于 革 沈華東

（中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所 南京 210008）

全球變暖導(dǎo)致了環(huán)境變化、災(zāi)害頻發(fā)，而近來很多研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化在控制生物物種和數(shù)量，引發(fā)的蟲災(zāi)頻數(shù)和強(qiáng)度等方面具有一定的相關(guān)性。由于人類的定量觀測數(shù)據(jù)局限在近代100－200年以內(nèi)，長期的資料數(shù)據(jù)就顯得至關(guān)重要了。中國悠久的歷史提供了豐盛的歷史記錄，其中也涵蓋了大量的氣候與物種、環(huán)境與蟲災(zāi)的珍貴記錄。這使得研究人員轉(zhuǎn)而研究蝗災(zāi)爆發(fā)的歷史記錄，追蹤長期氣候和環(huán)境變化的印跡[1]。

蝗蟲是對中國主要食物來源如谷類、小麥和玉米等禾本科植物危害最大的害蟲之一。歷史上蝗災(zāi)爆發(fā)往往會降低糧食產(chǎn)量，甚至造成饑荒。這些災(zāi)害在我國繁浩的歷史資料上有著詳細(xì)的記錄。最早的記錄可見于《詩經(jīng)》(公元前770—476年)，介紹了農(nóng)田中使用篝火吸引蝗蟲并將蝗蟲及蝗蟲卵燒死的方法。據(jù)《資治通鑒》（公元1019—1086年）記載，公元382年蝗蟲爆發(fā)，前秦皇帝苻堅(jiān)（公元338—385年）派了數(shù)千名士兵前往黃河地區(qū)協(xié)助清除蝗蟲。由于蝗災(zāi)爆發(fā)造成了嚴(yán)重的糧食短缺，并威脅到政權(quán)的穩(wěn)定。據(jù)《漢書》（公元25—220年）記載，蝗蟲爆發(fā)造成了持續(xù)的農(nóng)民起義而且加快了西漢王朝和王莽政權(quán)的加速滅亡。北宋時(shí)中央政府出臺了兩個(gè)治蝗的法律條文，第一個(gè)是在公元1075年制定的，第二個(gè)是在1182年制定的。唐宋明清不乏專門介紹控制蝗災(zāi)的書籍，如公元1193出版的《治蝗法》和1857出版的《治蝗全書》。根據(jù)歷史記錄公元前707年到公元1935年期間，記錄在冊的蝗災(zāi)達(dá)796次，每2—3年就有1次小型蝗災(zāi)爆發(fā)，每7—8年就有1次規(guī)模較大的蝗災(zāi)爆發(fā)。

蝗蟲大多生長在洪泛區(qū)、湖泊漫灘、沼澤和東部的沿海低地。這些地方在水位較低、降雨較少的時(shí)候是干涸的陸地，而在水位較高、降水較多的時(shí)候則被水淹沒。據(jù)《農(nóng)政全書》（公元1562—1633年）記載：“湖泊的干涸有助于蝗蟲繁殖和蝗災(zāi)爆發(fā)”；《治蝗全書》也提到“池塘、湖泊和河流水位變低會加速蝗蟲的生長”?！端问贰分杏涗浀酱杭竞拖募镜谋┯昕赡軐?dǎo)致蝗蟲死亡。這些記錄揭示了與氣候關(guān)系，蝗蟲卵在潮濕土地的環(huán)境下成倍增加，但完全被水淹沒的地方則不利其生長，因?yàn)?，蝗蟲遷移和擴(kuò)散需要干燥的環(huán)境，而降雨阻礙其展翅飛行?，F(xiàn)代生物生態(tài)學(xué)研究已經(jīng)證明，土壤含水量在10%—20%之間最有利于蝗蟲產(chǎn)卵，其中蝗蟲卵的含量可達(dá)至20萬—40萬個(gè)/m2[2]。由于蝗蟲卵需要5—10天的生長，連續(xù)15天淹沒則可使水中蝗蟲卵100%致死。因此，從生物生態(tài)學(xué)上看，水位線以上的湖泊/河流/沿岸區(qū)的陸地最有利于蝗蟲的發(fā)展，而春季和夏季干燥的環(huán)境容易導(dǎo)致蝗災(zāi)爆發(fā)。

我國已經(jīng)開展了許多關(guān)于蝗災(zāi)的爆發(fā)與氣候變化相關(guān)的研究。許多研究表明，根據(jù)過去50年的氣候記錄，暖冬年（1月平均氣溫較高的年份）、炎夏年（4—9月平均氣溫較高的年份）和干夏年（4—8月平均降水量較低的年份），通常都會導(dǎo)致中國東部蝗災(zāi)的爆發(fā)[3]，更詳細(xì)的情況參見文獻(xiàn)中的綜述[4]。這些研究表明，蝗蟲爆發(fā)與過去氣候變化關(guān)系明顯，而我國在過去50年的蝗災(zāi)的爆發(fā)與氣候的溫暖和干旱有關(guān)。

