苜蓿薊馬空間動(dòng)態(tài)與作物布局關(guān)系研究

摘 要：【目的】明確寧夏南部山區(qū)苜蓿薊馬空間種群動(dòng)態(tài)與作物環(huán)境布局之間的關(guān)系?！痉椒ā坷酶呖者b感無人機(jī)獲取寧夏南部山區(qū)4個(gè)研究區(qū)域的遙感圖片，經(jīng)處理后計(jì)算其景觀格局指數(shù)，明確景觀與薊馬種群動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系。【結(jié)果】離散核心區(qū)數(shù)量（NDCA）、總邊界長（TE）、總面積比（CA/TA）、核心區(qū)面積均值（Core_MN）、斑塊豐度密度（PRD）與薊馬發(fā)生量相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.99～0.97?！窘Y(jié)論】南部山區(qū)在梯田、臺塬上種植苜蓿，對于薊馬控制具有地形優(yōu)勢;薊馬在跨越高低起伏的地形上，必須依靠一定的氣象條件才能順利轉(zhuǎn)移;但生境破碎化，容易造成薊馬爆發(fā)成災(zāi)。

關(guān)鍵詞：景觀; 苜蓿薊馬; 空間動(dòng)態(tài); 寧夏南部山區(qū)

中圖分類號：S433.89 " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " "文章編號：1002-204X（2024）03-0030-06

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2024.03.008

Spatial Dynamics of Alfalfa Thrips and Relationship with Crop Layout

Zhu Mengmeng1， Sun Yurong2， Chen Lin3， Chen Yanhu4， Ma Jungui4

（1.Institute of Plant Protection， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan， Ningxia 750002; 2.Ningxia Institute of Design and Investigation， Yinchuan， Ningxia 750002; 3.Technology Center of Yinchuan Customs， Yinchuan， Ningxia 750002; 4.Shizuishan Meteorological Bureau， Shizuishan， Ningxia 763000）

Abstract [Objective] Clarifying the relationship between the spatial population dynamics of alfalfa thrips and crop layout in southern Ningxia mountainous area. [Method] The remote sensing images of four study areas in Southern Ningxia mountainous area were acquired by high-altitude remote sensing unmanned aerial vehicle （UAV）， and the landscape pattern index was calculated after processing， and the relationship between landscape and thrips population dynamics was clarified. [Results] The results showed that the number of discrete core areas （NDCA）， total boundary （TE）， total area ratio （CA/TA）， core area average area （Core-MN）， and patch richness density （PRD） were related to the occurrence of thrips， and the correlation coefficients were -0.99～0.97. [Conclusion] It shows that planting alfalfa on terraces and terraces in the southern mountainous area has topographic advantages for thrips control. Thrips must rely on certain meteorological conditions to migrate when crossing undulating terrain. However， the fragmentation of the habitat can easily cause thrips to break out.

Key words Landscape; Alfalfa thripa; Spatial dynamics; Mountainous areas of Southern Ningxia

苜蓿薊馬是寧夏地區(qū)苜蓿田成災(zāi)性害蟲之一，其種類主要有牛角花翅薊馬（Odentothrips loti）、普通薊馬（Thrips vulgatissiums）、大薊馬（Trips. major）3種，優(yōu)勢種群為牛角花翅薊馬[1-3]，占種群數(shù)的90%。苜蓿薊馬主要取食苜蓿葉芽、嫩葉和花，輕者造成上部葉片扭曲，重者成片苜蓿早枯，葉片和花干枯、早落，每年造成的損失約為20%，嚴(yán)重時(shí)可造成絕產(chǎn)。目前苜蓿薊馬在寧夏南部山區(qū)發(fā)生面積為100%，已經(jīng)成為苜蓿田最具危險(xiǎn)性的成災(zāi)性害蟲。

