氣象因素對林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展的影響研究綜述

1、氣象因素對林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展的影響研究綜述中國農(nóng)業(yè)氣象(ChineseJournalofAgr0meteorol0gy)2010,31(3):458?一461氣象因素對林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展的影響研究綜述張建新,錢錦霞,任慧龍,李芬,侯潤:2L(1.1ll兩省氣象決策服務(wù)巾心,原030006;2.山腿省氣象信息一I心,太原030006;3.山阿省氣象影視中心,爪原030002;4.Ih兩省氣象科技服務(wù)lfl心,爪原030002)摘要:林業(yè)有害生物的生存,發(fā)育甚至大暴發(fā)都與氣象素密切相關(guān),研究林業(yè)有害牛物發(fā)生發(fā)展的適宜氣象指標(biāo),據(jù)此對林業(yè)有害生物的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行預(yù)測并提H切實可行的防治措施,對保護(hù)

2、森林資源,減少林業(yè)經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義.本文在閱讀同內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,綜述了幾種常用方法在林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展與氣象條件關(guān)系研究中的應(yīng)用和各自的利弊,并對未來的研究趨勢進(jìn)行了展望.關(guān)鍵詞:林業(yè)有害生物;氣象;研究綜述ReviewonImpactsofMete0r0l0gicalFactorsonOccurrenceandDevelopmentofForestPestsZHANGJian-xin,QIANJin?xia.,RENHui-long,LIFen,HOURun-lan(1.ShanxiMeteorologicalServiceCenterforDecisionMaking,Taiy

3、uan030006China;2.ShanxiMeteorologicalInformationCenter,Taiyuan030006;3.SI1HiliMeteorologicalVideoCenter,Taiyuan030002;4.ShanxiMeteorologicalScience&TechnologyServic,eCenter,Faiyuan030002)Abstract:Thesurvival,developmentanderuptionofforestpestshavecloserelationshipwithmeteorologicalconditions

4、.Inordertoprotectforestresourcesandreduceforestryloss,itisveryimportanttostudythesuitablemeteorologi-calindicesforoccurrenceanddevelopmentofforestpests.Basedonlotofiteratureinthispaper,theapplicationandadvantageanddisadvantageofseveralmethods,whichconcernedabouttherelationshipbetweenoccurrenceanddev

5、elopmentofforestpestsandmeteorologicalconditions,werereviewed.Moreover,theresearehtrendwasalsodiscussed.Keywords:Forestpests;Meterologicalfactors;Researchreview林業(yè)有害生物是指對森林植物有害的任何植物,動物或病原體的種,株(或品系)或生物型,包括害蟲,病害,鼠(兔)害和有害植物,是一種經(jīng)常和廣泛發(fā)生的自然災(zāi)害.近年來,由于受氣候變暖,全球經(jīng)濟(jì)一體化速度加快,地區(qū)問經(jīng)貿(mào)的13益頻繁以及火災(zāi),濫砍濫伐等對森林生態(tài)系統(tǒng)的破壞,人T純林的不斷增

6、加等綜合因素的影響,全球林業(yè)有害牛物危害發(fā)生的頻次增多,傳播趨勢加劇,危害損失居高不下,并呈逐年上升的態(tài)勢.氣象因素是林業(yè)生產(chǎn)重要的環(huán)境因子和自然資源,決定著森林生態(tài)的類型和物種分布,也是影響林業(yè)有害生物的重要岡子,對其分布,發(fā)生及發(fā)展有著顯著的影響.近些年來,國內(nèi)外關(guān)于氣象條件與林業(yè)有害生物發(fā)生,發(fā)展相互關(guān)系的研究逐漸增多,本文對這方面研究所采取的方法進(jìn)行了分類,并對各種研究方法的利弊進(jìn)行了評述和分析,還對未來的研究趨勢進(jìn)行了展望,以期為進(jìn)一步深入的研究提供參考.1研究現(xiàn)狀1.1基于生物學(xué)特性的研究同其它病蟲害一樣,氣象條件決定林業(yè)有害生物的牛長發(fā)育進(jìn)程以及發(fā)生程度,適宜的氣象條件往往是引起

