最大，但這些區(qū)域多為城市用地，稻田面積極小，因此稻水象甲適生性的升高不會構(gòu)成危險(xiǎn)性.而尤其需要警惕的是稻田面積較大的張家港、常熟和太倉地區(qū)，這些地區(qū)稻水象甲的適生性也有明顯的提高.

致謝：Saurav Bhattacharya博士幫助修改英文題目和摘要，謹(jǐn)表謝忱！

［1］付海濱，叢斌.入侵害蟲稻水象甲的研究進(jìn)展［J］.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，34（4）：317-320.

［2］楊清蘭，袁家發(fā)，楊清斌.稻水象甲的監(jiān)測與防控［J］.現(xiàn)代農(nóng)村科技，2013，12（12）：20-21.

［3］余守武，楊長登，李西明.我國稻水象甲的發(fā)生及其研究進(jìn)展［J］.中國稻米，2006，6（6）：10-12.

［4］孟維亮，于飛，敖芹，等.稻水象甲的入侵特征與適應(yīng)性分析［J］.耕作與栽培，2011（2）：19-20.

［5］毛志農(nóng)，孫汝川，竇學(xué)芝，等.低濕和低溫對稻水象死亡率的影響及稻水象在我國分布范圍的初探［J］.植物檢疫，1997（S1）：26-29.

［6］龔偉榮，杜予州，戴霖，等.稻水象在中國適生性分布的研究［J］.揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2007，28（1）：79-82.

［7］齊國君，高燕，黃德超，等.基于MAXENT的稻水象甲在中國的入侵?jǐn)U散動態(tài)及適生性分析［J］.植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2012，39（2）：129-136.

［8］付希玲，冀寧，張子峰.稻水象甲的發(fā)生規(guī)律與防治技術(shù)［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2007（4）：87-87.

［9］宋建科，崔玉龍.山東省稻水象甲的發(fā)生與控制［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，1997（6）：59-60.

［10］趙琳，林云彪.浙江省稻水象甲發(fā)生現(xiàn)狀與防控［J］.中國稻米，2009（6）：70-71.

［11］劉虹伶，劉旭，蒲德強(qiáng)，等.四川省稻水象甲生物學(xué)特性的初步研究［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，27（6）：2723-2725.

［12］郭立兵，周社文，肖鐵，等.湖南省稻水象甲發(fā)生狀況與防治［J］.作物研究，2007，21（1）：68-70.

［13］朱曉敏，駱家玉，田志來.我國稻水象甲研究進(jìn)展與展望［J］.吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（5）：79-84.

［14］GBIFsecretariat.GBIF Backbone Taxonomy［EB/OL］.［2016-06-14］.http：//www.gbif.org/species4290694.DOI:10.15468/ 39omei.

［15］PHILLIPSs J，ANDERSON R P，SCHAPIRE R E.Maximum entropy modeling ofspecies geographic distributions［J］.Ecological Modelling，2013，190（3/4）：231-259.

［16］丁毅弘，丁偉，胡長生，等.稻水象甲在吉林省發(fā)生的可能性分析［J］.吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，1995（1）：65-67.

［17］伍米拉.全球氣候變化與生物入侵［J］.生物學(xué)通報(bào)，2012，47（1）：4-6.

Risk Assessment of Invasive Lissorhoptrus oryzophilus insuzhou under Current and Future Climatescenarios

ZHANG Ying1，2，ZHANG Chaobin2，HAO Jianhua1，GU Haitao1
（1.School of Biology and Food Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500；2.School of Lifesciences，Nanjing University，Nanjing 210023，China）

Lissorhoptrus oryzophilus，an invasive pest which originated from North America，poses a great threat to rice production.The potential distribution regions of this invasive pest was estimated andstudied under current and future（2050）climatescenarios insuzhou using MaxEnt model and GIS.The distribution patterns of L. oryzophilus insuitable regions，marginal and non-suitable regions were found to be 13%，81%，and 6%respectively，under current climate conditions.The distribution regions of L.oryzophilus are presenting an increasing trend insuzhou under future climatescenario（RCP4.5）

Lissorhoptrus oryzophilus；climate changescenarios；invasive risk；climatescenarios；Suzhou

Q986.1

A

1008-2794（2015）04-0112-04

2015-11-28

蘇州市科技計(jì)劃項(xiàng)目“基于GIS的在全球氣候變化及人類活動影響下外來植物病蟲害入侵蘇州的風(fēng)險(xiǎn)評估與綜合防控”（SYN201304）；國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科研項(xiàng)目“外來雜草隨進(jìn)境大宗貨物傳播擴(kuò)散機(jī)制及關(guān)鍵控制技術(shù)的研究”（2014IK013）

郝建華，教授，博士，研究方向：外來入侵有害生物，E-mail:jhhao@cslg.cn.