西北林木病蟲害與氣候因素關(guān)系的分析

付學(xué)琰,劉 義

(張掖市甘州區(qū)林業(yè)技術(shù)中心推廣站,甘肅 張掖 734000)

1 引言

通過(guò)查閱2018～2022年學(xué)者對(duì)林木病蟲害的研究成果可以發(fā)現(xiàn)：病蟲害嚴(yán)重威脅著我國(guó)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展，通過(guò)采用科學(xué)合理的營(yíng)林技術(shù)，能夠在病蟲害防治中發(fā)揮積極作用，促進(jìn)林業(yè)健康發(fā)展[1]。而在林木病蟲害的防治過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)加大對(duì)病蟲害病理特征、發(fā)病原因、治理措施的分析研究，以此提高林業(yè)病蟲害的治理效能[2]。因此，本文以寺大隆林場(chǎng)為例，深入調(diào)研該地區(qū)林業(yè)病蟲害與氣候因素之間的關(guān)系，可為深入了解我國(guó)林業(yè)病蟲害發(fā)生機(jī)制、有效預(yù)測(cè)林業(yè)病蟲害、管理林業(yè)病蟲害工作提供詳實(shí)的參考資料。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)為甘肅省寺大隆林場(chǎng)，其位于甘肅省河西走廊祁連山北麓，黑河中上游一帶的肅南縣境內(nèi)，是甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)域，也是現(xiàn)階段祁連山境內(nèi)唯一的森林資源最豐富、生態(tài)群落最完整的森林生態(tài)定位研究基地。寺大隆林場(chǎng)占地175120 hm2，其中林地面積已達(dá)到了15180 hm2，天然林蓄積量為249萬(wàn)m2，森林覆蓋率達(dá)到了26.3%。該林場(chǎng)屬于高寒半干旱氣候，降水少，年平均降水量在250～500 mm之間；日照強(qiáng)，全年日照時(shí)數(shù)3000 h以上，日照率可達(dá)到60%～70%；氣溫變化急劇，春秋兩季較短，冬季時(shí)間較長(zhǎng)，最高溫度可達(dá)到33.4±1.5 ℃，最低氣溫可達(dá)到-42.3±1.3 ℃，其2021年度氣候與降水量變化趨勢(shì)如圖1所示。該林場(chǎng)土壤類型以礫灰黑土與風(fēng)沙土為主，林場(chǎng)內(nèi)主要的林木種類為云杉、圓柏、楊木等林木以及鞭麻、黑刺、山柳等灌木[3]。

圖中R為月降水量，T為平均溫度、Tmin為平均最低溫度、Tmax為平均最高溫度圖1 2021年寺大隆林場(chǎng)年度氣候與降水量變化趨勢(shì)

3 研究材料與方法

氣候因素材料獲取方法：以甘肅省張掖市寺大隆林場(chǎng)為中心，選取中國(guó)氣象局官網(wǎng)(CMA，http://www.cma.gov.cn/)所提供的0.5°×0.5°格點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)用于分析，氣候因素需包括1951～2021年逐月的平均溫度、平均最低溫度、平均最高溫度，以及該地區(qū)的年總降水量[4]。

林業(yè)病蟲害材料獲取方法：以甘肅省張掖市寺大隆林場(chǎng)為中心，調(diào)取1951～2021年內(nèi)每季度林業(yè)病蟲害的檔案資料，對(duì)每類病蟲害的害蟲種類、危害部分、寄生林木進(jìn)行詳細(xì)地匯總分類。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法：利用數(shù)據(jù)分析法評(píng)估寺大隆林場(chǎng)內(nèi)每月氣候因素對(duì)病蟲害暴發(fā)的影響。將氣候要素歸納為時(shí)間t的線性函數(shù)：y=at+b，其中a、b為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。用最小二乘法通過(guò)實(shí)際氣候資料計(jì)算出a與b，a表示線性函數(shù)的斜率，也為氣候要素的線性趨勢(shì)。并在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，選取上一年4月份到當(dāng)年10月份作為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的窗口，評(píng)估林業(yè)病蟲害暴發(fā)與氣候因素之間的關(guān)系，然后在此基礎(chǔ)上，利用Excel2021等軟件進(jìn)行圖表繪制[5]。

