齊會會，張?jiān)苹郏Y春先，武俊杰，，孫明陽，，楊秀麗，程登發(fā)，*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，植物病蟲害生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193;2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，成都 611130;3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，臨汾市 041000)

褐飛虱Nilaparvata lugens(St?l)是我國水稻上的一種重要遷飛性害蟲，在桂東北稻區(qū)冬季田間無稻苗存活的季節(jié)難以存續(xù)，次年春、夏季初次發(fā)生的蟲源是由中南半島的終年繁殖地遷飛而來［1-2］。桂東北稻區(qū)屬于南嶺雙季稻區(qū)，包含“湘桂走廊”要道，是褐飛虱南北往返遷飛的必經(jīng)之路，地理位置十分重要。20世紀(jì)70年代末全國大范圍多學(xué)科協(xié)作研究認(rèn)為9月下旬到10月上旬，褐飛虱由長江中、下游地區(qū)開始回遷到南嶺以北各地［1］。之后的南嶺稻區(qū)遷飛性害蟲科研協(xié)作組的研究結(jié)果表明，秋季早期(8月中、下旬)的回遷蟲源是本地晚稻為害的關(guān)鍵蟲源，而后期(9月底至10月初)的回遷蟲源，因本地晚稻已基本成熟，這部分回遷蟲源對晚稻為害損失不大［3-4］。前期遷入蟲源直接決定著桂東北地區(qū)的田間褐飛虱蟲情，亦與北方廣大稻區(qū)的褐飛虱發(fā)生有密切的關(guān)系，目前對桂東北地區(qū)褐飛虱的研究主要集中在春、夏季境外蟲源地的研究［5-6］，一定程度上豐富和補(bǔ)充了早期對稻飛虱北遷路徑研究，但對于褐飛虱秋季回遷的研究少之又少。近年來，作為次害代的第7代褐飛虱在該稻區(qū)發(fā)生嚴(yán)重［7-9］，給本地晚稻生產(chǎn)造成了重大損失，且秋季回遷進(jìn)入中南半島的蟲源基數(shù)越高，翌年春季再度遷入我國的初始蟲源自然也水漲船高數(shù)量劇增，這也在一定程度上使近年來我國各稻區(qū)褐飛虱連年暴發(fā)，因此，研究桂東北稻區(qū)第7代褐飛虱的遷飛規(guī)律及蟲源地分布，對華南稻區(qū)乃至境外稻區(qū)褐飛虱的異地預(yù)測和源頭治理具有重要的意義。

為此，2007—2010年在廣西東北部的興安縣設(shè)置誘蟲燈，系統(tǒng)監(jiān)測第7代褐飛虱的遷飛動(dòng)態(tài)，運(yùn)用大氣質(zhì)點(diǎn)軌跡分析平臺HYSPLIT和氣象圖形處理軟件GrADS對褐飛虱的遷飛過程及大氣背景場進(jìn)行分析，探明第7代褐飛虱在桂東北稻區(qū)的遷飛規(guī)律，以期為褐飛虱的監(jiān)測預(yù)警和有效防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及時(shí)間、地點(diǎn)

2007—2010年在廣西壯族自治區(qū)興安縣植保站(25°37'25.0 ″N，110°40'36.9 ″E，海拔 209 m)設(shè)置佳多自動(dòng)蟲情測報(bào)燈和高空探照燈誘蟲器各1盞。佳多自動(dòng)蟲情測報(bào)燈采用20 W黑光燈作誘集光源，上面架設(shè)防雨罩，既可以防雨又能遮住燈泡向上發(fā)出的光，此燈為光控開關(guān)，日落后燈亮，日出前燈滅;高空探照燈參照姊妹燈中高空探照燈的設(shè)置［10］，每天日落開燈，日出關(guān)燈。

