甜菜夜蛾發(fā)生程度的氣象等級(jí)預(yù)報(bào)模型

楊文剛 孟翠麗　望勇　劉可群　司升云　陸鵬程

摘要

甜菜夜蛾是嚴(yán)重影響蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的害蟲，其發(fā)生發(fā)展與氣象條件關(guān)系十分密切。為探索氣象條件與甜菜夜蛾發(fā)生程度的關(guān)系，開展甜菜夜蛾發(fā)生程度氣象等級(jí)預(yù)報(bào)服務(wù)，選取2009—2010年湖北省甜菜夜蛾蟲情資料和對(duì)應(yīng)臺(tái)站的氣象資料，對(duì)甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)與各項(xiàng)氣象因子做相關(guān)分析，在此基礎(chǔ)上，篩選出模型因子，采用多元線性回歸分析方法，構(gòu)建了湖北省甜菜夜蛾發(fā)生程度氣象等級(jí)預(yù)報(bào)模型，并對(duì)模型驗(yàn)證。結(jié)果表明：歷史回代檢驗(yàn)旬檢驗(yàn)結(jié)果達(dá)基本一致以上的為76%；獨(dú)立樣本預(yù)測(cè)檢驗(yàn)旬值達(dá)基本一致以上的為63%，模型總體預(yù)報(bào)結(jié)果較好，可為湖北省開展甜菜夜蛾氣象等級(jí)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞

甜菜夜蛾； 氣象等級(jí)； 預(yù)報(bào)

中圖分類號(hào)：

S 431.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2018036

Prediction model of meteorological grading for Spodoptera exigua

YANG Wengang1，2， MENG Cuili2， WANG Yong4， LIU Kequn3， SI Shengyun4， LU Pengcheng2

（1. Huangshi Meteorological Bureau， Huangshi 435002， China； 2. Wuhan National AgroMeteorological

Station in Hubei Province， Wuhan 430040， China； 3. Wuhan Regional Climate Center in Hubei Province，Wuhan 430074， China； 4. Institute of Vegetable， Wuhan Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430065， China）

Abstract

Spodoptera exigua is a pest seriously affecting the yield and quality of vegetables， the occurrence and development of which are highly related with meteorological conditions. To explore the relationships between meteorological conditions and the occurrence of S.exigua， we developed the meteorological grading prediction model for the epidemics of S.exigua. Correlation analysis between the occurrence degree of S.exigua and meteorological conditions was carried out using data of S.exigua and the corresponding meteorological stations in Hubei Province from 2009 to 2010. On this basis， we screened out the model factors and constructed the prediction model for the occurrence of S.exigua by adopting the multivariable linear regression method. The results of tenday test in historical resubstitution reached a basic agreement of 76%， and the independent sample prediction test had a basic consistency of 63%. The overall prediction results were qualified， which can provide technical support for the meteorological grading prediction service for S.exigua occurrence in Hubei Province.

