用模糊綜合評判法預(yù)測馬尾松毛蟲幼蟲高峰期發(fā)生量

程嫻 張書平 余燕 畢守東 周夏芝 鄒運(yùn)鼎 張國慶 張楨 方國飛 宋玉雙

摘要 為了提高馬尾松毛蟲一代、二代幼蟲高峰期發(fā)生量預(yù)報的準(zhǔn)確性，為有效防治馬尾松毛蟲提供科學(xué)依據(jù)，本文運(yùn)用模糊綜合評判的6個數(shù)學(xué)模型預(yù)測安徽省潛山縣馬尾松毛蟲一代、二代幼蟲高峰期的發(fā)生量，驗證預(yù)報1989年、1994年、2002年和2017年一代馬尾松毛蟲幼蟲高峰期發(fā)生量，預(yù)報結(jié)果分別為2級、4級、2級和1級，與實況級別完全吻合，預(yù)報結(jié)果準(zhǔn)確。預(yù)報1989年、1994年、2002年和2017年二代馬尾松毛蟲幼蟲高峰期發(fā)生量，預(yù)報結(jié)果依次是4級、5級、2級和1級。同樣與實況級別全部相同。預(yù)報的準(zhǔn)確率為100%，模糊綜合評判法是一個運(yùn)算簡便、準(zhǔn)確性高的預(yù)報方法。

關(guān)鍵詞 馬尾松毛蟲; 幼蟲高峰期發(fā)生量; 模糊綜合評判法; 預(yù)報

中圖分類號： Q 968.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2018371

馬尾松毛蟲Dendrolimus punctatus分布于安徽、河南、四川、貴州、陜西、云南、江西、江蘇、湖南、浙江、福建、廣東、臺灣、海南、廣西等?。▍^(qū)），主要為害馬尾松Pinus massoniana，還為害黑松P.thunbergii、火炬松P.taeda、濕地松P.elliottii、晚松P.rigida var. serotina 、海南五針?biāo)蒔.fenzeliana等松屬植物。20世紀(jì)中葉在我國森林害蟲中馬尾松毛蟲是發(fā)生最廣、為害面積最大、經(jīng)常猖獗成災(zāi)的害蟲。在廣大丘陵地區(qū)蟲害此起彼伏，針葉常被吃光，被害時如同火燒，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)損失。而且，人們在林事活動中接觸馬尾松毛蟲毒毛，容易引發(fā)皮炎和關(guān)節(jié)腫痛，因此，該蟲不但影響林業(yè)生產(chǎn)，還危害人類健康[14]。進(jìn)入21世紀(jì)，由于各地采用封山育林、混交、間作等措施優(yōu)化了森林生態(tài)環(huán)境，科學(xué)地運(yùn)用綜合治理措施，馬尾松毛蟲的危害得到有效的控制，但該蟲具有強(qiáng)大的繁殖潛力，遇到有利的生態(tài)環(huán)境極易暴發(fā)成災(zāi)，對其監(jiān)測不能放松。

馬尾松毛蟲一年發(fā)生2～4代，發(fā)生世代的多少，因不同地區(qū)而異，在河南省信陽地區(qū)一年發(fā)生2代為主，在長江流域諸省一年發(fā)生2～3代，而在廣東、廣西、福建南部一年發(fā)生3～4代，海南一年發(fā)生4～5代[1]。安徽潛山縣一年發(fā)生3代，即4月至6月上旬為越冬代，6月上旬至8月中下旬為一代，8月中下旬至12月為第二代。馬尾松毛蟲發(fā)生的預(yù)測預(yù)報是對其進(jìn)行綜合防治的基本工作?？蒲泄ぷ髡叻謩e采用不同的方法預(yù)測馬尾松毛蟲的發(fā)生量、蟲害等級、發(fā)生類別、發(fā)生空間格局，為馬尾松毛蟲的綜合防治工作提供了有力支持[59]。

由于各地氣象條件、植被條件和地形地貌等不同，馬尾松毛蟲的發(fā)生特點也不完全相同。高峰期發(fā)生量與整個世代累計蟲口數(shù)量之間的關(guān)系密切，潛山縣一代幼蟲兩者之間相關(guān)系數(shù)為0.993 0（df=23，r0.01=0.505），前者占后者的31.1%～32.68%;二代幼蟲兩者之間的相關(guān)系數(shù)為0.990 8，前者占后者的26.12%～27.37%，明確了高峰期發(fā)生量就可以預(yù)知整個世代的蟲口。周夏芝等[10]曾用平穩(wěn)時間序列法、回歸預(yù)測法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法馬爾科夫鏈法和列聯(lián)表法預(yù)測馬尾松毛蟲高峰期發(fā)生量。為了有效地防治馬尾松毛蟲，本研究采用模糊綜合評判法預(yù)測安徽省潛山縣馬尾松毛蟲一代和二代幼蟲高峰期發(fā)生量，以期為馬尾松毛蟲的綜合治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