相關(guān)分析法：為探討氣候因素與林業(yè)病蟲害的發(fā)生關(guān)系，可用相關(guān)系數(shù)來(lái)反映變量之間關(guān)系，以r表示，并設(shè)立2個(gè)要素x與y之間的樣本值分別為xi與yi，其相關(guān)系數(shù)為:

當(dāng)r>0時(shí)，表示正相關(guān)；當(dāng)r<0時(shí)，表示負(fù)相關(guān)。

4 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

4.1 近幾十年研究區(qū)氣候變化特征與病蟲害發(fā)展歷史

1951～2021年寺大隆林場(chǎng)溫度與年降水量變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖中Ry為年降水量、T為平均溫度、Tmin為平均最低溫度、Tmax為平均最高溫度、**表示該數(shù)據(jù)已達(dá)到99%的置信區(qū)間圖2 1951～2021年寺大隆林場(chǎng)溫度與年降水量變化趨勢(shì)

從圖2中可以看出，甘肅省張掖市寺大隆林場(chǎng)在1950～2021年的時(shí)間段內(nèi)，林場(chǎng)氣溫持續(xù)上升，其中年平均溫度、年平均最低溫度、年平均最高溫度的上升速率均已達(dá)到了0.03 ℃/a，上升速率極其顯著(P<0.01)；年降水量則表現(xiàn)出小范圍水平降低趨勢(shì)，但降低速率并不明顯。根據(jù)近幾十年寺大隆林場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，林場(chǎng)的經(jīng)營(yíng)面積由1951年的143200 hm2增加到2021年的175120 hm2，林木范圍顯著擴(kuò)大。并通過(guò)整理調(diào)取近幾十年寺大隆林場(chǎng)林業(yè)病蟲害的檔案資料可以看出，危害寺大隆林場(chǎng)的主要林業(yè)害蟲共有14種、病害3種，其病蟲害種類與其危害部位、寄生林木種類，以及病害發(fā)生時(shí)間的詳細(xì)分類見表1、表2[6]。

表1 寺大隆林場(chǎng)常見的林業(yè)害蟲種類

表2 寺大隆林場(chǎng)常見的林業(yè)病害種類

從表1、2中可以看出，寺大隆林場(chǎng)所面臨的林業(yè)病蟲害具有種類多、范圍廣的鮮明特點(diǎn)。并且，大多數(shù)病蟲害種類的發(fā)病時(shí)間為6～8月份，少部分病蟲害的發(fā)病時(shí)間為5、9月份。通過(guò)結(jié)合圖1寺大隆林場(chǎng)2021年度氣候與降水量變化趨勢(shì)圖可以看出，該林場(chǎng)6、7、8月份的平均溫度與降水量均處于全年的高峰值。因此可以得出：溫度與濕度的同步升高為林業(yè)病蟲害發(fā)生給予了適宜的生存的空間，且隨著溫度的升高，林業(yè)病蟲害的發(fā)生種類也隨之增多。為進(jìn)一步明確寺大隆林場(chǎng)病蟲害暴發(fā)面積較大年份，將1973～2021年內(nèi)寺大隆林場(chǎng)病蟲害的發(fā)生面積與防治面積繪制數(shù)據(jù)對(duì)比圖，如圖3所示。從圖3中可以看出，其寺大隆林場(chǎng)病蟲害暴發(fā)面積較大的前3個(gè)年份分別為1994年、2007年，以及2010年[7]。

