基于GIS的梨小食心蟲化性研究

趙志國，李亞林，賀曉紅，榮二花，張利軍，王茂林，馬瑞燕*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，山西 太谷 030801；2.太谷縣農(nóng)委植保植檢站，山西 太谷 030801)

梨小食心蟲(GrapholitamolestaBusck)屬鱗翅目卷蛾科，是世界性的主要蛀果害蟲之一[1]。梨小食心蟲既蛀食桃樹嫩梢，造成“折梢”，又蛀食果實形成蟲果，為害后桃樹流膠，遇雨季大量霉爛、落果[2]。因幼蟲具有鉆蛀性，為害具有隱蔽性，導致化學防治效果不佳，已成為桃園害蟲中的優(yōu)勢種群[3]。

梨小食心蟲在我國一年發(fā)生多代，昆蟲在一年內(nèi)發(fā)生的世代數(shù)稱為化性[4]。害蟲的發(fā)生世代與害蟲危害程度相關(guān)，年發(fā)生代數(shù)多，世代重疊嚴重，防治困難。研究發(fā)現(xiàn)梨小食心蟲在我國東北地區(qū)一年發(fā)生3代[5]，華北、西北地區(qū)1年發(fā)生4～5代，長江以南年發(fā)生達到5～7代[4]。目前梨小食心蟲調(diào)查研究在我國成點狀分布，為明確梨小食心蟲在我國分布及化性分布特點，借助ArcGIS 10軟件，將昆蟲發(fā)生地點進行地質(zhì)統(tǒng)計學分析[6]，同時與地理信息系統(tǒng)融合在一起，通過昆蟲空間結(jié)構(gòu)插值方法與GIS中空間分析功能相結(jié)合[7]，完成對GIS空間數(shù)據(jù)昆蟲分布及世代預測[8]，以期研究梨小食心蟲潛在地區(qū)的化性，為發(fā)生地區(qū)預測預報提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 梨小食心蟲發(fā)生地點

基于中國知網(wǎng)CNKI數(shù)據(jù)庫，以梨小食心蟲為關(guān)鍵詞檢索庫中現(xiàn)有相關(guān)論文數(shù)據(jù)。篩選梨小食心蟲發(fā)生的地點及發(fā)生世代，建立行政地區(qū)數(shù)據(jù)表。在檢索結(jié)果的每個論文中查找“發(fā)生世代”并收錄世代數(shù)據(jù)，存在多篇論文涉及同一個地點，去除冗余后收錄整理不同行政區(qū)梨小食心蟲世代數(shù)據(jù)集。

1.2 定位地理信息

通過Google earth軟件對行政地區(qū)進行準確定位，記錄生成地理信息數(shù)據(jù)集，包括經(jīng)度、緯度、海拔數(shù)據(jù)。

1.3 化性預測

應用ARC GIS 10軟件錄入地理信息數(shù)據(jù)集，獲取梨小食心蟲在我國不同地區(qū)發(fā)生世代，使用Geostatistics Analyst模塊讀取梨小食心蟲世代數(shù)據(jù)集，運用反距離權(quán)重內(nèi)插法(inverse distance weight，IDW)預測梨小食心蟲世代在我國可能的分布范圍。

反距離加內(nèi)插值法[9]的公式為：

其中，Z(x0)為未知點x0處的預測值，Z(xi)為已知點xi處的值，n為樣點的數(shù)量，λ為樣點的權(quán)重值，其計算公式為：

式中di0為未知點與各已知點之間的距離，p是距離的冪。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢索結(jié)果

在CNKI數(shù)據(jù)庫中，以“梨小食心蟲”為主題共檢索到1 273篇文章，由于一個地理位置多篇論文報道，整理獲得地理上發(fā)生的地點(表1)，結(jié)果顯示海南、西藏、香港、澳門未見報道梨小食心蟲發(fā)生及危害。使用Googel Earth對下述地點定位，獲取GPS信息數(shù)據(jù)集。

2.2 梨小食心蟲的空間分布

梨小食心蟲的在我國的空間分布如圖1所示，從圖中可知梨小食心蟲在我國的空間分布情況：梨小食心蟲分布于北緯25°09′07.78″到44°33′14.96″，最南到云南的祿豐縣，最北到黑龍江的牡丹江市，跨度為19°24′7.18″約1 747 km(每度取20°到40°跨度均值90 km)。梨小食心蟲從東經(jīng)129°37′40.01″到76°00′15.90″都有發(fā)生，最東到黑龍江牡丹江市，最西到新疆喀什地區(qū)，跨度為53°37′24.11″約5 152 km(以北回歸線23.5°橫貫東西)。從東部海濱城市海拔1 m的煙臺到海拔2 075 m的四川省茂汶縣都有發(fā)生，垂直分布范圍在2 075 m以上未見分布。

2.3 梨小食心蟲的化性分布

使用GIS對化性分布進行估測，圖2顯示梨小食心蟲世代在我國地圖上的分界線呈現(xiàn)3個大的區(qū)塊。第一區(qū)塊為北方區(qū)域為3～4代，以秦嶺淮河及賀蘭山脈為界，梨小食心蟲世代數(shù)為2～4代，包括了黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、北京、天津、河北、山西、寧夏、陜西北部、甘肅、青海、新疆東部、西藏；第二區(qū)塊位于我國中部、南部、西部為4～5代，以新疆喀什為中心的邊疆區(qū)域，包括新疆西部，還有山東、河南、陜西南部、四川、重慶、湖北、湖南、江西西部、云南、貴州、廣東西部、海南大部；第三區(qū)塊是東部沿海一帶，長江以南、太湖地區(qū)主要為5～6代，福建周邊地區(qū)及福建以南為5～7代，包括山東南部、江蘇、安徽、上海、浙江、江西東部、福建、廣東東部、臺灣。

表1 梨小食心蟲在中國的分布Table 1 Distribution of OFM in China

注：√有梨小食心蟲發(fā)生，×未見報道。

Note: √ORF occurrence，× No reported.

