基于ＧＡＲＰ的杏小食心蟲在中國的潛在分布研究

劉靜遠　陳洪俊　李志紅　陳乃中　王之嶺

摘要：杏小食心蟲[Grapholitha prunzvora(Walsh)]是多種核果的重要害蟲。本研究在概述其分布、寄主及生物學特性的基礎上，利用GARP生態位模型結合Desktop ArcGIS對杏小食心蟲在中國的潛在分布進行了預測。研究表明：杏小食心蟲在我國具有較大面積的適生范圍，主要分布在北緯18°以北地區。根據預測結果提出針對杏小食心蟲的風險管理措施。

關鍵詞：杏小食心蟲；GARP；GIS適生區

中圖分類號：S 436．629

1前言

杏小食心蟲(Grapholitha prunivora)，屬卷蛾科(Tortricidae)，小卷蛾亞科(Olethreutinae)，小食心蟲屬(Gmpholitha)，是多種核果的重要有害生物。卷蛾科內包括多種對果樹果實產生嚴重危害的種類，如蘋果蠹蛾[Cydia pomonella(L.)]、梨小食心蟲[Gmpholitha molesta(Busek)]、梨蠹蛾(C.pyrivora Danilevsky)等。杏小食心蟲與蘋果蠹蛾、梨小食心蟲、櫻小食心蟲(G.packardi Zeller)極其近似，4種卷蛾科害蟲從形態和危害上都難以區分。該蟲的寄主主要是薔薇科植物，包括山楂屬、李屬、梨屬、薔薇屬及石楠屬，同時，還有危害橡樹和榆樹的報道。

根據EPPO2006年公布的Distribtltion Map ofQuarantine Pests for Europe，杏小食心蟲分布在北美大部分水果產區，主要有加拿大馬尼托巴省、不列顛哥倫比亞省、新斯科舍省、魁北克省、新不倫瑞克省、安大略省；美國賓夕法尼亞、威斯康星、俄勒岡、俄亥俄、緬因、阿肯色、佐治亞、愛達荷、伊利諾伊、印第安那、馬里蘭、馬薩諸塞、密歇根、密蘇里、弗吉尼亞、紐約、加利福尼亞、科羅拉多、西弗吉尼亞、華盛頓等大部分州。需要指出，根據Arakawa(1927)此EPPO數據將我國黑龍江列為分布區，但說明是不可靠記錄；我國中山大學華立中教授在《中國昆蟲名錄》中也列入了該種，但未指出具體分布地點。日本植物檢疫部門組織編寫的一份資料指明該蟲發生于北美；國際上卷蛾權威專著World cropPests 5：Tortricid Pests，Their Biology，NaturalEnemies and Control(1991)也指明杏小食心蟲只是發生于北美的種類，并非歐亞種類；我國卷蛾分類專家劉友樵先生2002年出版的中國動物志卷蛾科并未收錄杏小食心蟲。綜上所述可見，國內實無杏小食心蟲發生，早期的記錄應該屬于誤定。杏小食心蟲的遠距離傳播蟲態是幼蟲或者蛹，幼蟲蛀入寄主果實，或者蛹附在寄主植物繁殖材料中隨著農產品貿易而進行傳播。20世紀90年代以來，杏小食心蟲逐步成為蘋果貿易的檢疫性有害生物。目前，杏小食心蟲已被列入我國2007年5月公布的《中華人民共和國進境植物檢疫有害生物名錄》。本研究探討了該蟲的生物學特性及其在我國的適生區，以期為檢疫部門提供決策支持，針對該蟲在我國的適生區加強檢疫措施，嚴防該蟲入侵。

有關杏小食心蟲的研究最早見于1949年，成蟲產卵于葉面和幼果果皮下表面，4 d即可孵化為幼蟲，鉆入果實內危害。該蟲1年可發生2～3代。據報道，其發生代數與發生地的晝夜長短有關。幼蟲共有4齡，老熟幼蟲在地面的枯枝落葉或寄主樹皮縫隙中越冬。實驗室飼養在溫度25 ℃，RH50％～60％，光周期L∥D一18 h∥6 h的條件下，完成一個生活史需要26～30 d。在美國的密蘇里州，幼蟲在果實內危害平均約17 d，蛹期需要12～16 d，整個生活史完成需要45～47 d。在美國西部的水果產區和加拿大的安大略地區，杏小食心蟲于5月開始化蛹，持續14～21 d后蛹羽化為成蟲。5月末至6月份為成蟲活動的高峰期，第1代成蟲于8月份開始遷飛。第2代幼蟲個體從8月末到10月初完成生活史，然后進入冬眠。杏小食心蟲對低溫的耐受力較強，其卵同其近似種蘋果蠹蛾、櫻小食心蟲、梨小食心蟲相比最耐低溫。其幼蟲也具有較強的低溫耐受力，低齡幼蟲在2.2℃下存活34 d以上，高齡幼蟲存活71 d以上。

Desktop GARP(Version 1.1.6)是由DavidStoekwell在20世紀90年代中期建立起來的基于遺傳算法的運算模型，在，San Diego SupercomputerCenter得到逐步完善和提高，Peterson和Anderson在GARP的應用領域做了大量的研究，運用該軟件預測了鳥類、水生魚類、鼠類、昆蟲等的潛在分布，得到了較準確的預測結果。2006年，Stoc-kman等運用GARP生態位模型預測了無脊椎動物的潛在分布。我國學者運用GARP軟件對多種昆蟲在中國的適生區進行了研究，王運生等人通過運用受試者工作特征曲線ROC評價了幾種入侵物種分布模型，表明GARP模型具有較高的曲線下面積AUC值，能夠較好地預測物種的潛在分布。

