氣候變化下山東稻區(qū)水稻重大害蟲災變規(guī)律及其防控評價——以郯城為例

江守林，全銀華，黃珂毓，紀紹蘭，朱軍生，歐陽芳，陳法軍*

（1.南京農(nóng)業(yè)大學 植物保護學院/昆蟲信息生態(tài)研究室，江蘇 南京 210095；2.山東省郯城縣農(nóng)技推廣中心，山東 郯城 276100；3.山東省植物保護總站，山東 濟南 250100；4.中國科學院 動物研究所，北京 100101）

山東省水稻種植歷史悠久，早在春秋戰(zhàn)國時期就有記載，但水稻生產(chǎn)的迅速發(fā)展卻是在解放之后，如1974年全省水稻種植面積就高達30萬hm2以上；近年來，由于個別地區(qū)水資源貧乏和農(nóng)業(yè)結構調整，再加之氣候變化導致的高溫少雨等，該區(qū)水稻種植面積不斷下降。目前，山東全省的水稻種植面積基本穩(wěn)定在17萬hm2左右[1]。雖然山東水稻種植面積較小，但由于該區(qū)地處華北單季黃淮稻作帶，自然生態(tài)條件優(yōu)越，非常適宜水稻生長[2]。其中，濟寧和臨沂兩大主要稻區(qū)年種植面積高達333.3萬hm2，兩地水資源豐富、光熱充分、雨熱同季等優(yōu)越條件，可充分保證“中熟”水稻品種對溫光水等的需求[1]。

山東稻區(qū)水稻生產(chǎn)長期受水稻害蟲的危害，主要包括稻飛虱、二化螟和稻縱卷葉螟等。該區(qū)稻飛虱主要有3種，即褐稻虱、白背飛虱和灰飛虱，其中以褐飛虱和白背飛虱為主，年發(fā)生3至4代。當?shù)夭荒茉蕉?，?代是主害代，正值8月下旬至9月中旬水稻孕穗期[3]。二化螟在本地主要危害水稻和玉米，過去在山東地區(qū)發(fā)生數(shù)量較少，屬非主治對象，但近年來發(fā)生危害急劇上升，已成為重點防治對象[4]。稻縱卷葉螟為典型的遠距離遷飛性害蟲，具有突發(fā)性，往往猝不及防造成慘重損失，且在該區(qū)危害嚴重期依次為抽穗期、分蘗期、乳熟期[5]。近年來，隨著氣候變化加劇，主栽品種更新?lián)Q代及栽培制度變遷等，該區(qū)水稻害蟲表現(xiàn)出新的災變特點。研究表明水稻種植制度的變化對褐飛虱暴發(fā)種群的形成具有決定性的作用[6]；而雜交稻種植面積的擴大又加重了白背飛虱的大發(fā)生[7-8]；由于全球氣候變化使冬季氣溫偏高，有利于二化螟的越冬，從而提高了越冬基數(shù)和存活率[9-10]；2003年以后，由于耕作栽培、氣候、抗藥性等因素的改變，稻縱卷葉螟再度猖獗，對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構成了極大威脅[11]。為明確氣候變化下我國單季中熟水稻種植區(qū)害蟲災變及其危害狀況，評價植保技術的防控效果，本研究選取山東省臨沂市水稻主栽縣之一的郯城近16年來水稻重要害蟲災變監(jiān)測與防控的歷史數(shù)據(jù)為基礎，系統(tǒng)評價植保技術在應對氣候變化，實現(xiàn)控害保產(chǎn)中的作用。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

郯城縣位于山東省最南端，屬于暖、溫帶半濕潤大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫為13.2 ℃，年均降水量843 mm，年均日照2 425 h，盛產(chǎn)小麥、玉米、水稻等，是全國商品糧生產(chǎn)基地縣，素有“魯南糧倉”之稱。它屬淮河流域沂河、沭河、中運河水系，全縣平均水資源總量5.49億m3，絕大部分土壤屬中性，深厚肥沃。

