氣象條件對油松毛蟲的影響及其預測模型的構建1)

周廣學 張國林 梁 群

(遼寧省朝陽市氣象局，朝陽，122000)

病蟲害是農業的主要自然災害之一，它具有種類多、影響大、時常暴發成災的特點，嚴重影響了中國林業及農業的可持續發展，造成嚴重的經濟損失[1-3]。松毛蟲是我國松樹的主要害蟲之一，其分布廣，繁殖力強，危害嚴重，大發生時松樹葉全部被吃盡，酷似火燒一樣，被人們稱之為“不冒煙”的森林火災[4-5]。松毛蟲在我國約有 19 種[6-7]，在遼西丘陵山區有油松毛蟲(Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu)、落葉松毛蟲(Dendrolimus superans Butler)和赤松毛蟲(Dendrolimus spectabilis Butler)3種，其中油松毛蟲發生量占80%左右[8]。為了對松毛蟲危害做到有效防治，諸多學者展開了對松毛蟲的研究，夏乃斌等[9]通過越冬幼蟲的調查數據，研究了幼蟲上樹、下樹歷期;張玉書等[10]利用氣象期距及有效積溫法，進行了松毛蟲發生期預測;于景利等[11]通過監測數據，采用回歸和期距法預測了油松毛蟲發生期，建立了油松毛蟲上、下樹進度回歸預測模型;應用數理統計方法研究環境條件對松毛蟲發生量的影響，以求達到防蟲減災的目的[12-13]。

遼西地區從20世紀70年代后期松毛蟲災害逐漸加重，給林業產業帶來很大的損失。筆者利用多年油松毛蟲監測數據，普查影響松毛蟲生長、越冬死亡的相關氣象因子，建立預測模型。為準確、及時地對油松毛蟲未來發生狀況和消長趨勢作出預測預報，及時采取相應的綜合防治對策，減少或避免損失提供依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

蟲情發生量資料來源于遼寧省朝陽市及各縣林業局和森防站(1987—2002年)。幼蟲越冬死亡率及上樹、下樹活動觀測場地設在凌源市大河北林場及建平縣青峰山林場。觀測點分別選擇陽坡和陰坡油松林，隨機取樣30株。每年3月上旬調查幼蟲死亡率，3月中旬調查幼蟲上樹，8月底9月初調查發生量，9月中旬調查幼蟲下樹。實測每株樹冠垂直投影面積下越冬幼蟲存活量和死亡量。幼蟲上樹下樹采用攔截辦法收集幼蟲。

氣象資料來源于凌源、葉柏壽氣象站，同步氣象資料來自蟲情監測點。氣象資料包括日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫、地面日平均溫度、地面日最高溫度、地面日最低溫度、日降水量、日相對濕度等。

1.2 分析方法

主成分分析法:首先列出原始數據資料矩陣[Xi]，并對原始指標數據標準化處理，計算相關矩陣R，求解相關矩陣R的特征值和特征向量，再根據累積貢獻率確定使用主成分的個數[12]。在確定使用主成分個數的基礎上，計算各觀測值的主坐標，把它作為自變量，應用回歸分析法建立主成分回歸模型。

相關分析法:樣本序列一般符合正態分布的隨機變量，氣象要素與因變量油松毛蟲發生量y之間相關，用rxy表示，即:

式中:yi為歷年油松毛蟲發生量;ˉy為多年觀測平均值;xi為同年氣象要素;ˉx為氣象要素平均值。

2 結果與分析

2.1 氣象條件對松毛蟲蟲態的影響

2.1.1 幼蟲上樹

從多年觀測結果看，油松毛蟲春季開始上樹的時間主要取決于春季氣溫回升的早晚。一般春季白天氣溫達到6～8℃，日平均氣溫在2℃以上幼蟲就開始活動上樹，遼西南部地區3月中旬，北部地區3月下旬;幼蟲上樹4月下旬結束;歷時45 d左右，見表1。南坡和北坡的幼蟲上樹時間相差2 d。