7、林業(yè)有害生物暴發(fā)的必要條件,對其進(jìn)行詳細(xì),準(zhǔn)確的研究對林業(yè)有害生物的防治具有重要作用.Mattson等從氣象條件影響植物生長發(fā)育的理論發(fā),提m了氣象條件對植食性昆蟲影響的假說,即植食性昆蟲生長繁殖速度與氣象條件的關(guān)系是非收稿13期:20090918基金項目:山西省氣象局2010年領(lǐng)軍人才課題”山兩省主要林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展與氣象條件關(guān)系研究”作者簡介:張建新(1963一),山西太原人,博士,高級T程師,主要從事應(yīng)用氣象,旱作農(nóng)業(yè)方面的研究.Email:Zhangjianxin63yahoo.coin第3期張建新等:氣象因素對林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展的影響研究綜述459?線性的:當(dāng)氣象要素值較低時,

8、植食性昆蟲生長繁殖速度隨氣象要素值的增大而加快;當(dāng)氣象要素值增大到一定程度時,植食性昆蟲生長繁殖速度達(dá)到最快,此時的氣象要素值是其最適條件;然后當(dāng)氣象要素值繼續(xù)增大時,植食性昆蟲的生長繁殖速度隨之下降.Wermelinger等研究了云杉八齒小蠹(stypographusL.)從卵到蛹不同階段生長發(fā)育與溫度的關(guān)系,指在1525cI=范圍內(nèi),云杉八齒小蠹(Ipstypogra-phusL.)的發(fā)育速度與溫度呈線性關(guān)系;不同階段下限溫度有所不同:卵期10.6,幼蟲期8.2,蛹期9.9;不同階段上限溫度與最適溫度相近,上限溫度約為40,最適溫度為3033.國內(nèi)對此方面的研究也比較多,其中,吳新勝等通過

9、對19862001年蘇北楊樹主要蟲害調(diào)查資料和1996.2001年在宿遷5縣(區(qū))試驗資料的研究,分析了溫度,濕度,降水,日照等氣象要素對楊扇舟蛾(Closteraanachoreta),楊小舟蛾(micromelalophatroglodytaGraeser),楊二尾舟蛾(CeruramencianaMoore),桑天牛(Aprionagermari),草履蚧(Drosichacorpulenta),潰瘍病等楊樹主要病蟲害不同發(fā)育階段的影響和它們之間的關(guān)系,探討了溫濕度綜合指數(shù)對楊舟蛾類害蟲羽化開始期的指示意義,建立了草履蚧(Drosichacorpulenta)危害損失的氣象要素估算方法.

10、1.2基于統(tǒng)計學(xué)方法的研究在一定資料積累的基礎(chǔ)上,統(tǒng)計學(xué)方法是揭示事物發(fā)生規(guī)律最常用的方法,對林業(yè)有害生物的研究也不例外,它可以在一定程度上揭示前期出現(xiàn)的氣象條件,正在發(fā)生的氣象事件或較長時段氣象要素的平均狀況與林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展之間相互關(guān)系的規(guī)律.例如,云杉樹皮甲蟲年捕獲量與上一年度56月的平均最高氣溫有較好的相關(guān)關(guān)系;云杉八齒小蠹(typographusL.)所造成的損害與上年37月降水量成反比.這類研究結(jié)論給人們以啟示,即可以根據(jù)上一年與林業(yè)有害生物相關(guān)密切的氣象要素資料預(yù)測當(dāng)年林業(yè)有害生物發(fā)生情況,對采取防治措施具有指導(dǎo)作用.王娟等和習(xí)妍等”的研究找了影響森林蟲害發(fā)生面積,松材線蟲病