圖1 研究區(qū)域及蝗蟲爆發(fā)與氣候變化區(qū)域和時(shí)間序列

為了證明氣候變暖會加劇蝗災(zāi)爆發(fā)，并將進(jìn)一步導(dǎo)致全國范圍的農(nóng)作物欠收，我們研究了歷史上這兩者的統(tǒng)計(jì)關(guān)系上溯到過去1000年[4]。分別對氣候和蟲災(zāi)在過去100年、300年和1000年在年際和10年際的時(shí)間尺度上，對氣候變化對蝗災(zāi)爆發(fā)的長期影響進(jìn)行了時(shí)間序列和統(tǒng)計(jì)特征分析（圖1）。結(jié)果表明，在溫暖及干旱的氣候條件下更可能發(fā)生蝗災(zāi)。過去100年的年際時(shí)間序列結(jié)果表明：最嚴(yán)重的蝗蟲爆發(fā)幾乎都發(fā)生在氣候溫暖的年份：即北部地區(qū) （黃河螄海河地區(qū)）經(jīng)歷溫暖干燥的夏天和溫暖濕潤的冬天或者是南部地區(qū)（長江螄淮河地區(qū)）經(jīng)歷溫暖濕潤的春天的那些年份。對這些序列進(jìn)行小波方差分析表明，10年尺度的溫度與蝗災(zāi)爆發(fā)的同步變化，在過去1000年里的58%—60%的時(shí)間里具有2—10年的周期。

全球大氣環(huán)流模型對過去1000年的氣候模擬提供了東亞的逐年和季節(jié)溫度、降水變化，使我們認(rèn)識蝗災(zāi)爆發(fā)特征與增溫干旱相關(guān)性成為可能。分析結(jié)果表明，黃河中下游地區(qū)的冬半年偏暖、5—6月暖干及年均溫偏高與蝗災(zāi)的爆發(fā)具有顯著的關(guān)系（概率置信度95%），長江中下游地區(qū)8—9月和全年的暖干與蝗災(zāi)的爆發(fā)也具有顯著的相關(guān)性（90%）。這種10年尺度的溫度與蝗災(zāi)爆發(fā)的同步變化在過去的1000年里達(dá)到56%—65%，顯著的頻率峰值在21年、27年以及這兩個(gè)周期的回歸年份（圖2）。大量歷史文獻(xiàn)中記錄“旱蝗”具有一定的合理性，因?yàn)檠芯堪l(fā)現(xiàn)，北方春夏季的干旱最容易引發(fā)蝗災(zāi)的區(qū)域性爆發(fā)。不過在濕潤潮濕的長江地區(qū)干旱并不是導(dǎo)致蝗災(zāi)爆發(fā)的敏感因素。雖然暖冬條件是蝗蟲卵生存的關(guān)鍵因素，但在溫暖的南部地區(qū)它不是蝗蟲生存的限制因素，因?yàn)槟戏诫y以達(dá)到如北方冬季-10℃—-30℃溫度條件。這個(gè)結(jié)果證實(shí)了我國南北區(qū)域性和季節(jié)性蟲災(zāi)對氣候變化的不同響應(yīng)。

回顧過去1000年蝗災(zāi)爆發(fā)的強(qiáng)度和頻率，表1列出了大于第70百分位和第90百分位的蝗蟲爆發(fā)指數(shù)的變化（表1）?？梢钥吹?，在過去的1000年里中國北方地區(qū)，蝗災(zāi)的爆發(fā)無論是在頻率還是強(qiáng)度上都具有逐漸上升的趨勢。由此看到，氣候變化實(shí)際上加劇了蝗災(zāi)的頻率和嚴(yán)重程度。

圖2 傅立葉譜分析10年尺度的溫度和蟲災(zāi)指數(shù)的周期峰值（a.黃河中下游地區(qū),b.長江中下游地區(qū)）

表1 過去1000年各時(shí)期蝗蟲爆發(fā)強(qiáng)度

分析過去1000年中國蝗災(zāi)爆發(fā)的數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，年均溫和10年均溫較高的年份是蝗災(zāi)爆發(fā)的高發(fā)年份，這表明氣候變暖將加劇蟲災(zāi)的嚴(yán)重性及蝗災(zāi)爆發(fā)的頻率。該結(jié)果給全球變化即將帶來的其他嚴(yán)重后果敲響了警鐘，考慮到中國是世界上最大的農(nóng)業(yè)國，出于全球糧食安全考慮，這個(gè)發(fā)現(xiàn)所揭示的即將帶來的威脅應(yīng)該引起足夠的重視[5]。

1 Qiu J.Global warming may worsen locust swarms-Ancient records link a hotter climate to more damaging infestations.Nature,2009.doi:10.1038/news.2009，978.

2 Wu F Z.Ma S J,Zhu H F.Encyclopedia of Agriculture in China(Hexapod Book)(in Chinese),Eds.China Agriculture Press,Beijing，1990,73-78.

3 Ma S C.Process dynamics of the Oriental migratory locust(Locustamigratoria manilensis)in China(in Chinese).Acta Entomoogica Sinica，1958，8：1-40.

4 Yu G,Shen H,Liu J.Impacts of climate change on historical locust outbreaks in China.Journal of Geophysics Research,2009,114,D18104(2009).doi:10.1029/2009JD011833.

5 Cheung F.Climate change:Looming locusts Nature 2009,461(7264):573.doi:10.1038/461573a/Research Highlights.