長白山紅松球果螟發(fā)生與氣象要素的相關(guān)性

張伶俐，成 坤，牛麗君，阮文哲

(1.長白山氣象局，吉林 二道白河 133613；2.長白山氣象與氣候變化吉林省重點實驗室，吉林 二道白河 133613；3.長白山科學(xué)研究院，吉林 二道白河 133613)

長白山紅松闊葉林為地帶性植被類型[1-3]，是生物多樣性豐富地區(qū)，有著代表溫帶森林的動物區(qū)系.研究表明，低海拔紅松徑向生長主要受生長季降水限制，中海拔和高海拔紅松徑向生長主要受當(dāng)年7月氣溫限制，尤其是低溫的限制作用明顯[4].春季4月是紅松由休眠進入生長季的關(guān)鍵時期，氣溫升高有助于地溫升高和林地積雪融化，促進紅松根系活動和地上部分萌動，有利于生長[5].紅松與長白山物種豐富度關(guān)系密切，對維持生態(tài)系統(tǒng)群落完整性具有重要意義[6]，因此，紅松球果蟲害問題值得關(guān)注.近年來，受全球氣候變化及人工采摘球果的影響[7]，長白山地區(qū)紅松球果螟發(fā)生率整體呈上升趨勢，且波動較大，對當(dāng)?shù)厣稚锒鄻有援a(chǎn)生了影響，對許多以紅松種子為食的動物構(gòu)成了威脅.已有關(guān)于長白山地區(qū)球果螟發(fā)生及感染因素的研究，開展了初步的統(tǒng)計工作.球果螟蟲害研究在我國起步較早，其破壞紅松球果的研究已經(jīng)比較深入，發(fā)現(xiàn)了球果螟生長與氣象因子的關(guān)系[8].本次研究將分析長白山1999—2017年氣象因子與紅松球果螟發(fā)生率的相關(guān)性，為監(jiān)測和防治森林病蟲害提供科學(xué)依據(jù).

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉林省東南部的長白山國家級自然保護區(qū)(41°23′～42°36′N，126°55′～129°08′E)，該地氣候?qū)贉貛Т箨懠撅L(fēng)性氣候，冬季長，寒冷干燥；夏季短，溫?zé)岫嘤?；春季風(fēng)大干燥，天氣多變；秋季涼爽短暫.

1.2 樣本采集

球果蟲害率調(diào)查地點在長白山寒蔥溝一帶，海拔710～860 m，采樣時間為2000—2017年每年8月.氣象數(shù)據(jù)為1999—2017年長白山二道氣象站和東崗氣象站的常規(guī)觀測資料，兩個氣象站的海拔分別為721.4 m和774.0 m，歷年氣象因子平均值采用1981—2010年數(shù)據(jù).

1.3 數(shù)據(jù)分析

分析紅松球果螟年度發(fā)生率與氣象因子關(guān)系.分析當(dāng)年蟲害發(fā)生率與當(dāng)年1—8月氣象因子的相關(guān)性，并與前一年9—12月氣象因子進行落后交叉相關(guān)分析.計算公式：R=CORREL(array1，array2)，其中：數(shù)組array1代表氣象因子；數(shù)組array2代表球果螟年度發(fā)生率.氣溫采用兩個氣象站月平均值，降水量、光照時間為兩站月平均總值，大風(fēng)日數(shù)為春季(3—5月)日平均風(fēng)力在6級(10.8 m/s)以上或陣風(fēng)達7級以上的日數(shù)，冬季極端低溫日數(shù)指前一年12月至當(dāng)年2月日最低氣溫≤-32 ℃的日數(shù).氣象資料經(jīng)過距平處理，降水量采用距平百分率.