馬尾松毛蟲資料來自安徽省潛山縣森林病蟲防治站，資料的時間跨度為1989年—2018年，其中1998年缺如，1989年—2014年作為研究資料，選擇發(fā)生級別不同的1989年、1994年、2002年和2017年作為驗證資料。根據(jù)國家林業(yè)局森林病蟲防治總站[11]制定的調(diào)查方法進(jìn)行調(diào)查，即采用踏查和詳查相結(jié)合的方法。沿林班線、林道、公路、鐵路等線路調(diào)查，目測發(fā)生范圍、為害狀況，發(fā)現(xiàn)蟲情或災(zāi)情立即設(shè)臨時標(biāo)準(zhǔn)地，采取平行線抽樣法抽取20株標(biāo)準(zhǔn)株詳查。幼蟲期調(diào)查，對1～2齡幼蟲，調(diào)查枯黃卷曲的枝數(shù)，推算幼蟲數(shù)，對3齡以上的幼蟲，3 m以下的小樹直接調(diào)查合計樹冠上的幼蟲數(shù)，大樹用“蟲糞粒推算法”調(diào)查，幼蟲越冬期間調(diào)查樹干基部樹皮縫中的幼蟲數(shù)推算全部蟲口。

1.2 模糊綜合評判

1.2.1 模糊綜合評判的模型種類[12]

模糊綜合評判的簡單數(shù)字模型為Y～=X～⊙R～，若已知模糊向量X～和模糊評判矩陣R～時，即可進(jìn)行綜合評判。常用預(yù)測害蟲種群發(fā)生量的模糊模型5個，最終取其結(jié)果的1/5形成綜合決策模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 一代幼蟲高峰期發(fā)生量預(yù)測

經(jīng)過逐一篩選，一代卵量（x1）、一代卵高峰期的發(fā)生量（x2）、越冬代幼蟲蟲口數(shù)量（x3）和越冬代成蟲數(shù)量（x4）與一代幼蟲高峰期發(fā)生量（y）之間關(guān)系密切，其相關(guān)系數(shù)依次為rx1y=0.993 0，rx2y=0.979 5，rx3y=0.586 1，rx4y=0.530 6，df=23時，r0.05=0.369，r0.01=0.505，表明它們之間均極相關(guān)。經(jīng)歸一化處理，模糊向量X～=（0.383 6，0.373 2，0.133 6，0.109 5）。1989年-2014年共25年的馬尾松毛蟲一代幼蟲高峰期發(fā)生量（y）的范圍為1.92～15.26頭/株，一代卵量（x1）的范圍為13.60～94.78粒，一代卵高峰期發(fā)生量（x2）的范圍為3.44～28.62粒;越冬代幼蟲數(shù)量（x3）的范圍為6.2～42.5頭/株，越冬代成蟲數(shù)量（x4）的范圍為1.61～11.05頭。均按等距分級分成6級，分級標(biāo)準(zhǔn)列于表1。1989年-2014年共25年的馬尾松毛蟲二代幼蟲高峰期發(fā)生量（y）的范圍為1.85～15.89頭/株，二代卵量（x1）的范圍為18.53～103.99粒，一代成蟲蟲口數(shù)量（x2）的范圍為2.82～17.64頭，二代卵盛期卵量（x3）的范圍為5.00～31.95粒;一代成蟲高峰期發(fā)生量（x4）的范圍為1.24～7.26頭。均按等距分級分成6級，分級標(biāo)準(zhǔn)列于表1。

為了便于分析，將x1～x4進(jìn)行分級，將分級標(biāo)準(zhǔn)和1989年-2014年的數(shù)值及分級值列于表1和表2。

將一代卵量（x1）、一代卵的高峰期發(fā)生量（x2）、越冬代幼蟲累計蟲口數(shù)量（x3）和越冬代成蟲數(shù)量（x4）對預(yù)報量（y）——一代馬尾松毛蟲幼蟲高峰發(fā)生量的條件概率列于表3，對發(fā)生級別不同的1989年、1994年、2002年和2017年的一代幼蟲高峰期發(fā)生量逐一進(jìn)行預(yù)測。

對1989年、1994年、2002年和2017年的一代幼蟲高峰期發(fā)生量進(jìn)行預(yù)測。1989年一代卵量（x1）為40.81粒，為3級;一代卵高峰期發(fā)生量（x2）為12.00粒，為3級;越冬代幼蟲累計蟲口（x3）為42.5頭/株，為6級;越冬代成蟲數(shù)（x4）為11.05頭，為6級。具體運(yùn)算是Y～=X～○·R～，其中模糊向量X～為[0.383 6，0.373 2，0.133 6，0.109 5]，模糊矩陣R～為00.833 30.166 700000.857 10.142 90000.50.500000.50.50000。按照評判模型進(jìn)行運(yùn)算得：

模型1：M1=（0.500 0，0.857 1，0.383 6，0.383 6，0.383 6，0.383 6）;

模型2：M2=（0.133 6，0.383 6，0.166 7，0，0，0）;

模型3：M3=（0.066 8，0.319 9，0.063 9，0，0，0）;

模型4：M4=（0.243 1，0.999 9，0.309 5，0，0，0）;

