地形因子對(duì)剛竹毒蛾危害的影響初探

周紫嫣 胡新宇 林璐 黃旭影 許章華 周華康 許婼楠 吳可欣

摘要 剛竹毒蛾是竹的最主要食葉性害蟲(chóng)，嚴(yán)重影響竹林健康與竹業(yè)生產(chǎn)，掌握其空間分異規(guī)律對(duì)開(kāi)展該蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)與防控工作具有重要意義。以福建省延平區(qū)為研究區(qū)，基于剛竹毒蛾危害分布與地形數(shù)據(jù)，采用空間疊置分析等方法，統(tǒng)計(jì)不同地形條件下蟲(chóng)害分布占比，依此探究地形因子對(duì)該蟲(chóng)害的影響。結(jié)果表明，隨著海拔、坡度的升高，蟲(chóng)害分布占比呈現(xiàn)先升后降特征，海拔500～800 m、坡度10°～24°為主要危害區(qū)域;東、東北、東南3個(gè)坡向的蟲(chóng)害分布占比最高，合計(jì)達(dá)57.09%;蟲(chóng)害與坡位的關(guān)系表現(xiàn)為“高集中”特征，主要分布于山脊，占比高達(dá)71.63%;其次為山谷，占比21.94%。該文證實(shí)地形因子對(duì)剛竹毒蛾危害具有重要影響，據(jù)此建議對(duì)海拔500～800 m，坡度10°～24°，東向、東北向、東南向及山脊、山谷區(qū)域的蟲(chóng)害予以重點(diǎn)監(jiān)測(cè)與防控。

關(guān)鍵詞 地形因子;剛竹毒蛾;疊置分析;延平區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：S763.42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2020）02-061-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.024

Preliminary Study on the Influence of Topographic Factors on the Damage of Pantana phyllostachysae Chao

ZHOU Zi-yan? et al（College of Environment and Resources，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350108）

Abstract Pantana phyllostachysae Chao is the most important leaf-eating pest of bamboo，which seriously affects the health of bamboo forests and bamboo production. Mastering the law of spatial differentiation is of great significance for the monitoring and prevention of this pest. Taking Yanping District of Fujian Province as the study area，based on the hazard distribution and topographic data of the P. phyllostachysae，spatial overlay analysis was used to calculate the proportion of pest distribution under different topographic conditions，and the influence of topographic factors on the pests was explored. The results showed that with the increase of altitude and slope，the distribution of pests had the characteristics of increasing first and then decreasing，with the altitude of 500-800 m and the slope of 10°-24° being the main. The east，northeast and southeast were the highest proportion of pests，with the total proportion of 57.09%. The relationship between pests and slopes was characterized by "high concentration"，which was mainly distributed on ridges，accounting for 71.63%，followed by valleys，accounting for 21.94%. This paper confirms that the topographic factors have an important impact on the damage of the P. phyllostachysae. According to this，we will focus on monitoring and controlling pests in the east，northeast，southeast，and ridge and valley areas at an altitude of 500-800 m and a slope of 10°-24°.

Key words? ?Topographic factors;Pantana phyllostachysae Chao;Overlay analysis;Yanping District