11、疫情發(fā)生的氣象因子為年10積溫,年降水量,干燥度以及年平均風(fēng)速,年蒸發(fā)量,但這類研究結(jié)論只能說明林業(yè)有害生物發(fā)生與全年某氣象要素平均狀況關(guān)系的統(tǒng)計規(guī)律,研究結(jié)果的實際應(yīng)用則要求有較高的長期天氣預(yù)報準(zhǔn)確率,應(yīng)用難度較大.利用統(tǒng)計學(xué)方法也可以發(fā)現(xiàn),林業(yè)有害生物的發(fā)生還會受到土壤水分,地形,土壤類型,前作以及它們之間互作關(guān)系的影響”.1.3基于天氣學(xué)方法的研究原產(chǎn)北美洲的紅脂大小蠹(Dendroctonusvalens),甘肅靖遠(yuǎn)縣的靖遠(yuǎn)松葉蜂(D咖rionjingyuanensis)等在山西可暴發(fā)成災(zāi),形成危害,除由于國際,地區(qū)間經(jīng)貿(mào)日益頻繁的原因外,大氣環(huán)流是其遠(yuǎn)距離遷飛的主要動力,因此研究林業(yè)

12、有害生物發(fā)生與天氣要素,環(huán)流因子的關(guān)系是做好有害生物的長期預(yù)測預(yù)警T作的基礎(chǔ).通過研究林業(yè)有害生物發(fā)生程度與天氣,環(huán)流因子的關(guān)系也可彌補(bǔ)統(tǒng)計學(xué)研究中利用臨近資料的缺陷,對及早做好防治準(zhǔn)備,采取防治措施具有重要作用.Mark等研究了天氣因素對5種侵入美國東北部的刺吸式昆蟲(3種介殼蟲,2種球蚜)的分布和豐度的影響,結(jié)果表明:天氣因素主要影響它們的傳播和種群建立,其中,風(fēng)加速了它們的傳播,卵,若蟲隨著當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向從它們的滋生地被運(yùn)送到至少1km以外.風(fēng)向,風(fēng)速與油松毛蟲(Dendrolimustabulaeformis)成蟲遷飛的蟲口密度密切相關(guān).1.4基于GIS和模型的研究GIS(地理信息系統(tǒng))

13、是研究和管理空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng),在計算機(jī)軟硬件支持下,它可以對空間數(shù)據(jù)按空間位置(地理坐標(biāo))進(jìn)行各種處理,研究各種空間實體的相互關(guān)系,可以迅速地獲取滿足應(yīng)用需要的信息,并能以圖形或數(shù)據(jù)的形式表示出處理的結(jié)果.林業(yè)有害生物的發(fā)生具有明顯的空間位置特征,傳統(tǒng)的方法不能進(jìn)行相關(guān)的空間分析,同時病蟲害的預(yù)測預(yù)報,監(jiān)測評估以及決策支持,都需要進(jìn)行大量的空間數(shù)據(jù)的操作,因此,GIS在林業(yè)有害生物與氣象條件關(guān)系的研究中也得到了一定程度的應(yīng)用.,其中,Liebhold等運(yùn)用地理信息系統(tǒng)分析了舞毒蛾(LydimantriasparL.)的擴(kuò)散范圍及其與氣候,地理變異的關(guān)系,并建立了舞毒蛾(Lymantriadi

14、sparL.)擴(kuò)散的空間模型;國內(nèi)林業(yè)科技T作者基于地理信息系統(tǒng)(或3s技術(shù))建立了一些森林病蟲害管理信息系統(tǒng)和監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng).在了解了林業(yè)有害生物的生物學(xué)特性與環(huán)境因子的關(guān)系后,建立相應(yīng)的預(yù)測模型成為必然.Climex模型可以使用長序列的月平均最高氣溫,平均最低氣溫,降水量和相對濕度及某特定物種生長發(fā)育的生物學(xué)參數(shù)和原產(chǎn)地的地理分布,評估出這個特定物種遷移到一個新環(huán)境后所面臨的風(fēng)險,該類模型被用于預(yù)測這個物種將要傳播到的區(qū)域以及某林業(yè)有害生物潛在的地理分布區(qū).BioSIM模型可以利用經(jīng)過海拔和經(jīng)緯度訂正后的溫度和降水資料預(yù)測害蟲的生育階段,并繪制整個區(qū)域的害蟲發(fā)育動態(tài)圖,為整?460?中國農(nóng)業(yè)

