任佳昕, 王崇云, 周光信, 彭明春*, 馬永翠,馬 列, 劉 勝, 夏金富

(1. 云南大學(xué)生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)研究所, 昆明 650504; 2. 云南大學(xué)資源植物研究院, 昆明 650504; 3. 昭通學(xué)院農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院, 昭通 657000; 4. 云南省昭通市植保植檢站, 昭通 657000; 5. 云南省昭通市巧家縣植保植檢站, 昭通 654600)

草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda(J. E. Smith),也稱秋黏蟲(fall armyworm),隸屬鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae,原產(chǎn)于美洲熱帶及亞熱帶地區(qū)[1],是重大跨境遷飛性害蟲。2018年5月草地貪夜蛾入侵印度[2],2018年12月入侵緬甸[3],2019年1月11日在云南境內(nèi)江城縣發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾入侵[4]。經(jīng)鑒定入侵我國的草地貪夜蛾屬“玉米型”[5]。同年4月,在云南昭通巧家縣早春玉米調(diào)查,發(fā)現(xiàn)蒙姑鎮(zhèn)蒙姑社區(qū)老街等地有草地貪夜蛾零星分布,確定草地貪夜蛾入侵昭通市[6]。根據(jù)昭通市各縣植保植檢站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),截至2020年9月2日昭通市各縣均發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾為害。由于該蟲具有食性廣、遷飛性強(qiáng)、繁殖能力強(qiáng)等生物學(xué)特性,嚴(yán)重危害玉米等糧食作物的生產(chǎn)。

昭通市位于云南省東北部,地處云南、貴州、四川三省的結(jié)合部。地勢西南高、東北低,垂直差異顯著。全市耕地面積61.79萬hm2,其中玉米常年種植面積21萬～22萬hm2,占全市面積的38%～40%,種植面積大、范圍廣。由于地理位置獨(dú)特、地形起伏巨大、山地氣候復(fù)雜,因此昭通市每年都面臨草地貪夜蛾北遷南回地反復(fù)為害[6],也是向周邊省份擴(kuò)散的重要通道[7-8]。為了認(rèn)識草地貪夜蛾在山地環(huán)境的入侵時(shí)空變化特征,本文根據(jù)2019年-2020年昭通市各縣植保植檢站調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析昭通市草地貪夜蛾發(fā)生規(guī)律,揭示其發(fā)生密度中心、熱點(diǎn)區(qū)域、海拔區(qū)間等時(shí)空動(dòng)態(tài)特征,以期為草地貪夜蛾的監(jiān)測預(yù)警及科學(xué)防控提供科學(xué)支撐。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文所用的草地貪夜蛾蟲情調(diào)查數(shù)據(jù)來源于云南省昭通市植保植檢站,2019年-2020年在昭通市選擇102個(gè)固定調(diào)查監(jiān)測點(diǎn),在玉米生長期每隔7 d采用平行線方式開展調(diào)查,計(jì)算有蟲株率和每百株幼蟲密度;使用性誘劑監(jiān)測方法在玉米生長期每隔7 d記錄1次成蟲誘捕情況,統(tǒng)計(jì)成蟲數(shù)量?？臻g分析所用的1∶400萬中國行政區(qū)劃圖下載自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn/),昭通行政區(qū)劃圖從中國行政區(qū)劃圖中提取生成。

1.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.1核密度估計(jì)法(KDE)

核密度估計(jì)即利用核函數(shù)將每個(gè)已知點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行預(yù)測的方法。其主要思想是利用核函數(shù)計(jì)算地理要素在周圍鄰域的密度值,擬合生成光滑的錐形表面,發(fā)現(xiàn)地理要素在整個(gè)空間的分布規(guī)律[9]。通過核密度法將點(diǎn)轉(zhuǎn)化為平面,根據(jù)累計(jì)的危害程度權(quán)重生成分布連續(xù)的密度變化圖,并且通過平面的離散化可知每一個(gè)網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)草地貪夜蛾的聚集程度[10]。

本文設(shè)置搜索半徑為10 km,即每個(gè)發(fā)生點(diǎn)周圍搜索半徑之內(nèi)的點(diǎn)共同對某一地點(diǎn)形成核密度,輸出單元格尺寸設(shè)為100 m×100 m,得到核密度圖,利用柵格計(jì)算器計(jì)算各月密度最大值,進(jìn)行密度中心分析。具體計(jì)算公式如下:

其中,n為站點(diǎn)總數(shù),h為設(shè)置的搜索半徑,K為核密度函數(shù),xi為獨(dú)立同分布的觀測值。

1.2.2格網(wǎng)取樣

地理格網(wǎng)是一種統(tǒng)一、簡單的地理空間劃分和定位參照系統(tǒng),依據(jù)統(tǒng)一規(guī)則,將地面區(qū)域按照一定經(jīng)緯度或地面距離進(jìn)行連續(xù)分割,并將空間不確定性控制在一定范圍內(nèi),形成規(guī)則多邊形,每個(gè)多邊形均稱為格網(wǎng)單元,從而構(gòu)成分級、分層次的多級格網(wǎng)體系,實(shí)現(xiàn)地面空間離散化,并賦予統(tǒng)一編碼[11]。本文利用ArcGIS 10.8創(chuàng)建漁網(wǎng)模塊,生成10 km×10 km格網(wǎng),再利用分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具將草地貪夜蛾發(fā)生核密度圖轉(zhuǎn)化為規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù),得到各月密度格網(wǎng)圖(圖1)。

圖1 10 km網(wǎng)格及2019年和2020年昭通市草地貪夜蛾發(fā)生站點(diǎn)位置示意圖Fig.1 10 km grids and occurrence sites of Spodoptera frugiperda in Zhaotong city in 2019 and 2020

1.2.3熱點(diǎn)分析

熱點(diǎn)分析可以獲得高值或低值要素在空間上的聚集位置,并且結(jié)果具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,即不僅該點(diǎn)為高值,同時(shí)也被高值所包圍,排除了隨機(jī)因素[12]。Getis-OrdGi*指數(shù)可以很好地反映變量在局部空間區(qū)域上的冷熱點(diǎn)分布,該模型公式為:

其中,xj是要素j的屬性值,Wi，j為空間權(quán)重矩陣,相鄰為1、不相鄰為0,n是樣本點(diǎn)總數(shù)。

本文利用熱點(diǎn)分析,在格網(wǎng)尺度上對研究區(qū)草地貪夜蛾發(fā)生站點(diǎn)進(jìn)行逐月冷熱點(diǎn)統(tǒng)計(jì),通過可視化的方式直觀顯示其時(shí)空分布的規(guī)律和聚集特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 2019年-2020年昭通市草地貪夜蛾蟲情概況

2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,該蟲在102.89°E～105.05°E,26.64°N～28.65°N之間有發(fā)生,分布于昭通11個(gè)縣(區(qū)),56個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),102個(gè)村級監(jiān)測站點(diǎn),根據(jù)發(fā)生程度分級指標(biāo)[13],達(dá)到輕度為害站點(diǎn)多達(dá)89%,中度為害和重度為害的站點(diǎn)共有11個(gè)。2020年較2019年減少了兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),20個(gè)站點(diǎn)為害程度偏輕,蟲口密度西部大于東部(圖2)。

圖2 2019年-2020年昭通市草地貪夜蛾發(fā)生數(shù)量及為害程度示意圖Fig.2 Schematic diagram of occurrence quantity and damage degrees of Spodoptera frugiperda in 2019-2020

兩年調(diào)查結(jié)果顯示昭通市草地貪夜蛾分布海拔一般高于300 m,800～1 300 m為草地貪夜蛾的多發(fā)海拔范圍,最低點(diǎn)位于昭通市綏江縣鰱魚村(104.13°E,28.64°N),海拔高度為360 m,海拔分布的最高點(diǎn)為昭通市巧家縣魯?shù)麓?103.17°E,26.66°N),海拔高度為2 320 m。

對草地貪夜蛾各月發(fā)生點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn),1月-3月草地貪夜蛾在巧家縣零星發(fā)生,4月以后昭通草地貪夜蛾發(fā)生的北端、南端落點(diǎn)向北、向東移動(dòng),6月中旬可遍及整個(gè)昭通市,整體擴(kuò)散路徑表現(xiàn)為由西南向東北。