Key words

Spodoptera exigua； meteorological grade； forecast

甜菜夜蛾Spodoptera exigua （Hübner）俗稱貪夜蛾，是一種世界性分布的多食性農(nóng)業(yè)害蟲[1]，可取食35科108屬138種植物，生產(chǎn)上主要為害蔬菜、棉花、玉米，尤以蔬菜受害最重[2]。隨著全球氣候變暖，特別是我國(guó)大部分地區(qū)高溫、干旱加劇，經(jīng)濟(jì)作物種植面積擴(kuò)大，設(shè)施農(nóng)業(yè)大量推廣，甜菜夜蛾為害面積及寄主種類呈迅速上升趨勢(shì)，由原先的間歇性暴發(fā)演變成常發(fā)性害蟲。受甜菜夜蛾為害的寄主作物一般減產(chǎn)10%～20%，嚴(yán)重的達(dá)30%～50%，少數(shù)作物甚至絕收，嚴(yán)重威脅著蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)甜菜夜蛾的發(fā)生規(guī)律及生物學(xué)特性進(jìn)行了研究[49]，如在20～32℃范圍內(nèi)，甜菜夜蛾發(fā)育速率隨著溫度的升高而加快；在26℃和29℃下，甜菜夜蛾的平均產(chǎn)卵量最高，26℃最適合甜菜夜蛾交配[10]。濕度對(duì)甜菜夜蛾的影響也很大。一定的溫度配以合適的濕度才能促進(jìn)種群的增長(zhǎng)，26℃與相對(duì)濕度80%和94%兩個(gè)組合最適宜甜菜夜蛾的生長(zhǎng)發(fā)育；同時(shí)32℃與94%的組合甜菜夜蛾的內(nèi)稟增長(zhǎng)率最大[11]。繆為文等報(bào)道了夏季高溫干旱對(duì)甜菜夜蛾寄生性天敵的繁衍不利，導(dǎo)致甜菜夜蛾幼蟲成活率偏高，以致為害加重[12]；李志敏等運(yùn)用灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度分析方法對(duì)影響甜菜夜蛾田間成蟲種群數(shù)量的非生物因子進(jìn)行分析，明確了一年中，溫度對(duì)甜菜夜蛾種群數(shù)量影響最大，年度間影響最大的是總降雨量，降雨量大的年份甜菜夜蛾發(fā)生量少[13]。劉甲魁研究發(fā)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的大量出現(xiàn)，給甜菜夜蛾提供了冬季食物和越冬場(chǎng)所，增加了來年為害的蟲源[14]。

筆者擬運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法，分析甜菜夜蛾發(fā)生程度與前期氣象因子的關(guān)系，建立其發(fā)生程度氣象等級(jí)預(yù)測(cè)模型；根據(jù)該模型開展相關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)，可指導(dǎo)農(nóng)民開展科學(xué)防控，減少農(nóng)藥使用，減輕環(huán)境污染。

1 資料與方法

1.1 資料

（1）湖北省歷史甜菜夜蛾蟲情數(shù)據(jù)：采用2009-2010年甜菜夜蛾成蟲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選取襄陽(yáng)、武漢、荊州作為湖北省代表站，監(jiān)測(cè)時(shí)間：襄陽(yáng)市2009年7-10月，2010年7-10月；武漢市2009年7-12月，2010年4-12月；荊州市2009年7-11月，2010年5-10月。資料由武漢市蔬菜科學(xué)研究所提供。

（2） 2015年武漢市甜菜夜蛾蟲情數(shù)據(jù)：在武漢市郊區(qū)（蔡甸區(qū)、江夏區(qū)、黃陂區(qū)）開展甜菜夜蛾成蟲監(jiān)測(cè)所得。

（3） 氣象資料：湖北省代表站襄陽(yáng)、武漢、荊州2009-2010年及武漢市2015年逐日日平均氣溫、日最高氣溫、日降水量、日相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)。

1.2 方法

1.2.1 監(jiān)測(cè)方法：性誘法

誘捕器：北京依科曼生物技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的閃訊害蟲遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀。

誘芯：漳州市英格爾農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的PVC基質(zhì)緩釋長(zhǎng)效誘芯（測(cè)報(bào)型）。

性誘法：每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝閃訊害蟲遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用性信息素監(jiān)測(cè)成蟲發(fā)生動(dòng)態(tài)。每天8：30系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)誘捕到的成蟲數(shù)。統(tǒng)計(jì)后的成蟲進(jìn)行去除處理，不再放回環(huán)境。誘芯每月更換1次。

1.2.2 研究方法

首先，對(duì)甜菜夜蛾成蟲蟲情資料與前期各氣象因子分別做相關(guān)分析，找出顯著相關(guān)的（通過顯著性水平為0.01的顯著性檢驗(yàn)）且具有生物學(xué)意義的氣象因子，然后采用多元線性回歸方法，構(gòu)建甜菜夜蛾發(fā)生的氣象預(yù)測(cè)模型，然后對(duì)模型進(jìn)行歷史回代檢驗(yàn)以及獨(dú)立樣本預(yù)測(cè)檢驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 相關(guān)分析及模型因子篩選