寧南山區(qū)苜蓿均是大規(guī)模集約化種植，使生態(tài)環(huán)境巨變，物種多樣性減少，使蟲害發(fā)生日趨復(fù)雜，危害加重，突發(fā)性、暴發(fā)性蟲災(zāi)增多。苜蓿薊馬已成為常發(fā)性、成災(zāi)性害蟲，害蟲的重度發(fā)生對牧草產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，也極大地挫傷著企業(yè)和農(nóng)戶種草養(yǎng)畜的積極性，其持續(xù)暴發(fā)已給草業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境帶來巨大影響和損失。造成苜蓿害蟲嚴(yán)重發(fā)生的原因，除氣候異常、品種退化等原因之外，大尺度牧草害蟲種群生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)研究薄弱而導(dǎo)致的預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)落后是主要成災(zāi)因素，主要表現(xiàn)在害蟲發(fā)生預(yù)測以點(diǎn)帶面，預(yù)測模型未考慮空間因素，缺乏空間因子，缺乏信息數(shù)據(jù)庫和空間分析工具的支持，使防治工作缺乏可靠依據(jù)[4]。近年來人們更加關(guān)注大尺度上發(fā)生的重要害蟲種群變化的內(nèi)在機(jī)制和空間格局，了解害蟲空間分布格局及動(dòng)態(tài)成為進(jìn)行害蟲宏觀管理的前提和基礎(chǔ)，只有掌握害蟲種群的時(shí)空動(dòng)態(tài)，才能進(jìn)一步揭示其暴發(fā)機(jī)制和對其未來的發(fā)生進(jìn)行預(yù)測[5-8]，對于制定合理的抽樣計(jì)劃，明確捕食和被捕食的關(guān)系，理解種內(nèi)競爭以及發(fā)展區(qū)域害蟲管理策略都有重要意義?；A(chǔ)性理論和方法研究無疑會豐富害蟲種群生態(tài)理論的內(nèi)涵，對害蟲發(fā)生危害預(yù)測和綜合治理作出貢獻(xiàn)。

本研究根據(jù)苜蓿種植區(qū)域分布特點(diǎn)以及生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)需求，以寧南山區(qū)為研究區(qū)域，應(yīng)用昆蟲生態(tài)學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)等理論和方法，開展苜蓿主要害蟲苜蓿薊馬生態(tài)關(guān)鍵誘因研究，進(jìn)行苜蓿薊馬的成災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估，以期為保障牧草產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)及社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 遙感數(shù)據(jù)獲取方法

本研究利用低空遙感飛機(jī)攜帶高分辨成像儀進(jìn)行地面景物觀測，獲取遙感圖片，利用圖像處理系統(tǒng)對全部圖像進(jìn)行拼接、矯正并輸出帶有投影信息的研究區(qū)域遙感圖像;利用4個(gè)區(qū)域的遙感圖像，結(jié)合地面實(shí)地觀測，對圖像進(jìn)行監(jiān)督分類，形成分類專題圖，為后續(xù)景觀分析提供數(shù)據(jù)。本次執(zhí)行任務(wù)的是Y10固定翼飛機(jī)，航速為100 km·h-1，續(xù)航2 h;全畫幅觀測傳感器（35.9 mm×24.0 mm）有效像素為4 240萬，連拍：2.5 fps（AF-S）。

1.2 數(shù)據(jù)處理方式

高分?jǐn)?shù)據(jù)特點(diǎn)是光譜波段較少，但是光學(xué)分辨率極高。經(jīng)過比對分析，本研究最終將通過3個(gè)波段進(jìn)行假彩色圖像合成，合成后結(jié)果與人工實(shí)際觀察結(jié)果一致時(shí)的圖像作為標(biāo)識地物的基礎(chǔ)圖像。高分?jǐn)?shù)據(jù)合成假彩色圖像原理和景觀直覺判斷之間關(guān)系：顏色值均低，則圖黑;顏色值均高，則圖白。G高，R、B低則看起來綠，地物可能是作物。因此，可以通過選擇合成中G波段數(shù)據(jù)作為劃分地物的主要數(shù)據(jù)，但G波段數(shù)據(jù)仍然很大，數(shù)據(jù)取值范圍可以從0～255，共計(jì)256類數(shù)據(jù)。如果不進(jìn)行重分類，將會面臨景觀斑塊過小而數(shù)量巨大問題，同時(shí)過細(xì)的景觀斑塊與景觀生態(tài)學(xué)上認(rèn)定的相似連續(xù)地區(qū)為一個(gè)斑塊的設(shè)置相沖突。