4.2 林業(yè)病蟲害暴發(fā)與氣候因子的關(guān)系

通過(guò)對(duì)比本研究中所調(diào)查涉及到的數(shù)據(jù)，寺大隆林場(chǎng)病蟲害暴發(fā)的主要影響氣候因素為溫度與濕度。

一方面，從溫度因素來(lái)看，該研究地區(qū)月最高溫度的影響性強(qiáng)于月平均溫度與月最低溫度的影響性。將圖3與圖2的數(shù)據(jù)疊加對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：該研究地區(qū)林業(yè)病蟲害暴發(fā)與上一年5～9月份和當(dāng)年3、7、8月份的最高溫度呈顯著正相關(guān)；與上一年5～9月份的月平坤溫度呈顯著正相關(guān)；與上一年6月份與當(dāng)年5、6月份的最低溫度呈顯著正相關(guān)。由此可見，隨著溫度的上升，林業(yè)病蟲害有著較高的發(fā)生概率，直接影響林業(yè)樹種的健康生長(zhǎng)。

圖3 1973～2021年內(nèi)寺大隆林場(chǎng)病蟲害發(fā)生面積與防治面積

另一方面，從濕度因素來(lái)看，通過(guò)參考寺大隆林場(chǎng)病蟲害暴發(fā)面積最大的前3個(gè)年份(1994年、2007年與2010年)，并在寺大隆林場(chǎng)病蟲害有記錄以來(lái)的1973～2021年的氣象數(shù)據(jù)中提取出病蟲害爆發(fā)顯著上一年7月份的降水量與當(dāng)年7月份的降水量，以及上一年5～7月份之間平均溫度的均值。經(jīng)數(shù)據(jù)對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)，針對(duì)上一年7月份降水量而言，林業(yè)病蟲害暴發(fā)面積與其呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；當(dāng)前7月份降水量與林業(yè)病蟲害暴發(fā)面積呈負(fù)相關(guān)；5～7月份之間平均溫度均值與蟲害暴發(fā)面積呈正相關(guān)。由此可見，隨著降雨量的增多，林業(yè)病蟲害發(fā)生的概率也在逐漸降低，但一旦降雨量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，林業(yè)病蟲害的發(fā)生概率也在逐漸上升，并且溫度對(duì)林業(yè)病蟲害發(fā)生的影響程度要遠(yuǎn)高于濕度對(duì)林業(yè)病蟲害發(fā)生的影響程度[8]。

5 結(jié)論與討論

因此，通過(guò)本研究的實(shí)地調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，隨著氣候條件的改變，林業(yè)病蟲害的危害程度也會(huì)發(fā)生著相應(yīng)改變。氣候因素包括溫度、濕度、水分等多個(gè)要素，這些要素共同形成了害蟲與細(xì)菌的生存環(huán)境，并在相關(guān)氣候因素的影響下，直接決定著病蟲害的生長(zhǎng)速度與涉及范圍。

(1)從溫度因素來(lái)看，溫度的高低直接影響著害蟲成長(zhǎng)的快慢、遷入遷出時(shí)期的早晚以及種群數(shù)量的消長(zhǎng)。較多的林業(yè)害蟲如落葉松毛蟲、松八齒小蠹、落葉松鞘蛾等，會(huì)因環(huán)境溫度的升高而發(fā)生期提前，相應(yīng)的種群代數(shù)也會(huì)增多。造成病害問題的主要原因?yàn)椋菏紫龋瑴囟韧ㄟ^(guò)影響害蟲身體內(nèi)酶的活性和內(nèi)分泌激素的代謝，來(lái)促進(jìn)害蟲的生長(zhǎng)發(fā)育速度。其次，溫度也全面影響著昆蟲卵的發(fā)育質(zhì)量，適宜的溫度也可加快昆蟲的生長(zhǎng)繁殖。由此可見，當(dāng)氣候溫度越高時(shí)，害蟲體內(nèi)的代謝活動(dòng)也隨之增快，其所消耗的氧氣也會(huì)逐漸增多。經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)查驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，最適宜林業(yè)害蟲生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境溫度在20～40 ℃之間。

