基于CLIMEX和ArcGIS的檳櫛盾蚧在中國的潛在地理分布研究

方 焱， 李志紅＊， 黃冠勝， 吳杏霞， 傅 遼， 呂文誠

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，北京 100088）

檳櫛盾蚧 ［Hemiberlesia rapax （Comstock）］，又名桂花櫛圓盾蚧［1］，隸屬于同翅目（Homoptera），盾蚧科（Diaspididae），櫛圓盾蚧屬（Hemiberlesia），英文名為greedy scale。該蟲目前在我國尚無分布［2］，是我國進(jìn)境水果檢疫所關(guān)注的有害生物之一［1］，如2007年《中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和南非共和國農(nóng)業(yè)部關(guān)于南非輸華葡萄植物檢疫要求議定書》將檳櫛盾蚧列為中方關(guān)注的有害生物，該蟲也出現(xiàn)在我國臺灣水果輸大陸檢疫性有害生物名單上［3］。

該蟲的寄主較為廣泛，主要為害獼猴桃、山核桃、柑橘等重要水果，而且隨植物產(chǎn)品進(jìn)入中國的可能性較高，一旦傳入將對我國的水果產(chǎn)業(yè)帶來嚴(yán)重?fù)p失，也會影響我國進(jìn)口貿(mào)易。因此，明確檳櫛盾蚧在我國的潛在地理分布以及未來氣候變化對其在中國潛在地理分布的影響，對科學(xué)制定檢疫措施以防御其入侵具有重要意義。

目前，常用的適生性研究工具主要有CLIMEX、GARP、Maxent、DIVA－GIS 4種，本研究采用CLIMEX模型對檳櫛盾蚧的潛在地理分布進(jìn)行預(yù)測。至今，CLIMEX模型已被眾多學(xué)者所采用，如墨西哥按實蠅在我國的適生性分析［4］，番石榴果實蠅在我國的潛在地理分布［5］，基于CLIMEX的橘實錘腹實蠅在中國的適生性分析［6］，蜜柑大實蠅在中國的適生性［7］等研究均使用了CLIMEX工具。

本研究根據(jù)檳櫛盾蚧的已知地理分布及相關(guān)生物學(xué)特性，運用適生性分析軟件CLIMEX和地理信息系統(tǒng)ArcGIS相結(jié)合的方法，對該蟲在我國目前及未來的潛在地理分布進(jìn)行了預(yù)測。

1 材料與方法

1.1 基礎(chǔ)資料

1.1.1 已知地理分布

通過對檳櫛盾蚧相關(guān)文獻(xiàn)資料查閱整理，結(jié)合CABI（Crop Protection Compendium，2011）［1］上的相關(guān)信息，得到檳櫛盾蚧在全球的分布信息，檳櫛盾蚧在美洲（百慕大群島、墨西哥、美國、巴巴多斯、哥斯達(dá)黎加、古巴、危地馬拉、洪都拉斯、牙買加、波多黎各、特立尼達(dá)和多巴哥、阿根廷、玻利維亞、巴西、智利、哥倫比亞、厄瓜多爾、圭亞那、秘魯、烏拉圭），大洋洲（澳大利亞、新喀里多尼亞、新西蘭、巴布亞新幾內(nèi)亞），歐洲（意大利、葡萄牙、俄國、西班牙、英國），非洲（南非、阿爾及利亞、肯尼亞、馬達(dá)加斯加、馬拉維、葡萄牙、塞舌爾、坦桑尼亞、贊比亞、津巴布韋），亞洲（印度、伊朗、伊拉克、日本、馬來西亞、巴基斯坦、斯里蘭卡）五大洲均有分布，目前在我大陸尚無發(fā)生報道。

1.1.2 生物學(xué)特性

檳櫛盾蚧常在寄主樹干的樹皮處和寄主的枝條處發(fā)生，也常在樹葉和果實上發(fā)生。在新西蘭，新西蘭瓊楠屬植物是檳櫛盾蚧最主要的替代寄主［8］。

本研究根據(jù)檳櫛盾蚧相關(guān)文獻(xiàn)的查找、整理和分析，發(fā)現(xiàn)檳櫛盾蚧主要在熱帶和亞熱帶地區(qū)發(fā)生。檳櫛盾蚧的發(fā)育起點溫度為9.3℃［9］，其生長繁殖的最適溫度在16.7～24.6℃之間，在溫度為28℃時，檳櫛盾蚧就不能產(chǎn)卵，它分別需要257、552、882日·度和992日·度才能進(jìn)入第2、第3齡期，成熟態(tài)和生殖階段［10］，檳櫛盾蚧生長最適濕度為75%［11］。

