基于主成分分析的鄭州市小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)

程嫻 唐淼 吳元翠 李方東 袁媛 余林生 畢守東

摘要 小蜂螨作為亞洲地區(qū)主要的蜜蜂害蟲，嚴(yán)重阻礙了蜂產(chǎn)業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。定量描述小蜂螨的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可以為該螨的早期防控提供一定的科學(xué)依據(jù)。本研究根據(jù)鄭州市1991年至2010年的氣象數(shù)據(jù)，利用主成分分析法將小蜂螨暴發(fā)地的6個(gè)相關(guān)氣象指標(biāo)轉(zhuǎn)換成3個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，再對(duì)綜合指標(biāo)值進(jìn)行加權(quán)相加得到各年小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)值，并對(duì)其進(jìn)行等級(jí)劃分，分別得到各年小蜂螨的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。其中除2006年外，其余年份均與實(shí)際調(diào)查結(jié)果相符，其等級(jí)評(píng)價(jià)正確率達(dá)90%。根據(jù)不同的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，需要采取不同的防御手段，特別是對(duì)當(dāng)年小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，做好防治工作。

關(guān)鍵詞 小蜂螨; 主成分分析; 綜合指標(biāo); 暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

中圖分類號(hào)： S 895

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2018335

小蜂螨Tropilaelaps mites屬寄螨目Parasitiformes，皮刺螨科Dermanyssidae，熱厲螨屬 Tropilaelaps，又名小螨。在亞洲地區(qū)該螨是一類比大蜂螨危害更大的蜜蜂害螨[1]。小蜂螨主要寄生在西方蜜蜂的子脾上，寄生率高達(dá) 90%左右[2]，其繁殖快、攜播期短，靠吸食幼蟲和蛹體汁液進(jìn)行繁殖，經(jīng)常造成大量封蓋幼蟲無法化蛹，或蛹體在巢房腐爛，勉強(qiáng)出房的幼蜂殘缺不全，致使蜂群的生產(chǎn)力嚴(yán)重下降。如果對(duì)發(fā)病群不加控制，極易造成全群爛子覆滅。

1961年小蜂螨首次在菲律賓的東方蜜蜂死蜂標(biāo)本上發(fā)現(xiàn)[3]，隨后由于蜂群的轉(zhuǎn)地飼養(yǎng)以及進(jìn)出口活動(dòng)，很快擴(kuò)散到巴基斯坦、緬甸、斯里蘭卡等國家。截至目前，小蜂螨主要分布在熱帶與亞熱帶地區(qū)，受小蜂螨危害嚴(yán)重的國家主要有菲律賓、緬甸、阿富汗、越南、泰國、巴基斯坦等[4]。歐洲地區(qū)還沒有小蜂螨為害的報(bào)道[5]。中國也是受小蜂螨為害較為嚴(yán)重的國家。1958年江西省在少量蜂群上發(fā)現(xiàn)有小蜂螨，1960年，江西省和廣東省養(yǎng)蜂區(qū)出現(xiàn)大量小蜂螨為害，此后逐漸向其他地區(qū)蔓延，現(xiàn)在已經(jīng)遍及全國養(yǎng)蜂地區(qū)，特別是氣候溫暖的長江以南地區(qū)，蜂群往往全年被寄生。因此對(duì)小蜂螨的研究已經(jīng)成為蜜蜂病蟲害研究中備受重視和關(guān)注的主要問題。

有關(guān)小蜂螨的分布特征[5]、生物學(xué)特性[68]以及生物防治[4，910]等方面已有較多報(bào)道，但是通過建立數(shù)學(xué)模型定量地評(píng)價(jià)小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)則未見報(bào)道。本文基于主成分分析法將小蜂螨暴發(fā)區(qū)域的6個(gè)相關(guān)氣象指標(biāo)轉(zhuǎn)換成3個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，再對(duì)綜合指標(biāo)取值進(jìn)行加權(quán)相加，得到各年小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)值，定量地刻畫了小蜂螨的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以期為該螨的早期防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)及來源

選取距離鄭州市氣象站最近的小蜂螨暴發(fā)區(qū)為樣本地。獲取鄭州市1991年至2010年逐日氣象數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)主要來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng) （http：∥data.cma.cn/）。

