紅樹林廣州小斑螟發(fā)生與氣象因子的關(guān)系研究*

張 悅，陳燕麗，黃 瀅，許文龍

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100193；2.廣西壯族自治區(qū)氣象科學(xué)研究所，廣西南寧 530022；3.防城港市氣象局，廣西防城港 538001)

紅樹林主要生長(zhǎng)在熱帶、亞熱帶的潮間帶，是陸地過(guò)渡到海洋的特殊森林群落，是海洋生物資源的寶庫(kù)之一。在農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，紅樹林能夠提供豐富的動(dòng)植物產(chǎn)品和燃料等資源；在環(huán)保方面，則能發(fā)揮調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)動(dòng)植物資源、減少自然災(zāi)害等功能。

紅樹林處于海洋與陸地的交錯(cuò)帶，屬于生態(tài)脆弱帶和生態(tài)敏感帶，因其生長(zhǎng)環(huán)境溫度高、濕度豐富，是蟲害發(fā)生發(fā)展的重災(zāi)區(qū)。在紅樹林生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生的蟲害種類很多，近十余年廣西紅樹林幾乎每年都不同程度地遭受蟲害，導(dǎo)致紅樹植物生長(zhǎng)受限，嚴(yán)重時(shí)大面積死亡。蟲害也是調(diào)控紅樹林植物種群動(dòng)態(tài)的重要因素。廣州小斑螟(OligochroacantonellaCaradja)是紅樹植物白骨壤最普遍也是最主要的食葉害蟲，屬鱗翅目(Lepidoptera)螟蛾科(Pyralidae)，其種群密度在每年的5-6月有明顯的峰值。該蟲具有暴食性，蟲害發(fā)生時(shí)短時(shí)間內(nèi)白骨壤林的葉片可被吃光，嚴(yán)重阻礙白骨壤的正常生長(zhǎng)[1]。2004年廣西壯族自治區(qū)山口國(guó)家級(jí)紅樹林生態(tài)自然保護(hù)區(qū)暴發(fā)了40年來(lái)最嚴(yán)重的廣州小斑螟蟲災(zāi)，白骨壤中絕大多數(shù)葉片葉肉、幼葉及果實(shí)均被害蟲啃食，種子幾乎顆粒無(wú)收，樹木嚴(yán)重枯萎，對(duì)第二年的繁殖造成嚴(yán)重的影響；2015年柚木駝蛾(HyblaeapueraCramer)蟲害，造成紅樹林大面積枯萎死亡，紅樹林生境面臨嚴(yán)重威脅。大面積嚴(yán)重蟲害的暴發(fā)引起了專家學(xué)者的重視[2]。