1.1.3 寄主與危害

寄主植物：檳櫛盾蚧主要為害葡萄（Vitis vinifera）、獼猴桃屬（Actinidia）、柑橘屬（Citrus）等重要水果。它的寄主較為廣泛，不僅包含水果果實，還包括景天屬植物（Sedum）、梨樹（Pyrus）、白楊（Populus）［1，12］等植物。

危害：檳櫛盾蚧是一種為害植物果實和木質(zhì)兩部分的有害生物，主要在熱帶和亞熱帶地區(qū)發(fā)生。被檳櫛盾蚧感染的植物會引起葉片變黃，葉片提前脫落，頂梢枯死等嚴(yán)重癥狀［8］。

1.1.4 傳播途徑

檳櫛盾蚧主要借助風(fēng)、鳥、或者其他介體昆蟲進(jìn)行傳播［8］。

1.1.5 氣候數(shù)據(jù)

本研究在2006年發(fā)布的CLIMEX 3.0版本中，導(dǎo)入了由Darren J.Kriticos提供的TYN SC 2.0數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包含了1961年到1990年的30年每月平均降雨量、每月平均溫度、每日溫度范圍以及蒸汽壓等關(guān)鍵氣候數(shù)據(jù)，并且在這些變量的基礎(chǔ)上，推算出了1961年到1990年間每月日最高溫平均值、每月日最低溫平均值、每月上午9點到下午3點的相對濕度平均值等氣候數(shù)據(jù)。

秦大河于《中國氣候與環(huán)境演變》一書對未來全球氣候變化做出了預(yù)測［13］，預(yù)測結(jié)果是與1961年到1990年30年的溫度與降雨量的平均值相比較而得出的。2020年，中國氣候的年平均氣溫將上升1.3～2.1℃，年平均降雨量將增加2%～3%；2050年，中國氣候的年平均氣溫將增加2.3～3.3℃，年平均降雨量將增加5%～7%［13］，本研究所采用的是上述預(yù)測結(jié)果的平均值。

1.1.6 地理數(shù)據(jù)

根據(jù)CABI（2011）官方網(wǎng)站發(fā)布的相關(guān)信息，并結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，明確了檳櫛盾蚧在全球的地理分布情況。地圖資料包含中國國界及省界圖（比例尺為1∶4 000 000），從中國基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站（http：∥nfgis.nsdi.gov.cn）［14］下載得到。

1.2 分析工具及方法

本研究使用了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物檢疫與入侵生物學(xué)實驗室購買的CLIMEX 3.0和 ArcGIS 9.3正版軟件，以CLIMEX和ArcGIS相結(jié)合的方法進(jìn)行檳櫛盾蚧在中國的潛在地理分布預(yù)測。因為檳櫛盾蚧寄主廣泛，本研究中不考慮寄主的影響。

2 結(jié)果

2.1 檳櫛盾蚧適生性評判標(biāo)準(zhǔn)的確定

通常CLIMEX認(rèn)為0＜EI≤10時，物種低度適生；EI＞20時，表示物種高度適生，EI介于兩者之間則為中度適生［15－17］。我國學(xué)者使用該標(biāo)準(zhǔn)分析了番石榴果實蠅［5］、橘實錘腹實蠅［6］、納塔爾實蠅［18］、棗實 蠅［19］、扶 桑 綿 粉 蚧［20］等 在 我 國 的 適 生性。本研究根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)的同時，綜合了檳櫛盾蚧的實際地理分布情況。檳櫛盾蚧在美國東部沿海的分布較為廣泛，發(fā)生較為嚴(yán)重，本研究結(jié)果中，東部沿海的賓夕法尼亞州，弗吉尼亞州，北卡羅來納州，南卡羅來納州的EI值均大于20，因此本研究亦采用以上分級標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 檳櫛盾蚧適生性參數(shù)的確定

根據(jù)CLIMEX自帶模板所提供的參數(shù)值及檳櫛盾蚧的生物學(xué)資料，初步確定了檳櫛盾蚧CLIMEX分析所需的各項參數(shù)，然后根據(jù)檳櫛盾蚧在北美洲的實際分布區(qū)（圖1），反復(fù)調(diào)試參數(shù)使檳櫛盾蚧的預(yù)測分布范圍（圖2）最大程度的與實際分布相吻合，并以此參數(shù)對檳櫛盾蚧在歐洲的分布區(qū)進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果較好地包含該地區(qū)的所有已知分布點，最終確定了檳櫛盾蚧適生性分析的17個CLIMEX參數(shù)（如表1）。

圖1 檳櫛盾蚧在北美洲的實際分布區(qū)圖

圖2 基于CLMEX預(yù)測的檳櫛盾蚧在北美洲的分布圖

表1 檳櫛盾蚧的地點比較模型參數(shù)

