草地貪夜蛾緬甸蟲源遷入中國(guó)的路徑分析

吳秋琳 姜玉英 吳孔明

摘要草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda（J.E Smith）對(duì)非洲和南亞國(guó)家的入侵已對(duì)全球糧食安全造成重大影響，該蟲2018年年底已在緬甸形成蟲源基地，并零星進(jìn)入中國(guó)云南西南部地區(qū)。本文利用歷史數(shù)據(jù)分析了緬甸和華南地區(qū)春、夏兩季（3-8月）925hPa夜間平均風(fēng)溫場(chǎng)，并模擬預(yù)測(cè)了緬甸地區(qū)草地貪夜蛾在此期間進(jìn)入中國(guó)的遷飛軌跡以及主要降落和波及的地區(qū)。結(jié)果表明：3-4月盛行的微弱西風(fēng)不利于遠(yuǎn)距離遷移，但成蟲的自主飛行可形成對(duì)云南和廣西局部地區(qū)的近距離入侵;進(jìn)入5月份后，隨著西南夏季風(fēng)的加強(qiáng)，云南和廣西全境成為緬甸蟲源的主要遷入地，并可能波及貴州、廣東、海南和湖南等省。因此，4月份之前要重點(diǎn)監(jiān)控云南和廣西地區(qū)草地貪夜蛾的發(fā)生與為害，此后，應(yīng)將監(jiān)控區(qū)域擴(kuò)大至中國(guó)中南部地區(qū)的各個(gè)省份。

關(guān)鍵詞草地貪夜蛾;緬甸種群;風(fēng)溫場(chǎng);遷飛軌跡;監(jiān)測(cè)預(yù)警

中圖分類號(hào)：S431.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16688/j.zwbh.2019047

草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda（J.E Smith），隸屬鱗翅目，夜蛾科，原產(chǎn)于美洲熱帶及亞熱帶地區(qū)，是廣泛分布在美洲各國(guó)的重大遷飛性害蟲，其幼蟲可以取食包括谷類糧食作物在內(nèi)的42屬186種植物，成蟲通過季節(jié)性遷飛尋找適宜環(huán)境完成多個(gè)世代的繁殖。草地貪夜蛾終年繁殖區(qū)南至秘魯?shù)睦伺痢⒏?，北界可達(dá)美國(guó)佛羅里達(dá)州及德克薩斯州南部地區(qū)，種內(nèi)分化形成嗜食玉米和水稻兩個(gè)型系。在北美洲地區(qū)，春季熱帶終年繁殖區(qū)的成蟲向北遷徙進(jìn)入溫帶地區(qū)，夏季末可在加拿大安大略省和魁北克地區(qū)發(fā)生為害。由于適生區(qū)域廣、遷移性強(qiáng)、繁殖力高、抗藥性強(qiáng)和暴食為害的特點(diǎn)，生產(chǎn)上防治十分困難。

2016年1月，非洲尼日利亞和加納首次發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾的人侵與暴發(fā)為害，很快蔓延至貝寧、圣多美和普林西比、多哥等國(guó)。與許多昆蟲一樣，風(fēng)攜可導(dǎo)致長(zhǎng)距離遷飛，適宜風(fēng)速下單晚遷移距離可達(dá)幾百千米，一夜或連續(xù)幾個(gè)夜晚即可完成從非洲西部地區(qū)向撒哈拉南部的入侵，給玉米生產(chǎn)造成毀滅性打擊。到2017年9月，撒哈拉以南的28個(gè)非洲國(guó)家證實(shí)了草地貪夜蛾的發(fā)生為害。2018年5月，草地貪夜蛾入侵印度卡納塔克邦，10月擴(kuò)散至泰米爾納德邦、泰蘭加納、安得拉邦和西孟加拉邦地區(qū)。2018年12月緬甸曼德勒省和撣邦玉米田發(fā)現(xiàn)高齡幼蟲，泰國(guó)亦報(bào)道了草地貪夜蛾的入侵。

