湖北省草地贪夜蛾种群分布的区域差异及其受温度条件的影响.pdf

第 45 卷第 4 期2023 年 7 月 湖北大学学报(自然科学版)Journal of Hubei University(Natural Science)Vol.45No.4July 2023收稿日期:20220408基金项目:国家自然科学基金(31670543)和湖北省农业科技创新行动项目(NYKJ2019011)资助作者简介:王崇贤(1997),女,硕士生;黄运新,通信作者,教授,E-mail:y.huang 文章编号:10002375(2023)04054507 湖北省草地贪夜蛾种群分布的区域差异及其受温度条件的影响王崇贤1,王文荟1,周华众2,杨俊杰2,万鹏3,4,5,黄运新1(1.湖北大学资源环境学院,湖北 武汉 430062;2.湖北省植物保护总站,湖北 武汉 430070;3.农业农村部华中作物有害生物综合治理重点实验室,湖北 武汉 430064;4.农作物病虫草害防控湖北省重点实验室,湖北 武汉 430064;5.湖北省农业科学院植物保护土肥研究所,湖北 武汉 430064)摘要:草地贪夜蛾是近几年迁入我国的重大农作物害虫,而湖北省是该害虫每年从南向北迁飞的重要通道.为了解湖北省草地贪夜蛾的种群分布特征,选取湖北省 22 个县市具有代表性的点位,通过玉米田间设置的诱捕装置对草地贪夜蛾成虫发生情况进行抽样调查,获得了各样点 510 月成虫日捕获数的抽样调查数据并结合各样点的日平均温度数据进行了统计分析.结果显示:湖北省草地贪夜蛾的发生时间主要在 710 月,全年峰值出现在 8 月中旬至 9 月上旬.从空间上看,鄂东和鄂中地区草地贪夜蛾虫量较高,两区域的全年峰值时间分别是 9 月中旬和 8 月下旬,样点的日捕获虫量最高可达 74 头和 32 头以上,鄂西虫量极少,样点的日捕获虫量最高不到 1 头.回归分析显示:各样点的对数虫量(诱捕数量的对数)与日平均气温之间存在显著的线性关系,表明日均温对诱捕数量具有显著影响.综上,湖北省草地贪夜蛾的种群分布存在明显的区域差异,而温度条件可能是导致这种差异的一个重要的影响因素.关键词:草地贪夜蛾;诱捕数据;抽样调查;时空分布;温度中图分类号:S435.132文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.1000-2375.2022.00.060著录信息:王崇贤,王文荟,周华众,等.湖北省草地贪夜蛾种群分布的区域差异及其受温度条件的影响J.湖北大学学报(自然科学版),2023,45(4):545-551.DOI:10.3969/j.issn.1000-2375.2022.00.060.WANG C X,WANG W H,ZHOU H Z,et al.The regional differences in the population distribution of fall armyworm in Hubei Province and the effects of temperature conditionsJ.Journal of Hubei University(Natural Science),2023,45(4):545-551.DOI:10.3969/j.issn.1000-2375.2022.00.060.The regional differences in the population distribution of fall armyworm in Hubei Province and the effects of temperature conditionsWANG Chongxian1,WANG Wenhui1,ZHOU Huazhong2,YANG Junjie2,WAN Peng3,4,5,HUANG Yunxin1(1.Faculty of Resources and Environmental Science,Hubei University,Wuhan 430062,China;2.Hubei PlantProtection General Station,Wuhan 430070,China;3.Key Laboratory of Integrated Pest Managementon Crops in Central China,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,P.R.China,Wuhan 430064,China;4.Hubei Key Laboratory of Crop Diseases,Insect Pests and Weeds Control,Wuhan 430064,China;5.Institute of Plant Protection