目前已有的研究表明，海溫[3]、厄爾尼諾事件、大氣環(huán)流[4,5]等大尺度因子對(duì)蟲害的發(fā)生流行具有明顯的前兆性指示，氣候變化可能造成蟲害危害的地理范圍擴(kuò)大，程度加劇[6]。氣象因素是影響森林蟲害發(fā)生發(fā)展的重要因子之一，包括溫度、相對(duì)濕度、日照、風(fēng)速和降水等因子。氣候變化及氣象要素的相互影響、共同作用可以通過(guò)影響害蟲自身的生態(tài)學(xué)特征、天敵的行為和數(shù)量、植株體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)成分以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能綜合作用于害蟲的種群數(shù)量，從而影響害蟲的發(fā)生頻率和程度[7]。如影響森林蟲害發(fā)生面積、松材線蟲病疫情發(fā)生的氣象因子影響力由大到小依次為≥10℃積溫、年降水量、干燥度以及年平均風(fēng)速、年蒸發(fā)量[8]。明確蟲害與氣象因子的關(guān)系，對(duì)于建立相應(yīng)的氣象指標(biāo)有效預(yù)報(bào)及防治病蟲害、做好氣象保障及確保紅樹林繁殖生長(zhǎng)至關(guān)重要。通過(guò)室內(nèi)飼養(yǎng)試驗(yàn)和野外觀察，發(fā)現(xiàn)廣州小斑螟發(fā)生與灘位、方位、海水的水溫等環(huán)境因素相關(guān)[1]。梁燕紅[9]還將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)引入紅樹林蟲害成因分析中，得出廣州小斑螟發(fā)生成因影響力由大到小依次為1月降水量、1月平均氣溫、4月平均氣溫、4月降水量。但選取的氣候要素、時(shí)段及時(shí)長(zhǎng)尺度有限，鮮見其他氣象因子的相關(guān)研究。因此，本文基于廣西壯族自治區(qū)山口國(guó)家級(jí)紅樹林生態(tài)自然保護(hù)區(qū)2004-2015年廣州小斑螟蟲害災(zāi)情數(shù)據(jù)及氣候資料，采用Pearson相關(guān)分析法，以月、旬為尺度逐步揭示影響蟲害發(fā)生的關(guān)鍵氣候因子及影響時(shí)段，為紅樹林廣州小斑螟蟲害防治預(yù)警提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域地處北海市合浦縣(108°51′-109°46′ E，21°27′-21°55′ N)，屬亞熱帶海洋性氣候。歷史50年(1961-2010年)年平均氣溫23.2℃，且氣候變暖趨勢(shì)顯著(P<0.01)，氣溫增長(zhǎng)速率為0.2℃/10 a。年降水量1 768.4 mm，總體有增多趨勢(shì)，降水量每10年增加53 mm。年際間差異較大，降水最高時(shí)達(dá)2 878 mm，最低時(shí)為907 mm(圖1)。所處地理位置光熱條件較好，海灣侵入內(nèi)陸，封閉性好，風(fēng)浪、潮汐、余流的作用較弱，岸灘比較穩(wěn)定，海水污染程度很低，水質(zhì)潔凈，擁有良好的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)，是中國(guó)紅樹林濕地的保護(hù)重地。目前北海市紅樹林濕地面積約3 700 ha，約占全國(guó)內(nèi)地紅樹林面積的16%，除合浦紅樹林保護(hù)區(qū)外，馮家江和大冠沙等河口潮間帶或海岸均有紅樹林生長(zhǎng)[10]。

** indicates significance at P<0.01

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

1961-2000年及2004-2015年氣象數(shù)據(jù)來(lái)自北海市合浦縣氣象站，距離山口保護(hù)區(qū)3 km。氣象要素包括逐日最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、降水量、空氣相對(duì)濕度等。2004-2015年廣西壯族自治區(qū)山口國(guó)家級(jí)紅樹林生態(tài)自然保護(hù)區(qū)廣州小斑螟發(fā)生面積來(lái)自文獻(xiàn)[2]及該保護(hù)區(qū)管理處。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用農(nóng)業(yè)氣候分析方法，分析紅樹林蟲害發(fā)生發(fā)展過(guò)程(5-6月)中及發(fā)展前的7個(gè)月(上年10月-今年4月)的氣溫、降水量、相對(duì)濕度、風(fēng)速等氣象環(huán)境因子特征。

廣州小斑螟發(fā)生程度以年發(fā)生面積為依據(jù)，因子普查采用Pearson相關(guān)分析法，分析紅樹林蟲害發(fā)生發(fā)展過(guò)程(5-6月)中及發(fā)展前的7個(gè)月(上年10月-今年4月)不同月、旬尺度上的氣溫、降水量、相對(duì)濕度、風(fēng)速等氣象環(huán)境因子與受災(zāi)面積的相關(guān)關(guān)系，篩選與廣州小斑螟發(fā)生程度顯著相關(guān)的關(guān)鍵氣象因子及影響時(shí)段，相關(guān)系數(shù)的檢驗(yàn)采用雙尾t檢驗(yàn)。

氣溫相關(guān)指標(biāo)選取月(旬)平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均氣溫和平均氣溫>30℃日數(shù)。濕度相關(guān)指標(biāo)選取月(旬)平均相對(duì)濕度、相對(duì)濕度<70%日數(shù)、相對(duì)濕度>80%日數(shù)和相對(duì)濕度>90%日數(shù)。降水量相關(guān)指標(biāo)選取月(旬)累積降水量及平均降水量。風(fēng)速相關(guān)指標(biāo)選取月(旬)平均風(fēng)速。