海拔影響了梨小食心蟲世代的發(fā)生，云貴高原以東，隨海拔的降低梨小食心蟲世代增加。在同緯度海拔上，海拔300～500 m的福建為5～7代，海拔800～1 300 m的貴州省貴州市為5代，海拔1 300～1 600 m的云南省祿豐縣為4代；海拔1 600 m以上的青藏高原的四川省茂汶縣發(fā)生世代為3代。以四川省梨小食心蟲發(fā)生世代和海拔顯示表明：海拔500～600 m的蓬溪5代，海拔800～1 300 m的成都市龍泉區(qū)為4～5代，海拔1 600 m～2 075 m的茂汶縣發(fā)生世代為3代。

圖1 梨小食心蟲在中國的地理分布Fig.1 Distribution of OFM in China

圖2 梨小食心蟲在我國化性分布Fig.2 Distribution of generation of OFM in China

2.4 我國氣溫等溫線與化性分布的關(guān)系

我國的緯線與等溫線與大體上平行，溫度從低緯向高緯依次降低[10]。分析可知梨小食心蟲化性分布與我國等溫線分布基本一致，溫度在梨小食心蟲空間分布上起到了主要作用，發(fā)育起點溫度決定了此地區(qū)梨小食心蟲能否發(fā)育，而世代的多少是由年積溫決定的，年積溫越高，世代數(shù)也越多。

3 討論和結(jié)論

中國被認為是梨小食心蟲起源地之一，其研究起始于1936年陳方潔等的《中國果蟲名錄》，書中記述了梨小食心蟲的分布地區(qū)，包括浙江(奉化)、湖北和東北三省。1957年梨小食心蟲的分布有12省54縣[11]。1960年中國農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所在果樹害蟲中記錄了梨小食心蟲在我國的分布省份：黑龍江、遼寧、吉林、河北、河南、山東、山西、陜西、甘肅、寧夏、青海、四川、云南、廣西、湖北、江西、安徽、江蘇、浙江、福建、臺灣[12]。1973年7月我國新疆報道除蘋果蠹蛾外，發(fā)現(xiàn)梨小食心蟲[13]。到2011年，除西藏、海南未見有文獻報道，其它地區(qū)都有梨小食心蟲的發(fā)生。

梨小食心蟲分布地區(qū)與環(huán)境因子密切相關(guān)，適于寄主生長的地區(qū)可為梨小食心蟲提供豐富的食物，適宜的溫度、濕度和光周期為其正常生長發(fā)育提供保障。緯度的差異造成了梨小食心蟲寄主植物、環(huán)境溫度以及光周期的不同，梨小食心蟲發(fā)育起點溫度為7.81 ℃，光照周期15 L∶9D[14]，有效積溫為587.10日·度，最適發(fā)育溫度為26 ℃，低緯度年積溫高于高緯度，可知低緯度世代多于高緯度[15, 16]。在陳元生研究不同地理種群的棉鈴蟲發(fā)育起點溫度時，結(jié)果顯示隨棲息地緯度的降低，幼蟲發(fā)育起點溫度逐漸上升，棲息地緯度與發(fā)育起點溫度是負相關(guān)，據(jù)此推測在不同地區(qū)發(fā)生世代數(shù)南多北少，為精準預測害蟲發(fā)生期提供依據(jù)[17]。王怡研究光周期對梨小食心蟲的影響發(fā)現(xiàn)，緯度造成光周期差異會影梨小食心蟲的世代及種群數(shù)量[18]。除了緯度影響溫度，當海拔每升高1 000 m，溫度下降6 ℃，造成不同海拔上梨小食心蟲的世代也隨之發(fā)生變化。我國西部海拔高，東部海拔低，研究結(jié)果顯示高海拔的西藏高原未見梨小食心蟲的相關(guān)文獻，臺灣、香港、澳門、海南及南海諸島未見報道梨小食心蟲，具體原因需進一步研究。

基于地統(tǒng)計學的梨小食心蟲化性研究明確了梨小食心蟲分布的區(qū)域及不同世代可能的分布范圍，發(fā)現(xiàn)了緯度與海拔對梨小食心蟲的地理分布及化性起主要作用，對防控梨小食心蟲預測預報有指導意義，為有效治理梨小食心蟲提供了理論支持。但由于本研究基于地統(tǒng)計學IDW算法進行估測，存在一定誤差，要更精準反映梨小食心蟲化性的自然分布，需耗費大量人力、物力、財力實地核查，校驗后進一步修正才能更精準。