林分主要因子與花布燈蛾危害關(guān)系的研究

王志明，張 亮，迮興業(yè)，趙思萌，王選遙，史麗雯，張 健

(1.長春科技學(xué)院，吉林 長春 130600；2.吉林省乾安縣林業(yè)局第三機(jī)械林場，吉林 松原 131400；3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，吉林 長春 130118；4.長春師范大學(xué)，吉林 長春 130031；5.長春醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，吉林 長春 130013；6.吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，吉林 長春 130031)

花布燈蛾[Camptolomainteriorata(Walker)]是蒙古櫟(Quercusspp.)的重要害蟲，在中國南方和北方都曾爆發(fā)成災(zāi)[1-13]。在中國東北區(qū)域，該蟲主要危害蒙古櫟(QuercusmongolicaFisch. ex Ledeb.)芽苞和葉片。在吉林省發(fā)生年份中，林分內(nèi)蒙古櫟被害率可達(dá)90 %以上。盡管在花布燈蛾發(fā)生時(shí)，各級(jí)主管部門予以高度重視，調(diào)動(dòng)一切可能資源給予撲滅，但所有措施均為災(zāi)情過程的處理，實(shí)質(zhì)為治蟲于臨時(shí)。近30年來經(jīng)驗(yàn)表明，花布燈蛾屬食葉性突發(fā)物種，對(duì)其缺少預(yù)警措施，是目前防控該蟲的最大短板。

害蟲的發(fā)生除與其內(nèi)稟性相關(guān)外，尚與林分因子關(guān)系密切。林分因子對(duì)于林內(nèi)害蟲既有提供生存條件，又有制約增殖的作用。林分因子包括樹種組成、林齡、胸徑、樹高、郁閉度等因子?？傮w來看，害蟲的爆發(fā)，其所居的林分因子應(yīng)是發(fā)生的基礎(chǔ)因素以及成災(zāi)的主導(dǎo)因子之一。

截至目前，有關(guān)花布燈蛾預(yù)報(bào)方面的研究極少報(bào)道，更無有關(guān)其發(fā)生危害與林分因子關(guān)系方面的研究報(bào)道。筆者從林分因子與花布燈蛾發(fā)生危害的關(guān)系為切入點(diǎn)，試圖分析出利于花布燈蛾的發(fā)生主要因子，為今后深入研究防治花布燈蛾技術(shù)提供支撐。

在本文內(nèi)容研究時(shí)，筆者曾用傳統(tǒng)的生物統(tǒng)計(jì)分析方法分析數(shù)據(jù)，但囿于數(shù)據(jù)難于滿足生物統(tǒng)計(jì)的要求，未獲成功。后改用粗糙集理論分析，取得較好結(jié)果。

粗糙集理論是1982年由波蘭數(shù)學(xué)家Pawlak教授提出的一種研究不完整、不確定知識(shí)和數(shù)據(jù)的表達(dá)、學(xué)習(xí)、歸納的方法。其主要思想是在保持分類能力不變的前提下，通過知識(shí)簡約而得到問題的分類規(guī)則和決策規(guī)則[14]。由于其具有只利用數(shù)據(jù)本身而不需要任何先驗(yàn)知識(shí)的特點(diǎn)，故在很多領(lǐng)域得到成功應(yīng)用[15-17]。

1 研究方法

1.1數(shù)據(jù)來源

依據(jù)花布燈蛾在吉林省最近一次規(guī)模發(fā)生情況(2011年)檔案記載，在吉林省東豐縣、輝南縣、梅河口市、磐石市等4縣(市)區(qū)域內(nèi)，以小班為單位，收集花布燈蛾發(fā)生程度和相應(yīng)林分各項(xiàng)因子，包括樹種構(gòu)成、郁閉度、平均胸徑、平均樹高、林齡和林分面積。

1.2 危害指標(biāo)與指標(biāo)評(píng)分

經(jīng)對(duì)上述4縣(市)161個(gè)小班樣本收集，以《吉林省森林病蟲鼠調(diào)查技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的花布燈蛾危害程度，按幼蟲蟲口密度(蟲苞/株)劃分：

0 <輕度發(fā)生(低)< 0.08

0.09 <中度發(fā)生(中)< 0.14

0.15 <重度發(fā)生(高)

