草地螟一代幼蟲最佳防治期氣象預報模型

唐紅艷,牛寶亮

(內(nèi)蒙古興安盟氣象局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400)

草地螟(Loxostegesticticalis)是我國北方農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的重要害蟲，具有間歇暴發(fā)、集中遷移危害的特點[1-2]。草地螟幼蟲暴發(fā)時一夜之間便可吃光一片地，在短期內(nèi)造成毀滅性災害[3]。因此，準確預測草地螟一代幼蟲危害期，提前采取有效防治措施，對最大限度減輕災害損失具有重要意義。

草地螟防治是保證農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，適期進行防治不僅防治效果好，還能達到少藥、高效、少污染的效果，若適期防治時間延誤一天都會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失。草地螟初孵幼蟲(1～2齡)主要取食雜草，食量較小，3齡以后向附近農(nóng)田轉(zhuǎn)移，開始危害農(nóng)作物，4～5齡進入暴食階段(占總食量的95%)，是草地螟對農(nóng)作物的危害盛期[3-4]。因此，草地螟防治的最佳時期應在3齡幼蟲期之前。為了準確掌握草地螟一代幼蟲最佳防治期，前人通過對草地螟成蟲蛾峰日期的監(jiān)測和分析雌蛾卵巢發(fā)育級別，并參考多年平均氣象條件來估算草地螟3齡幼蟲期，從而確定草地螟最佳防治期[5-11]。上述研究大都以成蟲發(fā)育情況為依據(jù)，根據(jù)多年經(jīng)驗估算草地螟一代幼蟲最佳防治期，考慮當年環(huán)境氣象條件對草地螟產(chǎn)卵孵化以及低齡幼蟲發(fā)育進度的影響不足，屬于定性預報方法。溫度是昆蟲生長發(fā)育的主導因素，已有研究建立了溫度與昆蟲生長發(fā)育關(guān)系的多種模型[12]，有效積溫在昆蟲發(fā)育期和發(fā)生代數(shù)預測研究中得到廣泛應用[10,13]。事實上，昆蟲的生存、發(fā)生、發(fā)展不僅僅受溫度影響，還與其他環(huán)境氣象條件關(guān)系密切[14]。草地螟越冬代成蟲出現(xiàn)蛾峰后，草地螟成蟲產(chǎn)卵持續(xù)期、卵孵化速度以及各齡幼蟲的發(fā)育速度都受當年氣象條件影響而有所不同，因此每年的最佳防治期也會不同。本研究在分析氣象條件對草地螟發(fā)生規(guī)律影響的基礎上[15-16]，以監(jiān)測到越冬代成蟲蛾峰作為初始日，建立蛾峰初始日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)定量氣象預報模型，通過預報越冬代成蟲蛾峰至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)來確定草地螟最佳防治期，以期為農(nóng)業(yè)部門及農(nóng)民及時、科學開展草地螟防治工作提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

興安盟(44°14′～47°39′ N，119°28′～123°38′ E)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，地處大興安嶺向松嫩平原過渡地帶，國土面積598.15萬hm2，農(nóng)作物播種面積77.863萬hm2(2011年)，草原面積303.4萬hm2，屬于典型的農(nóng)牧交錯區(qū)。草地資源分布廣泛，分為草甸草原、干草原、低地草甸和沼澤等。牧草種類主要有貝加爾針茅(Stipabaicalensis)、野古草(Arundinellaanomala)、羊草(Leymuschinensis)、柳蒿(Artemisiaintegrifolia)、冷蒿(A.frigida)、灰菜(Chenopodiumalbum)、豬毛菜(Salsolacollina)等。該區(qū)屬于中溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫-2.2～6.8 ℃，≥10 ℃活動積溫1 456.9～3 171.2 ℃·d，年降水量361.9～460.0 mm，蒸發(fā)量1 135.9～2 046.5 mm，無霜期65～160 d，光照充足。由于草地螟幼蟲屬于雜食性害蟲，半農(nóng)半牧區(qū)的土地利用特點以及分布廣泛的豆科、藜科、百合科等草地螟喜食植物，為草地螟的生存、繁殖提供了良好的環(huán)境及植被條件。