模型5：M5=（0.121 5，0.761 1，0.117 2，0，0，0）;

模型6：M6=（0.213 0，0.664 3，0.208 2，0.076 7，0.076 7，0.076 7）。

最后運(yùn)算結(jié)果：MaxM1yi=0.857 1，MaxM2yi=0.383 6，MaxM3yi=0.319 9，MaxM4yi=0.999 9，MaxM5yi=0.761 1，MaxM6yi=0.664 3，6個模型相應(yīng)的待報級別均為2級。故預(yù)報1989年馬尾松毛蟲一代幼蟲高峰期的發(fā)生量為2級，實況為2級，預(yù)報結(jié)果準(zhǔn)確。將1989年、1994年、2002年和2017年預(yù)報級別和實況級別列于表4，預(yù)報結(jié)果的準(zhǔn)確率為100%。

2.2 二代幼蟲高峰期發(fā)生量預(yù)測

經(jīng)過逐一篩選，馬尾松毛蟲的二代卵量（x1）、一代成蟲數(shù)（x2）、二代卵的高峰期發(fā)生量（x3）和一代成蟲高峰期發(fā)生量（x4）與二代幼蟲高峰期發(fā)生量關(guān)系密切，其相關(guān)系數(shù)依次為rx1y=0.991 7，rx2y=0.701 1，rx3y=0.976 9，rx4y=0.700 7，df=23時，r0.05=0.369，r0.01=0.505，r均大于r0.01（0.505），均達(dá)極相關(guān)。經(jīng)歸一化處理，其模糊向量X～為[0.336 8，0.168 3，0.326 8，0.168 1]，按照2.1的計算方法，對二代幼蟲高峰期發(fā)生量進(jìn)行預(yù)報，驗證預(yù)報1989年、1994年、2002年和2017年二代馬尾松毛蟲高峰期發(fā)生量依次是4級、5級、2級和1級，與實況完全相同，預(yù)報的準(zhǔn)確率為100%。

3 小結(jié)與討論

本文運(yùn)用模糊綜合評判的6個數(shù)學(xué)模型預(yù)測安徽省潛山縣馬尾松毛蟲幼蟲一代、二代高峰期發(fā)生量，其結(jié)果是：預(yù)報1989年、1994年、2002年和2017年馬尾松毛蟲一代幼蟲高峰期發(fā)生量依次是2級、4級、2級和1級，預(yù)報1989年、1994年、2002年和2017年馬尾松毛蟲二代幼蟲高峰期發(fā)生量依次是4級、5級、2級和1級，一代和二代預(yù)測結(jié)果均與實況完全一致，預(yù)報結(jié)果準(zhǔn)確率為100%。

本方法相對于其他預(yù)報方法工作量小，計算簡便。模型預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確與否，首先必須從生態(tài)系統(tǒng)中考慮與預(yù)報結(jié)果有關(guān)的生態(tài)因子，如降雨、相對濕度、日照時數(shù)、最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫以及與預(yù)報結(jié)果有關(guān)的生物因子，因此要求作者不光具有數(shù)學(xué)分析的知識，而且要有預(yù)報結(jié)果的專業(yè)知識。如本文與一代幼蟲高峰期發(fā)生量有關(guān)的一代卵量、一代卵的高峰期發(fā)生量、越冬代幼蟲蟲口和越冬代成蟲數(shù)量，這些因子與一代幼蟲高峰期發(fā)生量都有一定因果關(guān)系。另外還有越冬代蛹的數(shù)量等，對這些因子采用相關(guān)分析法進(jìn)行篩選，選出主要因子，借以提高預(yù)報結(jié)果的準(zhǔn)確性。

一般情況下，用模型Ⅰ—主要因素肯定型yj=Vmi=1（xiVrij）、模型Ⅱ—主要因素決定型yj=Vmi=1（xiΛrij）和模型Ⅲ—主要因素突出型yj=Vmi=1（xirij）的三個模型或者用模型Ⅵ—yi=1/5（∑mi=1Miyj）即可進(jìn)行預(yù)測。本文用6個模型進(jìn)行預(yù)測，幾個模型的預(yù)測結(jié)果是一致的，該方法的優(yōu)點是根據(jù)與預(yù)報結(jié)果有關(guān)的因子決定采用何種模型。應(yīng)用6種模型時，首先考慮對預(yù)報結(jié)果有重要影響的因子，在多個因子都對預(yù)報結(jié)果有影響的情況下，利用相關(guān)分析法篩選對預(yù)報結(jié)果影響大的幾個主要因子，其他因子可忽略不計。本文選擇的預(yù)報因子都是與幼蟲高峰期發(fā)生量極相關(guān)的因子，所以歸一化后作為權(quán)重構(gòu)成的模糊向量其預(yù)報結(jié)果準(zhǔn)確性高。再者，影響預(yù)報結(jié)果準(zhǔn)確性的原因與評判人采用的評判模型有關(guān)，因為6個模型的側(cè)重點有所不同。

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（責(zé)任編輯：田 喆）