1.4 球果螟生活史及感染率劃分

臧楠[9]的研究表明，吉林省現(xiàn)有5種梢斑螟分布，分別為冷杉梢斑螟(Dioryctriaabietella(Densis et Schiffermuller))、赤松梢斑螟(Dioryctriasylycstrella(Ratzeburg))、松小梢斑螟(DioryctriapryeriRegonot)、微紅梢斑螟(DioryctriarubellaHampson)和許茨云杉梢斑螟(DioryctriaschuetzeellaFuchs)，其中前4種為害紅松.參照吉林省東部山區(qū)球果螟生活史[8]可知：長白山球果螟生活史以老熟幼蟲過冬，越冬幼蟲翌年4月下旬開始活動，直至6月下旬仍有越冬幼蟲活動.5月下旬越冬幼蟲陸續(xù)老熟開始化蛹(具體化蛹日期根據(jù)氣溫回升情況判定)，6月中旬發(fā)現(xiàn)卵，成蟲開始羽化，6月下旬為化蛹末期.幼蟲于7月上旬開始孵化，此時也為羽化盛期，后交尾產(chǎn)卵，7月下旬為產(chǎn)卵盛期，8月中、下旬為產(chǎn)卵末期，8月下旬為羽化末期，羽化期約兩個月左右.9月中旬開始進入越冬期，直至9月下旬幼蟲全部離開球果，進入樹梢越冬.

本文定義球果螟發(fā)生率為k.級別劃分：k≤10%，微度；10%50%，重度.

2 研究結(jié)果

長白山球果螟發(fā)生率與氣象因子的相關(guān)性見表1.由表1可知：前一年12月降水量、11月降水量和當(dāng)年5月降水量與當(dāng)年球果螟發(fā)生率相關(guān)性好；前一年9月氣溫與球果螟發(fā)生率正相關(guān)，前一年11月和12月日照時間與球果螟發(fā)生率負相關(guān)，球果螟發(fā)生率與前一年冬季極端低溫日數(shù)和低溫強度明顯相關(guān)，1月累積積溫距平對球果螟發(fā)生率有指示意義.

表1 長白山球果螟發(fā)生率與氣象因子相關(guān)系數(shù)Tab.1 Correlation coefficient between the incidence of Dioryctria abietella Schiff and meteorological factors in Changbai Mountain

2.1 降水量與紅松球果螟發(fā)生率的關(guān)系

1999—2017年18 a通過0.05顯著性檢驗的臨界值為0.46.計算球果螟發(fā)生率與氣象因子的相關(guān)系數(shù)可知：與降水量距平百分率相關(guān)明顯的氣象因子有前一年12月降水量(R=0.52，P=0.032<0.05)、前一年11月降水量(R=0.46，P=0.042<0.05)和當(dāng)年5月降水量(R=0.53，P=0.009 5<0.01).見圖1.作為保護屏障，降水可以提高越冬幼蟲的存活率.由圖1可見：前一年12月和當(dāng)年5月降水特別多，球果螟發(fā)生率較高(2005年).5月降水量也與球果螟發(fā)生率正相關(guān)，此時長白山球果螟越冬幼蟲陸續(xù)外出活動，降水多，植被含水量高，有利于球果螟進入樹梢鉆食為害.

2.2 前一年9月氣溫與紅松球果螟發(fā)生率的關(guān)系

由表1可知：前一年9月氣溫與球果螟發(fā)生率正相關(guān)(R=0.46，P=0.042<0.05)，說明球果螟幼蟲進入冬眠時對氣溫有要求，9月氣溫高有利于幼蟲進入紅松枝干冬眠.9月氣溫距平變化趨勢對球果螟發(fā)生率較上一年增減也有較好的指示意義.同時，9月氣溫高的年份，其降水量也呈略多趨勢.前一年 9月溫度距平與球果螟發(fā)生率關(guān)系見圖1.

長白山紅松球果螟4月下旬開始活動，并于5月下旬陸續(xù)化蛹，故5月上旬和中旬是紅松球果螟越冬幼蟲外出活動的旺盛時期，但5月整體溫度變化與球果螟發(fā)生率呈負相關(guān)(R=-0.33)，差異不顯著.球果螟發(fā)生率高值年(2005年和2016年)4—5月溫度變化見圖3.由圖3可知：球果螟發(fā)生率高的年份4月回暖(日平均氣溫較歷年同期偏高6 ℃)偏早，或回暖晚但回暖明顯(連續(xù)5 d日平均氣溫偏高4 ℃以上)；球果螟低發(fā)生率年(如2010年)，4月回暖晚，整體溫度偏低，且5月回暖快且溫度偏高.再結(jié)合降水看，在化蛹過程中，5月前期溫度越低、降水越多越有利于球果螟幼蟲外出活動.5月長白山區(qū)多東北冷渦、低空切變活動，有利于持續(xù)降水發(fā)生，5月末也正是越冬幼蟲轉(zhuǎn)化為蛹的時期，故階段性高、低溫也是預(yù)測球果螟發(fā)生率的著眼點.

