张云慧, 张 智, 姜玉英, 曾 娟, 高月波, 程登发*
(1.中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京 100193;2.全国农业技术推广服务中心,北京 100026;3.吉林省农业科学院植物保护研究所,公主岭 136100)
2012年三代黏虫大发生原因初步分析
张云慧1, 张 智1, 姜玉英2, 曾 娟2, 高月波3, 程登发1*
(1.中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京 100193;2.全国农业技术推广服务中心,北京 100026;3.吉林省农业科学院植物保护研究所,公主岭 136100)
黏虫是我国粮食作物重要迁飞性害虫之一,2012年8月上旬三代黏虫在我国华北北部和东北部分地区突然暴发,发生面积和为害程度为近十年罕见。本文通过探照灯的多年连续监测,结合气象因素、迁飞高峰期的天气背景分析和迁飞路线的轨迹模拟,探讨了2012年三代黏虫大发生的原因。分析结果表明:在二代已积累较高虫源量的基础上,7月中下旬华北和东北地区适宜温度和频繁降雨为二代成虫迁飞、繁殖提供了有利条件,适宜的寄主为三代幼虫取食提供了充足的食物来源,以上是导致华北和东北地区三代黏虫大发生的两个主要因素。虫源分析显示华北北部和辽宁中西部重灾区虫源主要来自本地,部分虫源来自重灾区的周边地区,受降雨和下沉气流影响大部分集中降落华北北部和辽宁中西部地区,一部分继续迁飞进入东北地区。东北重灾区虫源大部分来自本地,受偏西气流和降雨的影响,东北地区二代成虫未形成有效迁出,黑龙江北部二代成虫在气流运载下向南迁飞,受锋面天气影响降落在黑龙江、吉林交界处,与华北地区迁入的成虫汇集后,不断进行短距离迁飞扩散,聚集为害,造成东北地区大面积发生,局部严重发生。
黏虫; 大发生; 迁飞; 虫源分析
致 谢: 感谢中国农业科学院植物保护研究所倪汉祥研究员、曹雅忠研究员,吉林省农业科学院植物保护研究所孙雅杰研究员在虫源分析方面给予的建议;感谢河南农业大学植物保护学院08级本科生高苗、陈青昭、李佳佳、侯泽海、牛亚娟,09级本科生李鹏华、王雷、马锐娟。山东农业大学植物保护学院09级本科生郝宪磊、韩叶娟等同学在各个监测点的辛苦工作。河北栾城监测点的工作在中国科学院河北栾城农业生态系统试验站完成。
* 通信作者E-mail:dfcheng@ippcaas.cn
黏虫[Mythimnaseparata(Walker)]隶属于鳞翅目夜蛾科,俗称剃枝虫、五彩虫或麦蚕等,是一种世界性的大害虫。在我国境内,除新疆和西藏地区发生情况不明外,其他各省(市、区)均有分布。黏虫幼虫主要取食禾本科植物,加之成虫可南北往返迁飞,因此,黏虫曾经是我国禾谷类作物特别是北方小麦、谷子、玉米和南方水稻的重要害虫[1]。20世纪60年代以前,由于未明确黏虫是否可以迁飞,导致虫源性质不明,因此,阻碍了黏虫测报工作准确性的提高。自1961年开始,中国农业科学院植物保护研究所的李光博先生组建了全国黏虫迁飞研究协作组,在我国东部多个省市开展了大规模标记、释放和回收试验,明确了黏虫在我国东部的发生和迁飞为害规律[2]。根据黏虫种群数量变化规律,李光博先生把我国黏虫发生为害区分为5个类型,并建立了“异地测报”的方法,提出了通过控制虫源地的黏虫种群数量从而减少迁入区虫害的设想[1]。随着种植结构的调整,到80年代初广东、广西南部黏虫越冬代发生区已基本不种小麦,由于缺乏越冬寄主植物,大大压低了黏虫越冬种群密度,致使其在江淮一代黏虫发生区已不再是重要小麦害虫[3]。进入21世纪,黏虫在我国大部分地区属于中等偏轻发生,在东北、西南等秋粮作物上有局部偏重发生的报道,但一直未对粮食生产构成太大威胁。