2 資料與方法

草地螟發(fā)育歷期觀測資料來源于內(nèi)蒙古興安盟植保站，包括1979-2010年草地螟越冬代成蟲始見期、蛾峰日期、產(chǎn)卵期、卵孵化期天數(shù)和各齡幼蟲期等，氣象資料來源于內(nèi)蒙古烏蘭浩特市氣象局1979-2010年的逐日氣象資料，包括逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、相對濕度以及日照時數(shù)等。農(nóng)作物播種面積數(shù)據(jù)來源于興安盟統(tǒng)計局，草原面積數(shù)據(jù)來源于興安盟農(nóng)牧業(yè)局。由于草地螟的發(fā)生具有間歇性，最長連續(xù)資料只有1996-2010年，本研究中均采用1996-2010年資料，氣候資料平均值均采用1981-2010年。對旬氣象因子進行膨化處理，生成不同組合的連續(xù)時段氣象因子集，與草地螟越冬代成蟲產(chǎn)卵孵化期、1～3齡幼蟲發(fā)育期、蛾峰初始日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)進行相關(guān)分析和典型年份對比分析，選取相關(guān)系數(shù)大、又具有一定物理意義的氣象因子，采用最優(yōu)子集多元回歸方法建立草地螟越冬代成蟲蛾峰初始日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)預報模型。以草地螟越冬代成蟲出現(xiàn)蛾峰作為初始日，通過預測蛾峰初始日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)來確定草地螟最佳防治期。

3 結(jié)果與分析

3.1影響越冬代成蟲產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)的關(guān)鍵氣象因子 在草地螟越冬代成蟲蛾峰日期一定的前提下，草地螟成蟲產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)和幼蟲發(fā)育期持續(xù)天數(shù)決定了草地螟最佳防治期。6月中、下旬是興安盟地區(qū)草地螟成蟲產(chǎn)卵和幼蟲孵化盛期，產(chǎn)卵孵化期的持續(xù)天數(shù)受氣象因子影響年際間差異顯著，導致一代幼蟲發(fā)生期和最佳防治期也不同。相關(guān)分析結(jié)果(表1)表明，影響草地螟產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)最關(guān)鍵的時期是6月，關(guān)鍵氣象因子是溫度、降水量和相對濕度。產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)與產(chǎn)卵孵化期間的溫度呈負相關(guān)，與降水量和相對濕度呈正相關(guān)，即高溫縮短產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)，低溫延長產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)，而低濕縮短產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)，高濕延長產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)。其中,與6月中、下旬平均溫度的負相關(guān)系數(shù)通過0.05信度檢驗，與6月中旬的降水量和6月上、中旬的相對濕度正相關(guān)系數(shù)通過0.01信度檢驗，影響最顯著的因子是6月上、中旬相對濕度。

1996-2008年典型年份統(tǒng)計結(jié)果也表明，6月中旬平均最高溫度超過30 ℃的有5年(1997、2000、2004、2007和2008年)，這5年的溫度距平在4～6 ℃，對應的6月中旬平均溫度都超過23 ℃，6月中旬降水量不足10 mm，相對濕度都不足50%，對應上述年份的產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)都在4～6 d；而6月中旬最高溫度低于26 ℃的也有5年(1996、1998、2001、2002和2003年)，對應的6月中旬平均溫度都低于21 ℃，6月中旬的降水量都超過15 mm，相對濕度超過60%，對應上述年份的產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)都在7～9 d(表2)。說明草地螟產(chǎn)卵孵化期間遇高溫低濕天氣明顯縮短產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)，最佳防治期有可能提前；而低溫高濕天氣則延長產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)，最佳防治期有可能推遲。分析結(jié)果可作為預報輔助因素或模型訂正因素。

表1 草地螟產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)與氣象因子相關(guān)分析結(jié)果Table 1 Correlation analyses between spawning and hatching time and meteorological factors

3.2影響草地螟1～3齡幼蟲發(fā)育速度的關(guān)鍵氣象因子 相關(guān)分析結(jié)果(表3)表明，1～3齡幼蟲發(fā)育速度與6月中、下旬平均 (最高) 溫度呈負相關(guān)，即高溫加快幼蟲發(fā)育，縮短1～3齡幼蟲期，一代幼蟲危害期和最佳防治期提前；與6月上、中旬降水量呈正相關(guān)，即降水量多延緩幼蟲發(fā)育，1～3齡幼蟲期延長，一代幼蟲危害期和最佳防治期推遲；與6月上、中旬日照時數(shù)呈負相關(guān)。影響1～3齡幼蟲發(fā)育的關(guān)鍵氣象因子是6月上、中旬降水量，其次為6月中、下旬平均最高溫度。分析結(jié)果同樣可作為預報輔助因素或模型訂正因素。

3.3影響草地螟蛾峰至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)的關(guān)鍵氣象因子 1996-2008年草地螟歷史資料表明，蛾峰至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)最短為13 d，最長為28 d，持續(xù)時間相對較短。對蛾峰至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)與膨化后的氣象因子進行相關(guān)分析，結(jié)果(表4)表明，持續(xù)天數(shù)與4月上、中旬日照時數(shù)，5月中旬日照時數(shù)，6月上、中旬降水量和相對濕度都呈正相關(guān)，即降水量多、相對濕度大，持續(xù)天數(shù)延長，最佳防治期推遲；與6月上、中旬平均 (最高) 溫度呈負相關(guān)，即高溫加快幼蟲發(fā)育，縮短持續(xù)天數(shù)，最佳防治期提前。此期影響最顯著的氣象因子是6月上、中旬相對濕度和降水量，相關(guān)系數(shù)達到0.754 8和0.693 8，均通過0.01信度檢驗，其次是4月中旬至6月中旬平均最高溫度和6月上、中旬平均溫度，相關(guān)系數(shù)均通過0.05信度檢驗。日照時數(shù)的影響相對弱些。

