中哈邊境塔城區(qū)域遷飛性昆蟲雷達觀測研究初探

曹凱麗 汪姝玥 于冰潔

摘要 2017年和2018年6月至8月運用KC-08XVSD型昆蟲雷達，結(jié)合探照燈誘蟲器和地面誘蟲燈誘捕數(shù)據(jù)及地面氣象數(shù)據(jù)，分析了中哈邊境塔城區(qū)域空中昆蟲飛行特征及主要類群。結(jié)果表明：高空燈共誘捕到昆蟲151種，分屬12目50科，主要以鱗翅目和鞘翅目為主，地面燈共誘捕到昆蟲137種，分屬12目54科，主要以鞘翅目、半翅目、雙翅目和直翅目為主，其中高空燈下寬脛夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾的種群數(shù)量具有突增突減現(xiàn)象。雷達監(jiān)測結(jié)果顯示：燈下誘集到大量昆蟲時，雷達回波時間主要集中在22：00-02：00，回波高度主要集中在200～600 m，有明顯的成層現(xiàn)象和啞鈴形回波分布。偏西風(fēng)天氣、風(fēng)速在1.4～2.9 m/s時高空燈和地面燈誘蟲數(shù)量較多。研究結(jié)果為利用昆蟲雷達長期監(jiān)測中哈邊境昆蟲遷飛提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為深入探討中哈邊境區(qū)域害蟲遷飛規(guī)律和監(jiān)測預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 中哈邊境; 雷達觀測; 昆蟲遷飛; 飛行特征

中圖分類號： S 431.9 ?文獻標(biāo)識碼： A ?DOI： 10.16688/j.zwbh.2019042

Abstract The KC-08XVSD entomological radar was used to study the flight characteristics and the dominant species of aerial insects in Tacheng area along the China-Kazakhstan border during June-August of 2017 and 2018. The data from entomological radar， search light trap， ground light trap and surface meteorological data were integrated in this study. The experimental results indicated that there were 151 species of insects trapped by search light trap， belonging to 50 families and 12 orders， mainly Lepidoptera and Coleoptera， and 137 species of insects trapped by ground light trap， belonging to 54 families and 12 orders， mainly Coleoptera， Hemiptera， Diptera and Orthoptera. The insects Protoschinia scutosa， Anarta trifolii and Agrius convolvuli showed a phenomenon of sudden change in the number of their populations. The target echoes of entomological radar indicated that， when a large number of insects were trapped by the lamp， there was a significant peak period of target echo density from 22：00 to 02：00， and the migration altitude of insects was mainly concentrated at 200-600 m. Entomological radar screen showed that there were dumbbell-shaped distribution of echoes and layering phenomenon of insects. When the wind direction was westerly and the wind velocity was from 1.4 m/s to 2.9 m/s， more number of insects was trapped by search light and ground light. These results provide a reference for the long-term monitoring of insect migration by using entomological radar in the future， and provide a scientific basis for the further study on the migration rules of pests and the monitoring in the border areas of China and Kazakhstan.

Key words China-Kazakhstan border; radar observation; insect migration; flight characteristics

遷飛是昆蟲在時間和空間上躲避不良環(huán)境的策略，也是許多害蟲大范圍突發(fā)成災(zāi)的原因之一[1-2]。昆蟲遷飛多發(fā)生在夜間且飛行高度超出裸眼觀測范圍，導(dǎo)致對其預(yù)測預(yù)報較難[3-5]。昆蟲雷達（entomological radar）接收昆蟲身體反射雷達發(fā)出的電磁波，并通過回波解算獲得空中目標(biāo)的數(shù)量、遷移高度和速度及方向等重要參數(shù)[6-7]。國內(nèi)外學(xué)者先后借助昆蟲雷達技術(shù)對塞內(nèi)加爾小車蝗Oedaleus senegalensis Krauss、非洲黏蟲Spodoptera exempta （Walker）、草地螟Loxostege sticticalis Linnaeus、褐飛虱Nilaparvata lugens Stl和黃地老虎Agrotis segetum（Denis et Schiffermüler）等遷飛害蟲的飛行高度、速度和行為進行了研究，對建立遷飛害蟲早期預(yù)警體系具有重要意義[8-13]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，昆蟲雷達建制技術(shù)有了長足進步，昆蟲雷達的運轉(zhuǎn)模式已由單一掃描昆蟲雷達或垂直監(jiān)測昆蟲雷達模式融合創(chuàng)新出雙模式昆蟲雷達，在探測精度、盲區(qū)縮減、參數(shù)豐富度等方面都獲得了重要突破，新技術(shù)奠定了昆蟲雷達開展遷飛性害蟲監(jiān)測預(yù)警的應(yīng)用基礎(chǔ)[7，14]。