2.3 目前氣候條件下檳櫛盾蚧在中國的潛在地理分布

從圖3中可以看出：海南、臺灣、浙江、福建、廣東、廣西、貴州、重慶、湖南、湖北、江西全境，江蘇、安徽、陜西、河南、四川、云南大部分地區(qū)，以及遼寧、山東、山西、寧夏、甘肅、西藏少部分地區(qū)為高度適生區(qū)，EI值均在20以上；山東大部分地區(qū)以及河南、河北、山西、陜西部分地區(qū)，甘肅、寧夏、四川、西藏零星地區(qū)為中度適生區(qū)，EI值在10～20之間；北京、天津全境，遼寧、河北大部分地區(qū)以及山西、陜西、寧夏、甘肅、四川、西藏少部分地區(qū)，云南零星地區(qū)為低度適生區(qū)，EI值在0～10之間；其他地區(qū)為檳櫛盾蚧非適生區(qū)，EI值為0。

2.4 未來氣候條件下的檳櫛盾蚧在中國的潛在地理分布

從檳櫛盾蚧2020年在中國潛在適生分布圖（圖4）和2050年在中國潛在適生分布圖（圖5）可以看出：2020年和2050年檳櫛盾蚧在中國的適生區(qū)范圍比當(dāng)前氣候條件下的適生范圍都有所增大。

在2020年氣候條件下，適生范圍向北擴(kuò)展。其中，浙江、福建、廣東、貴州、重慶、湖南、江西、湖北全境，江蘇、安徽、河南、陜西、四川、海南、臺灣、云南大部分地區(qū)，以及山東、遼寧、西藏、甘肅少部分地區(qū)，山西、寧夏零星地區(qū)為高度適生區(qū)，EI值均在20以上；山東、山西大部分地區(qū)，河南、陜西、寧夏、甘肅少部分地區(qū)以及遼寧、四川、西藏、廣西、臺灣、海南零星地區(qū)為中度適生區(qū)，EI值在10～20之間；北京、天津全境，遼寧、河北、寧夏大部分地區(qū)，山東、河南、內(nèi)蒙古、山西、陜西、甘肅、青海、四川、西藏少部分地區(qū)為低度適生區(qū)。2050年適生范圍繼續(xù)向北擴(kuò)展，適生范圍繼續(xù)增大，吉林、新疆、內(nèi)蒙古少部分非適生區(qū)變?yōu)榈投冗m生區(qū)。

圖5 氣候變化條件下2050年檳櫛盾蚧在中國的適生范圍以及適生程度

2.5 目前和未來氣候條件下檳櫛盾蚧在中國的適生范圍比較

如圖6示，在目前氣候條件下，檳櫛盾蚧在我國的適生區(qū)面積達(dá)42.48%，其中低度適生區(qū)占6.67%，中度適生區(qū)占4.09%，高度適生區(qū)占31.72%；至2020年，隨著氣候的變化，適生區(qū)范圍向北移動了一定的距離。檳櫛盾蚧在我國的適生區(qū)面積增加至46.49%，其中，低度適生區(qū)占9.23%，中度適生區(qū)占4.56%，高度適生區(qū)占31.70%。2050年，適生區(qū)面積增至49.1%，其中低度適生區(qū)占14.56%，中度適生區(qū)占5.43%，高度適生區(qū)占29.11%?？傮w趨勢是適生性面積增大，其中低度適生區(qū)和中度適生區(qū)都有所增大，但是高度適生區(qū)反而有一定程度的減少，高度適生區(qū)適生性降低。

圖6 目前及未來氣候條件下檳櫛盾蚧在中國的適生面積比較

具體的變化可以從圖3～5中看出來，主要表現(xiàn)在：

（1）高度適生區(qū)：2020年與目前相比，遼寧、西藏、甘肅、四川、云南高度適生區(qū)有所增加。海南、臺灣、廣西、西藏零星高度適生區(qū)變?yōu)橹卸冗m生區(qū)，山東、山西、陜西部分高度適生區(qū)變?yōu)橹卸冗m生區(qū)。整體上高度適生區(qū)面積減少，在2020年變化的基礎(chǔ)上，2050年高度適生區(qū)面積繼續(xù)減少。

（2）中度適生區(qū)：2020年與目前相比，遼寧、山西、陜西、寧夏，甘肅中度適生區(qū)有所增加，其中山西、海南、臺灣中度適生區(qū)主要是由高度適生區(qū)變?yōu)橹卸冗m生區(qū)而增加的，其他基本為低度適生區(qū)變?yōu)橹卸冗m生區(qū)。山東、河北、河南中度適生區(qū)范圍有所減少，中度適生區(qū)變?yōu)榈投冗m生區(qū)。整體上看，中度適生區(qū)面積增大，2050年，中度適生區(qū)面積進(jìn)一步增大。