1.2 數(shù)據(jù)來源

蟲情數(shù)據(jù):佳多自動(dòng)蟲情測報(bào)和高空探照燈的逐日誘蟲資料。

高空氣象數(shù)據(jù):來自于美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP，National Weather Service's National Centers for Environment Prediction)和美國國家大氣研究中心(NCAR，National Center for Atmospheric Research)提供的全球再分析數(shù)據(jù)(全球6 h一次，1°×1°，26個(gè)高度層，GRIB(GRidded Binary)格式)。

降水資料:來自于中國氣象局的逐日降水資料。

地圖資料:中國省級行政區(qū)圖(1∶4000000)從國家基礎(chǔ)地理信息中心 (http://nfgis.nsdi.gov.cn)下載。

1.3 分析方法

(1)天氣學(xué)背景分析

根據(jù)秋季時(shí)期對褐飛虱的航捕結(jié)果及雷達(dá)觀測情況［11-13］，褐飛虱在秋季的遷飛高度一般在1500 m以下，適宜的飛行高度在500—1000 m，因此選取對褐飛虱遷飛影響較大的全球再分析數(shù)據(jù)中925 hPa等壓面，利用GrADS繪出925 hPa的水平風(fēng)場、溫度、垂直速度場等物理量，并結(jié)合日降雨量對降雨天氣的劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析其對褐飛虱遷飛的影響。

(2)蟲源性質(zhì)判斷

根據(jù)褐飛虱在遷出期，通常在當(dāng)?shù)夭⒉悔厽簦?4］，而高空探照燈對至少500 m高空的褐飛虱具誘集作用［10］，佳多燈只對附近的褐飛虱具有誘集作用，因此，可將褐飛虱在佳多燈和高空燈上的同時(shí)突增認(rèn)為是遷入期，高空探照燈突增而佳多燈無變化為過境或遷出，此外還根據(jù)廣西植物保護(hù)網(wǎng)(http://www.gxzb.com/)發(fā)布的田間蟲情信息對褐飛虱的蟲源性質(zhì)加以判斷。

(3)軌跡分析

采用美國國家海洋和大氣管理局(NOAA，National Oceanic and Atmospheric Administration)與澳大利亞氣象局聯(lián) 合 開 發(fā) 的HYSPLIT平臺(Hysplit_4軟件)分別對褐飛虱的遷入和遷出峰次以本地為起點(diǎn)進(jìn)行軌跡回推和順推。廣西興安縣9月下旬至10月中旬的日落時(shí)刻在北京時(shí)間18:06—18:35(文中所用時(shí)間均為北京時(shí)間)之間，日出時(shí)刻在 06:25—06:38 之間［15］，根據(jù)鄧望喜9月底至10月下旬航捕結(jié)果［11］，回推軌跡以降蟲區(qū)為起點(diǎn)，回推的起始時(shí)刻設(shè)為06:00，回推12，對遷入高峰進(jìn)行逐日回推;對于本地的起飛高峰分別順推12 h、24 h和36 h，起飛時(shí)刻設(shè)為18:00，對遷出高峰進(jìn)行逐日順推。根據(jù)昆蟲雷達(dá)對褐飛虱秋季回遷的觀測［12-13］，設(shè)置遷飛高度為 700、900、1100 m 3個(gè)高度層。

軌跡分析的模型只是根據(jù)高空的溫度和氣流場以及以上所列的幾個(gè)生物學(xué)參數(shù)來進(jìn)行分析的，在進(jìn)行軌跡分析時(shí)還需要以下幾個(gè)條件來進(jìn)行篩選:1)回推軌跡落點(diǎn)必須在水稻種植區(qū)且該稻區(qū)內(nèi)水稻必須處于生長后期［16］，順推軌跡落點(diǎn)必須在水稻種植區(qū)且該稻區(qū)內(nèi)水稻適合褐飛虱取食;2)回推軌跡落點(diǎn)的稻區(qū)內(nèi)有大量長翅型褐飛虱成蟲［1］，可提供遷出蟲源;3)回推軌跡落點(diǎn)的稻區(qū)內(nèi)褐飛虱正值遷出高峰。按以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軌跡的取舍，并通過全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心(http://www.natesc.gov.cn/sites/Mainsite/)和廣西植物保護(hù)網(wǎng)發(fā)布的蟲情信息(http://www.gxzb.com/)進(jìn)行軌跡的驗(yàn)證，剔除不合理的軌跡得到有效軌跡。