中國與哈薩克斯坦邊境（以下簡稱“中哈邊境”）塔城區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂?，具有豐富的植被類型[15]。在適宜的氣象條件下，害蟲跨境遷飛事件頻繁發(fā)生，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)帶來嚴(yán)重?fù)p失，該區(qū)域已經(jīng)報道的遷飛性害蟲有草地螟、亞洲飛蝗Locusta migratoria migratoria（L.）和意大利蝗Calliptamus italicus（L.）等[16-19]。截至目前，此區(qū)域僅有記錄遷飛性害蟲發(fā)生情況，對空中昆蟲類群、飛行高度等飛行參數(shù)未見報道。本研究在中哈邊境塔城區(qū)域運用姊妹燈、昆蟲雷達、氣象站等對空中昆蟲進行了監(jiān)測，經(jīng)初步分析，首次系統(tǒng)記錄了昆蟲種類和數(shù)量及重點種類在重要時期的昆蟲雷達圖像特征，結(jié)合高空和地面昆蟲誘捕及氣象數(shù)據(jù)，分析該區(qū)域地面和空中昆蟲數(shù)量動態(tài)變化，明確空中昆蟲飛行主要類群和飛行參數(shù)，以期為深入探討中哈邊境區(qū)域害蟲遷飛規(guī)律和對其監(jiān)測預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 研究地點

本研究監(jiān)測地點位于中哈邊境塔城區(qū)域“新疆師范大學(xué)中亞區(qū)域跨境有害生物聯(lián)合控制國際研究中心野外觀測實驗站”（以下簡稱“實驗站”，46°38′N，82°52′E，海拔443 m）。該監(jiān)測點位于庫魯斯臺草原（草甸草原），距離中哈邊境線約3 km，周圍地勢平坦開闊，無高大山脈、樹林及建筑物的遮擋，優(yōu)勢植物主要有芨芨草Achnatherum splendens（Trin.）Nevski、蘆葦Phragmites australis（Cav.）和鹽地堿蓬Suaeda salsa（Linn.）Pall.等，農(nóng)作物主要為玉米Zea mays Linn.和甜菜Beta vulgaris Linn.，耕作制度為一年一熟。

2 材料與方法

2.1 空中種群觀測工具

2.1.1 姊妹燈

姊妹燈即高空燈和地面燈，參考張智[20]文中的參數(shù)，委托北京普禾泰農(nóng)業(yè)科技有限公司加工制作，并配備時控開關(guān)。光源為1 000 W金屬鹵化物燈泡（ZJD，上海亞明）。

2.1.2 昆蟲雷達

本研究使用的KC-08XVSD型雙模式昆蟲雷達由無錫立洋電子科技有限公司研制生產(chǎn)，此雷達兼具垂直監(jiān)測昆蟲雷達和掃描昆蟲雷達功能，并引進雙路饋線技術(shù)，盲區(qū)可降至100 m左右，垂直監(jiān)測模式觀測高度范圍約為100～5 000 m，掃描模式下監(jiān)測范圍約3 000 m。

2.2 氣象數(shù)據(jù)

近地面氣象數(shù)據(jù)為中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的中國地面氣象資料日值數(shù)據(jù)集（V 3.0）。

2.3 研究方法

根據(jù)中哈邊境塔城區(qū)域氣候特征及昆蟲生長發(fā)育期，2017年和2018年研究開展時間為每年的6月10日至8月30日。監(jiān)測期內(nèi)，根據(jù)監(jiān)測點日落和日出時間，將每日誘蟲時間設(shè)置為北京時間22：00至翌日07：00。每日清晨更換誘蟲袋，小心取出誘捕袋中的昆蟲并進行數(shù)量統(tǒng)計和分類鑒定。鑒定主要依據(jù)《新疆昆蟲原色圖鑒》[21]《新疆林木害蟲野外識別手冊》[22]《中國草原害蟲圖鑒》[23]《北京燈下蛾類圖譜》[24]《中國昆蟲生態(tài)大圖鑒》[25]《農(nóng)田常見昆蟲圖鑒》[26]。

雷達觀測時，掃描模式下，監(jiān)測仰角有0°、15°、30°和45°，記錄數(shù)據(jù)格式有PPI（plan position indicator）和3PPI（3 plan position indicator）。此外，如果大量昆蟲過境，還使用RHI（range height indicator）模式進行觀測。雷達數(shù)據(jù)采集完成后自動存入電腦，利用非實時程序?qū)?shù)據(jù)進行解算，以便后期持續(xù)分析。