15、氣象第31卷個區(qū)域的防控作業(yè)提供決策依據(jù)”.INSIM模型根據(jù)每日最低和最高氣溫以及有關(guān)昆蟲物種習(xí)性資料可輸每個生育階段昆蟲的相對數(shù)量和絕對數(shù)量以及積溫.國內(nèi)學(xué)者也應(yīng)用統(tǒng)it方法建立了有關(guān)林業(yè)有害生物的預(yù)測模型.1.5基于氣候變化的影響研究最新科學(xué)研究成果表明:全球地表平均溫度近百年來(19062005年)升高了0.74C,預(yù)計到21世紀(jì)末仍將上升1.16.4.氣候變化(主要是全球變暖)對林業(yè)有害生物的影響是非常明顯的,國內(nèi)外不少學(xué)者對此進(jìn)行了研究.許多學(xué)者認(rèn)為氣候變化對林業(yè)有害生物有下列影響:第一,改變有害生物發(fā)育期;第二,改變有害生物分布區(qū)域和暴發(fā)頻率;第三,可能改變林業(yè)有害生物與天敵的關(guān)

16、系;第四,導(dǎo)致生物多樣性降低”.許多方法(包括實驗方法和理論方法)被用來評估氣候變化對森林病蟲的潛在影響,一個廣泛采用的方法是觀測位于不同海拔和不同緯度的同一林業(yè)有害生物物種的生長發(fā)育和發(fā)生發(fā)展?fàn)顩r,由于不同海拔和不同緯度地區(qū)的氣候不同,所以就能直接觀測到同一林業(yè)有害生物物種對不同氣候條件的反應(yīng)情況.有研究認(rèn)為中斷食葉昆蟲與其寄主植物的物候同步性也許是氣候變化影響昆蟲生態(tài)的關(guān)鍵途徑.氣溫升高的影響在已有研究中得到證實:美國南部松樹甲蟲生存及暴發(fā)區(qū)域和適宜它們寄生的森林生長區(qū)域均向北移,山區(qū)松樹甲蟲生存及暴發(fā)區(qū)域?qū)⒖s小并向高海拔移動;北美森林病蟲危害將明顯加劇E4o;瑞典南部云杉八齒小蠹(枷ty

17、pographusL.)的春季分蜂活動和從卵到成蟲的快速發(fā)育增加了夏季第二次分蜂的可能性,溫度升得越高,云杉八齒小蠹(IpstypographusL.)第二代完成發(fā)育過程,進(jìn)入冬眠的可能性越大.在國內(nèi),趙鐵良等認(rèn)為:氣候變暖使中國森林植被和林業(yè)有害生物分布區(qū)北擴(kuò),林業(yè)有害生物發(fā)生期提前,世代數(shù)增加,發(fā)生周期縮短,發(fā)生范圍和危害程度加重;同時,年平均溫度尤其是冬季溫度的上升,促進(jìn)了林業(yè)有害生物的發(fā)生;其它異常的氣候,如極端的高溫,低溫,干旱,水澇,大風(fēng)等也都會對林業(yè)有害生物的發(fā)生發(fā)展有重要的影響.2研究展望綜上所述,林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展與氣象條件之間關(guān)系非常密切,因此國家林業(yè)局與中國氣象局于20