1.2 蟲情資料

本研究所用的蟲情數(shù)據(jù)由山東省郯城縣植保站提供，包括1994—2009近16年主要水稻害蟲（稻飛虱、二化螟、稻縱卷葉螟）發(fā)生面積、防治面積及產(chǎn)量損失情況等數(shù)據(jù)。

1.3 防治技術

當?shù)爻Ｒ?guī)防治技術包括種植水稻前進行農(nóng)業(yè)防治，清除稻樁，鏟除田邊雜草；主栽臨稻16，鎮(zhèn)稻9424，陽光200等抗蟲品種水稻。在水稻生長期進行化學防治，對于稻飛虱在水稻秧田及本田期噴施25%吡蚜酮懸浮劑；防治二化螟和稻縱卷葉螟時用25%康寬懸浮劑或10%稻騰懸浮劑或10%阿維·毒乳油等化學藥劑。

1.4 經(jīng)濟損失評估

水稻種植面積、蟲害發(fā)生面積、實際損失量、挽回損失量、害蟲發(fā)生程度等數(shù)據(jù)由郯城縣植保站提供。對于產(chǎn)量損失評估，依據(jù)對照未受害蟲危害的稻田產(chǎn)量作對比，害蟲危害造成的損失在每年年底由山東省植保測報科統(tǒng)一處理并制作成統(tǒng)計報表。

1.5 氣候資料

采用郯城縣氣象局提供的當?shù)貧庀筚Y料。包括年平均氣溫、蟲害發(fā)生月份平均氣溫、降雨量、日照等。一般而言，當平均氣溫升高顯著和降水增加，在農(nóng)田形成了高溫高濕的小氣候情況下，越冬病蟲卵（蛹）死亡率降低，存活數(shù)量上升，造成來年病蟲害發(fā)生嚴重，對水稻生產(chǎn)不利。

圖1 郯城地區(qū)水稻害蟲的發(fā)生變化

圖2 1994—2009年稻飛虱（包括褐飛虱、白背飛虱和灰飛虱）、稻縱卷葉螟和二化螟發(fā)生危害情況

1.6 數(shù)據(jù)分析

用Excel軟件對水稻種植面積、主要水稻害蟲的發(fā)生面積、實際損失、挽回損失、發(fā)生程度進行統(tǒng)計處理、對氣象資料進行回歸統(tǒng)計分析并制作相關圖表。利用SAS統(tǒng)計軟件（SAS 9.0 Institute, USA, 1996）的Pearson相關分析來進行年均溫和年降雨量與二化螟、稻縱卷葉螟和稻飛虱發(fā)生危害面積及稻谷產(chǎn)量損失之間的相關性分析 (P<0.05)。

圖3 1994—2009年未采取任何防治措施下水稻害蟲造成的產(chǎn)量損失

圖4 1994—2009年采取防治措施下水稻害蟲造成的產(chǎn)量損失

2 結 果

2.1 水稻種植面積與蟲害發(fā)生情況分析

1996年至今，水稻種植面積基本處于平穩(wěn)狀態(tài)（圖1）。其中，1999和2009種植面積最多，分別為2.33萬hm2和2.39萬hm2。相比之下，因氣候因素、栽培制度和水稻品種變更以及人為防治等諸多因素影響下水稻害蟲累計發(fā)生面積變化很大（圖1）。其中，1997—2008水稻害蟲累積發(fā)生面積呈隔年加重趨勢，尤其2003年發(fā)生面積驟然升高，高達0.35萬hm2，其主要原因可能是該年份屬低溫高濕氣候，年平均氣溫為13.8 ℃，再加之降水量大、濕度高，最終導致稻縱卷葉螟和稻飛虱同時大暴發(fā)。