2.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析使用SPSS 19.0軟件，作圖使用Origin Pro 8.0軟件。

3 結(jié)果與分析

3.1 高空燈和地面燈誘蟲結(jié)果

燈誘結(jié)果表明（表1），高空燈和地面燈誘捕昆蟲種類差異較大，高空燈誘集到的昆蟲主要以鱗翅目和鞘翅目為主，地面燈誘集到的昆蟲主要以鞘翅目、半翅目、雙翅目和直翅目為主。

高空燈共誘捕到151種昆蟲，分屬12目50科，2017年誘捕昆蟲屬26科，天蛾科、夜蛾科和步甲科占主要優(yōu)勢，其中天蛾科以甘薯天蛾Agrius convolvuli（L.）為優(yōu)勢種，夜蛾科寬脛夜蛾P(guān)rotoschinia scutosa（G.）為優(yōu)勢種，步甲科婪步甲屬Harpalus為優(yōu)勢種;2018年誘捕昆蟲包括35科，天蛾科、夜蛾科、步甲科、龍虱科、金龜科、鰓金龜科和蟋蟀科占主要優(yōu)勢，其中天蛾科以甘薯天蛾為優(yōu)勢種，夜蛾科以旋歧夜蛾Anarta trifolii（H.）為優(yōu)勢種，步甲科以婪步甲屬為優(yōu)勢種，龍虱科以黃緣龍虱Cybister japonicus（D.）為優(yōu)勢種，金龜科以游蕩蜉金龜Aphodius erraticus（L.）為優(yōu)勢種，蟋蟀科以草原蟋Gryllus desertus Pallas為優(yōu)勢種。

地面燈共誘捕到137種昆蟲，分屬12目54科，2017年誘捕昆蟲屬21科，隱翅甲科和步甲科占主要優(yōu)勢，步甲科以婪步甲屬為優(yōu)勢種;2018年誘捕昆蟲屬31科，蝽科、隱翅甲科、步甲科和金龜科占主要優(yōu)勢，蝽科以蒼蝽Brachynema germarii Kolenati為優(yōu)勢種，金龜科以游蕩蜉金龜為優(yōu)勢種，步甲科以婪步甲屬為優(yōu)勢種。

3.2 重要昆蟲種類的數(shù)量動態(tài)變化

2017年和2018年的6月至8月隱翅甲科和婪步甲屬昆蟲誘集數(shù)量較多，因隱翅甲科昆蟲數(shù)量無明顯季節(jié)波動變化，婪步甲屬昆蟲未能鑒定到種，故未統(tǒng)計季節(jié)波動變化。

2017年寬脛夜蛾發(fā)生2次蟲量高峰期，7月25日達到最多，當(dāng)晚誘捕數(shù)量為616頭，誘蟲百分比為22.02%;甘薯天蛾發(fā)生2次蟲量高峰期，7月30日達到最多，當(dāng)晚誘捕數(shù)量為300頭，誘蟲百分比為32.43%;2018年旋歧夜蛾發(fā)生3次蟲量高峰期，8月8日達到最多，當(dāng)晚誘捕量為203頭，誘蟲百分比為17.11%;甘薯天蛾發(fā)生1次蟲量高峰期，8月21日達到最多，當(dāng)晚誘捕量為238頭，誘蟲百分比為23.63%（圖1）。

3.3 昆蟲雷達監(jiān)測

雷達觀測結(jié)果表明，相比0°、30°和45°仰角，15°仰角下觀察到的回波數(shù)量更多，一般22：00左右（日落時分）回波數(shù)量開始增多，回波數(shù)量主要集中在200～600 m的高度，至23：00左右達到高峰期，第2日凌晨02：00左右回波數(shù)量降低，直至06：00回波數(shù)量基本保持不變。2017年7月24日高空燈誘捕到大量寬脛夜蛾，誘蟲百分比為36.74%，同時雷達屏幕顯示大量回波點，除23：00和02：30回波數(shù)量集中在1 000 m高度外，其余時間段均主要集中在200～600 m高度，高峰期一直持續(xù)到04：00左右，回波點向東北方向移動（圖2和圖3）。