考慮到昆蟲對(duì)溫度和濕度條件的綜合要求，采用溫濕系數(shù)表征溫濕綜合條件，即

溫濕系數(shù)=相對(duì)濕度/溫度。

2 結(jié)果與分析

2.1 2004-2015年研究區(qū)域氣象條件

溫度方面，2004-2015年蟲害發(fā)生期間(5-6月)及發(fā)生的前7個(gè)月(上年10月-今年4月)中，5月的平均氣溫最高，為29.2℃，6月>30℃日數(shù)最多，為13 d；1月平均氣溫最低，為14.8℃(表1)。

降水方面，2004-2015年蟲害發(fā)生期間(5-6月)及發(fā)生的前7個(gè)月(上年10月-今年4月)中，6月的平均降水量最高，為10.73 mm；上年12月的平均降水量最低，為1.02 mm。風(fēng)速方面，1月的日平均風(fēng)速最高，為2.07 m/s；上年10月的日平均風(fēng)速最低，為1.87 m/s(表1)。

相對(duì)濕度方面，2004-2015年蟲害發(fā)生期間(5-6月)及發(fā)生的前7個(gè)月(上年10月-今年4月)中，3月的日平均相對(duì)濕度最高，為81.6%，同時(shí)相對(duì)濕度>80%和>90%的日數(shù)也最多，分別為19 d和6 d。上年12月相對(duì)濕度最低，同時(shí)相對(duì)濕度<70%日數(shù)也最多，為17 d (表1)。

表1 2004-2015年北海各氣象要素指標(biāo)

2.2 2004-2015年年份間氣象要素對(duì)比

北海市災(zāi)情較為嚴(yán)重[受災(zāi)面積>1 000畝(約666 666.67 m2)]的年份為2004年和2008年，較輕[受災(zāi)面積<100畝(約66 666.67 m2)]的年份為2005年、2007年、2011年和2012年，分析對(duì)比了兩種受災(zāi)類型年份及歷史40年(1961-2000年)降水量、風(fēng)速、溫度和相對(duì)濕度各項(xiàng)指標(biāo)的差異。溫度方面，受災(zāi)較重年份5月(蟲害發(fā)生月)的日最高氣溫、最低氣溫及平均氣溫均略高于受災(zāi)較輕年份及歷史40年均值。且受災(zāi)較重年份5月和6月(均為蟲害發(fā)生月)日平均氣溫>30℃日數(shù)顯著高于歷史水平(P<0.05)，即受災(zāi)較重年份蟲害發(fā)生月的總體溫度較高(圖2)。

Different letters indicate significant difference (P<0.05)

相對(duì)濕度方面，總體而言災(zāi)情重的年份各月相對(duì)濕度、相對(duì)濕度>80%日數(shù)和相對(duì)濕度>90%日數(shù)均顯著低于歷史水平(P<0.05)，分別比歷史值低6.3%、34.4%和53.5%。受災(zāi)輕年份的相對(duì)濕度<70%日數(shù)顯著大于歷史年份。災(zāi)情輕、重年份之間相對(duì)濕度差異不顯著(圖3)。

Different letters indicate significant difference (P<0.05)

降水量方面，災(zāi)情重的年份降水量略高于災(zāi)情輕的年份，蟲害發(fā)生月5月及上年10月、11月，受災(zāi)重的年份降水量顯著高于災(zāi)情輕的年份及歷史年份，5月、10月及11月災(zāi)情較重年份的降水量分別為災(zāi)情較輕年份的5.8倍、2.7倍和1.8倍。風(fēng)速方面，2004-2015年各月平均風(fēng)速低于歷史年份(圖4)。

Different letters indicate significant difference (P<0.05)

2.3 月尺度相關(guān)性分析

溫度方面，2004-2015年廣州小斑螟的發(fā)生與6月平均氣溫>30℃的日數(shù)呈負(fù)相關(guān)且相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)和決定系數(shù)分別為-0.55(表2)和0.30，與6月最低氣溫、5月最高氣溫和6月平均氣溫同樣呈負(fù)相關(guān)。與上年10月平均氣溫>30℃日數(shù)呈正相關(guān)且相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)和決定系數(shù)分別為0.46(表2)和0.21。

