2020年江蘇省稻飛虱蟲源地及暴發(fā)成因分析

張 國，朱 鳳,于居龍，張新鳳，周 晨，張建華，趙來成，姚克兵，焦 楊，束兆林*

(1. 江蘇丘陵地區(qū)鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇句容 212400；2. 江蘇省植物保護(hù)植物檢疫站，南京 210014；3.江蘇鎮(zhèn)江國家農(nóng)業(yè)科技園，江蘇句容 212403)

江蘇省稻作歷史悠久，年均水稻OryzasativaL.種植面積約2 300 000 ha，水稻總產(chǎn)值一直穩(wěn)居全國前列，是我國重要的糧食生產(chǎn)省份之一(苗翠翠等, 2011; 佴軍等, 2012)，同時也是稻飛虱的重發(fā)區(qū)。自2012年以來，隨著種植制度、水稻品種以及用藥方式的改變，江蘇省稻飛虱發(fā)生面積逐年減少，發(fā)生程度普遍較輕(朱鳳等, 2021)。但2020年，稻飛虱在江蘇省沉寂了近10年后再次卷土重來，導(dǎo)致部分地區(qū)水稻產(chǎn)量損失慘重，其暴發(fā)種群的形成原因值得研究。

稻飛虱是典型的r-對策型害蟲，具有極高的內(nèi)稟增長率，對環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在外界條件適宜的情況下極易暴發(fā)成災(zāi)。2005-2007年褐飛虱NilaparvatalugensSt?l連續(xù)3年在我國長江中下游地區(qū)大暴發(fā)，程家安和祝增榮(2006)通過歷史資料比對分析，認(rèn)為2005年褐飛虱暴發(fā)成災(zāi)的主要原因是單季稻面積擴(kuò)大和濫用化學(xué)藥劑所致。齊國君等(2010)認(rèn)為，皖南地區(qū)單季稻種植面積的擴(kuò)大，顯著增加了當(dāng)?shù)貑渭局械尽㈦p季晚稻中褐飛虱的種群數(shù)量和危害程度，也導(dǎo)致了近年來長江三角洲地區(qū)頻繁出現(xiàn)褐飛虱的后期遷入。張國等(2018)通過分析江西省泰和縣2008-2013年褐飛虱的田間調(diào)查及燈誘數(shù)據(jù)，并結(jié)合氣象資料，認(rèn)為后期遷入蟲量、秋季溫度以及晚稻田早期遷入蟲量是導(dǎo)致泰和縣晚稻田褐飛虱連年暴發(fā)的主要原因。關(guān)于江蘇省稻飛虱暴發(fā)成因的研究多集中于2012年之前，且多為一年一地或多年一地的個例性分析(陳元洲等, 2007; 易紅娟等, 2008; 2012)，對于省域尺度下稻飛虱暴發(fā)成因尚缺乏系統(tǒng)的研究。

因此，本文通過分析江蘇省2020年的燈誘及田間調(diào)查數(shù)據(jù)，并結(jié)合氣象資料，探討稻飛虱在江蘇省沉寂近10年后再次暴發(fā)的成因，以期為江蘇省稻飛虱災(zāi)變預(yù)警和可持續(xù)治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 蟲情數(shù)據(jù)

2020年江蘇省40個站點(diǎn)白背飛虱SogatellafurciferaHorváth、褐飛虱燈誘數(shù)據(jù)，褐飛虱田間數(shù)據(jù)及2011-2021年稻飛虱發(fā)生程度數(shù)據(jù)均由江蘇省植物保護(hù)植物檢疫站提供。2017-2020年句容市稻飛虱防治日期及所用藥劑由句容市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心提供。

1.2 氣象數(shù)據(jù)

地面溫度和降雨數(shù)據(jù)由哥白尼氣候變化服務(wù)(Copernicus Climate Change Service, C3S, http://cds.climate.copernicus.eu)數(shù)據(jù)平臺下載，分辨率為0.1°×0.1°，時間間隔為1 h的格點(diǎn)數(shù)據(jù)。句容監(jiān)測點(diǎn)溫、濕度資料由句容市氣象局提供。

1.3 稻飛虱燈誘高峰日的選擇

依據(jù)《稻飛虱測報調(diào)查規(guī)范》(GB/T 15794-2009)，從出現(xiàn)稻飛虱成蟲量突增日到高峰后突減日為止，為一個峰期，峰期中蟲量最多的日期為高峰日；前一峰的突減日和后一峰的突增日之間相距3 d以內(nèi)的，則計(jì)入同一峰期。在本研究中，峰期的每一天均做回推軌跡，白背飛虱與褐飛虱分開統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)上述高峰日選擇方法，選擇白背飛虱燈誘數(shù)據(jù)較為完整的8個站點(diǎn)，共得到86個高峰日；選擇褐飛虱燈誘數(shù)據(jù)較為完整的5個站點(diǎn)，共得到37個高峰日。