（3）低度適生區(qū)：2020年與目前相比，山東、河南、河北、內(nèi)蒙古、青海低度適生區(qū)有所增加，其中，山東、河南、河北為中度適生區(qū)變?yōu)榈投冗m生區(qū)導(dǎo)致低度適生區(qū)增加，內(nèi)蒙古和青海低度適生區(qū)的增加是由于非適生區(qū)變?yōu)榈投冗m生區(qū)。整體上看，低度適生區(qū)面積增大，2050年，低度適生區(qū)面積進(jìn)一步增大。

總體上，在未來氣候變化條件下，檳櫛盾蚧在中國的適生范圍有所增加，北方部分非適生區(qū)變?yōu)檫m生區(qū)，南方部分地區(qū)的適生性有所下降，適生范圍向北擴(kuò)展，我國更加適合檳櫛盾蚧的生存。

3 討論

3.1 檳櫛盾蚧的生物學(xué)信息

關(guān)于檳櫛盾蚧的生態(tài)學(xué)要求，目前的研究尚不深入。通過文獻(xiàn)查找，發(fā)現(xiàn)關(guān)于檳櫛盾蚧的研究內(nèi)容主要包括部分分布信息、溫度、積溫的研究［1，9－11，21－23］，以 及 寄 主 植 物 對 其 抗 性 研 究［11］、分 子水平進(jìn)化學(xué)的研究［24］等，溫濕度、積溫等參數(shù)的研究尚不完全。缺乏文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的支持，增添了CLIMEX參數(shù)調(diào)試的難度。希望在今后的研究中，相關(guān)研究者對檳櫛盾蚧進(jìn)行更多的基礎(chǔ)生物學(xué)研究，從而提高其適生性分析的可靠性。

3.2 未來氣候?qū)墮倍茯粷撛诘乩矸植加绊懷芯?/h3>

溫度上升是未來全球氣候變化的主要特征之一，氣候變暖會使有害生物發(fā)生危害的格局發(fā)生變化，危害區(qū)擴(kuò)大［25］。受氣候變暖的影響，昆蟲傾向于向高緯度（兩極方向）或高海拔分布擴(kuò)散［26］。中國幅員遼闊，中國南部及東南部沿海地區(qū)生物入侵發(fā)生最為嚴(yán)重，氣溫限制了許多入侵種向北的擴(kuò)散，而西北、華北和東北地區(qū)的持續(xù)變暖，將可能使某些重大入侵物種擴(kuò)散至北方地區(qū)［27］。夏季高溫也是限制昆蟲分布的因素之一。當(dāng)溫度接近耐受范圍上限，昆蟲在低海拔、溫暖地區(qū)的分布會適當(dāng)收縮［28］。本研究中檳櫛盾蚧的適生范圍向北擴(kuò)展，適生范圍增大正符合以上論斷。同時，南方部分地區(qū)的高度適生區(qū)的適生性有所下降，也正好驗證了夏季高溫限制了昆蟲分布的論斷。因此本研究對未來氣候條件下檳櫛盾蚧在中國的適生區(qū)預(yù)測結(jié)果較為合理。

3.3 管理措施建議

研究結(jié)果表明，國內(nèi)存在檳櫛盾蚧的寄主較為廣泛，而且該蟲在中國較易定殖，一旦傳入我國，將對我國的水果產(chǎn)業(yè)帶來消極影響。所以，要對該蟲實施嚴(yán)格的檢疫措施，防止該蟲入侵我國。本研究認(rèn)為應(yīng)加強(qiáng)下述三方面的工作：（1）加強(qiáng)針對檳櫛盾蚧的檢疫措施。建議在相關(guān)水果的進(jìn)口貿(mào)易中，加強(qiáng)原產(chǎn)地種植期間的監(jiān)測與控制，在進(jìn)口口岸嚴(yán)格把關(guān)，做好進(jìn)口水果的檢疫許可，現(xiàn)場檢驗、實驗室檢測、除害處理以及檢疫監(jiān)管等相關(guān)程序。（2）加強(qiáng)針對檳櫛盾蚧的疫情監(jiān)測。建議挑選浙江、福建、廣東、江蘇、陜西、山東等高度適生區(qū)的水果主產(chǎn)區(qū)，定點設(shè)立疫情監(jiān)測點，一旦發(fā)現(xiàn)視情況加大監(jiān)測范圍，定期上報監(jiān)測結(jié)果，形成針對檳櫛盾蚧疫情的實時監(jiān)控體系。（3）加強(qiáng)針對檳櫛盾蚧的檢疫宣傳和教育。建議通過公共媒體，開展相關(guān)的檢疫宣傳，加大公共教育力度，進(jìn)一步提高公眾對檳櫛盾蚧及其潛在危害的認(rèn)識，做到全民防疫。

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