表2 2004-2015年各月份溫度相關(guān)指標(biāo)與受災(zāi)面積的相關(guān)系數(shù)

濕度方面，廣州小斑螟的發(fā)生與2月和3月相對(duì)濕度<70%日數(shù)呈正相關(guān)且相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)分別為0.51和0.50(表3)，決定系數(shù)分別為0.26和0.25。與5月、6月溫濕系數(shù)呈正相關(guān)，但與蟲害發(fā)生前幾個(gè)月的溫濕系數(shù)呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明害蟲發(fā)生的不同階段所需的環(huán)境溫度和濕度配合是不同的。

降水量方面，蟲害的發(fā)生與1月平均降水量和累積降水量相關(guān)性最高且呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均為0.49(表3)，決定系數(shù)均為0.24。風(fēng)速方面，蟲害的發(fā)生顯著受2月和5月日平均風(fēng)速的影響，且呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.84和0.68(表3)，決定系數(shù)分別為0.71和0.46。

表3 2004-2015年各月份相對(duì)濕度、溫濕系數(shù)、降水量及風(fēng)速相關(guān)指標(biāo)與受災(zāi)面積的相關(guān)系數(shù)

綜上，基于月尺度的分析可知，蟲害的發(fā)生受蟲害發(fā)生月(5-6月)及當(dāng)年2月、3月各氣象因子影響較大，其中與2月及5月風(fēng)速呈顯著正相關(guān)。

2.4 旬尺度相關(guān)性分析

基于月尺度的分析結(jié)果，以旬為尺度，分析了蟲害面積與蟲害當(dāng)年2月、3月、5月和6月各旬氣象要素的相關(guān)性。溫度方面，2004-2015年廣州小斑螟的發(fā)生與6月上旬最低氣溫和平均氣溫>30℃日數(shù)相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)為-0.75和-0.72(表4)，決定系數(shù)為0.56和0.51。

表4 2004-2015年2月、3月、5月、6月各旬溫度、相對(duì)濕度、溫濕、降水量及風(fēng)速相關(guān)指標(biāo)與受災(zāi)面積的相關(guān)系數(shù)

濕度方面，蟲害的發(fā)生與3月上旬平均濕度<70%日數(shù)相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)為0.82(表4)，決定系數(shù)為0.67。其次為2月中旬相對(duì)濕度<70%日數(shù)，相關(guān)系數(shù)和決定系數(shù)分別為0.56(表4)和0.31。蟲害的發(fā)生還顯著受2月上旬溫濕系數(shù)影響，與其呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)和決定系數(shù)分別為0.69(表4)和0.48。

降水方面，蟲害的發(fā)生顯著受2月上旬降水量影響，且兩者呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)和決定系數(shù)分別為0.86(表4)和0.74。風(fēng)速方面，蟲害的發(fā)生同樣顯著受2月上旬風(fēng)速影響，相關(guān)系數(shù)和決定系數(shù)分別為0.58(表4)和0.33。

綜上，基于旬尺度的分析可知，蟲害的發(fā)生顯著受當(dāng)年2月上旬環(huán)境條件影響，并與風(fēng)速、降水量及溫濕系數(shù)呈正相關(guān)，與日平均氣溫呈負(fù)相關(guān)。

3 討論

風(fēng)對(duì)昆蟲的傳播起著巨大作用，它可以幫助昆蟲飛翔和遷移。本研究中2004-2015年廣州小斑螟發(fā)生顯著受2月上旬風(fēng)速的影響，且兩者呈正相關(guān)。這可能是由于2月風(fēng)速與害蟲取食等活動(dòng)的關(guān)系十分密切，影響昆蟲遷飛擴(kuò)散[11]，該結(jié)果類似稻水象甲(LissorhoptrusoryzophilusKuschel)在微風(fēng)條件下出現(xiàn)遷飛峰期[12]及黏蟲[Mythimna separata (Walker)]有偏愛迎風(fēng)起飛的習(xí)性[13]。