1.4 軌跡分析參數(shù)設(shè)置

由于稻飛虱體型微小，當(dāng)風(fēng)速高于1.6 m/s時，被認(rèn)為是完全順風(fēng)遷飛(Furunoetal., 2005)，因此把稻飛虱在空中的遷飛過程視為空氣質(zhì)點(diǎn)移動，可用軌跡分析模型模擬其遷飛路線。軌跡分析使用NOAA的HYSPLIT平臺計(jì)算稻飛虱的遷飛軌跡。

軌跡回推參數(shù)設(shè)置如下：(1)稻飛虱是順風(fēng)遷移的。(2)稻飛虱在日出前或日落后1 h內(nèi)起飛(翟保平, 2005)。(3)稻飛虱夏季一般300～2 500 m高度飛行，秋季在100～1 500 m，但最大密度一般出現(xiàn)在1 000 m左右(鄧望喜, 1981; Rileyetal., 1991; 1994)。白背飛虱體重較輕，遷飛能力強(qiáng)，遷飛高度比褐飛虱高。因此設(shè)定白背飛虱飛行高度距地面1 000 m、1 500 m和1 800 m；褐飛虱飛行高度為距地面800 m、1 000 m、1 200 m和1 500 m。(4)遷飛過程為1次性飛行，回推軌跡以降蟲區(qū)為起點(diǎn)，以降落時間為起始時刻(早5 ∶00)，向前每隔1 h的整點(diǎn)回推一次，回推至稻飛虱的起飛時刻(前一晚19 ∶00)，且最大時長不超過36 h(蘆芳等, 2013; 史金劍等, 2014)。(5)回推軌跡落點(diǎn)時間必須符合褐飛虱的起飛節(jié)律，落點(diǎn)地區(qū)無極端氣象條件，如降雨、大風(fēng)等，落點(diǎn)地區(qū)必須要有合適生育期(乳熟期以后)的水稻及長翅型成蟲(鄭大兵等, 2011)。

1.5 稻飛虱早期遷入與經(jīng)緯度相關(guān)分析

取稻飛虱首個燈誘高峰日日期及首個高峰日燈誘蟲量，將高峰日日期數(shù)值化處理，即6月1日為數(shù)值1，6月2日為數(shù)值2，6月3日為數(shù)值3，以此類推；燈誘蟲量取對數(shù)值。分別將白背飛虱與褐飛虱首個遷入高峰日日期和蟲量與所在監(jiān)測點(diǎn)經(jīng)緯度做相關(guān)性分析。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用Grads氣象圖形軟件提取ERA5的地面逐時再分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行氣象繪圖處理，利用Visual FoxPro軟件提取回推軌跡所需時刻的落點(diǎn)進(jìn)行分析，后導(dǎo)入ArcGIS地理信息系統(tǒng)，將蟲源地落點(diǎn)按1°×1°范圍計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，以不同顏色梯度表示該范圍內(nèi)落點(diǎn)數(shù)量多少，顏色越深，則該區(qū)域有效落點(diǎn)越多，來自該地區(qū)的稻飛虱蟲源概率越大，最后將各個站點(diǎn)蟲源地疊加，以此表示江蘇省2020年稻飛虱蟲源地分布，進(jìn)行作圖分析。利用Origin Lab和SPSS對燈誘及田間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 2011-2021年江蘇省稻飛虱發(fā)生規(guī)模分析

2011-2021年江蘇省稻飛虱發(fā)生程度總體較輕，其中發(fā)生程度為2級(偏輕發(fā)生)的年份有8年，發(fā)生程度為3級(一般發(fā)生)的年份為2012年和2013年，2020年江蘇省稻飛虱發(fā)生面積為6 769.307萬畝次，發(fā)生程度為近11年中最高，是近11年中的唯一偏重發(fā)生年份(圖1)。

圖1 2011-2021年江蘇省稻飛虱發(fā)生規(guī)模Fig.1 Occurrence scale of rice planthoppers in Jiangsu Province from 2011 to 2021