2.3 日照時間與球果螟發(fā)生率的關(guān)系

由落后交叉相關(guān)分析可知：前一年11月和12月的日照時間與球果螟發(fā)生率負相關(guān)，其中11月系數(shù)為-0.48，12月為-0.46，均通過了0.05信度檢驗，此時日照時間越短越有利于球果螟越冬幼蟲生存.

2.4 極端低溫與球果螟發(fā)生率的關(guān)系

由圖4 a可知，前一年冬季(前一年12月至當(dāng)年2月)日最低氣溫≤-32 ℃的時間波動較大.其中，1999—2001年顯著上升，之后明顯下降再上升，2001年達到峰值(20 d)，2000年是次峰值(18 d)，2004年為10 d，都集中在1月份.通過相關(guān)性分析可知：極端低溫日數(shù)多年感染率最低，相關(guān)系數(shù)高達-0.78(P<0.01)，日最低氣溫≤-32 ℃可能接近越冬幼蟲死亡的臨界溫度，2000年和2001年極端低溫持續(xù)時間和極端低溫強度達到近30 a極值，該年球果螟發(fā)生率也是最低的(不足2%).由此可見，前一年冬季極端低溫日數(shù)越多、溫度越低預(yù)示著存活的越冬幼蟲越少，其對當(dāng)年發(fā)生率低的貢獻最大.

圖4 b可知：春季大風(fēng)日數(shù)與球果螟發(fā)生率沒有顯著關(guān)系，但通過實地考察發(fā)現(xiàn)，長白山地區(qū)球果螟發(fā)生率具有明顯的空間分布特征，后期可以重點分析二道站和東崗站風(fēng)向與觀測樣本地風(fēng)向的變化規(guī)律，詳細分析風(fēng)向?qū)η蚬l(fā)生率空間分布的影響.

2.5 積溫對球果螟發(fā)生率的影響

與極端低溫日數(shù)不同，累積積溫表明某一時期內(nèi)累積氣溫變化情況，兩者對農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)估和病蟲害發(fā)生率預(yù)測[10-11]都有一定的指示意義.由相關(guān)分析可知，1月累積積溫與球果螟發(fā)生率呈正相關(guān)(R=0.30)，差異不顯著.借助1981—2017年1月累積積溫距平值分析積溫對球果螟發(fā)生率的影響，結(jié)果見圖5.由圖5可知：近37 a長白山二道站1月累積積溫距平呈上升趨勢，增長率為3.1 ℃/a.其中，有兩個低谷期，分別為1981年和2000年；21世紀以來，連續(xù)2 a積溫距平為負值的分別為2000—2001年和2011—2012年，但只有2000年和2001年累積積溫特別低，而這兩年球果螟發(fā)生率不足2%，故1月累積積溫較歷年同期明顯偏低也可作為球果螟發(fā)生率較低的一個判據(jù).

3 結(jié)論與討論

本文研究表明：氣溫、降水、光照、冬季極端低溫和累計積溫是影響長白山地區(qū)球果螟發(fā)生率的主要氣象因子.幼蟲轉(zhuǎn)化為越冬幼蟲時氣溫回升有利于次年球果螟發(fā)生；前冬多降雪有利于越冬幼蟲存活；秋末偏暖、日照時間偏多對次年球果螟發(fā)生有正貢獻；當(dāng)年5月降水、1月累積積溫、冬季極端低溫對球果螟發(fā)生率預(yù)測有指示意義.由于紅松球果螟生長史極不規(guī)律，同時，采集的球果螟發(fā)生率數(shù)據(jù)單一，未實地考察球果螟發(fā)育各個階段對氣象因子的響應(yīng)，因此，未構(gòu)建紅松球果螟發(fā)生率預(yù)測模型.本次研究也發(fā)現(xiàn)，6—8月氣象因子與球果螟發(fā)生率的相關(guān)系數(shù)不高.今后將進一步開展球果螟生長發(fā)育各個階段是否存在致死高溫，夏季階段性高、低溫對球果螟繁殖的影響研究.