基于GIS的新疆小麥主要蟲害適生區(qū)預測

梁雙喜，劉 琦

新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院農(nóng)林有害生物監(jiān)測與安全防控重點實驗室，新疆烏魯木齊830052

小麥是新疆主要的糧食作物之一，小麥的安全生產(chǎn)對新疆糧食供需平衡和區(qū)域糧食安全至關重要[1]。而小麥蟲害對小麥的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)存在潛在風險。小麥蟲害種類較多，其中常見且危害嚴重的有麥蚜蟲、麥蜘蛛和麥紅吸漿蟲[2-4]。針對蟲害發(fā)生條件的研究，是進行蟲害測報的關鍵依據(jù)。張傳海[5]通過田間蟲害調查數(shù)據(jù)和氣象資料來預測麥蚜蟲的發(fā)生情況，提出溫度是決定蚜蟲流行的關鍵因素。宮錫鴻等[6]采用馬爾可夫分析法證明了該方法可對麥蜘蛛的發(fā)生趨勢進行超長期預測。夏明聰?shù)萚7]研究了鄭州市麥蜘蛛的發(fā)生規(guī)律，其中麥長腿蜘蛛的適溫為15℃~20℃，適宜濕度在50%以下；麥圓蜘蛛喜陰濕，適溫為8℃~15℃，適宜濕度為80%以上。而麥紅吸漿蟲為害小麥的方式主要為幼蟲吸食灌漿的小麥籽粒汁液，李建軍等[8]認為麥紅吸漿蟲成蟲只在抽穗而未楊花的麥穗上產(chǎn)卵，并且溫度低于10℃~11℃時不產(chǎn)卵。袁鋒等[9]研究發(fā)現(xiàn)溫度是影響吸漿蟲成蟲產(chǎn)卵的主要氣象因素，成蟲最適宜活動溫度為20℃~25℃，30℃以上或15℃以下成蟲都不活動，10℃以下會引起成蟲死亡。Jacquemin等[10]揭示了降雨是影響吸漿蟲危害程度的主要因素。郁振興等[11]結合GIS分析了新鄉(xiāng)市麥紅吸漿蟲的區(qū)域分布情況，揭示了其在當?shù)匕l(fā)生的空間格局，其空間分布模擬圖對小麥吸漿蟲防治具有指導意義。

本研究依據(jù)小麥主要害蟲的發(fā)生規(guī)律和影響其發(fā)生的主要氣候因素，對其在新疆發(fā)生程度和范圍進行了預測，揭示其在各地區(qū)發(fā)生的區(qū)域性規(guī)律，為新疆小麥主要蟲害的預測預報、精準防控、農(nóng)業(yè)安全及政府決策提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

空間數(shù)據(jù)：本研究所使用的新疆地區(qū)省級、縣級行政區(qū)劃圖均來自中國國家基礎地理信息中心（http://www.ngcc.cn/ngcc/）。新疆數(shù)字高程模型（DEM）由地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http://www.gscloud.cn/）所提供的30 m空間分辨率影像，使用ENVI 5.2軟件進行DEM圖像預處理。

氣象數(shù)據(jù)：本研究所使用氣象數(shù)據(jù)由國家氣象科學數(shù)據(jù)中心（http://data.cma.cn/）提供的中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0），包括新疆2010—2020年的42個氣象站點每年12個月的日均溫、降雨量、站點經(jīng)緯度和海拔等信息，利用Excel 2019進行數(shù)據(jù)整理，并導入ArcGIS軟件進行后續(xù)處理分析。

1.2 方法

1.2.1 麥蚜蟲適生區(qū)劃區(qū)劃指標：影響小麥蚜蟲發(fā)生的關鍵因素為小麥灌漿期與乳熟期的溫度、濕度。麥二叉蚜以2010—2020年間新疆各氣象站點的5月中旬均溫和濕度為區(qū)劃指標；麥長管蚜以5月上旬的均溫及濕度為區(qū)劃指標[12-13]。麥二叉蚜的適宜濕度為35%~67%[12]，麥長管蚜的適宜濕度為40%~80%，兩者區(qū)劃溫度劃分標準見表1。

表1 麥蚜適生區(qū)劃指標

區(qū)劃方法：根據(jù)上述麥蚜蟲適生區(qū)劃指標，首先計算出新疆各氣象站點的5月上旬、中旬的平均氣溫及旬平均濕度。使用基于DEM的球面模型下的普通克里格差值方法，得出新疆整個區(qū)域的氣溫分布圖；使用反距離權重法對濕度進行插值，得到新疆地區(qū)的濕度分布圖。通過柵格計算器對氣溫分布圖和濕度分布圖進行疊加分析，利用ArcGIS軟件進行統(tǒng)計分析和區(qū)劃制圖。