2.2 2019年-2020年昭通市草地貪夜蛾密度中心時(shí)空格局

總體來說,草地貪夜蛾密度中心分布海拔均在700 m以上,平均海拔為1 794 m。兩年密度中心點(diǎn)海拔變化趨勢總體吻合,4月密度中心海拔呈驟增趨勢,5月達(dá)到第一個(gè)峰值,6月中心點(diǎn)海拔呈略微下降趨勢,7月中心點(diǎn)海拔升高達(dá)到第二個(gè)峰值,8月、9月中心點(diǎn)海拔呈連續(xù)下降趨勢(圖3)。溫度是影響昆蟲生長發(fā)育、繁殖的重要因素,1月-4月,金沙江、牛欄江等地干熱河谷光熱充足,周年種植玉米等作物,草地貪夜蛾以河谷為擴(kuò)散通道在低海拔地區(qū)遷飛; 5月-7月,昭通中高海拔地帶的氣溫條件處于草地貪夜蛾適溫區(qū)范圍內(nèi),該時(shí)段草地貪夜蛾種群增長快,由低熱河谷地帶向中、高海拔帶遷飛。8月以后溫度降低,降水減少,草地貪夜蛾不適合在高海拔帶繼續(xù)生存為害。

圖3 2019年-2020年昭通市草地貪夜蛾密度中心海拔變化圖Fig.3 Altitude variation of density centers of Spodoptera frugiperda in Zhaotong city in 2019-2020

昭通市草地貪夜蛾各月密度中心在102.92°E～103.93°E,26.82°N～28.47°N之間由西南向東北移動(dòng)。2019年密度中心均分布于巧家縣,2020年除巧家縣分布外,魯?shù)榭h、昭陽區(qū)、綏江縣也有分布,這說明2019年昭通草地貪夜蛾西部蟲口密度大于東部,2020年發(fā)生初期西部蟲口密度大,6月以后密度中心逐漸向東北移動(dòng)。密度中心移速2020年大于2019年,東部的遷移進(jìn)程快于西部,5月-7月移速大于其他月份,這說明5月-7月為昭通市草地貪夜蛾擴(kuò)散高峰(圖4)。

圖4 2019年-2020年草地貪夜蛾密度中心經(jīng)緯度變化圖Fig.4 Longitude and latitude variation of density centers of Spodoptera frugiperda in 2019-2020

2.3 2019年-2020年昭通市草地貪夜蛾冷熱點(diǎn)時(shí)空格局

圖5 2019年昭通市草地貪夜蛾熱點(diǎn)時(shí)空格局圖Fig.5 Spatial-temporal pattern of hotspots of Spodoptera frugiperda in Zhaotong city in 2019

圖6 2020年昭通市草地貪夜蛾熱點(diǎn)時(shí)空格局圖Fig.6 Spatial-temporal pattern of hotspots of Spodoptera frugiperda in Zhaotong city in 2020

總體來說,昭通草地貪夜蛾熱點(diǎn)在空間上主要從西南到東北發(fā)生,時(shí)間上西部早于東部,熱點(diǎn)數(shù)量呈現(xiàn)由西南向東北遞減的趨勢?？臻g變化上,2019年和2020年冷熱點(diǎn)空間分布差異不大,2019年熱點(diǎn)區(qū)域主要分布在巧家縣、魯?shù)榭h西南部、鹽津縣中南部,冷點(diǎn)區(qū)主要分布在鎮(zhèn)雄縣東部、彝良縣東南部、永善縣中部、昭陽縣東北部;2020年冷、熱點(diǎn)網(wǎng)格面積均呈下降趨勢,僅有巧家縣、魯?shù)榭h西部、彝良縣及大關(guān)縣部分地區(qū)為熱點(diǎn)區(qū),冷點(diǎn)僅出現(xiàn)在鹽津縣、彝良縣和鎮(zhèn)雄縣的極少部分地區(qū), 各月冷熱點(diǎn)空間分布與2019年相近。

2020年熱點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間較2019年早,1月草地貪夜蛾熱點(diǎn)開始在巧家縣有零星分布,3月在巧家縣、彝良縣部分地區(qū)分布,這可能是因?yàn)檫@些區(qū)域周年種植玉米等作物,為草地貪夜蛾幼蟲暴發(fā)提供了充足的食物來源,也為早期遷入的成蟲提供了棲息地[6,14];鄰近的緬甸、老撾等國家與云南省種植模式相近,大量種植鮮食玉米、甘蔗等作物,有蟲源從境外遷入的風(fēng)險(xiǎn)[15];由于西南季風(fēng)較弱,沒有形成對草地貪夜蛾有利的遷移動(dòng)力條件,因此草地貪夜蛾在本地的繁殖較強(qiáng),遷飛擴(kuò)散的縣域數(shù)量增長慢。