2.1.1 相關(guān)分析

為了全面考慮氣象條件對(duì)甜菜葉蛾成蟲發(fā)生發(fā)展的影響，選用湖北省襄陽(yáng)市、武漢市、荊州市2009-2010年甜菜夜蛾成蟲各旬發(fā)生狀況與當(dāng)旬各氣象因子（其中最高氣溫、平均氣溫、相對(duì)濕度計(jì)算旬平均值，降雨量、降雨日數(shù)、夜間降雨量、夜間降雨日數(shù)、日照、平均氣溫大于30℃日數(shù)、最高氣溫大于35℃日數(shù)求取旬累積總和值）、前兩旬各氣象因子、前兩旬加當(dāng)旬氣象因子分別進(jìn)行單因子相關(guān)分析，篩選出對(duì)甜菜夜蛾蟲量增長(zhǎng)量顯著相關(guān)的氣象因子。篩選的原則如下：選取通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)因子；所選因子的相關(guān)性必須具有生物學(xué)意義；同一氣象因子若在多個(gè)時(shí)間尺度（不同的時(shí)間尺度分別為當(dāng)旬、前兩旬、前兩旬+當(dāng)旬）上與蟲量發(fā)生程度因子的相關(guān)性通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)時(shí)，取該氣象因子相關(guān)系數(shù)較大的時(shí)間尺度作為模型備選因子；所選的因子組合必須消除共線性影響。相關(guān)分析結(jié)果見表1，當(dāng)旬最高氣溫、平均氣溫、最高氣溫大于35℃的日數(shù)與當(dāng)旬甜菜夜蛾蟲量增長(zhǎng)量通過了信度為0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，呈顯著正相關(guān)。前兩旬的平均氣溫與當(dāng)旬甜菜夜蛾蟲量增長(zhǎng)量通過了信度為0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，呈正相關(guān)。前兩旬加當(dāng)旬最高氣溫、平均氣溫與甜菜夜蛾蟲量增長(zhǎng)量通過了信度為0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，呈顯著正相關(guān)。其余各氣象因子與甜菜夜蛾增長(zhǎng)量均無明顯相關(guān)性。以上分析表明，甜菜夜蛾成蟲增長(zhǎng)量與氣溫，尤其是最高氣溫呈正相關(guān)，氣溫越高，高溫日數(shù)越多，越有利于其暴發(fā)成災(zāi)。

甜菜夜蛾成蟲的暴發(fā)不單與氣溫密切相關(guān)，但由于蟲害資料逐旬波動(dòng)變化大，不利于相關(guān)性氣象因子的挖掘，因此本研究結(jié)合田間調(diào)查數(shù)據(jù)并咨詢相關(guān)專家意見，以平均單個(gè)誘捕器誘捕到成蟲數(shù)小于等于50、（50，100]、（100，200]、（200，300]、大于300頭共五個(gè)等次，將甜菜夜蛾危害劃分為無害、輕度、中度、重度、特重5個(gè)等級(jí)。將襄陽(yáng)市、武漢市、荊州市2009-2010年甜菜夜蛾發(fā)生主要時(shí)段各旬甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)與當(dāng)旬各氣象因子、前兩旬各氣象因子、前兩旬加當(dāng)旬氣象因子分別進(jìn)行單因子相關(guān)分析，相關(guān)分析結(jié)果見表2，由表2可見，當(dāng)旬各氣象因子與當(dāng)旬甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)的相關(guān)系數(shù)均未通過信度為0.01或0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，無顯著相關(guān)性。前兩旬的最高氣溫與當(dāng)旬甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)通過了信度為0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，呈正相關(guān)；前兩旬降雨日數(shù)與當(dāng)旬甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)通過了信度為0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，呈顯著負(fù)相關(guān)；前兩旬最高氣溫大于35℃日數(shù)與甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)通過了信度為0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，呈顯著正相關(guān)；前兩旬相對(duì)濕度與當(dāng)旬甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)通過了信度為0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，呈負(fù)相關(guān)。其余前兩旬氣象因子甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)均無顯著相關(guān)性。前兩旬加當(dāng)旬的降雨日數(shù)與甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)通過了信度為0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，呈顯著負(fù)相關(guān)；前兩旬加當(dāng)旬最高氣溫大于35℃日數(shù)與當(dāng)旬甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)通過了信度為0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，呈顯著正相關(guān)；前兩旬加當(dāng)旬相對(duì)濕度與當(dāng)旬甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)通過了信度為0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，呈負(fù)相關(guān)；前兩旬加當(dāng)旬其余氣象因子與甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)均無顯著相關(guān)性。