and Soil Fertility,Hubei Academy of Agricultural Sciences,Wuhan 430064,China)Abstract:The fall armyworm(FAW),Spodoptera frugiperda,is a serious insect pest that has migrated into China in recent years,where Hubei Province is an important passage for the pest to migrate from south to north every year.In order to understand the population distribution characteristics of FAW in Hubei Province,546 湖北大学学报(自然科学版)第 45 卷sampling surveys for the FAW adults in the representative sites of 22 counties or cities in Hubei Province were conducted by trapping devices in the maize fields.The data of daily adults caught at sampling sites from May to October were obtained and statistically analyzed together with the data of daily average temperature at the corresponding sites.Results showed that temporally,the FAW adults mainly distributed from July to October,with the annual peak in the daily number of adults occurred from the middle of August to early September.Spatially,the FAW adults mainly distributed in the Eastern and Central Hubei.The annual peaks in the daily number of adults for the two regions occurred in the middle of September and August,respectively.The maximum numbers of adults caught per day at the sampling sites in the Eastern and Central Hubei were more than 74 and 32,respectively,while the maximum number of adults caught per day at the sampling sites in the Western-Hubei was less than one.Regression analyses showed that there was a significant linear relationship between the logarithm of the adult numbers and daily temperature,showing that the daily temperature had a significant impact on the number of adults.In conclusion,there were significant regional differences in the population distribution of FAW in Hubei Province,and the temperature condition may be one of the important responsible factors.Key words:fall armyworm;trapping data;sampling survey;temporal and spatial distribution;temperature 0引言草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda),别名秋粘虫、伪黏虫,鳞翅目夜蛾科,原产于美洲热带地区,后逐步扩散到非洲、东南亚地区.2019 年 1 月草地贪夜蛾首次出现在中国云南1,2019 年 5 月上旬,在湖北多个县、市的玉米作物上发现草地贪夜蛾2-3.