1.3 生物數(shù)據(jù)采集方式

根據(jù)景觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——高度異質(zhì)化的農(nóng)業(yè)景觀格局（即復(fù)雜景觀結(jié)構(gòu)）、高度同質(zhì)化的農(nóng)業(yè)景觀格局（即簡單景觀結(jié)構(gòu)）和網(wǎng)格平均分布法，在固原市原州區(qū)苜蓿種植區(qū)——彭堡鎮(zhèn)申莊村、三營鎮(zhèn)鴉兒溝村、官廳鎮(zhèn)廟臺村和陽洼村確定調(diào)查苜蓿薊馬的24個(gè)系統(tǒng)調(diào)查點(diǎn)，分別對田間苜蓿薊馬發(fā)生動(dòng)態(tài)及發(fā)生程度進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測，于2022年5月31日、8月9日、8月29日、9月5日開展4次系統(tǒng)調(diào)查，獲得不同時(shí)期苜蓿地生物學(xué)參數(shù)及苜蓿營養(yǎng)成分。相關(guān)氣象數(shù)據(jù)從寧夏石嘴山市氣象局購買。

2 結(jié)果與分析

2.1 遙感圖像處理結(jié)果

由圖1可知，4個(gè)種植區(qū)周圍環(huán)境不同。彭堡鎮(zhèn)申莊村和三營鎮(zhèn)鴉兒溝村苜蓿種植區(qū)附近均為耕地，彭堡鎮(zhèn)申莊村苜蓿種植區(qū)周圍主要種植枸杞，三營鎮(zhèn)鴉兒溝村苜蓿種植區(qū)周圍主要種植玉米和高粱;官廳鎮(zhèn)廟臺村苜蓿種植區(qū)周圍是撂荒地和耕地交錯(cuò)，官廳鎮(zhèn)陽洼村苜蓿種植區(qū)周圍主要是撂荒地。目前分類嘗試結(jié)果和實(shí)際地物比對結(jié)果表明，采用最小分類10級分類接近實(shí)際對比結(jié)果圖2。該工作較為耗時(shí)耗力，還需進(jìn)一步標(biāo)定坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際地物邊界比對。目前推薦采用10級分類對某個(gè)圖層重分類實(shí)現(xiàn)地塊的大致劃分，實(shí)現(xiàn)對景觀生態(tài)區(qū)域的劃分。

本研究以重分類以降低數(shù)據(jù)取值范圍，在保持空間分辨率不變的情況下，對相似地物進(jìn)行融合。分類方法：按照等距重分類形成底圖，然后計(jì)算斑塊數(shù)量和斑塊面積。將分類數(shù)量與斑塊數(shù)量和斑塊面積成對入表1。其他區(qū)域類似表1數(shù)據(jù)，采用相同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重分類（即“重分類等距級別”相同），但因斑塊構(gòu)成不同而在各分級段中呈現(xiàn)不同的斑塊數(shù)量和斑塊平均面積（以彭堡鎮(zhèn)為例，其他區(qū)域結(jié)果不再給出）。

2.2 景觀指數(shù)計(jì)算結(jié)果

本研究對重分類后的數(shù)據(jù)計(jì)算斑塊級別、景觀級別參數(shù)，共計(jì)算面積邊界指標(biāo)、核心區(qū)域指標(biāo)、多樣性指標(biāo)等46個(gè)指標(biāo)。分類完成后將2次數(shù)據(jù)作為調(diào)試數(shù)據(jù)，利用fragstast 4.2計(jì)算景觀參數(shù)，并與實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定各類型景觀參數(shù)與實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。景觀指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。