我國(guó)和緬甸有漫長(zhǎng)的邊境線，草地貪夜蛾入侵定殖緬甸已形成了遷入蟲源基地。因此，厘清草地貪夜蛾緬甸蟲源的遷飛路線對(duì)指導(dǎo)我國(guó)監(jiān)測(cè)預(yù)警與控制工作有重大意義。我們利用GRADS氣象繪圖軟件分析了緬甸草地貪夜蛾進(jìn)入我國(guó)的天氣背景場(chǎng)，并在Ubuntu18.04平臺(tái)運(yùn)用基于Weather Research andForecasting model（WRF 3.6模式）的昆蟲三維軌跡分析程序，模擬了春夏兩季（3-8月）緬甸起飛草地貪夜蛾遷入我國(guó)的路徑和降落地區(qū)。 1材料與方法

1.1草地貪夜蛾遷飛的大氣環(huán)流背景場(chǎng)分析

氣象數(shù)據(jù)來源于美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中（NationalCenters for Environment Prediction，NCEP）美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（The National Center for At-mospheric Research，NCAR）的全球再分析資料（Final Analysis，F(xiàn)NL）。此數(shù)據(jù)集時(shí)問分辨率為每6h-次，空問分辨率為1.0°×1.0°（約110km×110km），利用GRADS 2.0軟件從中提取1999年至2018年3月至8月逐日18：00至06：00925hPa（距地面高度600～800m）高度層的水平流場(chǎng)與溫度要素，分析春季至夏季昆蟲遷飛天氣背景場(chǎng)。

1.2基于WRF模式的三維軌跡分析

1.2.1WRF模式氣象初始場(chǎng)與地形資料

全球再分析資料（FNL）為WRF模式的初始場(chǎng)數(shù)據(jù)和邊界條件。氣象模擬中地形數(shù)據(jù)分辨率2，覆蓋全球的中分辨率空問遙感儀（Moderate Resolu-tion Imaging Spectroradiometer，MODIS）和地形重力波阻力（Gravity Wave Drag by Orography，GWIX））數(shù)據(jù)。氣象資料輸入WRF模式數(shù)值模擬后，輸出每小時(shí)一次的30km×30km格距氣象要素場(chǎng)，作為驅(qū)動(dòng)昆蟲遷飛軌跡計(jì)算的背景條件。

1.2.2WRF模式模擬區(qū)域與參數(shù)設(shè)置

結(jié)合緬甸作物種植分布信息及當(dāng)?shù)氐匦?，按照緬甸行政區(qū)共劃分15個(gè)分析區(qū)域（包括伊洛瓦底省、勃固省、馬圭省、曼德勒省、實(shí)皆省、德林達(dá)依省、仰光省、欽邦、克欽邦、克耶邦、克倫邦、孟邦、若開邦、撣邦以及內(nèi)比都特區(qū)）。以每個(gè)區(qū)域作物種植地作為遷出起點(diǎn)，利用2017年與2018年3-8月逐日夜問氣象數(shù)據(jù)模擬遷飛軌跡。在本次研究中，采用單層嵌套的WRF模式的網(wǎng)格設(shè)計(jì)方法，以及網(wǎng)格設(shè)計(jì)的控制試驗(yàn)邊界層、輻射過程和微物理處理方案（表1）。

1.2.3軌跡計(jì)算

結(jié)合草地貪夜蛾的遷飛生物學(xué)特征，順推軌跡的模擬計(jì)算基于以下遷飛特征和參數(shù)：（1）草地貪夜蛾順風(fēng)遷飛，定向?yàn)橄蛴移?0°;（2）自身飛行速度4.5m/s;（3）傍晚集中起飛始于當(dāng)?shù)貢r(shí)問18：00，結(jié)合起飛起點(diǎn)地形高度，緬甸中部與西部起點(diǎn)遷飛高度為距海平面高度500、750、1000m與1250m，緬甸東部起點(diǎn)遷飛高度為1500、1750、2000m與2250m;（4）草地貪夜蛾飛行1～3個(gè)夜晚，每個(gè)夜晚飛行持續(xù)時(shí)問不超過12h。通過順推軌跡計(jì)算可能遷飛路徑時(shí)，空中個(gè)體每一整點(diǎn)時(shí)問都可能降落，且模擬的蟲源降落在有寄主種植的區(qū)域?yàn)橛行c(diǎn)。最后，將得到的有效落點(diǎn)與地圖疊加后成圖顯示。中國(guó)地圖采用國(guó)家1：400萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，由國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心提供。