1.2.2 麥蜘蛛適生區(qū)劃區(qū)劃指標：麥圓蜘蛛以2010—2020年間新疆各氣象站點的4月中旬的均溫及濕度作為區(qū)劃指標；麥長腿蜘蛛以5月上旬均溫及濕度作為區(qū)劃指標。麥圓蜘蛛喜陰濕，適宜濕度為40%以上，最適濕度為70%以上[14]。麥長腿蜘蛛喜干旱，適宜濕度為60%以下[15]。兩者區(qū)劃溫度劃分標準見表2。麥蜘蛛?yún)^(qū)劃方法與麥蚜蟲的區(qū)劃方法相同。

表2 麥蜘蛛適生區(qū)劃指標

1.2.3 麥紅吸漿蟲適生區(qū)劃區(qū)劃指標：影響麥紅吸漿蟲發(fā)生的關鍵因素為冬季低溫、4月降水量和5月中旬均溫。根據(jù)新疆氣象數(shù)據(jù)可知，新疆冬季低溫均滿足麥紅吸漿蟲的發(fā)生條件，因此本研究在對麥紅吸漿蟲進行區(qū)劃的過程中只考慮4月降水量和5月中旬均溫，其具體劃分依據(jù)見表3[9]。麥紅吸漿蟲區(qū)劃方法與麥蚜蟲的區(qū)劃方法相同。

表3 麥紅吸漿蟲適生區(qū)劃指標

2 結果與分析

2.1 麥蚜蟲適生區(qū)劃

在新疆主要發(fā)生的麥蚜有麥長管蚜和麥二叉蚜。根據(jù)圖1區(qū)劃結果，表明麥二叉蚜更適合在新疆生存，其主要發(fā)生在新疆北部，而麥長管蚜適生性較低（圖2）。根據(jù)麥二叉蚜的區(qū)劃標準，高適生區(qū)主要包括：新疆北部、阿勒泰大部分地區(qū)、昌吉回族自治州、哈密地區(qū)中部、吐魯番西北部、烏魯木齊部分地區(qū)、塔城地區(qū)、伊犁地區(qū)、巴州地區(qū)北部、阿克蘇地區(qū)北部、克州地區(qū)和喀什西部。此處主要為近山地區(qū)，由于夏季冷涼且有高山融雪，其溫度和濕度均適宜麥二叉蚜的繁殖和越夏，容易形成蟲源的累積，在氣候條件適宜的年份會造成麥蚜蟲大面積發(fā)生，可嚴重為害小麥生產(chǎn)，高適生區(qū)占新疆總面積13.24%。中適生區(qū)主要包括：新疆北部各地區(qū)及阿克蘇地區(qū)、克州地區(qū)、喀什地區(qū)和巴州地區(qū)北部。此區(qū)域主要圍繞高適生區(qū)分布，部分由高適生區(qū)蟲源繁殖后遷飛到平原地區(qū)，構成中適生區(qū)的初始蟲源，占新疆總面積的14.62%。低適生區(qū)主要包括和靜縣。一般是由周圍的高適生區(qū)或中適生區(qū)經(jīng)繁殖后遷入，由于溫度或濕度不適宜蚜蟲的繁殖和越冬或者越夏，缺少本地積累的蟲源，一般不會造成嚴重的危害，面積占比4.13%。

圖1 新疆麥二叉蚜適生區(qū)劃

圖2 新疆麥長管蚜適生區(qū)劃

2.2 麥蜘蛛適生區(qū)劃

根據(jù)區(qū)劃結果，在新疆地區(qū)適合發(fā)生的麥蜘蛛有麥長腿蜘蛛和麥圓蜘蛛，其中麥長腿蜘蛛在新疆各個麥區(qū)均可發(fā)生，且其適生性強于麥圓蜘蛛（圖3、4）。高適生區(qū)主要分布在阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)、哈密地區(qū)西北部、昌吉州、吐魯番北部、烏魯木齊、伊犁地區(qū)、巴州地區(qū)北部及東南部、阿克蘇地區(qū)北部、克州地區(qū)、喀什地區(qū)南部、和田地區(qū)南部，占新疆總面積30%。此處整體適生性較強，其氣候環(huán)境適宜麥長腿蜘蛛的發(fā)生和繁殖，隨著歷年蟲源的積累，極易在氣候適宜年份大面積發(fā)生，對小麥生產(chǎn)造成嚴重損失。中適生區(qū)主要包括塔城地區(qū)中部、博州地區(qū)東部、阿克蘇地區(qū)中部、巴州地區(qū)和哈密地區(qū)，占新疆總面積的21.22%。主要分布在干旱平原地區(qū)，該地區(qū)溫度較高，而麥長腿蜘蛛對溫度敏感，當溫度高于20℃時，在產(chǎn)卵后即死亡。低適生區(qū)主要分布在吐魯番、哈密市和巴州局部地區(qū)。該地區(qū)溫度過高且濕度較低，不利于麥長腿蜘蛛的繁殖和為害麥苗，缺少蟲源的累積，一般危害較輕或不會造成危害，占新疆總面積的5.75%。