3.4越冬代成蟲蛾峰至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)預報模型的建立 草地螟最佳防治期預報方法可采用分別建立產(chǎn)卵孵化期和1～3齡幼蟲期預報模型，也可采用建立蛾峰日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)預報模型。為便于開展草地螟防治期氣象預報服務并減小分別建立模型的預報誤差，本研究采用蛾峰日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)預報模型。以越冬代成蟲出現(xiàn)蛾峰日為初始日期，考慮因子物理意義和預報時效性，選取相關(guān)系數(shù)相對大的氣象因子，采用最優(yōu)子集多元回歸方法建立蛾峰初日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)預報模型：

表2 產(chǎn)卵孵化期氣象指標Table 2 Meteorological indexes of during days of spawning and hatching

表3 1～3齡幼蟲期與氣象因子相關(guān)分析結(jié)果Table 3 Correlation analyseis between the duration days from 1-age to 3-age larvae and meteorological factors

表4 蛾峰至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)與氣象因子相關(guān)分析結(jié)果Table 4 Correlation analyses between the duration days from the first day of peak catch to 3-age larvaeand meteorological factors

Y=37.5+0.137 5X1-0.255 5X2+0.171 5X3+0.559 0X4(R2=0.861 6)

模型通過0.01信度檢驗。式中，Y為蛾峰初日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)，X1為5月中旬日照時數(shù)，日照時數(shù)多則延長草地螟成蟲的產(chǎn)卵孵化期，日照時數(shù)少則縮短草地螟成蟲產(chǎn)卵孵化期；X2為4月中旬至6月中旬平均最高溫度和，溫度高，草地螟成蟲產(chǎn)卵孵化期縮短，溫度低則產(chǎn)卵孵化期延長；X3為6月上旬降水量，降水量少，幼蟲發(fā)育速度快，降水量多則幼蟲發(fā)育速度慢；X4為6月上、中旬相對濕度和，相對濕度小，幼蟲發(fā)育速度快，相對濕度大則幼蟲發(fā)育速度慢。

根據(jù)模型中氣象因子所處時段，6月下旬初即可預報草地螟蛾峰初日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)。蛾峰初日日期加上蛾峰至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)就是草地螟一代幼蟲最佳防治期的開始日期。

3.5模型檢驗 利用1996-2008年的歷史資料進行模型的模擬檢驗(圖1)，有7年(54%)絕對誤差小于1 d，有4年(31%)絕對誤差在1～2 d，只有2年(15%)絕對誤差在2～4 d。平均絕對誤差只有1.2 d，模擬效果較好。

應用2009-2010年實況氣象資料進行試報檢驗，2009年蛾峰初日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)預報結(jié)果為25.6 d，實際為28 d，絕對誤差2.4 d；2010年預報結(jié)果為17.7 d，實際為15 d，絕對誤差2.7 d?？傮w看，預報結(jié)果基本準確，可以應用到氣象預報服務中。

圖1 蛾峰初日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)預報模型模擬結(jié)果Fig.1 Result of forecast model simulation for the duration days from the first day of peak catch to 3-age larvae

4 討論與結(jié)論

草地螟適期防治不僅防治效果好，還能夠最大限度減輕災害損失。高溫、少雨、低濕天氣加快越冬代成蟲產(chǎn)卵孵化及幼蟲發(fā)育，從而使蛾峰至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)縮短，一代幼蟲危害期提前，最佳防治期也相應提前；而低溫、多雨、高濕天氣延緩越冬代成蟲產(chǎn)卵孵化及幼蟲發(fā)育，從而使蛾峰至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)延長，一代幼蟲危害期推遲，最佳防治期也相應推遲。

前人對草地螟最佳防治期的預測都以定性預報為主[5-11]，估算誤差相對大，本研究以越冬代成蟲出現(xiàn)蛾峰為初始日期，考慮因子物理意義和預報時效性，選取相關(guān)系數(shù)相對大的氣象因子，采用最優(yōu)子集多元回歸方法建立了越冬代成蟲蛾峰日至3齡幼蟲期持續(xù)天數(shù)定量預報模型。預報模型通過0.01信度檢驗，回代檢驗平均誤差僅有1.2 d，2009-2010年試報檢驗平均誤差2.55 d，模型預報誤差較小。研究結(jié)果從當年氣象條件出發(fā)，實現(xiàn)了定量預報草地螟一代幼蟲最佳防治期的目標，對于今后開展草地螟最佳防治期預報服務具有重要意義。

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