2 結(jié)果與分析

2.1 第7代褐飛虱燈下種群動(dòng)態(tài)及遷飛峰期劃分

2007—2010年高空探照燈、佳多燈下都出現(xiàn)多次褐飛虱的蟲量突增突減，高空燈下的峰期和蟲量都多于佳多燈，分析單燈誘蟲量可見(圖1)，第7代褐飛虱的誘蟲高峰一般集中出現(xiàn)在9月底至10月上旬。此外，燈誘蟲量的高低也反映了本地第7代褐飛虱的發(fā)生程度，如2007年和2009年誘蟲量較多，單燈單日最高誘蟲量分別達(dá)到7574頭、13620頭，而2010年日最高誘蟲量只有346頭，屬于第7代褐飛虱輕發(fā)生年。

根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)燈誘蟲情及廣西植物保護(hù)網(wǎng)上發(fā)布的田間蟲情把第7代褐飛虱的遷飛峰期歸納如下:2007年的主要遷入期為9月25—28日、10月4—5日，遷出期為10月6日和10—11日;2008年的主要遷入期為9月25—26日、10月2—3日、10月8—9日和10月14—15日，遷出期為9月30—10月1日、10月4—7日和10月13日;2009年的主要遷入期為9月23—24日和9月28—10月7日，遷出期為9月22日;2010年的主要遷入期為10月9—10日、10月18—19日，遷出期為10月5—8日和10月16—17、 20日。

圖1 2007—2010年第7代褐飛虱在高空探照燈和佳多燈上的種群動(dòng)態(tài)Fig.1 Population dynamics of the 7thgeneration of brown planthopper in the searchlight trap and the Jiaoduo light trap form 2007 to 2010

2.2 第7代褐飛虱遷入和遷出峰次的軌跡分析

圖2 2007—2010年第7代褐飛虱各遷入種群的回推軌跡Fig.2 The backward trajectories of immigratory population of the 7thgeneration of brown planthopper from 2007 to 2010●12 h軌跡落點(diǎn);★廣西興安

對第7代褐飛虱的遷入種群進(jìn)行12 h軌跡回推(圖2)，由于風(fēng)速和風(fēng)向的差異，使得褐飛虱在遷飛距離和遷飛方向上4a間有一定的差異，但蟲源方向主要位于監(jiān)測點(diǎn)的東北方向。蟲源區(qū)最遠(yuǎn)的距離是2009年位于監(jiān)測點(diǎn)529 km處的江西中西部稻區(qū)，其次是位于湖南中東部的稻區(qū)，而對于軌跡落點(diǎn)距離興安較近的廣西東北和廣東西北稻區(qū)，主要是褐飛虱的“洄游”和“亂遷”現(xiàn)象。

桂東北稻區(qū)第7代褐飛虱遷出方向較一致(圖3)，主要是在東北氣流的運(yùn)載下向西南方向遷飛，在12 h的遷飛情況下一般到達(dá)廣西中部稻區(qū)，在24 h和36 h的飛行情況下，可以達(dá)到廣西南部沿海、越南北部和海南省等地。個(gè)別落點(diǎn)在桂東北附近稻區(qū)和湖南稻區(qū)的種群屬于褐飛虱的“洄游”和“亂遷”現(xiàn)象，落點(diǎn)入海的屬于無效軌跡。

圖3 2007—2010年第7代褐飛虱各遷出種群的順推軌跡Fig.3 The forward trajectories of emigratory population of the 7thgeneration of brown planthopper from 2007 to 2010●12 h軌跡落點(diǎn);▲24 h軌跡落點(diǎn);■36 h軌跡落點(diǎn);★廣西興安

