1991—2010年中國(guó)主要糧食作物生物災(zāi)害發(fā)生特征分析

歐陽(yáng)芳，門興元，戈 峰*

(1.中國(guó)科學(xué)院 動(dòng)物研究所/農(nóng)業(yè)蟲害鼠害綜合治理研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101；2.山東農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，山東 濟(jì)南 250100)

0 引 言

糧食作物是人類食物的重要來(lái)源之一，食物自給自足是人們安居樂(lè)業(yè)根本，也是國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，然而糧食生產(chǎn)過(guò)程中面臨各種挑戰(zhàn)和危機(jī)。生物災(zāi)害發(fā)生種類繁多和暴發(fā)頻繁，是威脅糧食安全生產(chǎn)的重要因素。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)有害生物為害嚴(yán)重的國(guó)家，危害農(nóng)作物的有害生物繁多，其中病害達(dá)550種，蟲害達(dá)700多種[1]，如果不采取防治措施，每年損失的糧食產(chǎn)量將達(dá)15%。

有效地防止或減少生物災(zāi)害的暴發(fā)保障國(guó)家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)業(yè)生態(tài)安全和農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易安全意義重大[2]。近幾十年來(lái)全球氣候變化如溫度上升、降雨分布不均、災(zāi)害性天氣出現(xiàn)頻繁以及農(nóng)田景觀格局的變化深刻改變著農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中有害生物（昆蟲和病原微生物等）群落的組成結(jié)構(gòu)和演替，使有害生物分布區(qū)域擴(kuò)大、發(fā)生世代增多、生態(tài)適應(yīng)性變異，最終導(dǎo)致一些作物病蟲害暴發(fā)成災(zāi)，加重糧食作物的損失[3-4]。本文重點(diǎn)分析了中國(guó)1991—2010年20年期間四類重要糧食作物病蟲害發(fā)生面積和發(fā)生強(qiáng)度的變化趨勢(shì)，以及其空間分布范圍，明確糧食作物有害生物發(fā)生特征，為制定區(qū)域性有害生物防控策略和技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1991—2010年中國(guó)主要糧食作物病害和蟲害發(fā)生面積數(shù)據(jù)來(lái)源于植物保護(hù)統(tǒng)計(jì)資料；1991—2010年中國(guó)主要糧食作物種植面積和產(chǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)源于農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒；2010年中國(guó)農(nóng)田土地覆蓋類型分布來(lái)源于高分辨率遙感數(shù)據(jù)。

圖1 1991—2010年我國(guó)主要糧食作物病蟲害發(fā)生面積

1.2 參數(shù)指標(biāo)

本文研究的主要糧食作物包括水稻、小麥、玉米和大豆。四類糧食作物病害和蟲害的發(fā)生面積單位為103公頃次。病害和蟲害的發(fā)生強(qiáng)度定義為單位種植面積的病害和蟲害的發(fā)生面積，即等于病害和蟲害的發(fā)生面積除以農(nóng)作物的種植面積。

1.3 分析方法

變化趨勢(shì)：利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件分析四類糧食作物病蟲害的發(fā)生面積與發(fā)生強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。

空間分布：利用ArcGIS 10.0軟件分析四類糧食作物病蟲害空間分布。（1）數(shù)據(jù)類型，中國(guó)四類主要糧食作物縣級(jí)單位產(chǎn)量（屬性數(shù)據(jù)1，F(xiàn)eature）；2010年中國(guó)農(nóng)田土地覆蓋類型分布數(shù)據(jù)（柵格數(shù)據(jù)2，Raster）。（2）將屬性數(shù)據(jù)1轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)1（步驟，ArcToolsbox - Conversion Tools - to raster - Feature to Raster）。（3）將柵格數(shù)據(jù)1與柵格數(shù)據(jù)2疊置分析（步驟，ArcToolsbox - Spatial Analysit Tools – Extract - Extract by Mask）。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要糧食作物病蟲害發(fā)生面積