最終將各林分因子指標(biāo)含量及受害程度劃分為“高”“中”“低”三檔。各林分因子指標(biāo)等級(jí)劃分、評(píng)分規(guī)則見表1。

表1 林分因子指標(biāo)評(píng)分規(guī)則

2 結(jié)果與分析

2.1決策表構(gòu)建

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，以林分因子指標(biāo)為條件屬性，以受害程度等級(jí)為決策屬性構(gòu)建決策表，其中論域U={1,2,3……,120}，條件屬性集C={C1C2C3C4C5C6}，決策屬性集D=j5i0abt0b，其中C1為蒙古櫟所占組分，C2為林分郁閉度，C3為林分平均胸徑，C4為林分平均樹高，C5為林分平均林齡，C6林分面積，d林分受害程度等級(jí)。離散化處理林因分子指標(biāo)數(shù)據(jù)，再將屬性值進(jìn)行約簡，同時(shí)刪去屬性值相同的數(shù)據(jù)，得到簡化的決策表，見表2。

表2 屬性值約簡后林分因子評(píng)價(jià)決策

序號(hào)條件屬性C1C2C3C4C5C6決策屬性d37101037101033810107710733910103773240101033372411073333342107333324310771010101441073331014510333310146103777314710710107714810310101073491037771015073333103517333373523333310253733333254737773255103333725633737315773333715873337315910333371601033333161103101073362373333363773337364107333736510777373661033373267107337326810771071026910771077270103377327137333101723733331

序號(hào)條件屬性C1C2C3C4C5C6決策屬性d7377710771747733310175773773176777107317777333317810777371791077733180107777718110771073182103377718331031010738471077732851033373186310373718771037310188101033331891033377190101033332917103333192337107739333101010101943371010101953771010739637710103397377107103983771077399377101010310037771010310177710101031023771010721033777101011043777107110531071010731063107101010310731010101073108310101010103

序號(hào)條件屬性C1C2C3C4C5C6決策屬性d1093107710103110310771073111710710101031123101010101021133107710101114310771071115710771010111671010101010311771010101073118710101010102119101010101010212031010101071

2.2 等價(jià)類劃分

定義1：設(shè)關(guān)系R為論域U上的等價(jià)關(guān)系，則稱U/IND(R)為U上的劃分，其中，

IND(R)={(x,y)∈U×U|?a∈C∪D,f(x,a)=f(y,a)}

對(duì)于表2中的數(shù)據(jù)論域分別按照和進(jìn)行等價(jià)類劃分得：

|U/IND(C)|=104

|U/IND(D)|=3

依次減去C中的條件屬性Ci，i=1,2,3,4,5,6,再將表2中的數(shù)據(jù)論域進(jìn)行等價(jià)類劃分得：

|U/IND(C-C1)|=69

|U/IND(C-C2)|=70

|U/IND(C-C3)|=95

|U/IND(C-C4)|=86

|U/IND(C-C5)|=87

|U/IND(C-C6)|=62

2.3 權(quán)重確定

定義2：令C′為條件屬性集C的一個(gè)子集，則決策屬性集D的確定域，PosC′(D)={x∈U,[x]C′?D}是指論域U中那些在現(xiàn)有的條件屬性集C′下能夠確定地歸入D的元素的集合。

定義3：令C′為條件屬性集C的一個(gè)子集，則決策屬性集D對(duì)C′的依賴度γC′(D)定義如下：

定義4：令C′為條件屬性集C的一個(gè)子集，則C′關(guān)于決策屬性集D的重要度SigD(C′)可定義如下：

SigD(C′)=γC(D)-γC′(D)

C′的權(quán)重?(C′)定義為：

按照給定定義2、定義3和定義4可得各條件屬性下的決策屬性的確定域：

|PosC(D)|=88

|PosC-C1(D)|=53

|PosC-C2(D)|=60

|PosC-C3(D)|=76

|PosC-C4(D)|=68

|PosC-C5(D)|=69

|PosC-C6(D)|=49

各條件屬性關(guān)于決策屬性的依賴度：

各條件屬性關(guān)于決策屬性的重要度：

SigD(C1) =γC(D)-γC-C1(D)

SigD(C2)=γC(D)-γC-C2(D)

SigD(C3)=γC(D)-γC-C3(D)

SigD(C4)=γC(D)-γC-C4(D)

SigD(C5)=γC(D)-γC-C5(D)

SigD(C6)=γC(D)-γC-C6(D)

各條件屬性關(guān)于決策屬性的權(quán)重：

?(C1)=0.228

?(C2)=0.183

?(C3)=0.078

?(C4)=0.131

?(C5)=0.124

?(C6)=0.255

各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及排序結(jié)果見表3。

表3 各林分因子的權(quán)重及排序

從表3中影響花布燈蛾爆發(fā)的林分因子評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重排序上看，林分面積因子和蒙古櫟百分比構(gòu)成因子對(duì)花布燈蛾發(fā)生具有重要影響，其次為林分郁閉度因子、平均樹高因子和林齡因子對(duì)于花布燈蛾發(fā)生的影響大致相同。