2結(jié)果與分析

2.1緬甸和我國(guó)南部地區(qū)春季與夏季天氣背景場(chǎng)變化動(dòng)態(tài)

圖1表明，3月份中南半島的平均溫度20～23℃，適宜草地貪夜蛾的生長(zhǎng)繁殖。3-4月份，緬甸中北部地區(qū)925hPa高空的風(fēng)向?yàn)槠魑鞅憋L(fēng)，平均風(fēng)速2～4m/s，接近甚至低于草地貪夜蛾的自身飛行速度。從孟加拉灣輸送的暖濕氣流與西太平洋副熱帶高壓控制的東南氣流在我國(guó)西南地區(qū)匯合后，在云南上空轉(zhuǎn)向?yàn)槲髂掀蠚饬鳌?月份，孟加拉灣暖濕氣流不斷加強(qiáng)，整個(gè)中南半島上空存在一致的西南風(fēng)向，緬甸中部和北部大部分地區(qū)的夜問平均風(fēng)速較?。ㄐ∮?m/s），而中南半島中部平均風(fēng)速可達(dá)4～8m/s，形成了緬甸南部地區(qū)草地貪夜蛾東遷的攜載條件。同期，在我國(guó)西南地區(qū)盛行西南風(fēng)但風(fēng)速偏小，其中云南中部925hPa高空的夜問平均風(fēng)速小于2m/s。進(jìn)入6月后，來自孟加拉灣的西南季風(fēng)不斷加強(qiáng)，整個(gè)中南半島夜問盛行西南風(fēng)。緬甸西部與南部地區(qū)夜問平均風(fēng)速4～8m/s，孟加拉灣地區(qū)平均風(fēng)速可達(dá)8m/s以上。因此，6-8月盛行的西南季風(fēng)將形成緬甸草地貪夜蛾遷入中南半島中部、北部以及我國(guó)南部地區(qū)的重要攜載動(dòng)力氣候環(huán)境。

2.2緬甸草地貪夜蛾蟲源的春、夏季遷飛軌跡與主要遷入?yún)^(qū)

對(duì)歷史氣象資料的分析表明，草地貪夜蛾從緬甸進(jìn)入中國(guó)年際問的遷飛格局差異不大，入侵路徑十分相似。春季（3-5月）入侵中國(guó)的蟲源主要來自緬甸東部克耶邦和撣邦地區(qū)。入侵中國(guó)的草地貪夜蛾有93。4%的可能性將降落在云南省，2.3%的幾率進(jìn)入廣西。但如遇合適風(fēng)場(chǎng)條件，也有可能進(jìn)入廣西北部、貴州、四川乃至湖南地區(qū)（圖2a～b）。進(jìn)人5月份，緬甸草地貪夜蛾將整體朝東北方向遷飛，云南中部和南部為其遷入中國(guó)的主要降落區(qū)，并可能波及貴州西南部、廣西西北部和四川南部地區(qū)（圖2c）。在6-8月，緬甸草地貪夜蛾將集中往東北方向遷移，進(jìn)入中國(guó)的落點(diǎn)占所有遷飛落點(diǎn)的23.0%。其中，有77.9%和13.8%的可能性遷入云南和廣西，貴州、廣東、海南及湖南的入侵概率均在2.1%左右，也有可能通過連續(xù)遷飛入侵四川、江西與福建地區(qū)（圖2d～f）?？傮w上，云南省是緬甸草地貪夜蛾遷入我國(guó)的必經(jīng)之地和降落的主要地區(qū)（圖3），應(yīng)給予重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、阻截和控制。