從3種主要水稻害蟲年危害情況來看，二化螟在1994和1995發(fā)生危害嚴重，但隨后兩年危害極輕，直到1998年才出現(xiàn)大發(fā)生，時隔4年到2002年再度暴發(fā)危害，并持續(xù)危害長達3年，直到2006年蟲情才得到控制，但緊接著2007和2008年又暴發(fā)危害（圖1）。稻縱卷葉螟在1998年大發(fā)生后，一直處于低蟲口密度，直到2003年特大發(fā)生，2005年暴發(fā)最為嚴重，達到了3.27萬hm2，2006年蟲口密度明顯降低，2007年再一次大暴發(fā)。稻飛虱從2000年開始持續(xù)暴發(fā)危害，2006年危害最為嚴重。

圖5 1999—2009年采取防治措施下稻飛虱危害造成的總產(chǎn)量損失與褐飛虱危害造成的產(chǎn)量損失情況

圖6 2008年采取防治措施下3種飛虱造成的水稻產(chǎn)量損失比例

2.2 害蟲危害經(jīng)濟損失分析

為了減少由害蟲造成的產(chǎn)量損失，種植抗蟲品種水稻，并在害蟲危害嚴重情況下，采取適當?shù)幕瘜W防治措施，以控制蟲情大發(fā)生。圖3給出了未采取任何害蟲防治措施下的水稻產(chǎn)量損失情況，圖4是采取積極的化學防治下水稻產(chǎn)量的實際損失情況。1998和2002二化螟發(fā)生較重，通過采取化學防治有效控制了蟲量并降低了水稻產(chǎn)量損失（圖4）；在稻縱卷葉螟防控方面，1998年雖采取了防治，但由于錯過了施藥最佳適期，沒能及時控制損失，2003年以后稻縱卷葉螟造成的經(jīng)濟損失明顯高于之前（圖4）；2000、2006和2007年稻飛虱大暴發(fā)，造成了嚴重的水稻產(chǎn)量損失，尤其是2006年其損失達高達1 486 t。就三種稻飛虱危害導致的水稻產(chǎn)量損失情況而言，除2000年外由褐飛虱危害造成的產(chǎn)量損失占稻飛虱危害損傷總量的50%以上，2006年和2007年達到了100%（圖5）。其中，2008年褐飛虱危害所占比例高達75%，灰飛虱次之達13.5%，白背飛虱最低達11.5%（圖6）。

2.3 氣候變化與水稻害蟲發(fā)生及其經(jīng)濟損失關系分析

2.3.1 氣候變化分析 1987—2009郯城年平均氣溫呈現(xiàn)波浪式上升，年均增溫0.028 4 ℃，1994年、1998年和2002年分別達到溫度最高值（即14.8 ℃）（圖7）。同時，年平均降水量也呈現(xiàn)波浪式緩慢增加趨勢，年均增加量為7.653 3 mm（圖8）。

圖7 1987—2009年山東郯城年平均溫度情

圖8 1987—2009年山東郯城年平均降水量

2.3.2 氣候變化與水稻害蟲發(fā)生及其經(jīng)濟損失的相關性分析

氣候因素變化將直接或間接影響害蟲的發(fā)生，進而導致危害面積和水稻產(chǎn)量損失變化。通過1994—2009期間年均溫和年降雨量與三種水稻害蟲發(fā)生危害面積和水稻產(chǎn)量損失的相關性分析表明，年均溫和年降雨量與二化螟和稻飛虱（包括褐飛虱）的發(fā)生危害面積及其水稻產(chǎn)量損失之間相關均不顯著（P> 0.05; 表1）；同期，年均溫和年降雨量與稻縱卷葉螟的發(fā)生危害面積和水稻產(chǎn)量損失相關顯著、甚至極顯著（P< 0.05、0.01或0.001；表1）。

表1 年均溫和年降雨量與二化螟、稻縱卷葉螟和稻飛虱發(fā)生危害面積及其水稻產(chǎn)量損失之間的相關性分析

3 討 論

在全球氣候變化背景下，氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響已逐漸成為各國科學工作者研究的熱點。我國是世界上遭受氣象災害影響最嚴重的國家之一，氣象災害每年造成的損失占整個自然災害損失的70%左右，造成的直接經(jīng)濟損失占國民生產(chǎn)總值的3%～6%[12]。而氣候變化對水稻害蟲的發(fā)生則又產(chǎn)生直接或者間接的影響[13-14]。