2.3 第7代褐飛虱遷飛期間的氣象情況

溫度、氣流和降水等氣象因素與褐飛虱的遷飛過程關(guān)系密切，以下將從這個(gè)幾方面分析第7代褐飛虱遷飛期間的氣象情況。

2.3.1 2007至2010年9月下旬至10月中旬的大氣環(huán)流背景

我國處于東亞季風(fēng)區(qū)域，秋季大陸高壓開始南伸，逐漸取代西太平洋副高的控制，東北氣流開始南侵。2007年副高呈帶狀明顯偏西、偏強(qiáng)［17］，10月副高從中南半島北部至我國華南為5880 gpm閉合環(huán)流圈，在較高緯區(qū)域，由于烏拉爾山以東的高壓脊替代了常年的槽區(qū)，使得影響我國的冷空氣較頻繁，但影響區(qū)域偏北;2008年副高整體呈東西帶狀分布［18］，比常年偏西、略偏強(qiáng)，9月下旬前期亞洲上空低壓帶穩(wěn)定少動(dòng)，巴爾克什湖附近低槽發(fā)展東移，帶來的冷空氣自西向東先后影響我國大部地區(qū)，南方地區(qū)出現(xiàn)一次中等強(qiáng)度冷空氣過程;2009年副高整體呈東西帶狀分布［19］，比常年偏西、偏強(qiáng)，歐亞大陸高壓脊區(qū)不明顯，西風(fēng)帶平直，影響我國的冷空氣強(qiáng)度偏弱;2010年副高的主體位于洋面上［20-21］，強(qiáng)度較常年平均偏弱，烏拉爾山至東亞沿岸為偏西北氣流，由于東歐槽區(qū)偏強(qiáng)，從而導(dǎo)致烏拉爾山高壓脊偏強(qiáng)，加之東亞沿海高空槽略偏深，使得10月份冷空氣活動(dòng)較為頻繁，由于副高偏弱，使得冷空氣的影響能夠更偏南。每年的副高活動(dòng)強(qiáng)度有所不同，進(jìn)而影響到溫度以及風(fēng)場等大氣因素年度間的波動(dòng)，從而對褐飛虱在空中的遷飛產(chǎn)生一定的影響。

2.3.2 2007至2010年9月下旬至10月中旬桂東北925 hPa溫度場分布

9月下旬至10月中旬，桂東北地區(qū)925 hPa高空溫度分布在12—27℃之間(圖4)，2007至2009年9月下旬至10月中旬副高相對常年偏西、偏強(qiáng)，使得溫度較常年有所偏高，主要在20—24℃，進(jìn)而回遷蟲量較多;而對于副高較弱的2010年，冷空氣的影響較偏南，使得日平均溫度在20℃以下，回遷蟲量也較少。并且桂東北稻區(qū)第7代褐飛虱的誘蟲高峰期主要集中在9月底至10月上旬，而這段時(shí)期925 hPa高度日平均溫度較高，10月中旬日平均溫度開始下降，主要在21℃以下，并且這時(shí)的誘蟲量也開始減少。據(jù)此可以推測認(rèn)為秋季日平均溫度低于20℃時(shí)，褐飛虱的蟲情發(fā)生將不會太嚴(yán)重。

圖4 2007—2010年925 hPa 26°N，111°E的等壓面日平均溫度變化Fig.4 Time variations of daily temperature in 26°N，111°E at 925 hPa from 2007 to 2010

2.3.3 2007至2010年9月下旬至10月中旬925 hPa的大氣風(fēng)場動(dòng)態(tài)

由于每年副高強(qiáng)度不一致，使得東北氣流在每年的動(dòng)態(tài)有所不同，從時(shí)間-緯度剖面圖上可以看出(圖5)，華南地區(qū)925 hPa高度在2007年和2009年盛行相對比較穩(wěn)定的東北氣流，并且這兩年褐飛虱的遷飛蟲量較多;而對于褐飛虱蟲量較少的2010年，925 hPa高度東北氣流持續(xù)風(fēng)向不穩(wěn)定，總是有偏南氣流的擾動(dòng)，并且風(fēng)速相對較小。