18、07年8月2813簽訂了林業(yè)有害生物監(jiān)測預(yù)報合作框架協(xié)議,并聯(lián)合下發(fā)了關(guān)于做好林業(yè)有害生物監(jiān)測預(yù)報氣象服務(wù)工作的通知,要求各級林業(yè)和氣象部門積極探求加強(qiáng)合作的領(lǐng)域和機(jī)制措施,取得更多成果,充分利用各種媒體和信息渠道,及時向社會公眾發(fā)布重大林業(yè)有害生物的預(yù)警信息.通知要求,各地要組織協(xié)同攻關(guān),積極申報各類科技攻關(guān)項目,研發(fā)林業(yè)有害生物氣象預(yù)警信息產(chǎn)品,要把氣候變化與林業(yè)有害牛物發(fā)生規(guī)律,各季節(jié)主要?dú)庀鬄?zāi)害與極端天氣,氣候事件(暖冬,倒春寒,高溫,干旱,洪澇等)條件下林業(yè)有害生物的監(jiān)測預(yù)警作為研究重點(diǎn),并將建設(shè)林業(yè)有害生物災(zāi)變及其氣象條件監(jiān)測預(yù)警的研究納入本地科技發(fā)展規(guī)劃.目前,在林業(yè)有害生物發(fā)生

19、發(fā)展與氣象條件關(guān)系的研究方面已取得一些成果但比較零星且不成體系,在研究林業(yè)有害生物與氣象條件關(guān)系的基礎(chǔ)上建立林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展氣象條件的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)還未見報道,距國家林業(yè)局與中國氣象局聯(lián)合發(fā)文提出的要求相差甚遠(yuǎn).鑒于此,今后應(yīng)強(qiáng)化下列幾方面的_T作.(1)各地主要林業(yè)有害生物種類,分布及危害程度的時空變化規(guī)律研究調(diào)查研究各地主要林業(yè)有害生物種類,分布,演替史(含各類有害生物的生存,繁殖和為害史等),構(gòu)建一個既能進(jìn)行時間序列分析,又能導(dǎo)入GIS軟件中進(jìn)行空間分析的林業(yè)有害生物基礎(chǔ)信息庫.弄清不同條件下各類有害生物的分布區(qū),發(fā)生期,生育史,外形變化,世代數(shù),為害狀,為害周期等生理生態(tài)特征,了解它

20、們歷年的發(fā)生周期,發(fā)生空間范圍,危害程度及其變化,以揭示其時空變化規(guī)律.(2)各地林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展的氣象條件研究由于林業(yè)有害生物對氣象因子的高度敏感性,因此氣象條件往往會成為林業(yè)有害生物發(fā)生的觸發(fā)因子以及影響發(fā)展快慢的關(guān)鍵因素,而氣候的空間分異往往又會決定林業(yè)有害生物的卒問分布.因此需對調(diào)研收集來的林業(yè)有害生物發(fā)生,發(fā)展及危害程度資料與同期以及前期林區(qū)的多個氣象因子(溫度,降水量,空氣相對濕度,氣壓,風(fēng)向和風(fēng)速及其組合等)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)和天氣學(xué)分析,必要叫可在林區(qū)不同部位固定設(shè)置多套,多點(diǎn)能監(jiān)測上述各氣象要素的儀器設(shè)備,并對部分要素進(jìn)行高密度,多頻次移動觀測以獲取林區(qū)各類生境的詳盡氣象資料,氣

21、象資料結(jié)合林業(yè)有害生物的發(fā)生發(fā)展理論,找出天氣氣候條件與林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展的關(guān)系,建立相應(yīng)的模擬,診斷和預(yù)測模型.再結(jié)合大尺度天氣,氣候背景觀測數(shù)據(jù)就能全覆蓋,全方位,高時空分辨率地實現(xiàn)對林區(qū)有害生物生存氣象條件的精確監(jiān)測.第3期張建新等:氣象因素對林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展的影響研究綜述?461?(3)建立基于GIS的主要林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展氣象條件的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)GIS與遙感技術(shù),GPS技術(shù),地統(tǒng)計學(xué),數(shù)學(xué)模型,關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),統(tǒng)計分析系統(tǒng)等的結(jié)合,可解決各種復(fù)雜的空間問題.因此,在上述研究基礎(chǔ)上,通過建立基于GIS的林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展氣象條件的預(yù)警系統(tǒng),隨時依據(jù)氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)和長中短期天氣預(yù)報