表1 油松毛蟲上樹日期與氣溫

2.1.2 幼蟲化蛹

隨著氣溫的逐漸升高，幼蟲進入化蛹、羽化及成蟲產卵的蟲態階段。遼西地區松毛蟲幼蟲6月下旬開始化蛹，7月中旬羽化，歷時20 d左右。一般來說，溫度高的晴朗天氣對羽化十分有利。8月成蟲進入交尾產卵期，羽化的蛾子在當日或次日交尾，交尾時間在20:00—24:00時，交尾后約4 h開始產卵，產卵一般在午夜之前，成蟲壽命為10 d左右。成蟲喜歡在高溫低濕環境條件下產卵，陰雨天氣對成蟲產卵不利。

2.1.3 幼蟲下樹

當成蟲產卵之后，在夏季高溫高濕條件下，逐漸孵化為幼蟲，到了深秋季節幼蟲達到3、4齡，當夜間溫度下降到8℃以下時開始向樹下運動、尋求越冬。遼西北部地區松毛蟲幼蟲下樹始見于9月下旬，一直延續到11月初，歷時38 d。10月10日左右達到盛期，10月20日左右進入高峰期，10月末最低氣溫下降到0℃左右進入盛末期(表2)。遼西中南部地區幼蟲下樹比北部晚10 d左右。

表2 油松毛蟲下樹日期與氣溫

2.1.4 幼蟲越冬期

到了冬季幼蟲在松樹下的地被植物中越冬，蟲體卷曲，甚至多頭抱成一團集體越冬。油松毛蟲越冬死亡率除與越冬前幼蟲儲備的營養條件有關外，更主要的是與冬季氣象條件密切相關。在正常情況下，幼蟲越冬的死亡率在15%左右。觀測發現冬季里的階段性高溫、初春時期日溫差大，造成幼蟲越冬死亡最明顯。例如，1992年2月24至27日連續5 d日最高氣溫在8～20℃，2002年2月14至23日連續10 d日最高氣溫6～15℃，氣溫升高使幼蟲提前蘇醒停止休眠，在林間爬行，而后氣溫又急劇下降到零度以下，使幼蟲凍死量較大。突然性的高溫天氣攪亂了幼蟲正常越冬生活，造成幼蟲提前活動，死亡率提高。

松毛蟲幼蟲對冬季低溫的適應性有一定限度，超過越冬生理指標，氣溫過低或持續時間過長均不利。冬季里持續的低溫使幼蟲蟲體長時間處于凍結狀態，原生質遭到冰晶的機械損傷、脫水和生理結構受到破壞而死亡。例如，2000年3月21日在建平青峰山林場南北坡向幼蟲死亡率的調查結果表明:北坡長時間得不到光照持續低溫，死亡率比南坡高約20%。說明幼蟲在長時間低溫下越冬死亡率亦升高。

2.2 油松毛蟲越冬死亡率預報模型

2.2.1 越冬死亡率與氣象因子

油松毛蟲越冬幼蟲與外界環境之間存在著相互依賴關系，不同的外界環境因子組合共同作用于油松毛蟲，必然影響種群數量。根據這個原則，從外界環境條件入手選取與油松毛蟲種群數量變化相關的因子。以油松毛蟲越冬死亡率(y)作為因變量，選用冬季不同時段氣象要素(xi)平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、地面平均溫度、地面最低溫度、地面最高溫度、地面平均最低溫度、地面平均最高溫度、空氣濕度和降水量等作為自變量，進行相關分析。結果表明通過顯著水平(r=0.5822;P＜0.05)的氣象因子有:當年1月平均氣溫(0.6694)、當年 2 月最高氣溫(0.5827)、當年 2月地面最高氣溫(0.5961)、當年3月地面平均最高氣溫(0.5903)、當年1月地面平均最低氣溫(0.6518)。說明1—3月地面溫度和氣溫變化對油松毛蟲越冬影響最大。