(2)從濕度因素來(lái)看，林業(yè)環(huán)境濕度的大小與年降水量息息相關(guān)，而降水量可直接影響林業(yè)害蟲的遷徙能力、體型大小、幼蟲成活率以及種群數(shù)量。在不同的環(huán)境條件下，病蟲害對(duì)濕度的需求均不相同。例如，在干燥的環(huán)境中，害蟲的生長(zhǎng)發(fā)育較為緩慢，甚至無(wú)法生存；而在水分過(guò)多的環(huán)境中，也使得一些害蟲受到雨水的傷害，從而造成幼蟲和成蟲的死亡，導(dǎo)致害蟲種群數(shù)量的全面下降。通過(guò)寺大隆林業(yè)的實(shí)踐舉證可以發(fā)現(xiàn)，該研究區(qū)上一年7月份與當(dāng)年7月份降水量與林業(yè)蟲害發(fā)生面積呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。由此可以得出，當(dāng)降水量越多時(shí)，森林環(huán)境的濕度因子越大，蟲害的發(fā)生面積也越小。當(dāng)林地處于降雨最多的7月份時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度降雨會(huì)直接降低食葉害蟲的種群密度，從而縮減蟲害的發(fā)生面積。

(3)根據(jù)寺大隆林場(chǎng)的實(shí)際病蟲害發(fā)生頻率可以看出，西北林業(yè)常見的森林害蟲有落葉松毛蟲、松八齒小蠹、落葉松鞘蛾、落葉松雙肩尺蛾等，且其隨著環(huán)境溫度的升高，病蟲害的發(fā)生種類與暴發(fā)面積也在逐年增大。并且，林場(chǎng)上一年的溫度和降水量，也會(huì)同時(shí)影響一下年度林業(yè)病蟲害的暴發(fā)，俗稱為“滯后效應(yīng)”。例如，在本研究區(qū)域內(nèi)，當(dāng)年病蟲害暴發(fā)時(shí)間與面積與上一年6～8月份月初最高溫度呈顯著正相關(guān)，與上一年6～8月份的月平均溫度呈顯著正相關(guān)，與上一年6～8月份的降水量呈顯著負(fù)相關(guān)。由此可以得出，林業(yè)病蟲害的暴發(fā)頻率與溫度呈正相關(guān)，與濕度呈負(fù)相關(guān)。

(4)通過(guò)溫度與濕度的疊加分析可以得出，干旱與高溫是導(dǎo)致林業(yè)病蟲害高暴發(fā)的主要原因。近幾十年來(lái)，全國(guó)氣溫明顯上升，大幅度增加了林業(yè)病蟲害的發(fā)生概率。西北地區(qū)作為我國(guó)森林資源覆蓋率較大的區(qū)域之一，其林業(yè)病蟲害的發(fā)生面積也在逐年增加。通過(guò)實(shí)際論證的結(jié)果顯示，對(duì)于當(dāng)年7月份的降水量而言，林業(yè)病蟲害的爆發(fā)面積與前4年降水量呈顯著負(fù)相關(guān)，而當(dāng)年7、8月份的溫度均值與林業(yè)病蟲害爆發(fā)之間的關(guān)系由高峰年前4年的顯著正相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙@著正相關(guān)。由此可見，林業(yè)病蟲害的發(fā)生概率與危害面積與氣候因素有著明顯關(guān)系，林業(yè)害蟲通常為變溫生物，在溫度不斷升高的條件下，害蟲的活動(dòng)性也在逐年增強(qiáng)。因此，在后期對(duì)該地區(qū)林業(yè)病蟲害的干預(yù)與防治過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)勘察氣候因素對(duì)林業(yè)病蟲害的影響，以便更清晰地解釋出林業(yè)病蟲害暴發(fā)的主要原因，并依靠誘殺法、阻隔法、生物防治法等無(wú)公害防治措施，為我國(guó)林業(yè)病蟲害防治提供科學(xué)的管理依據(jù)。