濕度和降水量同樣是影響害蟲數(shù)量變動(dòng)的主要因素，喜濕性害蟲要求濕度偏高(相對(duì)濕度≥70%)，喜干性害蟲要求濕度偏低(相對(duì)濕度<50%)。廣州小斑螟蟲害的發(fā)生與2月上旬降水量及相對(duì)濕度呈正相關(guān)，該結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致，即蟲害發(fā)生級(jí)別與1-2月降水量關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)[9]，這可能是由于濕度因素適宜其生長(zhǎng)要求時(shí)，害蟲會(huì)迅速繁殖，達(dá)到嚴(yán)重等級(jí)的可能性較大[9]。相似蟲害如稻縱卷葉螟(CnaphalocrocismedinalisGuenee)，其在春季雨水充足空氣濕度較高時(shí)，更易大發(fā)生[14]，這可能是由于廣州小斑螟和稻縱卷葉螟發(fā)展前期均要求濕度偏高。

溫度對(duì)蟲害的影響主要表現(xiàn)在有利于害蟲生長(zhǎng)發(fā)育和存活，加速種群增長(zhǎng)，增加害蟲發(fā)生世代數(shù)，提高越冬存活率[15]。溫度是維持昆蟲體溫的熱能來(lái)源，害蟲會(huì)因低溫而停育甚至死亡，同樣地，溫度過(guò)高也會(huì)對(duì)害蟲的發(fā)育起到抑制作用，如稻飛虱的發(fā)生與冬季最低溫度成正相關(guān)，冬季最低溫度上升有利于稻飛虱卵越冬，從而造成來(lái)年害蟲數(shù)量增多[16]。白背飛虱的若蟲和全世代發(fā)育速率、成活率隨溫度升高呈Logistic曲線變化趨勢(shì)，當(dāng)溫度超過(guò)35℃時(shí)孵化率下降，若蟲死亡[17]。對(duì)于廣州小斑螟的發(fā)生而言，前人研究表明，當(dāng)蟲害發(fā)生前期(2月)及蟲害發(fā)生期(5-6月)降水量都較少的情況下，2月平均氣溫將成為蟲害發(fā)生量的主導(dǎo)因素[9]。而本研究區(qū)域內(nèi)蟲害發(fā)生期(5-6月)降水量較大(236.0 mm)，因而蟲害的發(fā)生與前期(2月)溫度無(wú)顯著的相關(guān)性。本文中廣州小斑螟的發(fā)生與6月上旬溫度呈負(fù)相關(guān)，可能由于溫度增高，害蟲取食較多，消化快而發(fā)育加快，壽命相對(duì)縮短。

然而本文僅考慮一定地面氣象條件對(duì)廣州小斑螟發(fā)生發(fā)展的影響，但實(shí)際其發(fā)生發(fā)展除受地面氣象條件的重要影響外，還受大尺度環(huán)流背景、海水溫度、蟲源基數(shù)、自身生物學(xué)特性、天敵情況及人為防治等綜合因素的影響[18]，今后的研究中可結(jié)合海水水溫、取食量試驗(yàn)及風(fēng)向等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合各項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建廣州小斑螟適宜度等級(jí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)模型，并用于評(píng)估危害程度，開展相關(guān)農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)和服務(wù)，為政府和生產(chǎn)部門及時(shí)采取防范措施、有效防控提供科技支撐和決策依據(jù)。

4 結(jié)論

本文基于2004-2015年廣州小斑螟災(zāi)情面積數(shù)據(jù)及氣候資料，采用Pearson相關(guān)分析法，分別于月尺度和旬尺度篩選與廣州小斑螟發(fā)生程度顯著相關(guān)的關(guān)鍵氣象因子及影響時(shí)段，結(jié)果表明研究區(qū)域內(nèi)廣州小斑螟的發(fā)生顯著受2月上旬環(huán)境條件的影響，并與風(fēng)速、降水量及溫濕系數(shù)呈正相關(guān)，與日平均氣溫呈負(fù)相關(guān)。