3討論

緬甸位于中南半島西部，以山地和高原為主，地勢(shì)北高南低，山脈河流均為南北走向，西朝孟加拉灣和安達(dá)曼海，東北與中國(guó)毗鄰，西北部的欽邦與印度曼尼普爾邦和孟加拉國(guó)接壤，緬甸農(nóng)業(yè)用地僅占整個(gè)國(guó)土面積的19.5%，約1300萬hm²。緬甸農(nóng)業(yè)灌溉體系僅覆蓋中部地區(qū)，也是農(nóng)業(yè)種植（包括玉米、水稻、甘蔗、高梁等）的主要地帶，其中撣邦北部和東部、曼德勒省、克欽邦、伊洛瓦底省、克耶邦以及克倫邦是緬甸主要的玉米產(chǎn)區(qū)，此外，每年旱季位于錫當(dāng)河谷的勃固省縣區(qū)便在錫當(dāng)河沿岸沙灘一帶廣泛種植玉米，玉米等谷類作物幾乎全年都有種植。緬甸東部是草地貪夜蛾最為適宜的棲息地，環(huán)境適合度指數(shù)高于70%。

對(duì)1999年至2018年3-8月夜問925hPa平均溫度場(chǎng)分析表明平均溫度高于20℃，氣候適宜草地貪夜蛾種群生長(zhǎng)繁育。Nagoshi等也通過歷年1月份925hPa的月平均風(fēng)場(chǎng)對(duì)草地貪夜蛾從加勒比海南部特立尼達(dá)和多巴哥到南美洲玻利維亞的遷飛進(jìn)行了分析。在溫度適宜的條件下（11～30℃），草地貪夜蛾雌蟲落地交配后產(chǎn)卵，卵在2～4d即可孵化，蛹期為7～37d，成蟲可存活2～3周。根據(jù)草地貪夜蛾5齡幼蟲在緬甸曼德勒被發(fā)現(xiàn)的時(shí)問（2018年12月19日），大致可推測(cè)上一代草地貪夜蛾成蟲于半個(gè)月前已經(jīng)出現(xiàn)，而下一代成蟲可能最早在12月初便開始進(jìn)行遷飛活動(dòng)。據(jù)歷年12-1月氣象數(shù)據(jù)分析，該時(shí)期緬甸境內(nèi)上空盛行北風(fēng)，且平均風(fēng)速低于2m/s，此氣流條件并不適合緬甸草地貪夜蛾大規(guī)模地往東（中南半島中部與東部）、往西北（我國(guó)南部）方向遷飛。2月盛行西北風(fēng)偏西風(fēng)，風(fēng)速持續(xù)較低，同本文中歷年3月平均風(fēng)場(chǎng)條件相似（未發(fā)表數(shù)據(jù)）。全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心等證實(shí)我國(guó)云南省江城縣于2018年12月26日發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾幼蟲，推測(cè)緬甸草地貪夜蛾“首次”遷入我國(guó)境內(nèi)為12月中旬。

與鳥類、蝙蝠等大型動(dòng)物的遷飛相比，昆蟲體型較小，無法僅依靠自身的飛行能力來實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離遷飛，需要借助于合適的氣流來完成。2016年首次入侵非洲的草地貪夜蛾源自美國(guó)東部地區(qū)、加勒比海岸和小安的列斯群島，研究表明此次入侵可能由美洲與非洲大陸之間的貿(mào)易往來或國(guó)際交通運(yùn)輸所致，該種群入侵時(shí)期盛行季風(fēng)為東風(fēng)，風(fēng)場(chǎng)總體不適合，但從非洲2年內(nèi)快速大范圍蔓延的情形來看，某些時(shí)段的合適風(fēng)場(chǎng)起到了輸送蟲源的作用。本研究發(fā)現(xiàn)3-4月份緬甸上空盛行微弱的西風(fēng)，草地貪夜蛾自身強(qiáng)定向遷飛能力是其遷飛、擴(kuò)散的主要因素;進(jìn)入5月份，緬甸夏季風(fēng)不斷加強(qiáng)將形成草地貪夜蛾遠(yuǎn)距離遷飛的決定性條件。因此，通過分析緬甸等境外國(guó)家蟲情演化和季風(fēng)進(jìn)退，可為預(yù)測(cè)我國(guó)草地貪夜蛾的發(fā)生提供依據(jù)。