2.1.2 模型因子篩選過程

當(dāng)旬平均氣溫、最高氣溫、最高氣溫大于35℃日數(shù)與當(dāng)旬蟲量增長(zhǎng)量存在顯著性相關(guān)，而前兩旬最高氣溫、最高氣溫大于35℃日數(shù)與甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)呈正相關(guān)，前兩旬加當(dāng)旬最高氣溫大于35℃日數(shù)與甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)呈正相關(guān)。一般而言，最高氣溫大于35℃日數(shù)越多，最高氣溫值就越大，平均氣溫也就越高，這3個(gè)因子存在顯著關(guān)聯(lián)性，為了消除模型因子的共線性影響，且遵循相關(guān)系數(shù)值最大的因子的原則，本研究選用前兩旬加當(dāng)旬最高氣溫大于35℃日數(shù)作為建模因子。遵循上述原則，本研究還選擇了前兩旬加當(dāng)旬的降雨日數(shù)、前兩旬的相對(duì)濕度值作為建模因子。前人研究表明：在同一溫度下， 甜菜夜蛾幼蟲體長(zhǎng)的增長(zhǎng)率隨濕度的升高而降低，而在同一相對(duì)濕度下，甜菜夜蛾幼蟲體長(zhǎng)的增長(zhǎng)率隨溫度升高而顯著加快，甜菜夜蛾成蟲產(chǎn)卵量明顯受溫度和濕度的影響[1011]。有關(guān)專家研究表明連續(xù)的降水將導(dǎo)致預(yù)蛹期延長(zhǎng)，影響蛹的成活和正常羽化。因此模型所選因子均具有生物學(xué)意義[11]

2.2 甜菜夜蛾發(fā)生程度的氣象等級(jí)預(yù)報(bào)模型

2.2.1 模型構(gòu)建

選用2009-2010年時(shí)間段，以旬為時(shí)間尺度，結(jié)合各旬甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)及以上選取的建模因子，采用多元線性回歸方法進(jìn)行建模。甜菜夜蛾成蟲發(fā)生主要時(shí)段氣象發(fā)生等級(jí)的預(yù)測(cè)模型見式（1）。

該回歸方程的顯著性檢驗(yàn)：由方差分析表中得知：F=7.408，Sig=0.000，通過顯著性水平為0.01的顯著性檢驗(yàn)，表明方程回歸效果較好，具有良好的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可用于甜菜夜蛾成蟲氣象發(fā)生等級(jí)的預(yù)測(cè)預(yù)警。

2.2.2 預(yù)測(cè)模型的歷史回代檢驗(yàn)及效果分析

根據(jù)建立的湖北省甜菜夜蛾發(fā)生等級(jí)統(tǒng)計(jì)模型，分別將2009-2010年所選氣象因子代入模型計(jì)算得到各站點(diǎn)逐旬的甜菜夜蛾成蟲發(fā)生等級(jí)模型值，模型得出等級(jí)值小數(shù)部分四舍五入，然后通過對(duì)所建模型進(jìn)行歷史回代檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)方法：計(jì)算得出2009-2010年湖北省襄陽(yáng)市、武漢市、荊州市甜菜夜蛾發(fā)生主要時(shí)段成蟲逐旬發(fā)生等級(jí)模型預(yù)測(cè)值，與逐旬實(shí)際發(fā)生等級(jí)進(jìn)行比較，驗(yàn)證模型的可靠性。模型等級(jí)與實(shí)際等級(jí)值無級(jí)差認(rèn)為完全一致，等級(jí)值有1級(jí)級(jí)差認(rèn)為基本一致，等級(jí)值有2級(jí)以上級(jí)差認(rèn)為不一致。