2.3 不同地區(qū)的景觀格局比較分析

從景觀指數(shù)結(jié)果（表2、表3）看出，官廳鎮(zhèn)廟臺村在各類多樣性指數(shù)（MSIDI、MSIEI、SHEI等）上均超過其他3個(gè)研究區(qū)域，其面積類指數(shù)（Area_MN、Area_AM、Area_RA等）均較低，同時(shí)變異系數(shù)（Area_CV、Area_SD）等也是最低，上述指標(biāo)構(gòu)成說明廟臺村地形復(fù)雜、景觀區(qū)域相對豐富，每一類斑塊都是相對均勻的小斑塊構(gòu)成，也就是說景觀相對破碎化比較嚴(yán)重;陽洼村和廟臺村各類指數(shù)相對接近，也具有相對較高的多樣性指數(shù)（MSIDI、MSIEI、SHEI等），但密度類指標(biāo)相對廟臺村偏?。―CAD），面積類指標(biāo)（Area類、Core類指標(biāo)）較廟臺村高，說明陽洼村斑塊種類較廟臺村少且連片面積相對較大，同時(shí)又有地形影響導(dǎo)致種類多樣，破碎化也較為嚴(yán)重的景觀特點(diǎn)。但是破碎化也比較嚴(yán)重，其面積類指數(shù)均較低;彭堡鎮(zhèn)申莊村景觀指數(shù)表明該地連片種植較大，且中間存在明顯邊界隔離，即雖然種植面積大，但是阻斷比較多，考慮到地勢較平整，阻斷應(yīng)當(dāng)是田間人工起壟、道路、作物收割時(shí)間差異較大;三營鎮(zhèn)鴉兒溝村則屬于連片種植，且中間相對阻斷較少的類型;官廳鎮(zhèn)陽洼村則屬于既有連片面積相對較大，同時(shí)又有地形影響導(dǎo)致種類多樣，破碎化也較為嚴(yán)重的景觀特點(diǎn)。

與此相對的是申莊村和鴉兒溝村，呈現(xiàn)了多樣性指數(shù)（SHDI、SIDI、MSIDI等）相對較低，尤其是鴉兒溝村的多樣性指數(shù)最低。與此同時(shí)，表征面積大小的指標(biāo)（Area類、TCA、CAI_AM、Core_RA）申莊村和鴉兒溝村兩地都遠(yuǎn)高于陽洼村和廟臺村。表明申莊村和鴉兒溝村兩地均有較大面積連片種植，申莊村中間存在明顯邊界隔離，即種植面積大，地勢較平整，但阻斷比較多，阻斷應(yīng)當(dāng)是田間人工起壟、道路、作物收割時(shí)間差異較大所致;鴉兒溝村則屬于連片種植，中間相對阻斷較少的類型。

2.4 不同景觀結(jié)構(gòu)對苜蓿薊馬種群的影響

按照4個(gè)調(diào)查區(qū)域苜蓿薊馬發(fā)生量和景觀生態(tài)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果建立相關(guān)性分析模型，并篩選相關(guān)系數(shù)超過0.8的指標(biāo)，結(jié)果表明離散核心區(qū)數(shù)量（NDCA）、總邊界長（TE）、總面積比（CA/TA）、核心區(qū)面積均值（Core_MN）、斑塊豐度密度（PRD）與苜蓿薊馬的發(fā)生量相關(guān)（表4）。

結(jié)合苜蓿薊馬生物學(xué)特性、景觀指標(biāo)和南部山區(qū)地理特征綜合分析，南部山區(qū)具有一定的空間落差，各生態(tài)區(qū)域的邊界實(shí)際上是具有較大空間阻隔（梯田、臺地和溝壑），而苜蓿薊馬本身飛行能力較差，在較大范圍（km級別）上的擴(kuò)散難度較大，也就是相對離散的內(nèi)部空間如果被邊界阻斷較多，則苜蓿薊馬跨越阻隔越發(fā)困難;相對較小的區(qū)域上（100 m以下）苜蓿薊馬具有擴(kuò)散能力，且適合在不同植物上轉(zhuǎn)移危害。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，如果在寧夏南部山區(qū)的梯田、臺塬地上種植苜蓿，對于薊馬防控具有地形優(yōu)勢。薊馬在跨越高低起伏的地形上其移動(dòng)性較弱，必須依靠一定的氣象條件（風(fēng)、降雨等）攜帶才能得以順利轉(zhuǎn)移。所以在苜蓿種植區(qū)域天然或者人工的阻隔，有利于控制薊馬種群的擴(kuò)散。另外，如果苜蓿地周邊其他植被種類過多，形成較好的轉(zhuǎn)移環(huán)境時(shí)，薊馬也可能通過在不同類型棲境中進(jìn)行轉(zhuǎn)移危害，短期大量繁殖恢復(fù)種群數(shù)量。也就是說，如果生境破碎化比較嚴(yán)重，薊馬種群則具有較高爆發(fā)的可能性。

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責(zé)任編輯：李曉瑞