22、做出各種林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展的預(yù)警信息和情報,并提相應(yīng)的防御措施建議,為林業(yè)有害生物的綜合治理提供決策依據(jù).參考文獻(xiàn):1MattsonWJ,HaackRA.TheroleofdroughtinoutbreaksofplanteatinginsectsJ.BioScience,1987,37:1101l8.2WermelingerB,SeifertM.AnalysisoftemperaturedependentdevelopmentofthesprucebarkbeetletypographusJ.AppliedEntomology.1998.122:l85191.3吳新勝,賈延安,盛桂蓮,等.

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30、ceInformationRepo.LAUX一1l6.1995.27R6gnibreJ.BioSIM:OptimizingpestcontrolefficacyinforestryOL.http:/cfs.nrcan.gc.ca,20090702.28MolsPJM,DiederikD.INSIM:asimulationenvironmentforpestforecastingandsimulationforpest?naturalenemyinter-?actionJ.ActaHorticulture(ISHS),】996,(416):255262.29舒朝然.我國森林病蟲害預(yù)測預(yù)報研究的現(xiàn)

31、狀及進(jìn)展J.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1993,24(2):384387.30梁其偉,蕭剛?cè)?李天生.試用大氣環(huán)流,海溫兇子對馬尾松毛蟲大發(fā)生進(jìn)行長期預(yù)報J.林業(yè)科學(xué),l987,23(1):2428.31孫薇,胡加共.馬尾松毛蟲發(fā)生量預(yù)測預(yù)報方法的研究J.浙江林業(yè)科技,1998,18(5):4449.(下轉(zhuǎn)第466頁)?466?中國農(nóng)業(yè)氣象第31卷】8一】2】.5普布卓瑪,周順武.兩藏地區(qū)旱澇等級劃分及時空分布特征J.高原氣象,2002,(5):210-2l6.6肖科麗,趙國令,王越,等.陜西汛期降水時空分布及典型旱澇年環(huán)流特征J.氣象科技,2006,(8):410414.7詹志明,劉軍臣,巍東嵐.旱

32、澇對豫東地區(qū)冬小麥產(chǎn)量的影“向評估J.巾國農(nóng)業(yè)氣象,1999,20(4):10一l5.8TsakirisG,VangelisH.EstablishingadroughtindexincorporatingevapotraspirationJ.EuropeanWater,2005,(9/10):3.11.9ThomasB,McKee,NolanJ,eta1.TherelationshipofdroughtfrequencyanddurationtotimescalesA.EighthconferenceonappliedclimatologyC.California:Anaheim,1993:1

33、7-22.1OKurnikB.DroughtforecastingoverEuropeusingStandardizedPrecipitationIndexandmonthlyforecastsA.The9”EMS(EuropeanMeteorologySociety)annualmeetingabstractsc.EMS,2009:290.11姜會飛,廖樹華,丁誼,等,基于馬爾柯夫過程和概率分布特征的糧食產(chǎn)量預(yù)測J.巾國農(nóng)業(yè)氣象,2006,27(4):269272.12陳育峰.我國旱澇空間型的馬爾科夫概型分析J.自然災(zāi)害學(xué)報,1995,4(2):66.72.拉.漣芻.!(上接第461頁)32朱壽燕,陳繪畫,崔相富.應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測馬尾松毛蟲的有蟲面積J.巾國農(nóng)業(yè)氣象,2004,25(1):5153.33劉運(yùn)武,白玉蘭.鶴崗市氣象與農(nóng)林業(yè)病蟲害預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)J.黑龍江氣象,2007,(2)