圖3 新疆麥長腿蜘蛛適生區(qū)劃

2.3 麥紅吸漿蟲適生區(qū)劃

根據(jù)圖5區(qū)劃結果，高適生區(qū)主要分布在哈密地區(qū)西部、吐魯番東部、塔城地區(qū)東部和伊犁局部，面積占比0.8%。在小麥拔節(jié)期前后麥紅吸漿蟲從土壤中破繭上升，此時對土壤濕度要求較高，而新疆大部分地區(qū)4月降水較少，因此限制了麥紅吸漿蟲幼蟲破繭上升。中適生區(qū)主要包括昌吉州、塔城地區(qū)西北部和伊犁地區(qū)局部，面積占比3.24%。對降水進行插值分析時，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)降水較多，滿足麥紅吸漿蟲破繭上升所需的土壤濕度，并且5月中旬溫度較適宜，能夠滿足地表的麥紅吸漿蟲羽化產(chǎn)卵，導致這些地區(qū)為中適生區(qū)。低適生區(qū)：阿勒泰地區(qū)西部、塔城地區(qū)、昌吉州東部、哈密地區(qū)西部、吐魯番東部、伊犁地區(qū)中部、巴州地區(qū)和克州地區(qū)局部，面積占比17.52%。該區(qū)域降水較少，基本滿足麥紅吸漿蟲破繭上升所需的土壤濕度，并且溫度較高，導致部分幼蟲無法化蛹羽化，因此為低適生區(qū)。

圖5 新疆麥紅吸漿蟲適生區(qū)劃

3 結論

基于上述結果，新疆北部麥區(qū)更適合小麥蟲害的發(fā)生。其中，麥二叉蚜和麥長腿蜘蛛是新疆主要發(fā)生的害蟲，適生程度高。在某些降雨異?；蛘邷囟犬惓５哪攴菘赡軙е乱恍┓沁m生區(qū)變?yōu)檫m生區(qū)，但其缺少蟲卵和成蟲的歷年累積過程，無法造成重大危害。麥紅吸漿蟲高適生區(qū)較少，但輕中適生區(qū)在新疆北部面積占比達到20.76%，麥紅吸漿蟲具有生活隱蔽、幼蟲滯育多態(tài)性的特點，當環(huán)境惡劣時麥紅吸漿蟲幼蟲可重新潛入土壤結繭，在條件適宜時羽化，并且種群增長迅速，極易在氣候適宜年份暴發(fā)成災，對小麥安全生產(chǎn)存在潛在威脅。張建平[4]、胡新云[16]等研究了新疆部分地區(qū)小麥蟲害發(fā)生特點，其發(fā)生趨勢與本文預測結果相同，證明本研究方法可行，研究結果為新疆蟲害的預測預報提供了理論依據(jù)。

隨著氣候變暖，小麥主要害蟲發(fā)育歷期縮短、種群增長、繁殖加快，危害呈加重趨勢。并且由于未來氣候變化使新疆區(qū)域性降水異常、容易導致小麥蟲害如麥紅吸漿蟲的大面積發(fā)生。適生區(qū)劃也會根據(jù)氣候變化和害蟲生態(tài)適應性而發(fā)生變化。

通過氣象數(shù)據(jù)、小麥蟲害發(fā)生主導因子、地理信息數(shù)據(jù)等材料，運用基于DEM氣溫修正插值和反距離權重法，研究了新疆小麥主要蟲害的適生區(qū)劃。結果表明：麥二叉蚜和麥長腿蜘蛛在新疆麥區(qū)適生程度高，主要分布在新疆北部，麥二叉蚜在低、中、高適生區(qū)面積占比分別為4.13%、14.62%、13.24%，麥長腿蜘蛛在低、中、高適生區(qū)面積占比分別為5.75%、21.22%、30.00%。麥長管蚜和麥圓蜘蛛喜陰濕，其發(fā)生繁殖對濕度要求較高，因此不適合發(fā)生在新疆，僅發(fā)生在水澆地和低濕陰涼的麥田，麥長管蚜在低、中、高適生區(qū)面積占比分別為11.26%、0.49%、1.11%，麥圓蜘蛛在低、中、高適生區(qū)面積占比分別為5.18%、17.09%、0%。麥紅吸漿蟲在新疆各地均有分布，但其低、中、高適生區(qū)面積占比分別為17.52%、3.24%、0.80%。在新疆小麥種植和蟲害防控過程中，可根據(jù)小麥主要蟲害的可發(fā)生區(qū)劃結果進行調整，促進“藥肥雙減”、達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質增效的目的。

圖4 新疆麥圓蜘蛛適生區(qū)劃