2.3.4 2007年至2010年9月下旬至10月中旬的垂直氣流及降雨情況

9月下旬至10月中旬，桂東北地區(qū)的垂直氣流比較微弱，2007至2009年的最大遷飛峰日垂直氣流都是微弱的下沉氣流(圖6)，最高只有0.1 Pa/s，2010年的垂直氣流稍微較強(qiáng)，可以達(dá)到0.2 Pa/s;觀測點(diǎn)2007年至2009年遷飛期間主要是微弱的下沉氣流，而對于褐飛虱發(fā)生量較輕的2010年遷飛期間出現(xiàn)上升氣流的天數(shù)占到64%，可見微弱的下沉氣流比較有利于褐飛虱的秋季回遷。

桂東北地區(qū)9月下旬至10月中旬期間的降雨天氣很少，雨量一般在小雨級別，2008年和2009年都只有四五天的降雨天氣，而2010年降雨天氣占到43%，其中有3d的中雨天氣過程。對于每年的最大遷飛峰日來說(圖7)，也只有2010年出現(xiàn)了小雨天氣，其他最大遷飛峰日都是出現(xiàn)在無雨的天氣，可見無雨天氣比較有利于褐飛虱的秋季回遷。

3 結(jié)論與討論

3.1 桂東北稻區(qū)第7代褐飛虱遷飛規(guī)律

褐飛虱春、夏季向北遷飛有5個(gè)過程，秋季又有3次向南回遷［1］。桂東北稻區(qū)第7代褐飛虱的遷飛屬于秋季的最后兩次回遷，每年的誘蟲高峰期主要集中在9月底至10月上旬，遷入期主要在9月底至10月初，遷出期主要在10月上中旬，但是在年度間存在著一定的差異，表現(xiàn)在遷入和遷出峰期有所不同，且遷飛蟲量也存在很大的變化。湖南中東部和江西中西部是第7代褐飛虱主要的遷入蟲源地，本地起飛的褐飛虱飛行一夜主要降落在廣西中部稻區(qū)，飛行能力超過12 h的種群能到達(dá)廣西南部沿海、越南北部和海南稻區(qū)等褐飛虱的安全越冬地?；剡w到越冬地的蟲群能為來年遷入我國的初始蟲源提供蟲源基數(shù)，在每年預(yù)知秋季遷飛量多的情況下，應(yīng)該采取一定措施壓低褐飛虱向越冬地回遷的蟲量，減少越冬蟲源。

圖5 2007—2010年925 hPa等壓面風(fēng)場沿111°E的時(shí)間-緯度剖面圖(m/s)Fig.5 Time-latitude profiles of wind fields along 111°E at 925 hPa from 2007 to 2010(m/s)

3.2 氣象因素與第7代褐飛虱遷飛的關(guān)系

巫國瑞等通過對1977—1983年褐飛虱猖獗因素的研究發(fā)現(xiàn)［22］，晚稻蟲口高峰與9月份的溫度關(guān)系很密切，氣溫高則蟲口多，氣溫低則蟲口少。胡高等研究認(rèn)為全球變暖導(dǎo)致“暖秋”頻率極高且可能成為常態(tài)［23-24］，使褐飛虱后期遷入成為中、晚稻的極大威脅。本文研究發(fā)現(xiàn)在1a中溫度較高的9月底至10月初褐飛虱蟲量較高，不同年份中溫度較高的年份褐飛虱蟲量也相對較高，初步認(rèn)為秋季日平均溫度20℃是褐飛虱蟲量發(fā)生嚴(yán)重與否的一個(gè)界限。據(jù)此可以在每年預(yù)測大氣活動(dòng)情況的前提下預(yù)測溫度，進(jìn)而對褐飛虱的發(fā)生量進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。