據(jù)植物保護(hù)統(tǒng)計(jì)資料分析，從1991年到2010年我國(guó)水稻、玉米和大豆病害和蟲害發(fā)生面積均呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)（圖1-A、1-C、1-D，表1），而小麥病害呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，小麥蟲害呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)（圖1-B，表1）。水稻病害發(fā)生面積從1991年的2.303 246×107公頃次到2010年的3.199 472×107公頃次，蟲害發(fā)生面積從6.252 126×107公頃次到7.750 472×107公頃次，水稻蟲害發(fā)生面積高于病害，病、蟲害發(fā)生面積分別增加39%和24%（圖1-A）。玉米病害發(fā)生面積從1991年的9.68 006×106公頃次到2010年的2.014 512×107公頃次，蟲害發(fā)生面積從 2.045 816×107公頃次到4.675 949×107公頃次，玉米蟲害發(fā)生面積高于病害，病、蟲害發(fā)生面積分別增加108%和129%（圖1-C）。大豆病害發(fā)生面積從1991年的4.244 4×105公頃次到2010年的3.024 54×106公頃次，蟲害發(fā)生面積從4.93 697×106公頃次到8.344 06×107公頃次，大豆蟲害發(fā)生面積高于病害，病、蟲害發(fā)生面積分別增加612.6%和69.0%（圖1-D）。

圖2 1991—2010年我國(guó)主要糧食作物病蟲害發(fā)生強(qiáng)度

表2 主要糧食作物病蟲害發(fā)生強(qiáng)度線性趨勢(shì)

2.2 主要糧食作物病蟲害發(fā)生強(qiáng)度

結(jié)果表明，從1991年到2010年我國(guó)水稻、小麥、玉米和大豆病害和蟲害發(fā)生強(qiáng)度均呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)（圖2-A、2-B、2-C、2-D，表2）。水稻病害發(fā)生強(qiáng)度從 1991年的0.70%到2010年的1.16%，蟲害發(fā)生強(qiáng)度從1.91%到2.82%，水稻蟲害發(fā)生強(qiáng)度高于病害，病、蟲害發(fā)生強(qiáng)度分別增加66%和 58%。小麥病害發(fā)生強(qiáng)度從1991年的1.14%到2010年的1.27%，蟲害發(fā)生強(qiáng)度從 1.18%到 1.55%，小麥蟲害發(fā)生強(qiáng)度高于病害，病、蟲害發(fā)生強(qiáng)度分別增加27%和31%。玉米病害發(fā)生強(qiáng)度從 1991年的0.44%到2010年的0.60%，蟲害發(fā)生強(qiáng)度從0.94%到1.39%，玉米蟲害發(fā)生強(qiáng)度高于病害，病、蟲害發(fā)生強(qiáng)度分別增加27%和 49%。大豆病害發(fā)生強(qiáng)度從1991年的0.06%到2010年的0.37%，蟲害發(fā)生強(qiáng)度從0.70%到1.02%，大豆蟲害發(fā)生強(qiáng)度高于病害，病、蟲害發(fā)生強(qiáng)度分別增加517%和46%。

圖3 2010年中國(guó)水稻病蟲害空間分布區(qū)

圖4 2010年中國(guó)小麥病蟲害空間分布區(qū)

2.3 主要糧食作物病蟲害發(fā)生分布

根據(jù) 2010年中國(guó)遙感調(diào)查和土地覆蓋分類的農(nóng)田空間分布數(shù)據(jù)以及主要糧食作物縣級(jí)單位產(chǎn)量數(shù)據(jù)確定病蟲害的發(fā)生分布范圍。從全國(guó)各省來(lái)看，水稻病蟲害發(fā)生分布范圍較廣的省份有東北區(qū)域的黑龍江、吉林和遼寧，華北區(qū)域的河北和內(nèi)蒙古；華東區(qū)域的山東、浙江、安徽、江蘇、福建和江西；華中區(qū)域的河南、湖北和湖南；華南區(qū)域的廣東、廣西和海南；西南區(qū)域的四川、云南、貴州和重慶（圖3）。西北區(qū)域的新疆、寧夏、甘肅、陜西和陜西有少量分布（圖3）。