3 結(jié)論與討論

對(duì)花布燈蛾發(fā)生危害程度與相關(guān)林分因子的關(guān)系進(jìn)行分析，需要考慮多個(gè)不直接相關(guān)指標(biāo)屬性，但為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，運(yùn)用傳統(tǒng)、常用的生物統(tǒng)計(jì)方法很難進(jìn)行。為此，筆者幾經(jīng)探討，最終選定利用粗糙集理論和方法在消除冗余信息和處理不確定性信息等方面的優(yōu)勢，將林分因子指標(biāo)權(quán)重確定轉(zhuǎn)化為粗糙集中的屬性重要性評(píng)價(jià)，從而確定花布燈蛾危害的林分因子評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)，有效地減少其計(jì)算主觀性，做到模糊性和精準(zhǔn)性的統(tǒng)一。

應(yīng)用粗糙集理論判定林分因子與花布燈蛾發(fā)生相關(guān)性，首先遵循原則是盡可能提高精準(zhǔn)及確定因子是否對(duì)提供的信息有用。在諸多林分因子中，對(duì)花布燈蛾危害成災(zāi)起重要作用的當(dāng)屬林分面積因子和林分所占蒙古櫟百組分因子。在長白林區(qū)，蒙古櫟多以大面積次生闊葉林存在。其林分內(nèi)，蒙古櫟所占比例通常高達(dá)50 %以上。事實(shí)表明，花布燈蛾爆發(fā)危害均是大面積突發(fā)，沒有在1個(gè)或幾個(gè)小班的小面積成災(zāi)。究其原因，林分環(huán)境對(duì)花布燈蛾影響有緊密關(guān)系。大面積林分可以保持森林小氣候遠(yuǎn)優(yōu)于小面積林分。森林小氣候特點(diǎn)為光照低、風(fēng)速小、濕度大、最高氣溫低和最低氣溫高，林中空間和林地溫度日變化和年變化都比較小，對(duì)林內(nèi)溫度、濕度、光照、水分、風(fēng)和空氣的穩(wěn)定和優(yōu)化具有促進(jìn)作用，特別是連片林分，利于花布燈蛾發(fā)育和繁殖。在較大面積林分內(nèi)，既穩(wěn)定和強(qiáng)化了環(huán)境因子對(duì)花布燈蛾的物理生存條件，也為花布燈蛾種群基數(shù)積累提供幫助，更為花布燈蛾居群的林間基因交換和信息交流提供保證。

其次，與花布燈蛾成災(zāi)有關(guān)的林分因子為林分郁閉度。根據(jù)FAO(聯(lián)合國糧農(nóng)組織)規(guī)定，郁閉度≥0.70的林分為密林，郁閉度0.20～0.69的林分為中度郁閉林，郁閉度<0.20以下為疏林。林分在不同郁閉度下，由于小氣候等物理因素影響，林內(nèi)生物結(jié)構(gòu)將發(fā)生相應(yīng)變化。花布燈蛾在中國遼南以北區(qū)域，以3齡幼蟲在樹干基部的枯枝落葉中的蟲苞內(nèi)越冬，蛹期也是在樹根基附近的枯枝落葉層中[3,10,11]。幼蟲期和蛹期的隱蔽度和生存條件極為重要。調(diào)查結(jié)果已知，花布燈蛾發(fā)生的林分大多在中度郁閉林分以上，且集中在密林。這些因素的單個(gè)或綜合作用直接影響到花布燈蛾對(duì)不同郁閉度條件下微環(huán)境適應(yīng)性，從而產(chǎn)生對(duì)不同郁閉度林生存規(guī)律的差異。調(diào)查表明，在適當(dāng)范圍內(nèi)，花布燈蛾種群數(shù)量會(huì)隨著林分郁閉度增加而上升，這或許與郁閉度帶來的對(duì)于林分條件改變有關(guān)。更深層次的研究有待今后進(jìn)一步進(jìn)行。

上述3項(xiàng)屬性指標(biāo)占整個(gè)6項(xiàng)屬性指標(biāo)2/3，客觀上基本反映出林分主要因子對(duì)花布燈蛾影響程度。其余平均樹高因子和林齡因子對(duì)花布燈蛾爆發(fā)的影響大致相同，而平均胸徑因子對(duì)花布燈蛾爆發(fā)影響最弱。

從結(jié)果上來看，應(yīng)用粗糙集理論判定林分因子與花布燈蛾發(fā)生相關(guān)性符合實(shí)際情況，其研究結(jié)果豐富了傳統(tǒng)的分析害蟲相關(guān)因子方法，且計(jì)算簡單、方便，結(jié)果合理。

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