鄧望喜在秋季航捕褐飛虱時(shí)發(fā)現(xiàn)多個(gè)風(fēng)向都能捕得褐飛虱［11］，但東北風(fēng)是其回遷的主要運(yùn)載氣流，本文通過4a的觀測發(fā)現(xiàn)，在925 hPa東北氣流比較穩(wěn)定的2007和2009年褐飛虱燈誘量較多，而對于總是有偏南氣流干擾的2010年褐飛虱蟲量明顯減少。褐飛虱秋季向南回遷到越冬地具有重要的生態(tài)學(xué)意義，能為來年的種群提供蟲源基數(shù)，而東北氣流是其向南飛行的運(yùn)載氣流;在東北風(fēng)發(fā)生變化的情況下，褐飛虱有可能不向南遷，而發(fā)生隨氣流亂遷的現(xiàn)象，這種飛行對褐飛虱種群意義不大，因此在秋季偏南氣流較多的年份，桂東北稻區(qū)褐飛虱的蟲量較少。

圖6 2007—2010年褐飛虱最大遷飛峰日925 hPa的垂直氣流分布場(Pa/s)Fig.6 Vertical velocity of the most numbers migratory peak periods of brown planthopper at 925 hPa from 2007 to 2010(Pa/s)

褐飛虱在春、夏季的遷飛，降雨和強(qiáng)下沉氣流是迫使其集中降落的主要原因［5-6，25-26］，江廣恒等在研究褐飛虱南遷時(shí)發(fā)現(xiàn)［27］，降水對褐飛虱的南遷遷入有一定的作用。桂東北地區(qū)秋季受東亞季風(fēng)環(huán)流的影響，降雨量較小，垂直氣流也比較微弱，通過比較4a的觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于上升氣流較多的2010年褐飛虱發(fā)生量較輕，與其他3a相比，2010年的降雨天氣也較多，但是誘蟲高峰期一般也出現(xiàn)在無雨的天氣，可見秋季微弱的下沉氣流和無雨天氣比較有利于褐飛虱的遷飛。

3.3 高空探照燈對褐飛虱誘集作用的探討

高空探照燈作為一種誘集高空蟲群的有效手段，近年來被廣泛用來誘集空中遷飛蟲群［10，28-32］，并輔助雷達(dá)目標(biāo)的判斷，取得了一定的成就。本文采用高空探照燈誘集空中褐飛虱遷飛蟲群，由于高空探照燈對空中至少500 m以內(nèi)的蟲群具有誘殺作用，因此在褐飛虱遷飛活動(dòng)高峰期，高空探照燈能誘集遷飛過程各階段的褐飛虱，佳多燈由于加了防雨罩和亮度較低，只能誘殺地面的褐飛虱，通過高空探照燈與佳多燈的蟲情進(jìn)行比較，并結(jié)合田間蟲情，進(jìn)而可以判斷褐飛虱的遷飛性質(zhì)。通過誘蟲結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高空探照燈對褐飛虱的誘集峰期多于佳多燈，并且誘集量遠(yuǎn)大于佳多燈，各植保部門可以考慮用高空探照燈作為監(jiān)測防治褐飛虱的一個(gè)工具。

褐飛虱的秋季回遷是一個(gè)復(fù)雜的過程，在遷入的同時(shí)也可能遷出［13］，桂東北稻區(qū)作為褐飛虱遷入與遷出的中轉(zhuǎn)站，對了解褐飛虱的遷飛動(dòng)態(tài)有重要的地理意義，本研究僅以廣西興安縣為例分析了2007年至2010年桂東北稻區(qū)第7代褐飛虱的遷飛規(guī)律，今后還需要擴(kuò)大研究范圍，從時(shí)間和空間上進(jìn)行更大尺度的遷入與遷出的案例分析，從而全面闡明桂東北稻區(qū)第7代褐飛虱的遷飛規(guī)律。

圖7 2008—2010年褐飛虱最大遷飛峰期的日降雨量分布圖Fig.7 Daily rainfall distribution of the most numbers migratory peak periods of brown planthopper from 2008 to 2010

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