草地贪夜蛾是广食性的害虫,有文献记载其在美洲有多达 353 种寄主作物4.草地贪夜蛾在原产地包括水稻型和玉米型两种生态型,分别以水稻和玉米为主要寄主作物,中国的草地贪夜蛾经鉴定为玉米型5.原产地的研究表明,玉米型草地贪夜蛾主要取食玉米,但在玉米较少或者没有玉米的情况下也可能取食甘蔗、高粱、棉花等其他作物4.草地贪夜蛾目前在中国主要发现在玉米田内2,6-7.草地贪夜蛾是迁飞性害虫,其飞行能力极强8-9,在条件适宜的情况下,其飞行距离每晚可达几百千米10,每小时飞行速度可达 50 多千米11.现有研究表明,草地贪夜蛾在中国存在两条迁飞路线,一是从云南等地的周年繁殖区经贵州、四川、重庆、湖北等地迁往黄淮春夏玉米区的西线,二是从广东、广西等地的周年繁殖区经长江流域迁往黄淮春夏玉米区的东线12.从两条迁飞路线可以看出,湖北省处于非常特殊的位置,正好位于西线和东线两条迁飞路线上,是草地贪夜蛾从南到北迁飞的重要通道和过渡区域.因此,了解草地贪夜蛾在湖北的种群动态及空间分布情况不仅对湖北省本地的害虫防控而且对黄淮春夏玉米区害虫发生的预警具有重要意义13.由于草地贪夜蛾为非滞育昆虫,所以温度条件是影响草地贪夜蛾迁飞及其空间分布最重要的环境因子.美洲大陆的大尺度研究表明,温度条件对草地贪夜蛾的迁飞及分布具有重要影响.其中最主要的特征是,随着区域温度的梯度降低,草地贪夜蛾的种群密度也逐渐降低14-15.非洲大陆的研究表明,气候条件和作物系统是影响草地贪夜蛾空间分布的主要驱动因子,但是温度对草地贪夜蛾空间分布的影响在区域尺度上并没有明显特征16.草地贪夜蛾迁入我国不久,有关温湿度等气候因子对其影响主要集中在实验室研究方面17-18.有关气候因子对草地贪夜蛾空间分布的影响研究尤其是区域尺度上的研究尚少见报道.鉴于上述原因,我们通过玉米田间设置的诱捕装置,获得了 2020 年 510 月湖北省 22 个县市的代表性点位的草地贪夜蛾成虫的抽样调查数据,并结合各点位对应的温度数据进行了统计分析.本文旨在了解湖北省草地贪夜蛾的空间分布特征以及温度条件在区域尺度上对其的影响.第 4 期王崇贤,等:湖北省草地贪夜蛾种群分布的区域差异及其受温度条件的影响547 1材料与方法图 1研究样点位置图各县市的名称和编号:1-竹山 2-丹江口 3-长阳 4-松滋5-枝江 6-当阳 7-东宝 8-宜城 9-沙洋 10-潜江 11-石首12-仙桃 13-云梦 14-蔡甸 15-嘉鱼 16-红安 17-通山18-大冶 19-阳新 20-蕲春 21-罗田 22-英山.1.1研究对象与区域本研究的对象为草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda),研究区域涉及湖北省22 个县市,分别是竹山、丹江口、长阳、松滋、枝江、当阳、东宝、宜城、沙洋、潜江、石首、仙桃、云梦、蔡甸、嘉鱼、红安、通山、大冶、阳新、蕲春、罗田、英山,涵盖湖北省主要玉米种植区(图 1).其中竹山、丹江口、长阳在地理上属于鄂西(东经112.0以西),松滋、枝江、当阳、东宝、宜城、沙洋、潜江、石首、仙桃、云梦、蔡甸、嘉鱼属于鄂中(东经112.0 114.5),红安、通山、大冶、阳新、蕲春、罗田、英山属于鄂东(东经 114.5以东).1.2数据来源草地贪夜蛾成虫监测数据.草地贪夜蛾的成虫监测数据来源于湖北省植物保护总站,原始数据包括 2020 年 510 月 22 个县市代表性点位的草地贪夜蛾成虫的抽样调查数据.成虫通过设置在玉米田内的性诱装置捕获,每个县市选择玉米种植比较集中且面积大小相当的玉米田作为监测点,于玉米苗期开始设置诱捕装置,装置设置后定期检查,记录当日捕获虫数.日平均气温数据.气象数据来源于中国气象数据网以及中科院资源环境科学数据中心.原始数据包括 20112020 年 22 个县市每天的日平均气温.1.3统计方法1.3.1广义线性混合模型广义线性混合模型是一种比一般线性模型使用更广泛的线性回归分析方法,它适合因变量不服从正态分布、自变量之间存在相关性,自变量包含混合效应和分类变量等一般线性模型不适合的情形.本文中区分夏季(68 月)和秋季(910 月),采用广义线性混合模型分析研究区域 22 个县市各代表性点位的草地贪夜蛾成虫捕获数和日平均气温的区域和季节差异.1.3.2一般线性回归分析区分夏季(68 月)和秋季(910 月),以研究区域 22 个县市日平均气温和成虫监测数据为样本数据,采用一般线性回归模型分析温度条件对草地贪夜蛾成虫捕获数的影响.其中因变量为对数虫量(成虫捕获数的对数),自变量为日平均气温.2结果与分析2.1草地贪夜蛾数量分布的时空差异22 个点位草地贪夜蛾成虫的日平均捕获数分布显示,5 月和 6月数量很少,点位最高值不到 10 头,但在鄂东、鄂中、鄂西三个区域均有分布(图 2).