剛竹毒蛾（Pantana phyllostachysae Chao）屬鱗翅目毒蛾科竹毒蛾屬，分布于福建、江西、浙江等省區(qū)，是竹的最主要食葉性害蟲(chóng)[1]，也是我國(guó)林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)的對(duì)象之一。該蟲(chóng)害暴發(fā)成災(zāi)時(shí)，寄主蟲(chóng)口密度急劇上升，短時(shí)間內(nèi)即可將竹葉取食殆盡，使竹材變脆，重則成片枯死，狀如火燒，嚴(yán)重影響竹林健康與竹業(yè)生產(chǎn)，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失[2-5]。因此，掌握其發(fā)生與發(fā)展規(guī)律，開(kāi)展剛竹毒蛾危害監(jiān)測(cè)工作意義重大。學(xué)界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，除自身的生物學(xué)特性外，大部分森林病蟲(chóng)害的發(fā)生發(fā)展與自然地理、林分結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件、食物天敵及人為活動(dòng)等諸因素相關(guān)。其中，地形因子不僅直接影響植物與昆蟲(chóng)分布，其與溫度、濕度等還有著密切聯(lián)系，從而影響蟲(chóng)害的發(fā)生概率[6-8]。Grodzki等[9]研究了云杉八齒小蠹的垂直分布特征，發(fā)現(xiàn)位于海拔800 m以上的寄主死亡率較高，且蟲(chóng)口密度及蟲(chóng)體大小較低海拔處更大;Cramer[10]通過(guò)對(duì)山地地形和溫度進(jìn)行分析，以此研究蟲(chóng)害的有效控制方法;許章華等[11]提出一種適于南方山地丘陵區(qū)馬尾松毛蟲(chóng)蟲(chóng)害信息提取的方法，就重點(diǎn)考慮了地形因子的影響;馬望等[12]發(fā)現(xiàn)海拔、溫度和濕度等因素與華山松大小蠹發(fā)生率有顯著正相關(guān)關(guān)系，且坡度與海拔的交互作用對(duì)華山松大小蠹發(fā)生率有顯著影響。由此可見(jiàn)，探究蟲(chóng)害在不同地形條件下的分布規(guī)律，分析地形因子對(duì)蟲(chóng)害的影響是森林蟲(chóng)害的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與防控的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。剛竹毒蛾是我國(guó)特有的一種森林蟲(chóng)害，國(guó)外尚未見(jiàn)報(bào)道。對(duì)于該蟲(chóng)害的研究，還主要局限于其生物學(xué)特性及防治技術(shù)方面[13-14];近年還有學(xué)者開(kāi)展剛竹毒蛾危害下的毛竹葉片光譜特征波長(zhǎng)及基于毛竹葉片理化參數(shù)的剛竹毒蛾危害檢測(cè)等研究工作[15-16]。但是，還未總結(jié)地形因子對(duì)剛竹毒蛾危害的影響規(guī)律。鑒于此，筆者旨在獲取剛竹毒蛾危害區(qū)及地形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，初步探究海拔、坡度、坡向、坡位等常用地形指標(biāo)對(duì)該蟲(chóng)害的影響規(guī)律，為進(jìn)一步研究該蟲(chóng)害的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

以南平市延平區(qū)為研究區(qū)域（圖1），該區(qū)地理范圍為117°50′～118°40′ E，26°15′～26°52′ N，總面積2 659.7 km2，地勢(shì)表現(xiàn)為南北高、東西低的馬鞍狀，在山地丘陵中，夾有許多小型山間盆谷地形，多沿溪河分布。延平區(qū)氣候溫和，森林資源豐富，素有“森林之窗，本甲全閩”之稱(chēng)。截至2015年底，區(qū)內(nèi)土地面積26.6萬(wàn)hm2，其中林地面積19.4萬(wàn)hm2，竹林面積3.92萬(wàn)hm2，毛竹也是剛竹毒蛾最為重要的寄主。近10年來(lái)，延平區(qū)每年各類(lèi)林業(yè)病蟲(chóng)害發(fā)生面積近4.08萬(wàn)hm2，主要有剛竹毒蛾、馬尾松毛蟲(chóng)、松材線(xiàn)蟲(chóng)病等，剛竹毒蛾等食葉性害蟲(chóng)的發(fā)生面積呈逐年上升的趨勢(shì)。

1.2 數(shù)據(jù)收集

1.2.1 剛竹毒蛾危害分布數(shù)據(jù) 該數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“剛竹毒蛾危害下的毛竹林遙感響應(yīng)機(jī)理研究（41501361）”的研究成果，反映延平區(qū)2017年剛竹毒蛾危害分布情況，將蟲(chóng)害等級(jí)劃分為無(wú)危害、輕度危害、中度危害、重度危害4級(jí)。該數(shù)據(jù)基于Landsat 8 OLI遙感影像，利用耦合遙感響應(yīng)特征的剛竹毒蛾危害檢測(cè)方法獲得。主要流程是：根據(jù)地面確定的各項(xiàng)剛竹毒蛾危害的毛竹表征選擇并獲取與之對(duì)應(yīng)的遙感指標(biāo)，包括葉面積指數(shù)LAI、特征光譜指數(shù)CSI、歸一化差值山地植被指數(shù)NDMVI、全局植被濕度指數(shù)GVMI，耦合上述各項(xiàng)指標(biāo)，基于隨機(jī)森林構(gòu)建檢測(cè)模型[17-21]。

1.2.2 地形數(shù)據(jù) 來(lái)源于“地理空間數(shù)據(jù)云”網(wǎng)站下載的ASTER GDEM 30 m空間分辨率DEM數(shù)據(jù)。由于研究需要，保持上述數(shù)據(jù)空間投影與坐標(biāo)信息的一致性。

1.3 蟲(chóng)害數(shù)據(jù)處理

1.3.1 蟲(chóng)害數(shù)據(jù)二值化處理? ?該文僅討論剛竹毒蛾在不同地形條件下的發(fā)生率與分布情況問(wèn)題，故將剛竹毒蛾危害分布數(shù)據(jù)進(jìn)行二值化，即將輕度危害、中度危害、重度危害歸并為蟲(chóng)害發(fā)生區(qū)域（圖2）。