4月熱點(diǎn)區(qū)域由巧家縣向沿江各縣擴(kuò)散。3月-4月草地貪夜蛾從緬甸起飛,主要依靠自身飛行能力通過連續(xù)多個(gè)夜晚進(jìn)入云南[16],遷飛至滇東北后,草地貪夜蛾最先入侵低熱河谷區(qū),河谷地形為草地貪夜蛾大面積遷飛擴(kuò)散提供了有利的地理和生態(tài)條件;昭通地區(qū)持續(xù)晴熱少雨,西南季風(fēng)逐漸加強(qiáng),有利于草地貪夜蛾幼蟲的生長及成蟲的傳播擴(kuò)散;此外,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾能取食玉米雄穗、果穗等部位,還為害甘蔗、小麥、生姜等作物,該時(shí)段寄主植物資源豐富,有利于草地貪夜蛾的大規(guī)模暴發(fā)。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)2020年4月熱點(diǎn)擴(kuò)散程度低于2019年4月,這可能與2019年入春以后降水持續(xù)偏少,氣溫異常偏高,西南季風(fēng)偏弱有關(guān),氣候異常導(dǎo)致草地貪夜蛾長時(shí)間滯留入侵地,擴(kuò)散程度低[17]。2019年4月,冷點(diǎn)區(qū)域主要位于鎮(zhèn)雄縣、威信縣,這可能由于草地貪夜蛾入侵時(shí)從高空落下,較高的山體阻隔了草地貪夜蛾的東西向遷飛,且兩縣遠(yuǎn)離最初的草地貪夜蛾發(fā)生地,故有地形、距離隔離的效果,形成冷點(diǎn)區(qū)域。

5月-6月兩年熱點(diǎn)區(qū)域空間變化差異不大,主要集中于巧家縣和魯?shù)榭h西部。這可能由于草地貪夜蛾一代遷入蟲進(jìn)入二代、三代,已在本地繁殖為害[17];由于該時(shí)段昭通大部分地區(qū)已經(jīng)進(jìn)入雨季,持續(xù)的降水不利于草地貪夜蛾的遷飛擴(kuò)散,但為農(nóng)作物和其他作物提供了適宜的環(huán)境條件,因此草地貪夜蛾種群滯留在當(dāng)?shù)囟ㄖ碁楹18]。

7月兩年熱點(diǎn)區(qū)域仍集中于巧家縣、綏江縣且呈現(xiàn)收縮態(tài)勢。2020年大關(guān)縣、彝良縣、永善東部出現(xiàn)冷點(diǎn)區(qū)。這可能是由于彝良縣、昭陽區(qū)、尋甸縣等多縣發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾為害后開展了應(yīng)急防控,抑制了草地貪夜蛾種群數(shù)量[18-20]。2019年8月熱點(diǎn)主要集中在巧家中西部、魯?shù)槲髂喜?、綏江縣,9月熱點(diǎn)從綏江西北部北退。2020年8月除巧家縣外,綏江縣、水富縣也出現(xiàn)熱點(diǎn),9月熱點(diǎn)從昭陽縣、威信縣退出昭通,2020年9草地貪夜蛾在昭陽縣、威信縣聚集。昭通地區(qū)海拔高,入秋以來氣溫下降,不適合草地貪夜蛾繼續(xù)生存為害。

3 結(jié)論與討論

本文分析了2019年-2020年昭通市草地貪夜蛾發(fā)生的冷熱點(diǎn)、密度中心時(shí)空分布特征,結(jié)論如下:

1)昭通市草地貪夜蛾在102.89°E～105.05°E,26.64°N～28.65°N之間擴(kuò)散,分布于昭通11個(gè)縣(區(qū)),56個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),102個(gè)村級監(jiān)測站點(diǎn),草地貪夜蛾分布的海拔范圍為360～2 320 m;兩年整體為害程度偏輕,將近九成的發(fā)生點(diǎn)為輕度為害,蟲口密度西部大于東部。