从 7 月开始,捕获数开始上升,点位最高值达到 40 头,主要分布在鄂东和鄂中,鄂西极少.全年 8 月和 9 月的捕获数最高,点位最高值超过 160 头,全部分布在鄂东和鄂中.不但如此,8 月和 9 月的分布呈现明显的聚集特征,可以发现两个明显的聚集区域,分别是以松滋、当阳、枝江为中心的鄂中聚集区(点位 4 6)和以大冶、阳新、蕲春为中心的鄂东聚集区(点位 1820).相比 8 月和 9 月,10 月的捕获数大幅回落,两个聚集区的捕获数明显下降,点位最高值下降到 40 头以下.按鄂东、鄂中、鄂西三个区域分别统计的日平均捕获数分布显示,全年整体来看鄂东数量最高,其次是鄂中,鄂西数量极少(图 3).具体划分到不同季节,春季(5 月)鄂东、鄂中、鄂西三个区域的数量都很少,没有明显差异.夏季(68 月)鄂东和鄂中两个区域的数量在时间变化上不同步,其中鄂东在 7 月和8 月中旬有两个局部峰值,而鄂中在夏季也有两个局部峰值,分别发生在 8 月上旬和下旬.广义线性混合模型分析显示,夏季鄂东和鄂中两个区域的数量之间没有显著差异(P=0.129).秋季(910 月)除了548 湖北大学学报(自然科学版)第 45 卷图 2510 月草地贪夜蛾成虫日平均数空间分布图,单位:头图 3三个区域草地贪夜蛾成虫数量的时间序列其中横轴表示时间,纵轴是成虫的日平均捕获9 月中旬鄂东的数量高于鄂中外,其他时间差别不大.广义线性混合模型分析显示,秋季鄂东和鄂中两个区域的数量之间没有显著差异(P=0.292).2.2气温的时空差异广义线性混合模型分析显示,夏季鄂东与鄂中的日平均气温之间没有显著差异(P=0.076),但这两个区域与鄂西的日平均气温之间存在显著差异(P0.001).夏季鄂西、鄂中、鄂东日平均气温的区域平均值分别是 26.87 、27.58 、27.74(图 4(A).秋季鄂东、鄂中、鄂西三区域的日平均气温之间存在显著差异(P0.001).秋季鄂西、鄂中、鄂东日 平 均 气 温 的 区 域 平 均 值 分 别 是 19.8 、20.89 、21.34 (图 4(B).从整体来看,无论是在夏季(68 月)还是在秋季(910 月),鄂东和鄂中的日平均气温均相差不大,但是均显著高于鄂西.原因是鄂西属于山地,海拔较高,气温较低,而鄂东和鄂中属于平原丘陵地区,气温相对较高.2.3气温对草地贪夜蛾分布的影响回归分析显示,夏季(68 月)草地贪夜蛾的对数虫量与日平均气温之间存在显著的线性关系(P=0.007)(图 5(A).也就是说,草地贪夜蛾的成虫捕获数与日平均气第 4 期王崇贤,等:湖北省草地贪夜蛾种群分布的区域差异及其受温度条件的影响549 图 4湖北省三个区域夏季(A)和秋季(B)的日平均气温图 5夏季(A)和秋季(B)的对数虫量与日平均气温的关系温之间存在指数函数依赖关系,表明当夏季日平均气温增高时,草地贪夜蛾成虫数量将呈现指数式增加.同样,秋季(910 月)草地贪夜蛾的对数虫量也与日平均气温之间存在显著的线性关系(P=0.01)(图 5(B).也就是说,秋季草地贪夜蛾的成虫捕获数与日平均气温之间也存在指数函数依赖关系.综合来看,不管是在夏季还是秋季,草地贪夜蛾捕获数与日平均气温之间都存在显著的指数函数依赖关系,表明日平均气温对草地贪夜蛾捕获数具有显著影响.3结论与讨论基于 2020 年湖北省境内 22 个代表性点位草地贪夜蛾成虫诱捕数据的分析显示:害虫发生时间主要集中在 710 月,其中 89 月两个月份的数量最高;在空间上主要分布在湖北省中部和东部平原丘陵玉米种植区,鄂西山地玉米种植区只有少量分布,其数量显著低于前者.针对各点位对应的日平均气温和诱捕数据的回归分析显示,诱捕数量与夏季和秋季的日平均气温均存在显著的正相关关系,说明温度条件是影响湖北省境内草地贪夜蛾成虫分布的重要因素.可能影响草地贪夜蛾时间或季节分布的因素很多,这其中包括成虫首次迁入研究区域的时间和规模、玉米的种植模式和生长周期、温度条件的累积变化等.春季成虫迁入研究区域的时间主要取决于南方周年繁殖区的发生和迁飞条件12,19.本文中的诱捕数据显示,绝大部分县市首次发现成虫的时间是 5月下旬和 6 月.以上述时间节点作为初始条件的模型模拟显示(待发表),在春玉米和夏玉米种植区,8月(夏末)虫量达到高峰,而在秋玉米种植区,则是 9 月(秋初)虫量达到高峰.这与本文中的诱捕数据整体上是吻合的,说明成虫首次迁入时间和玉米的种植模式的确是影响草地贪夜蛾的时间或季节分布的重要因素.温度条件对草地贪夜蛾季节分布的影响主要通过累积有效积温来体现17:从季初首次见虫开始,随着累积有效积温的逐步增高,草地贪夜蛾的种群数量也逐步增高,直到 89 月达到峰值,这与本文中的监测数据相符.可能影响草地贪夜蛾空间分布的因素同样也很多,这其中包括成虫首次迁入研究区域的时间和规550 湖北大学学报(自然科学版)第 45 卷模、玉米的种植模式、气温的区域差异等.