1.3.2 剛竹毒蛾蟲(chóng)害分布占比 通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同等級(jí)地形因子下蟲(chóng)害發(fā)生的面積和所有蟲(chóng)害發(fā)生面積之比來(lái)計(jì)算蟲(chóng)害分布占比，公式如下：

P=Ai/A×100%（1）

式中，P為剛竹毒蛾蟲(chóng)害分布占比;Ai為在某地形條件下的分布面積;A為蟲(chóng)害總面積。

1.4 地形因子提取

1.4.1 海拔 海拔是DEM最直觀(guān)的表現(xiàn)形式，通常也是地形因子提取的基礎(chǔ)。不同的海拔高度往往影響著溫度、濕度等一系列環(huán)境因子的變化，對(duì)昆蟲(chóng)和植被的生活環(huán)境產(chǎn)生影響。

1.4.2 坡度 坡度是對(duì)地表單元陡緩程度的反映，能間接地表示地形的起伏狀態(tài)，也是各種地學(xué)分析模型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，同時(shí)坡度還影響地表物質(zhì)流動(dòng)與能量轉(zhuǎn)換的規(guī)模和強(qiáng)度，是制約生產(chǎn)力空間布局的重要因子。

1.4.3 坡向 坡向是坡面法線(xiàn)在水平面上的投影方向，對(duì)于山地生態(tài)有著較大的影響，在一定程度上影響著地表生態(tài)環(huán)境的變化。對(duì)于地面任何一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，坡向表征了該點(diǎn)高程值改變量的最大變化方向。

1.4.4 坡位 坡位由坡位指數(shù)（Topo？鄄graphic Position Index，TPI）反映。該指數(shù)的基本原理為：用某點(diǎn)高程與周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)平均高程的差，結(jié)合該點(diǎn)的坡度，來(lái)確定其在坡面上所處的部位[22]。TPI對(duì)于地貌分類(lèi)有著十分重要的意義，其表達(dá)式為：

式中，TPI為坡位指數(shù);Z為研究對(duì)象高程值;為鄰域高程均值。TPI的取值與鄰域的范圍大小密切相關(guān)，其形狀可以是圓形、環(huán)形、方形或者定制的不規(guī)則形狀。坡位分類(lèi)與坡位指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

1.5 地形因子對(duì)蟲(chóng)害影響的分析方法

將蟲(chóng)害數(shù)據(jù)與地形因子進(jìn)行疊置分析，統(tǒng)計(jì)不同地形條件下剛竹毒蛾危害面積占比，分析地形與蟲(chóng)害分布占比的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 海拔對(duì)剛竹毒蛾危害的影響

圖3顯示，隨著海拔的升高，剛竹毒蛾危害分布占比呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，大體表現(xiàn)為開(kāi)口向下的拋物線(xiàn)特征。具體表現(xiàn)為：在海拔200～600 m的區(qū)域內(nèi)，蟲(chóng)害分布占比不斷上升，從最初的4.31%逐漸達(dá)到32.23%的峰值;在海拔600～800 m的區(qū)域內(nèi)，蟲(chóng)害分布占比下降，從32.23%下降為29.18%;海拔800 m以上區(qū)域，蟲(chóng)害分布占比下降速率有所加快，從29.18%下降到16.94%。剛竹毒蛾蟲(chóng)害主要分布于海拔500～800 m的區(qū)域，在600 m左右達(dá)到峰值。

2.2 坡度對(duì)剛竹毒蛾危害的影響

圖4顯示，隨著坡度的增加，剛竹毒蛾的危害占比呈現(xiàn)先升后降的特征，大致也表現(xiàn)為開(kāi)口向下的拋物線(xiàn)特征，但在達(dá)到峰值后，分布占比下降的速度在不同的坡度條件下有較大差異。具體表現(xiàn)為：在8°～16°區(qū)域內(nèi)，蟲(chóng)害分布占比由11.57%上升到34.46%;在16°～24°區(qū)域內(nèi)，蟲(chóng)害分布占比從34.46%下降為25.01%;在24°～32°區(qū)域內(nèi)，蟲(chóng)害分布占比基本不變，約為25.01%;在32°～40°區(qū)域內(nèi)，蟲(chóng)害分布占比急速下降，由25.01%迅速下降到3.7%;在40°～48°的區(qū)域內(nèi)，蟲(chóng)害分布占比下降的速率又趨緩，當(dāng)坡度達(dá)48°時(shí)，蟲(chóng)害分布占比僅有0.25%。由此可見(jiàn)，剛竹毒蛾危害主要分布于10°～24°的坡度范圍內(nèi)，在坡度為16°左右時(shí)達(dá)到峰值。