3.4 近地面風(fēng)向風(fēng)速對誘蟲數(shù)量的影響

2017年風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)（n=7，77.78%），風(fēng)速為1.8～2.9 m/s，高空燈和地面燈誘蟲數(shù)量顯著增加（P<0.05）（圖4）。2018年風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)（n=11，45.83%），風(fēng)速為1.4～2.3 m/s，高空燈和地面燈誘蟲數(shù)量顯著增加（P<0.05）（圖5）。風(fēng)速>2.9 m/s，風(fēng)向轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌较驎r誘蟲數(shù)量較少。

4 討論

本研究利用KC-08XVSD型雙模式昆蟲雷達對中哈邊境塔城區(qū)域空中昆蟲飛行特征及主要類群進行了初步研究，結(jié)果表明，7月中旬至8月初，空中飛行昆蟲數(shù)量較多，遷飛時段主要集中在22：00-02：00，分析原因與該時段地表迅速散熱，近地層空氣變成穩(wěn)定層，并自下而上逐漸形成接地逆溫層，有利于昆蟲遷飛有關(guān)[27-28]。研究發(fā)現(xiàn)，中哈邊境區(qū)域內(nèi)昆蟲遷飛高度主要集中在200～600 m，這與草地螟、棉鈴蟲Helicoverpa armigera等的研究結(jié)果基本一致[11，29-30]。截至目前，解釋空中昆蟲聚集成層的原因主要有“逆溫成層假說”（昆蟲在溫暖的氣流中成層遷飛）和“風(fēng)成層假說”（昆蟲在風(fēng)切變最強區(qū)域成層遷飛）[31-33]，中哈邊境塔城區(qū)域空中昆蟲聚集成層的原因還需進一步研究。

高空燈誘結(jié)果表明，寬脛夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾的數(shù)量具有突增突減現(xiàn)象，且出現(xiàn)日期與雷達監(jiān)測回波數(shù)量高峰期一致，但與同期地面燈誘捕數(shù)量卻不吻合，因此可初步判斷寬脛夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾在該地區(qū)具有一定的遷飛和擴散現(xiàn)象。本研究監(jiān)測點位于庫魯斯臺草原，主要植被類型為艾屬、藜科、禾本科和豆科等[34]，周邊農(nóng)作物有玉米、甜菜等，都是寬脛夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾的寄主植物[24，35]，適宜上述害蟲在該區(qū)域發(fā)生為害。2018年每日誘捕昆蟲的平均數(shù)量為2017年的3～5倍，主要由2018年地面誘捕到大量隱翅甲科昆蟲所致。2018年監(jiān)測點附近牛羊放牧數(shù)量較2017年多，大量的牛羊糞便為隱翅甲科昆蟲生長繁殖提供了食物來源。近地面風(fēng)速風(fēng)向?qū)Ω呖諢艉偷孛鏌粽T蟲數(shù)量具有較大影響，兩年研究結(jié)果表明偏西風(fēng)、風(fēng)速在1.4～2.9 m/s時誘蟲數(shù)量較多，這可能主要跟塔城區(qū)域地形條件和特定的環(huán)流形勢有關(guān)[36]。塔城區(qū)域常年盛行東風(fēng)或西風(fēng)[36]，為害蟲遷出或遷入提供有利的氣象條件，本研究結(jié)果表明偏西風(fēng)時遷飛昆蟲數(shù)量多，因此在昆蟲遷飛盛期，偏西風(fēng)天氣需重點監(jiān)測。風(fēng)速大小是影響昆蟲遷飛的關(guān)鍵因子之一，適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速條件下可以誘捕到更多的昆蟲數(shù)量[37]，本研究表明風(fēng)速在1.4～2.9 m/s時可以誘捕到大量昆蟲。

中哈邊境塔城區(qū)域具有703萬 hm2天然草場[38]，是多種害蟲重要發(fā)生地。本研究初步明確了中哈邊境塔城區(qū)域具有遷飛能力的害蟲類群，并確定了其飛行參數(shù)等基本信息，為進一步建立中哈邊境害蟲跨境遷飛監(jiān)測預(yù)警體系提供技術(shù)支持。由于本研究所用雷達在X波段工作，發(fā)射的波長3.2 cm，監(jiān)測盲區(qū)在100 m以下區(qū)域，體型較小或飛行高度較低的昆蟲可能沒有監(jiān)測到。另外，2017年和2018年，高空燈連續(xù)15 d誘捕到遷飛能力較強的群居型亞洲飛蝗，平均每日誘蟲百分比為0.86%，雖未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模遷飛暴發(fā)成災(zāi)事件，但表明中哈邊境區(qū)域亞洲飛蝗仍具有嚴(yán)重發(fā)生的可能性，因此仍需加強監(jiān)測預(yù)警研究及技術(shù)應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯： 田 喆）