根据现有文献,中国草地贪夜蛾存在东西两条北迁路线,均经过湖北省12,19.从 22 个县市的诱捕数据来看,成虫首次迁入的时间和规模均存在一定的区域差异,其中平原丘陵玉米种植区比山地玉米种植区首次见虫的时间相对早一些、数量也多一些.模型模拟发现(待发表),首次见虫的时间和数量尤其是后者对全年的发生具有很大影响.因此,成虫首次迁入的时间和规模是影响草地贪夜蛾空间分布的原因之一.寄主作物的生长周期和可用性是影响农作物害虫分布的重要因素.大多数农作物害虫都是伴随着寄主作物的生长周期而繁殖20-21,这一点草地贪夜蛾也不例外.由于草地贪夜蛾属于玉米型,以玉米为主要寄主作物5,7,所以玉米生长周期的长短对草地贪夜蛾的全年发生水平具有关键影响.湖北省玉米的种植特点是山地玉米种植区一般只种植春玉米或夏玉米,玉米的生长周期从 4 月延续到 8 月,而平原丘陵玉米种植区除了春玉米和夏玉米外,部分地区还种植秋玉米,玉米的生长周期从 4 月延续到 910月20,22.因为这个原因,平原丘陵玉米种植区在 10 月份仍然能够诱捕到相当数量的成虫,而山地玉米种植区在 10 月份诱捕到的成虫非常稀少,可能是来自其他地区的迁飞害虫.也就是说,玉米的种植模式是影响草地贪夜蛾空间分布的重要因素.气温对其他作物害虫的空间分布的影响已有文献记载23-24.这种影响主要表现为气温相对较高的地区或样点的害虫密度或数量也相对较高,也就是害虫密度或数量与气温之间存在正相关的关系.本文中的数据分析表明,草地贪夜蛾的诱捕数量与气温之间也存在类似的正相关的关系.实验研究表明,草地贪夜蛾生长繁殖的最佳温度大约是 28 30 度18,25-26.当温度条件低于最佳温度时,害虫的生长繁殖能力随着温度的增加而增加,而当温度条件高于最佳温度时害虫的生长繁殖能力则随着温度的增加而下降.由于 22 个点位夏季和秋季的日平均气温绝大部分都低于最佳温度,所以本文中发现的草地贪夜蛾的诱捕数量与气温之间的正相关关系是合理的.除了温度条件以外,其他气候因子如降雨和光照条件对草地贪夜蛾的时空分布也会存在一定的影响15,27.这些因子的实际影响有待进一步通过统计分析来界定.除此之外,本文中的数据分析方法尚无法区分诱捕数据中的迁入虫源和本地虫源,因此无法确定迁入虫源和本地虫源对草地贪夜蛾时空分布的相对贡献.这一点有待进一步通过模型预测与数据分析相结合的办法来解决.由于草地贪夜蛾迁入中国时间不长,湖北省境内的监测从 2020 年才开始展开,因此目前可用的数据还比较有限.未来有必要通过进一步监测,获取多年数据进行分析,以排除年度波动的影响,为了解湖北省草地贪夜蛾的分布特征及相关影响因素提供更为可靠的依据.4参考文献1 姜玉英,刘杰,朱晓明.草地贪夜蛾侵入我国的发生动态和未来趋势分析J.中国植保导刊,2019,39(2):33-35.2 刘杰,姜玉英,吴秋琳,等.我国草地贪夜蛾冬春季发生为害特点及下半年发生趋势分析J.中国植保导刊,2019,39(7):36-38.3 邵锦涛,夏子健,毕险平,等.武穴市草地贪夜蛾发生特点及防治对策J.湖北植保,2021(3):12-13.4 MONTEZANO D G,SPECHT A,SOSA-GMEZ D R,et al.Host plants of Spodoptera frugiperda(Lepidoptera:Noctuidae)in the AmericasJ.African Entomology,2018,26(2):286-300.5 张磊,靳明辉,张丹丹,等.入侵云南草地贪夜蛾的分子鉴定J.植物保护,2019,45(2):19-24.6 姜玉英,刘杰,谢茂昌,等.2019 年我国草地贪夜蛾扩散为害规律观测J.植物保护,2019,45(6):10-19.7 张磊,柳贝,姜玉英,等.中国不同地区草地贪夜蛾种群生物型分子特征分析J.植物保护,2019,45(4):20-27.8 WESTBROOK J K,NAGOSHI R N,MEAGHER R L,et al.Modeling seasonal migration of fall armyworm moths J.International Journal of Biometeorology,2016,60(2):255-267.9 JOHNSON S J.Migration and the life history strategy of the fall armyworm,Spodoptera frugiperda in the western hemisphereJ.International Journal of Tropical Insect Science,1987,8(4/6):543-549.10 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