2.2 稻飛虱早期遷入與經(jīng)緯度的關(guān)系

江蘇省各站點(diǎn)燈誘結(jié)果顯示，2020年白背飛虱首個遷入高峰日的遷入蟲量與緯度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，緯度越高，遷入蟲量越少，但與經(jīng)度無顯著相關(guān)性。首個遷入峰的遷入時間與緯度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，緯度越高，遷入時間越晚；與經(jīng)度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，經(jīng)度越高，遷入時間越早(圖2-A, B, C, D)。2020年褐飛虱首個遷入峰的遷入時間與緯度呈顯著正相關(guān)，即緯度越高，遷入時間越晚，但與經(jīng)度無顯著相關(guān)性；首個遷入峰的遷入蟲量與經(jīng)、緯度均無顯著相關(guān)性(圖2-E, F, G, H)。

圖2 白背飛虱(A～D)與褐飛虱(E～H)首個遷入峰遷入蟲量、時間同經(jīng)緯度的關(guān)系Fig.2 Relationship between the number and time of WBPH (A～D) and BPH (E～H) in first migration peak with latitude and longitude注：蟲量為對數(shù)值，日期6月1日為1、6月2日為2、6月3日為3、以此類推。Note: The number of BPH was log10, June 1 was 1, June 2 was 2, June 3 was 3, and so on.

2.3 2020年江蘇省稻飛虱蟲源地分析

2.3.1白背飛虱蟲源地分析

通過白背飛虱回推軌跡落點(diǎn)得知，贛榆縣白背飛虱蟲源地主要位于安徽中部以及鄂、贛、皖三省交界處，射陽縣白背飛虱主要來自于江蘇南部以及浙江北部，江都區(qū)白背飛虱蟲源地主要位于浙江南部、江西中、北部地區(qū)，靖江市白背飛虱蟲源地主要位于江西東北部以及湘、贛交界地區(qū)，通州區(qū)白背飛虱主要來自于蘇、浙交界以江西東北部，高淳區(qū)白背飛虱蟲源地主要位于湖北東部以及湘、贛交界地區(qū)，宜興市白背飛虱主要來自于江西中、南部，張家港市白背飛虱則主要來自于鄂、贛、皖三省交界地區(qū)以及湘、贛交界地區(qū)?？傮w而言，2020年江蘇省白背飛虱蟲源地主要位于江西中、北部、湖北東部以及湖南東部(圖3)。

圖3 2020年江蘇省不同站點(diǎn)白背飛虱蟲源地分布Fig.3 Distribution of source areas of WBPH in Jiangsu Province in 2020注：A，贛榆；B，射陽；C，江都；D，靖江；E，通州；F，高淳；G，宜興；H，張家港；I，8個站點(diǎn)匯總。Note: A, Ganyu; B, Sheyang; C, Jiangdu; D, Jingjiang; E, Tongzhou; F, Gaochun; G, Yixing; H, Zhang Jiagang; I, Summary of 8 sites.

2.3.2 褐飛虱蟲源地分析

褐飛虱回推軌跡落點(diǎn)可知，2020年高淳區(qū)褐飛虱主要來自于安徽南部、浙江北部以及江西東北部，江都區(qū)褐飛虱蟲源地則主要分布于江蘇省中南部以及安徽南部，通州區(qū)褐飛虱主要來自于上海、浙江北部，張家港市褐飛虱蟲源地主要分布于江蘇省南部、浙江北部以及上海?？傮w而言，2020年江蘇省褐飛虱蟲源地主要分布于江蘇省南部、安徽省南部、浙江北部以及江西省中北部(圖4)。

圖4 2020年江蘇省不同站點(diǎn)褐飛虱蟲源地分布Fig.4 Distribution of source areas of BPH in Jiangsu Province in 2020注：A，高淳；B，江都；C，通州；D，宜興；E，張家港；F，5個站點(diǎn)匯總。Note: A, Gaochun; B, Jiangdu; C, Tongzhou; D, Yixing; E, Zhang Jiagang; F, Summary of 5 sites.

2.4 降雨對江蘇省稻飛虱早期遷入的影響

江蘇省地處長江下游地區(qū)，6月份開始陸續(xù)進(jìn)入水稻移栽期。通過分析2020年6-7月份江蘇省逐時降雨量可知，自6月中旬開始直至7月中旬，蘇中、蘇南地區(qū)有近一個月持續(xù)降水期，這段時間恰好是白背飛虱遷入時期，其中靖江在6月中旬出現(xiàn)遷入峰，張家港、高淳在6月中、下旬均有一個遷入峰。7月份，宜興、靖江、高淳、贛榆等多個監(jiān)測點(diǎn)遷入峰多出現(xiàn)在上、中旬，與降雨呈明顯的吻合趨勢(圖5，6)。

圖5 2020年6月份江蘇省逐小時降雨量(A)及部分站點(diǎn)燈誘蟲量(BCD)Fig.5 Hourly precipitation and light-trap catches of WBPH in Jiangsu Province in June 2020注：A，降雨量為118°E至122°E平均值，下圖同。Note: A, Average precipitation from 118°E to 122°E, the same below.