小麥病蟲害發(fā)生分布范圍較廣的省份有東北區(qū)域的黑龍江、吉林和遼寧，華北區(qū)域的河北、天津和內(nèi)蒙古；華東區(qū)域的山東、浙江、安徽和江蘇；華中區(qū)域的河南、湖北和湖南；西南區(qū)域的四川、云南、貴州和重慶；西北區(qū)域的新疆。甘肅、寧夏、陜西和山西（圖4）。

玉米病蟲害發(fā)生分布范圍較廣的省份有東北區(qū)域的黑龍江、吉林和遼寧，華北區(qū)域的河北、天津和內(nèi)蒙古；華東區(qū)域的山東、浙江、安徽、福建、江西和江蘇；華中區(qū)域的河南、湖北和湖南；西南區(qū)域的四川、云南、貴州和重慶；西北區(qū)域的新疆；甘肅、寧夏、陜西和山西；華南區(qū)域的廣東、廣西和海南（圖5）。

大豆病蟲害發(fā)生分布范圍較廣的省份有東北區(qū)域的黑龍江、吉林和遼寧，華北區(qū)域的河北、天津和內(nèi)蒙古；華東區(qū)域的山東、浙江、安徽、福建、江西和江蘇；華中區(qū)域的河南、湖北和湖南；西南區(qū)域的四川、云南、貴州和重慶；西北區(qū)域的新疆；甘肅、寧夏、陜西和山西；華南區(qū)域的廣東、廣西和海南（圖6）。

圖6 2010年中國(guó)大豆病蟲害空間分布區(qū)

3 結(jié)論與討論

1991—2010年的20年，我國(guó)主要的糧食作物——水稻、玉米、小麥和大豆的病蟲害的發(fā)生面積呈逐年增加的趨勢(shì)（除了小麥蟲害發(fā)生面積），其中玉米的病蟲害發(fā)生面積增幅最大，增幅均在100%以上，這與近年來(lái)玉米種植的面積大幅度增加有關(guān)[5]。隨著糧食作物病蟲害發(fā)生面積增大，其發(fā)生強(qiáng)度均呈增加趨勢(shì)。病害與蟲害相比，無(wú)論是發(fā)生面積，還是發(fā)生強(qiáng)度，糧食作物的蟲害均高于病害。糧食作物病蟲害主要分布在我國(guó)中東部的糧食主產(chǎn)區(qū)，西部地區(qū)主要糧食作物病蟲害發(fā)生相對(duì)較輕。

我國(guó)糧食作物病蟲害發(fā)生加重與我國(guó)的集約化農(nóng)業(yè)發(fā)展導(dǎo)致的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單一化以及全球季候變化有關(guān)。大量的研究表明，作物種植面積的增加和單一化降低了生態(tài)環(huán)境的多樣性，造成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致病蟲害發(fā)生和危害加重[6-7]。氣候變暖可使病蟲害發(fā)育歷期縮短、危害期延長(zhǎng)，害蟲種群增長(zhǎng)力增加、繁殖世代數(shù)增加，發(fā)生界限北移、海拔界限高度增加，危害地理范圍擴(kuò)大，危害程度加重，氣候變暖將使中國(guó)大部農(nóng)作物病蟲害發(fā)生呈擴(kuò)大、加重趨勢(shì)[8-9]。盲目的追求產(chǎn)量，過(guò)度使用化學(xué)農(nóng)藥，破壞農(nóng)田的生態(tài)平衡，降低農(nóng)田自然生物因子的控制作用，也是農(nóng)田病蟲害加劇的重要原因。

為了有效地防止或減少病蟲害等生物災(zāi)害對(duì)糧食生產(chǎn)安全的影響，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)農(nóng)田景觀變化和氣候變化等對(duì)糧食農(nóng)作物病蟲害的影響診斷、發(fā)生與災(zāi)變的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和監(jiān)測(cè)預(yù)警，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，開展區(qū)域性農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)病蟲害整合治理研究，并建立相應(yīng)的對(duì)策[3,10]。

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