2.3 坡向?qū)傊穸径晡：Φ挠绊?/p>

將坡向分為“平坡+八方向”，“八方向”由北開(kāi)始，順時(shí)針依次統(tǒng)計(jì)，得到不同坡向條件下剛竹毒蛾危害的分布占比（圖5）。總的來(lái)看，蟲(chóng)害分布占比呈現(xiàn)以東向?yàn)橹行南騼蓚?cè)方向遞減的特征。東、東北、東南3個(gè)坡向的蟲(chóng)害分布占比最高，其中東向21.86%、東北向18.43%、東南向16.80%，合計(jì)占比57.09%;西北向的蟲(chóng)害分布占比最小，為3.93%。

2.4 坡位對(duì)剛竹毒蛾危害的影響

剛竹毒蛾危害與坡位的關(guān)系表現(xiàn)為“高集中”特征。圖6顯示，剛竹毒蛾危害主要分布于山脊，占比高達(dá)71.63%;其次為山谷，占比21.94%;在此2種坡位條件下，集中了超過(guò)90%的蟲(chóng)害。而在上坡、中坡、下坡、平坡等其他坡向，剛竹毒蛾危害的分布面積極少，合計(jì)僅占6.43%。

3 結(jié)論與討論

上述結(jié)果證實(shí)，剛竹毒蛾危害呈現(xiàn)明顯的空間分異特征，在蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)與防控工作中，地形因子對(duì)剛竹毒蛾危害分布的影響不可忽視。綜合來(lái)看，這主要與剛竹毒蛾的生活習(xí)性有關(guān)。海拔差異導(dǎo)致植被生長(zhǎng)環(huán)境中溫度、濕度等要素的差異[23-24]。隨著海拔的增高，氣溫降低，濕度降低，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定水平時(shí)，竹的開(kāi)始繁殖能力減弱，竹林分布較少，而剛竹毒蛾在此環(huán)境下活動(dòng)不活躍，故當(dāng)蟲(chóng)害分布占比達(dá)到高峰后，隨著海拔的升高蟲(chóng)害現(xiàn)象減少。緩坡地帶水土較為豐饒，適于竹子生長(zhǎng)，竹林分布面積大，為剛竹毒蛾提供豐富的取食來(lái)源，因此，在坡度低于32°的區(qū)域內(nèi)，蟲(chóng)害分布比例大。從坡向看，蟲(chóng)害主要分布于東、東北、東南等方向，這顯然與光照緊密相關(guān)。竹喜陽(yáng)，剛竹毒蛾的暴發(fā)成災(zāi)也需要充足的光照與溫度，因此，在上述坡向區(qū)域內(nèi)，蟲(chóng)害分布占比較大。在坡位方面，山谷地帶土壤水肥條件好，有利于竹子的生長(zhǎng)，而山脊地帶的日照和空氣條件較好，竹子的光合作用和呼吸作用速率加快，同樣有利于竹子的生長(zhǎng)，陳梅香等[25]和尹承隴等[26]的研究也表明，山谷和山脊區(qū)域的蟲(chóng)害發(fā)生率更高。此外，植被對(duì)害蟲(chóng)侵染均有抗性，當(dāng)竹生長(zhǎng)情況良好時(shí)，其抗性更強(qiáng)，反之亦然。由此可見(jiàn)，地形因子對(duì)剛竹毒蛾危害影響的機(jī)制復(fù)雜，還有待于今后的進(jìn)一步研究。

海拔、坡度、坡向及坡位等地形因子與剛竹毒蛾蟲(chóng)害分布占比有著密切聯(lián)系。隨著海拔的升高，剛竹毒蛾危害分布占比呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，剛竹毒蛾蟲(chóng)害主要分布于海拔500～800 m的區(qū)域，在600 m左右達(dá)到峰值;隨著坡度的增加，剛竹毒蛾的危害占比呈現(xiàn)先升后降的特征，剛竹毒蛾危害主要分布于10°～24°的坡度范圍內(nèi)，在坡度為16°左右時(shí)達(dá)到峰值;蟲(chóng)害分布占比呈現(xiàn)以東向?yàn)橹行南騼蓚?cè)方向遞減的特征，東、東北、東南3個(gè)坡向的蟲(chóng)害分布占比最高，合計(jì)占比57.09%，西北向的蟲(chóng)害分布占比最小，為3.93%;剛竹毒蛾危害主要分布于山脊，占比高達(dá)71.63%;其次為山谷，占比21.94%。在森防檢疫工作中，建議對(duì)海拔500～800 m，坡度10°～24°，東向、東北向、東南向及山脊、山谷區(qū)域予以重點(diǎn)監(jiān)測(cè)與防控。

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責(zé)任編輯：鄭丹丹