杏小食心蟲主要分布在北美，北美的學者對其生物學進行了研究，但是適生性研究迄今尚未見報道，本研究運用GARP軟件對杏小食心蟲在我國的潛在分布進行預測，以便對其監測預警工作提供必要的技術支持。

2材料與方法

2.1預測模型

本研究運用基于遺傳算法的Desktop GARP(Version 1.1.6)模型對杏小食心蟲在我國的適生性進行分析，該軟件可在www.lifemapper.org／desk-topgarp／網站上免費下載。所謂遺傳算法，是以自然選擇的生物進化過程為啟發的計算模型。其基本計算過程是首先產生編碼方式，其次產生初始群體，然后在此基礎上計算初始群體適應值。如果不滿足條件，再進行選擇、交換或者變異，以產生新一代群體的適應性值。輸入的已知物種分布點均勻的分成訓練和檢測數據。GARP模型根據物種已知分布點的數據進行多次重復運算來驗證生態位參數，在計算生態因子的權重和潛在預測水平的基礎上，決定是否將其列為模型的因子。最后，根據被檢測的數據得出適應值，進而得出預測模型。

2.2預測數據

利用GARP生態位模型進行潛在分布區預測時，需要研究對象在其所在的生態環境已達到生態平衡，故應選用研究對象已經達到穩定生態位的分布點數據進行研究。本研究在對杏小食心蟲的分布數據進行整理和篩選后得出GARP軟件所需預測數據。數據來源主要有4個方面，(1)CABI 1975年杏小食心蟲的全世界分布數據(No.341)；(2)動物學紀錄；(3)Internet檢索杏小食心蟲分布區果園監測數據；(4)杏小食心蟲的其他相關文獻，得出杏小食心蟲分布具體位置的經緯度坐標進行分析。

2.3預測方法

將篩選出的穩定分布點整理成Desktop GARP要求的Excel格式輸入GARP軟件，加載GARP軟件提供的世界7個地區的環境層數據，每個環境層數據包括14個環境因子，如氣溫、生命帶、海拔、土壤類型、太陽輻射和濕度等。選用經多次模擬運算得出最佳訓練數據比例80％，循環次數為20次。結果輸出選擇柵格圖形式。在GARP循環運行產生的20個運行結果中，需要選擇最優化的結果作為本研究的結果，GARP模型在運行結束后有多項參數評估每次運行結果。本研究在眾多結果中校驗Omission(預測結果中忽略的目前已分布點所占比率)和Commission(預測結果中超出目前紀錄的分布所占的比率)兩項參數，選擇依據為：(1)Omission和Commissicln呈負相關；(2)Omission≤5％，0為最佳，Commission數值水平為中等或者中等偏上。

預測得出的柵格圖用Desktop ArcGIS進行分析，結合在基礎地理信息系統下載的中華人民共和國地圖(1:400萬)得出杏小實心蟲在我國的潛在分布。

3結果與討論

3.1結果

經篩選杏小食心蟲穩定分布點，導入AreGIS，得出結果如下圖1所示，與杏小食心蟲現有分布比較，去除了加拿大的新斯科舍省、魁北克省、新不倫瑞克省，美國的佐治亞州、馬薩諸塞州以及密歇根州。

將GARP軟件預測杏小食心蟲在我國的適生區結果導入ArcGIS分析，結果如圖2顯示，從結果圖中可以看出，顯示0為不適生，1為適生，杏小食心蟲在我國具有較大面積的適生范圍，涉及除我國廣東、廣西、海南、香港、澳門等地區以外的所有省、市、自治區。其中適生面積較大的包括新疆、甘肅、內蒙、吉林、遼寧、河北、山西、寧夏、陜西、河南、山東、江蘇、安徽、湖北、上海、浙江等地，適生面積幾乎覆蓋全省；四川、重慶、貴州、云南、湖南等地的適生面積也覆蓋全省面積的1／2；另外，西藏、青海、黑龍江、臺灣、江西、福建等省也有零星的適牛區。

3.2討論

GARP軟件目前應用較為廣泛，因其模型算法先進，且自帶全世界各地區的環境層數據，預測時只需物種穩定分布數據即可。但是，由于杏小食心蟲目前分布僅限于北美，條件所限不能現場調查該蟲的準確分布經緯度數據，只能根據文獻以及報道的果園監測數據對其進行分析。另外，GARP模型得出的結論不能給出預測物種的適生程度。此項缺陷可運用Climex軟件結合分析來彌補。

杏小食心蟲目前在我國沒有分布，根據GARP軟件得出的結論，該蟲在我國的適生區覆蓋所有其喜食寄主的主產區。我國是水果生產大國，杏小食心蟲的喜食寄主蘋果、梨等均在我國部分省區大面積種植。據2004～2006年全國農業統計年鑒統計顯示，我國蘋果主產區為河北、山西、遼寧、山東、河南、陜西、甘肅；梨主產區為河北、山東，新疆、安徽等地也有一定面積的梨種植。這就意味著杏小食心蟲一旦傳入上述適生區，便有適宜的寄主及生態環境加速其定殖擴散。目前，中國與北美貿易往來日益頻繁，該蟲對我國的水果生產具有潛在的威脅。因此，加強杏小食心蟲的檢疫監管工作也顯得尤為重要，制定杏小食心蟲風險管理措施很有必要。

應研究明確杏小食心蟲的鑒定方法，尤其是幼蟲的形態鑒定方法，并進行培訓，以加強杏小食心蟲入境檢疫工作。也有必要考慮在高風險地點實施杏小食心蟲的監測，并制訂好應急處理預案。一旦發現杏小食心蟲尤其幼蟲，應立刻采取有效的根除措施，如摘除疫區果園相關寄主全部果實并銷毀，采用性信息素及化學藥劑誘殺等。