結合本文的研究結果可以發(fā)現(xiàn)：①近年來，在水稻種植面積趨于平穩(wěn)的狀態(tài)下，水稻害蟲積累發(fā)生面積呈隔年加重的趨勢。其中，稻縱卷葉螟在1998年大爆發(fā)，并在2003年之后發(fā)生量一直較大；二化螟是在1994—2004年發(fā)生量較大，之后趨于平緩；而稻飛虱則是在2003年之前除2001年大爆發(fā)外，其余時間均發(fā)生量較小，但是在2003年之后一直持續(xù)著較大的發(fā)生量。②三種飛虱導致經(jīng)濟損失的程度為：褐飛虱>灰飛虱>白背飛虱；從圖3和圖4看出，及時的對已發(fā)生蟲害的稻田采取防治措施是非常有必要的。③近年來，由于全球變暖的影響[15]，郯城年平均氣溫呈現(xiàn)波浪式上升，年均增溫0.028 4 ℃。同時，年平均降水量也呈現(xiàn)波浪式緩慢增加趨勢，年均增加量為7.653 3 mm。④氣候因素變化將直接或間接影響害蟲的發(fā)生情況和危害程度。其中，溫度對二化螟發(fā)生有顯著影響（T-test：P<0.05），且為正相關，表明溫度越高，二化螟的發(fā)生就更嚴重，從而直接導致產(chǎn)量的減少；溫度對稻縱卷葉螟的發(fā)生影響不顯著（T-test：P>0.05），但是對水稻產(chǎn)量損失具有顯著影響（T-test：P<0.05）。此外，年均降雨量對各水稻害蟲發(fā)生面積和水稻產(chǎn)量均無顯著影響（T-test：P>0.05）。

針對以上結果，對待稻田發(fā)生重大害蟲災變后應該采取及時的防治措施，在重大發(fā)生時應及時進行化學防治，若并非重大發(fā)生，則應選擇綜合防治。農(nóng)藥的大規(guī)模使用不僅增加了投入，也導致田間天敵種群數(shù)量大大減少，從而使整個生態(tài)系統(tǒng)遭到了嚴重破壞，對環(huán)境造成了巨大的影響。為了提高產(chǎn)量的同時減少投入，應利用綜合防治措施，即化學防治與生物防治、物理防治相結合，將害蟲控制在經(jīng)濟損害水平之下[16-18]。結合郯城稻區(qū)自身特點，在水稻生產(chǎn)實踐中，培育和種植抗性品種為基礎，可采取稻田養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨、種植誘集植物，可減少殺蟲劑的使用，以便保護和利用天敵。同時密切關注遷飛性水稻害蟲和本地害蟲田間種群動態(tài)，在適期使用最少量農(nóng)藥進行科學合理的防治，以達到經(jīng)濟損失最小化、產(chǎn)量最大化的目標。

其次，我們已處在氣候變化的環(huán)境之下，那就想辦法去適應這種變化并利用這種變化來提高水稻產(chǎn)量以及防治蟲害。優(yōu)化種植制度是適應氣候變化最重要的且能立竿見影的技術手段。利用我國長時間序列的加密氣象觀測數(shù)據(jù)，分析我國以及我國不同區(qū)域的氣候變化趨勢，分析未來氣候變化對農(nóng)業(yè)的可能影響，分析當前氣候變化和未來氣候變化對光、熱、水資源重新分布和農(nóng)業(yè)氣象災害分布格局的影響，充分利用氣候變化帶來的熱量資源增加、復種指數(shù)增加等優(yōu)勢，規(guī)避高溫熱害、干熱風、干旱等氣候變化帶來的不利因素，進而改進作物布局，科學的調整種植制度，趨利避害，減緩氣候變化的不利影響，保證糧食生長的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[19]。最后，應該著重發(fā)展生物技術，以生物技術為基礎選育適應氣候變化的新品種。使新品種加強光合作用、生物固氮、抗逆能力并且能夠高產(chǎn)優(yōu)質的作物品種。

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