1.2 方法

1.2.1 氣象指標(biāo)選取

溫度和濕度是影響小蜂螨發(fā)育與生長的主要因素。本文選取降水量、平均氣溫、平均相對(duì)濕度、日最低氣溫、日最高氣溫、最小相對(duì)濕度6個(gè)氣象指標(biāo)用于主成分分析。

1.2.2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在國家蜂產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系2015年度項(xiàng)目的研究中，體系專家依據(jù)2000年至2010年新鄉(xiāng)養(yǎng)蜂綜合試驗(yàn)站和金華養(yǎng)蜂綜合試驗(yàn)站中部分示范縣上報(bào)的小蜂螨發(fā)生情況，將小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)劃分為4個(gè)等級(jí)。其中，0級(jí)：1房內(nèi)發(fā)現(xiàn)蜂螨數(shù)量=0頭;1級(jí)：1頭≤1房內(nèi)發(fā)現(xiàn)蜂螨數(shù)量≤2頭;2級(jí)：3頭≤1房內(nèi)發(fā)現(xiàn)蜂螨數(shù)量≤4頭;3級(jí)：1房內(nèi)發(fā)現(xiàn)蜂螨數(shù)量≥5頭。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

基于min-max標(biāo)準(zhǔn)化法，利用MATLAB軟件對(duì)獲取的鄭州市1991年至2010年氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

1.3.2 提取主成分

運(yùn)用SPSS軟件，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取能反映原數(shù)據(jù)信息總量85%以上的p個(gè)主成分Y1，Y2，…，Yp代替原來的m個(gè)指標(biāo)變量。

1.3.3 權(quán)重

1.3.4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)值

計(jì)算小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值Z可按如下公式：

2 結(jié)果與分析

2.1 指標(biāo)分析及主成分的提取

將暴發(fā)區(qū)域6個(gè)氣象指標(biāo)的年數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后運(yùn)用SPSS軟件對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析，從而得到各氣象指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣（表1）。由表1可以看出，6個(gè)氣象指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性，如果直接用這些指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)，必然會(huì)使信息發(fā)生重疊，造成評(píng)價(jià)結(jié)果不準(zhǔn)確。因此為了盡量減少信息重疊，本文對(duì)該6個(gè)氣象指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。

由表2可以看出，第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為53.858%，第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為23.820%，第三主成分的方差貢獻(xiàn)率為11.352%，前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為89.030%，符合累計(jì)率85%的原則。因此，取前3項(xiàng)作為主成分因子，其余項(xiàng)忽略不計(jì)，這樣原有的6個(gè)單項(xiàng)氣象指標(biāo)就可以轉(zhuǎn)換成3個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)。

運(yùn)用主成分分析法計(jì)算出所取主成分因子的成分載荷矩陣（表3）。從表3的分析結(jié)果可以看出，第1主成分主要包括平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫、平均相對(duì)濕度;第2主成分主要包括降水量;第3主成分主要包括最小相對(duì)濕度。以Yi表示第i個(gè)主成分即綜合指標(biāo)， X*i表示各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，根據(jù)載荷矩陣可得主成分方程為：

將各年各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值代入主成分方程（4）～（6）即可得到1991年至2010年各年的3個(gè)綜合指標(biāo)得分，并根據(jù)min-max標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)綜合指標(biāo)得分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2.2 權(quán)重的確定

由表2可知前3個(gè)綜合指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率分別為53.858、23.820、11.352，根據(jù)公式（2）即可算出各綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.605、0.268、0.127。

2.3 綜合評(píng)價(jià)值

將以上得到的各年3個(gè)綜合指標(biāo)得分和每個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重代入公式（3），計(jì)算得到鄭州市1991年至2010年各年小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)值（表4），其值越小，暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)越大。由于求得的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)值區(qū)間為0～1，用0.27的間距將綜合評(píng)價(jià)值等距地劃分為4個(gè)等級(jí)： 0≤綜合評(píng)價(jià)值<0.27，暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為3級(jí);0.27≤綜合評(píng)價(jià)值<0.54，暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為2級(jí);0.54≤綜合評(píng)價(jià)值<0.81，暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為1級(jí);0.81≤綜合評(píng)價(jià)值<1，暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為0級(jí)。由表4可以看出，根據(jù)本文的計(jì)算方法，1996年的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為3級(jí)，1997年、2003年的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為2級(jí)，2004年至2010年的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為1級(jí)。國家蜂產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家余林生主持的蜂產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系2015年度項(xiàng)目調(diào)查獲得的實(shí)際暴發(fā)等級(jí)，1996年為3級(jí)，1997年、2003年和2006年為2級(jí)，2004-2005年，2007-2010年為1級(jí)，列于表4，暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)值等級(jí)與實(shí)況相比，僅2006年的暴發(fā)等級(jí)有所偏差，由本文計(jì)算的綜合評(píng)價(jià)值劃分2006年的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為1級(jí)，而實(shí)際暴發(fā)等級(jí)為2級(jí)，其余年份的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均與實(shí)際調(diào)查結(jié)果相符，兩者是一一對(duì)應(yīng)的。這樣10年的資料，結(jié)果只一年有誤差，準(zhǔn)確率可達(dá)90%。