圖6 2020年7月份江蘇省逐小時降雨量(A)及部分站點(diǎn)燈誘蟲量(BCDE)Fig.6 Hourly precipitation and light-trap catches of WBPH in Jiangsu Province in July 2020

2.5 秋季溫、濕度對褐飛虱田間蟲量的影響

田間蟲量調(diào)查，結(jié)果顯示，太倉、宜興等6站點(diǎn)2020年田間褐飛虱百叢蟲量在9月下旬均超過3 000頭，其中太倉、鹽都兩站點(diǎn)百叢褐飛虱蟲量均在10 000頭以上，贛榆百叢蟲量超過100 000頭。就百叢短翅型蟲量來看，9月上旬，各站點(diǎn)蟲量均已達(dá)到60～80頭左右，其中鹽都和贛榆2站點(diǎn)直至9月下旬，其百叢蟲量仍在100頭以上，這也是兩站點(diǎn)在9月末田間百叢蟲量破萬的主要原因(圖7)。2020年9月上旬，以句容監(jiān)測點(diǎn)為代表，其最高氣溫在30℃左右，平均氣溫在25℃左右，至中、下旬，溫度雖有所下降，但最高溫度仍在25℃以上，平均氣溫在22℃左右，十分有利于褐飛虱的生長發(fā)育。就相對濕度而言，9月中旬，句容監(jiān)測點(diǎn)相對濕度均在80%以上，至9月下旬，相對濕度仍在70%以上，利于褐飛虱發(fā)生(圖8)。

圖7 太倉、宜興、江都、靖江、鹽都、贛榆6站點(diǎn)2020年褐飛虱田間蟲量Fig.7 Number of BPH in rice fields in Taicang, Yixing, Jiangdu, Jingjiang, Yandu and Ganyu in 2020注：柱狀圖為田間百叢蟲量，折線圖為田間百叢短翅型蟲量。Note: The bar chart type was total number of BPH per 100 hills, the line chart type was number of brachypterous BPH per 100 hills.

圖8 2020年9月份句容監(jiān)測點(diǎn)溫、濕度Fig.8 Temperature and relative humidity in Jurong in September, 2020

3 結(jié)論與討論

江蘇省位于長江下游稻區(qū)，屬暖溫帶至亞熱帶過渡性季風(fēng)氣候區(qū)，亦是我國稻飛虱的常年重發(fā)區(qū)。2020年，江蘇省稻飛虱在沉寂了近10年后，再次大發(fā)生，為測報工作敲響了警鐘。江蘇省每年遷入的稻飛虱均來自南方稻區(qū)，其中江西省中、北部是2020年江蘇省白背飛虱的主要蟲源地，而安徽南部及浙江北部則是2020年江蘇省褐飛虱的主要蟲源區(qū)。這可能與兩種飛虱遷入期不同有關(guān)，江蘇省白背飛虱主遷入期在6月中下旬至7月份，而褐飛虱主遷入期則要到8月下旬至9月份，季節(jié)風(fēng)向的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致兩種飛虱蟲源地有所不同。Hu等(2014)通過分析長三角地區(qū)后期褐飛虱蟲源地發(fā)現(xiàn)，長三角本地、皖南及贛北是長三角地區(qū)后期褐飛虱主要蟲源地，與本研究結(jié)果類似。此外，江西省水稻種植制度多樣，既有大面積的雙季稻種植區(qū)，還有一定面積的單季中稻，其復(fù)雜的種植制度十分有利于稻飛虱的繁殖，也為江蘇稻區(qū)提供了連續(xù)不斷的遷入蟲源(張國等, 2018)。從6月下旬至7月份，江西省早稻田及中稻田均能提供大量的遷出白背飛虱，而2020年江蘇省白背飛虱遷入峰也主要出現(xiàn)在此時期。與江西省種植制度不同，皖南及浙北主要以單季中稻為主，8月下旬至9月份，這兩地水稻陸續(xù)進(jìn)入灌漿至成熟期，在風(fēng)向合適的情況下能為江蘇省帶來大量褐飛虱蟲源(Huetal., 2011)。而本研究結(jié)果也表明2020年江蘇省褐飛虱主要來自于這兩地。