2.2.2 越冬死亡率預報模型

根據主成分分析方法，將相關顯著的氣象因子進行主成分計算，確定對油松毛蟲越冬死亡率影響最大的主要因子，根據計算5個因子均通過檢驗。油松毛蟲幼蟲越冬死亡率(y)與當年1月平均氣溫(x1)、當年2月最高氣溫(x2)、當年2月地面最高氣溫(x3)、當年3月地面平均最高氣溫(x4)、當年1月地面平均最低氣溫(x5)氣象因子的多元回歸預報模型為:Y=63.48368+0.94546x1+1.00767x2+0.46650x3+0.28493x4+0.75957x5。方程的回歸平方和 U=428.2572，殘差平方和 Q=353.0436，F的分布值F=2.7278(顯著)，剩余標準差S=10.8481，復相關系數 R=0.7404，歷史擬合率 91.9%。預測2003年越冬死亡率為10.2%，實際調查為9.3%;預測2004年越冬死亡率為11.6%，實際調查為12.4%。

2.3 油松毛蟲發生量預報模型

2.3.1 生長期適宜氣象因子

油松毛蟲是跨年度的昆蟲，其發生程度與上一年的蟲源基數有關，也與當年適宜的氣象條件有關。良好的氣象條件是油松毛蟲大發生的基礎，氣象條件對油松毛蟲各蟲態的成活均構成影響。所以，將油松毛蟲生長過程的氣象因子劃分為若干時段，分析氣象因子與油松毛蟲發生量的相關性。油松毛蟲發生量(Y)作為因變量，不同時段氣象要素(xi)為自變量。分析要素包括:旬、月平均氣溫、平均最高、平均最低氣溫，旬、月相對濕度、降水量，日照時數、日照百分率等。分析結果表明，當年4月上旬平均氣溫(0.5823)，前1 年5 月下旬平均氣溫(0.5836)，前1年8月下旬平均氣溫(0.5621)，前1年8月相對濕度(-0.5491)，前1 年10 月上旬降水量(-0.6202)，前1年10月上旬平均氣溫(0.5261)，前1年12月平均最高氣溫(-0.5161)，當年1月中旬平均氣溫(-0.5543)等因子通過顯著水平(r=0.4950;P ＜0.05)檢驗。

2.3.2 發生量預報模型

通過相關檢驗得到的8個因子，運用主成分分析方法，計算因子的貢獻，最終選定貢獻顯著的5個因子作為預報因子。它們是:z1當年4月上旬平均氣溫;z2前1年10月上旬降水量;z3前1年12月平均最高氣溫;z4前1年8月下旬平均氣溫;z5當年1月中旬平均氣溫。其預報模型為:Y=2.880942+0.815231z1-0.319243z2-0.428345z3+0.405454z4-0.532451z5。回歸方程的復相關系數 R=0.8945，回歸平方和 U=20.1592，剩余平方和 Q=6.8541，計算的檢驗值 F=6.6858，達到 F0.05顯著水平。把歷年各個要素主成分值，代入預報方程中，計算出各個年份松毛蟲發生的理論級數，進行歷史擬合率檢驗，檢驗結果為88.2%。在1999—2008年預報中，準確率達到80.0%，見表3。

表3 預報模型檢驗結果

3 結束語

松毛蟲冬季自然死亡率在15%左右，陰坡高于陽坡。1月平均氣溫、1月平均最低氣溫、2月極端最高氣溫、2月地面最高氣溫和3月平均最高氣溫對松毛蟲安全越冬影響最明顯。

松毛蟲發生量是多因素的，而前期適宜的氣象條件，成為大發生的主要基礎。預報因子的相關普查結果，基本吻合松毛蟲生長規律。其中4月上旬氣溫的高低影響幼蟲醒哲期，溫度高上樹活躍;當年5月下旬的氣溫直接影響成蟲的大小和體質量，從而影響產卵量;8月份的高溫天氣和8月較低的空氣濕度有利于成蟲羽化和產卵;10月上旬正是幼蟲尋找越冬場所的時候，氣溫高有利于冬藏，而此時降水多地面過濕幼蟲難以藏身，死亡率增加;12月和當年1月的氣溫波動幅度過大，尤其白天氣溫在8℃以上時，打破幼蟲休眠，當氣溫再次下降時，萌動的幼蟲被凍死。

油松毛蟲幼蟲越冬死亡率的高低直接影響下一年松毛蟲的發生量。預報模型的給出，對防蟲減災工程具有指導意義。

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