3 結(jié)論與討論

小蜂螨作為亞洲地區(qū)主要的蜜蜂害蟲，會(huì)直接導(dǎo)致蜂產(chǎn)品產(chǎn)量銳減，間接影響依賴蜜蜂授粉的各類作物產(chǎn)量，不利于生態(tài)環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展。據(jù)報(bào)道，在南方（廣東等地）的蜂群中每年3月份就能見到小蜂螨，而北京、河北等華北地區(qū)要到6月中旬左右才能在個(gè)別蜂群中看到，東北地區(qū)發(fā)現(xiàn)小蜂螨還要晚一些。但到7月以后，小蜂螨的寄生率不斷上升，9月會(huì)達(dá)到最高峰，到了11月以后，當(dāng)外界氣溫下降到10℃以下，華北地區(qū)的蜂群內(nèi)又基本看不到小蜂螨[11]。而在長江以南不少地區(qū)蜂群終年都有小蜂螨的寄生，尤其在雨水較多的年份或陰雨連綿的天氣發(fā)病率較高。由此可見，溫度和濕度直接影響著小蜂螨的暴發(fā)程度。根據(jù)小蜂螨的這種生物學(xué)特性，本文選取了與溫度和濕度相關(guān)的6個(gè)氣象指標(biāo)，利用主成分分析法研究了小蜂螨的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。結(jié)果表明，運(yùn)用本文方法計(jì)算得到的小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)90%與實(shí)際調(diào)查結(jié)果相符。這是因?yàn)樾》潋谋┌l(fā)程度不僅與氣候有關(guān)，還與蜂群飼養(yǎng)模式、蜜蜂品種、蜂場衛(wèi)生環(huán)境、蜜粉源植物等因素相關(guān)。本文僅選取了較為重要且易于獲取數(shù)據(jù)的氣候因素用于建立模型。為了更好地評(píng)定小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，下一步將考慮加入更多可量化因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

一旦得到小蜂螨的暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，便可以根據(jù)其等級(jí)采取不同的防御手段，特別是對(duì)于當(dāng)年小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的地區(qū)應(yīng)當(dāng)作為重點(diǎn)區(qū)域，提前加強(qiáng)監(jiān)測，做好防治工作。目前小蜂螨的防治工作主要有生物防治和化學(xué)防治等。由于小蜂螨只能在成蜂體上存活1～2 d，并且不能吸食成蜂血淋巴，因此可采用人為幽閉蜂王或者誘入王臺(tái)等斷子的方法[9]防治。也可以蟲治螨，將交尾后的赤眼蜂放入蜂群，赤眼蜂雌蜂會(huì)將自己的卵產(chǎn)在螨卵中，使得螨卵不能正常發(fā)育，以此來控制蜂螨對(duì)蜂群的危害[10]。還可以利用小蜂螨親雄蜂幼蟲的特性，采用雄蜂脾誘捕治螨[10]?；瘜W(xué)防治上常用熏煙劑來熏治蜂螨，也可以使用升華硫防治小蜂螨。很多用來防治大蜂螨的藥劑比如緩釋型氟胺氰菊酯、硝酸鉀和雙甲脒的混合溶液等也可以有效防治小蜂螨[12]。生物防治是一種環(huán)保型的治螨技術(shù)，一般不會(huì)影響蜜蜂的健康和蜂產(chǎn)品的質(zhì)量，因此對(duì)于小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較低的地區(qū)，可以盡量采用生物防治。而對(duì)于小蜂螨暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的地區(qū)，則可以化學(xué)防治為主，同時(shí)加強(qiáng)飼養(yǎng)管理，采取綜合措施，以達(dá)到更好的治螨效果。

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（責(zé)任編輯：楊明麗）