草地貪夜蛾的夜問遠(yuǎn)距離遷飛特性給其監(jiān)測(cè)和防治帶來了很大難度，而明確蟲源地的種群動(dòng)態(tài)、確定遷飛性昆蟲的可能降落區(qū)和遷入量是異地測(cè)報(bào)的關(guān)鍵。遷飛軌跡分析方法便是確定蟲源地或降落區(qū)最普遍、有效的方法之一?；赪RF模式的昆蟲遷飛軌跡分析方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于黏蟲、稻縱卷葉螟、稻飛虱、美洲棉鈴蟲等昆蟲空中運(yùn)行軌跡研究，本研究通過軌跡模擬，并結(jié)合3-4月平均風(fēng)溫場(chǎng)分析，表明在3-4月從緬甸起飛的草地貪夜蛾主要依靠自身飛行能力通過連續(xù)多個(gè)夜晚進(jìn)入我國(guó)云南西南部（包括西雙版納傣族自治州、普洱市、臨滄市、紅河哈尼彝族自治州以及玉溪市）。對(duì)美洲棉鈴蟲、歐洲銀紋夜蛾等夜蛾科成蟲遷飛策略的研究表明，具有自主遷飛能力的昆蟲較空中惰性粒子可隨風(fēng)完成更遠(yuǎn)距離的遷飛，這是昆蟲對(duì)大氣邊界層風(fēng)溫場(chǎng)的一種適應(yīng)性遷飛策略。草地貪夜蛾自身具有的強(qiáng)遷飛能力，加上連續(xù)幾個(gè)夜晚的飛行，不但是其在緬甸擴(kuò)散至鄰國(guó)的主要因素，也是其在非洲、印度迅速蔓延為害的主要因素。以玉米種植為主的緬甸東部是我國(guó)云南地區(qū)春季最主要的入侵蟲源地，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)該蟲源地種群動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。5月開始我國(guó)云南地區(qū)仍是緬甸草地貪夜蛾重點(diǎn)入侵地區(qū)，而我國(guó)南部省份（包括廣西、廣東、貴州與湖南）乃至海南為主要的入侵區(qū)，應(yīng)加大防控，充分利用遷飛性害蟲監(jiān)控技術(shù)，如黑光燈、高空探照燈、性誘劑與昆蟲掃描雷達(dá)等同時(shí)做好我國(guó)整個(gè)南部地區(qū)的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作。此外，云貴高原主要受低空氣流的影響，山體走勢(shì)影響運(yùn)載氣流的方向，在緬甸至云南整個(gè)區(qū)域上空盛行微風(fēng)的條件下，地形也是直接影響草地貪夜蛾在幾百米高空遷飛的天氣背景場(chǎng)的主要影響因素之一。從緬甸遷出的草地貪夜蛾往東或北上的過程中，受云南北部橫斷山脈的阻擋，加上來自孟加拉灣的西南空氣被迫在云南中部形成繞流，草地貪夜蛾便可在進(jìn)入云南東部后抵達(dá)貴州等我國(guó)中部地區(qū)。因此，也要通過增加田問調(diào)查區(qū)域，警惕我國(guó)四川、重慶、江西與福建4個(gè)入侵波及區(qū)的草地貪夜蛾發(fā)生與為害。

玉米品系與水稻品系的草地貪夜蛾均已經(jīng)在非洲定殖為害，但關(guān)于同時(shí)被發(fā)現(xiàn)的這兩種品系的草地貪夜蛾是否是一同引進(jìn)非洲還是從同一個(gè)蟲源地多次入侵后種群建立成災(zāi)尚無答案。此外，與其他重大遷飛性農(nóng)業(yè)害蟲一樣，草地貪夜蛾也具有“國(guó)際性、遷飛性、暴發(fā)性、毀滅性”的特點(diǎn)，需要通過更多的個(gè)例分析，定性定量地揭示大氣動(dòng)力場(chǎng)對(duì)草地貪夜蛾大規(guī)模遷飛的影響機(jī)制，進(jìn)一步明確其遷飛規(guī)律，為異地預(yù)測(cè)與田問防控提供重要依據(jù)。