降雨是導(dǎo)致稻飛虱降落的一個主要因素(譚涵秋等, 1984)。2005年，華南、江南南部和西南單季中稻區(qū)出現(xiàn)的多次遷入峰均與同期大范圍的連續(xù)性降水有關(guān)(翟保平和程家安, 2006)。2007年 5月下旬至6月中旬，江西省中、南部出現(xiàn)連續(xù)性降雨，與此同時，多個站點(diǎn)出現(xiàn)罕見的白背飛虱遷入峰(Zhangetal., 2016)。蔡文華等(1998)通過分析1975-1992年19個植保站燈誘資料并結(jié)合大氣環(huán)流形勢，發(fā)現(xiàn)褐飛虱在春夏季北遷以及秋季回遷時，絕大多數(shù)是伴隨降雨和下沉氣流降落在福建省的。包云軒等(2014)研究結(jié)果表明降雨對褐飛虱遷入的影響明顯，但有限制條件，一般降雨量大、降雨日數(shù)多的年份褐飛虱遷入量大、發(fā)生程度較重。2020年江淮地區(qū)梅雨期偏長，梅雨期間雨量顯著偏多，強(qiáng)降水過程頻繁，覆蓋范圍廣(楊夢兮等, 2020)，江蘇省多個站點(diǎn)在此期間出現(xiàn)了明顯的遷入峰，其中高淳、靖江等站點(diǎn)單燈單日白背飛虱遷入蟲量均為數(shù)千頭，為近年之最。早期的大量遷入為江蘇省帶來了豐富的蟲源，有利于后期蟲量的積累。

2020年江蘇省褐飛虱遷入峰較少，遷入蟲量低，但至9月末，鹽都、太倉、贛榆、靖江等地褐飛虱百叢蟲量均達(dá)到萬頭以上，部分田塊甚至冒穿，其原因可能是在9月上旬，田間短翅型褐飛虱百叢蟲量較高，為后期蟲量快速增長奠定了基礎(chǔ)。與此同時，2020年9月份，江蘇南部地區(qū)氣溫較常年整體偏高0.5℃～1℃，十分有利于褐飛虱的暴發(fā)。許多研究表明，褐飛虱暴發(fā)的適宜條件是“涼夏暖秋”，而“暖秋”更是影響褐飛虱種群增長的關(guān)鍵(李汝鐸, 1984; 程家安等, 1992)。石寶坤等(2014)通過分析不同溫度對褐飛虱發(fā)育、存活和產(chǎn)卵的影響，發(fā)現(xiàn)22℃～25℃褐飛虱若蟲存活率最高。而2020年9月上旬句容監(jiān)測點(diǎn)平均溫度為25℃，至9月中下旬，氣溫雖有所下降，但平均溫度仍在22℃左右，導(dǎo)致田間褐飛虱蟲量居高不下。與此同時，2012年以來，稻飛虱連年的輕發(fā)生也可能導(dǎo)致部分農(nóng)戶在 2020年忽視了稻飛虱的嚴(yán)重程度。病蟲情報顯示，蘇南地區(qū)2017-2019年對稻飛虱防治均結(jié)束于水稻破口期(8月下旬或9月初)(表1)，當(dāng)2020年稻飛虱再次暴發(fā)時，部分農(nóng)戶未能緊密追蹤田間褐飛虱動態(tài)實(shí)施充分的防治，加之褐飛虱對吡蚜酮、噻蟲嗪和烯啶蟲胺等常用藥劑抗性的上升引起的防治效果的下降(全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，2021)，也可能對2020年后期稻飛虱暴發(fā)起到促進(jìn)作用。

表1 2017-2020年句容稻飛虱防治時間及藥劑Table 1 Prevention time and pesticide varieties of rice planthoppers in Jurong County from 2017 to 2020

續(xù)表1 Continued table 1

綜上所述，2020年江西中、北部是江蘇省早期遷入的白背飛虱主要蟲源地，而安徽南部和浙江北部則是江蘇省后期遷入褐飛虱的主要蟲源地，江淮地區(qū)6-7月份的超長梅雨期為江蘇省帶來了大量的早期遷入蟲源，9月初田間大量短翅型成蟲為后期褐飛虱的暴發(fā)奠定了基礎(chǔ)，加之秋季適宜的溫度和抗藥性等綜合原因，導(dǎo)致了稻飛虱在江蘇省消沉近10載后再次暴發(fā)。需要指出的是，本研究僅分析了江蘇省2020年稻飛虱暴發(fā)成因，但要闡明該省份稻飛虱的發(fā)生規(guī)律，還需要針對其他年份不同發(fā)生程度的成因進(jìn)行詳細(xì)分析，從而全面明確稻飛虱在江蘇省的暴發(fā)規(guī)律及形成機(jī)制。