2)各月密度中心點(diǎn)在102.92°E～103.93°E,26.82°N～28.47°N之間由西南向東北移動(dòng),2020年移動(dòng)速度整體大于2019年,東部的遷移進(jìn)程快于西部,5月-7月擴(kuò)散速率大于其他月份;兩年密度中心海拔變化趨勢總體吻合,5月、7月為草地貪夜蛾向高海拔地區(qū)擴(kuò)散峰值。

3)昭通市草地貪夜蛾冷熱點(diǎn)時(shí)空分布有一定的規(guī)律性,在空間上主要從西南向東北發(fā)生,時(shí)間上西部早于東部,熱點(diǎn)數(shù)量呈現(xiàn)由西南向東北遞減的趨勢;初步認(rèn)為2019年-2020年昭通市草地貪夜蛾熱點(diǎn)時(shí)空變化特征與氣候條件、海拔高度、地形地貌、寄主植物、氣流變化等多種因素有關(guān)。

昭通市是草地貪夜蛾北遷南回的過渡地區(qū),做好監(jiān)測防控工作,不僅可以保障昭通市糧食安全,對于全國防控大局也很重要,弄清昭通市草地貪夜蛾發(fā)生的時(shí)空擴(kuò)散規(guī)律,是當(dāng)?shù)亻_展精準(zhǔn)測報(bào)和綜合防治的前提。昭通市僅在玉米上發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾取食為害,其入侵定殖首選玉米作為寄主植物[21]。

草地貪夜蛾屬遷飛性害蟲,其遠(yuǎn)距離遷飛無法依靠自身的遷飛能力完成,需要借助合適的氣流來完成[22-23]。吳秋琳等的研究結(jié)果表明,2019年3月-4月草地貪夜蛾從緬甸起飛,主要依靠自身強(qiáng)大的飛行能力遷飛至我國云南,進(jìn)入5月份緬甸夏季風(fēng)不斷加強(qiáng),有利于草地貪夜蛾遷飛[24],這與本研究的結(jié)果基本吻合;姜玉英等對2019年我國草地貪夜蛾擴(kuò)散區(qū)域進(jìn)行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)我國草地貪夜蛾發(fā)生區(qū)域由南至北逐步擴(kuò)散,蟲口密度由南至北逐步遞減,蟲口密度西部大于東部[25];鄧曉悅等研究認(rèn)為云南北部是川西高原的主要蟲源地之一[7],張雪艷等的研究結(jié)果表明,川西南、川南蟲源主要來自云南省[8]。因此,草地貪夜蛾發(fā)生初期最先入侵昭通西部;由于入侵時(shí)間早,持續(xù)時(shí)間長,蟲口密度大,因此西部草地貪夜蛾熱點(diǎn)持續(xù)存在,密度中心點(diǎn)也多集中于西部;4月下旬開始由西南向東北遷飛擴(kuò)散,熱點(diǎn)也呈向東北擴(kuò)散趨勢;5月西南季風(fēng)加強(qiáng),蟲口密度達(dá)到最大,適宜的生態(tài)條件使草地貪夜蛾在遷入地定殖為害;截至9月2日草地貪夜蛾在昭通市持續(xù)為害,遷出昭通后繼續(xù)向北、西北擴(kuò)散至四川等地。

本研究僅就昭通市草地貪夜蛾擴(kuò)散的時(shí)空格局進(jìn)行了個(gè)例分析,但草地貪夜蛾的遷飛動(dòng)態(tài)是極其隨機(jī)的事件,鑒于當(dāng)?shù)夭莸刎澮苟赀w飛擴(kuò)散的時(shí)空格局,有必要進(jìn)一步在更長的時(shí)間尺度和更大的空間尺度上進(jìn)行研究,草地貪夜蛾擴(kuò)散原因還應(yīng)該綜合考慮多種環(huán)境因子的影響。因此,下一步應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)測田間草地貪夜蛾蟲情動(dòng)態(tài),結(jié)合理論預(yù)測結(jié)果,開展有針對性的防控,形成適宜昭通市草地貪夜蛾科學(xué)合理的防治技術(shù),為草地貪夜蛾的精準(zhǔn)測報(bào)和田間防治提供科學(xué)依據(jù)。