檢驗(yàn)結(jié)果顯示（見表3）：湖北省甜菜夜蛾發(fā)生等級(jí)模型預(yù)測(cè)值與甜菜夜蛾發(fā)生等級(jí)實(shí)測(cè)值的旬檢驗(yàn)結(jié)果完全一致的占26%，旬檢驗(yàn)結(jié)果基本一致以上的占76%。模型的檢驗(yàn)結(jié)果表明，甜菜夜蛾發(fā)生等級(jí)預(yù)測(cè)模型模擬結(jié)果較好，可靠性較強(qiáng)。

2.2.3 預(yù)測(cè)模型的獨(dú)立樣本預(yù)測(cè)檢驗(yàn)及效果分析

根據(jù)建立的甜菜夜蛾發(fā)生等級(jí)預(yù)測(cè)模型，把2015年武漢市所選氣象因子代入模型計(jì)算得到武漢站8-10月逐旬甜菜夜蛾成蟲發(fā)生等級(jí)模型預(yù)測(cè)值，再利用上述歷史回代檢驗(yàn)中提到的驗(yàn)證指標(biāo)對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。模型預(yù)測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果顯示（表4）：武漢地區(qū)甜菜夜蛾發(fā)生等級(jí)模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際值旬值完全一致的占22%，旬值達(dá)基本一致以上的占63%，總體預(yù)報(bào)結(jié)果較好。

3 結(jié)論與討論

隨著全球氣候變暖及蔬菜大棚的大量推廣，甜菜夜蛾已經(jīng)成為發(fā)生面積最大、為害程度最重的害蟲，成為制約湖北省“菜籃子工程”安全性的主要因素之一。甜菜夜蛾的發(fā)生發(fā)展受溫度、濕度、降水等氣象環(huán)境因子的影響，因此，可利用氣象因子對(duì)甜菜夜蛾發(fā)生程度進(jìn)行預(yù)測(cè)。本文對(duì)甜菜夜蛾發(fā)生程度等級(jí)與前期各項(xiàng)氣象因子進(jìn)行單因子相關(guān)分析，找出顯著相關(guān)且具有生物學(xué)意義的因子，采用多元線性回歸統(tǒng)計(jì)分析方法，構(gòu)建了甜菜夜蛾發(fā)生流行的氣象等級(jí)預(yù)測(cè)模型，并對(duì)模型進(jìn)行歷史回代和獨(dú)立樣本預(yù)測(cè)檢驗(yàn)。歷史回代檢驗(yàn)結(jié)果顯示：76%的樣本旬檢驗(yàn)結(jié)果達(dá)基本一致以上；獨(dú)立樣本預(yù)測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果顯示；63%的樣本旬值達(dá)基本一致以上，模型總體預(yù)報(bào)結(jié)果較好，可靠性強(qiáng)。因此，可利用該模型開展甜菜夜蛾發(fā)生程度氣象預(yù)測(cè)相關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)。

一般而言，甜菜夜蛾幼蟲發(fā)生量與前期成蟲發(fā)生量成正比，且甜菜夜蛾成蟲暴發(fā)后的10～15 d是幼蟲暴發(fā)時(shí)間。預(yù)測(cè)到甜菜夜蛾成蟲發(fā)生程度，一方面可提前采用人工除卵的方式減少幼蟲量；另一方面，化學(xué)農(nóng)藥防治甜菜夜蛾的最佳時(shí)段為3齡幼蟲期前，成蟲的發(fā)生預(yù)測(cè)，對(duì)幼蟲的防治有很好的指導(dǎo)意義。

本文中甜菜夜蛾僅有2009-2010年、2015年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)資料序列偏短，應(yīng)在以后的研究中不斷增加樣本序列，可對(duì)模型進(jìn)行不斷修正，進(jìn)一步提高其預(yù)報(bào)精度。甜菜夜蛾是一種遷飛性害蟲，其發(fā)生發(fā)展不僅受地面氣象因子的影響，還與大氣環(huán)流特征、蟲源基數(shù)、天敵條件及人工防治等密切相關(guān)，而本文只討論了在甜菜夜蛾成蟲發(fā)生程度與氣象因子的關(guān)系。在以后的研究工作中將繼續(xù)對(duì)其他影響因子做進(jìn)一步分析和探討。

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