2012年8月上旬在河北省廊坊、唐山、保定、沧州、秦皇岛,北京通州、昌平,内蒙古通辽、赤峰,辽宁朝阳、阜新,吉林长春、松原,黑龙江哈尔滨,天津和山西晋中等地三代黏虫幼虫相继暴发,面积之大、范围之广、密度之高为近10年罕见,截至8月24日,黏虫发生面积374万hm2,严重发生面积54.5万hm2,对玉米、谷子、水稻等粮食作物生产安全造成了严重威胁。在农业部的统一部署下,各地农业部门和植保系统掀起了“虫口夺粮”保秋粮丰收的攻坚战,积极组织防治,及时控制了危害。在有效遏制这场突如其来的虫灾后,我们更应该认真思考黏虫在沉寂多年之后突然暴发的原因,以便提高黏虫等迁飞性害虫的早期监测预警水平,争取早监测、早部署、早预防,实现提前防控,减少农业损失和药剂防治及劳力投入带来的一系列问题。
本文根据本研究团队2005年以来在东北和华北地区多年野外监测获取的黏虫种群动态数据,辅以2012年在吉林、北京等地玉米田调查得到的幼虫发生情况,结合2012年气象资料,利用天气背景分析和轨迹模拟等方法对此次三代黏虫暴发的原因进行了初步分析,以期为今后黏虫的预测预报及综合防治提供借鉴。
2012年4月至8月在黏虫的主要迁飞为害区设置4个监测点:河北栾城(37°53′N,114°41′E)、北京延庆(40°25′N,115°55′E)、内蒙古锡林浩特(43°57′N,116°00′E)、吉林公主岭(43°30′N,124°49′E)。河北栾城是2012年新设置的监测点,主要依托于中国科学院河北省栾城农业生态系统试验站。北京延庆的监测工作始于2008年春季,截至2012年已累计有5年的数据,可以进行年份间的比较。内蒙古锡林浩特的监测工作从2010年开始,截至2012年已经累计监测3年。吉林公主岭监测点是2011年设置的,已经连续监测2年。
探照灯诱虫器由GT75型探照灯制成。内置1 000W金属卤化物灯泡,探照灯用铁丝固定在白铁皮制成的大漏斗内,使光柱垂直向上照射,漏斗下端接以直径5cm的集虫口,距集虫口10cm处放置盛0.5%洗衣粉溶液的集虫桶,用以收集被灯光诱集到的黏虫等昆虫,详细见张云慧等方法[4]。每个监测点设置多台探照灯,为了做到定时取样,用定时器控制每台探照灯的监测时间。
高空气象资料来源:美国环境预报中心(The National Weather Service’s National Centers for Environmental Prediction,简称NCEP)的再分析数据。利用GRADS图形处理与分析软件,采用标准时间12:00(北京时间20:00)925hPa(百帕)压力层面u分量、v分量数据合成风场矢量图,分析黏虫迁飞高峰期盛行的空中风场。
气象数据:来自中国气象局气象科学数据共享网(http:∥cdc.cma.gov.cn/)。用 ArcGIS软件制图。
地图资料:中国省级行政区图(1∶4000000),从国家基础地理信息中心网站(http:∥ngcc.sbsm.gov.cn/Guide/)下载。
轨迹分析采用美国国家海洋和大气管理局(NOAA)Hysplit_4软件系统(http:∥www.arl.noaa.gov),把GDAS网格数据(温度、风向、高度、相对湿度等要素,每日有8个时段数据)导入软件系统,对迁出事件进行顺推,顺推时间以20:00为起始时间。起点高度设置为200m,最大高度2 000m,超过此高度软件自动停止对该点的分析。同理,对迁入地进行逆推分析,逆推时间以06:00为起始时间。
2012年北京延庆高空探照灯下黏虫第一个突增日出现在5月27日,黏虫第一个高峰期6月1日出现的时间与往年基本一致。进入6月份以后,高空探照灯诱集黏虫的数量比5月份明显增加,与往年相比,诱集黏虫的数量明显偏高。从5月至8月,诱集黏虫数量有3个明显峰期(图1),且后一峰期的数量明显高于前一峰期。在7月中下旬的黏虫峰期,单日诱集黏虫的数量最高达到7 386头,并且连续多日保持在2 000头以上,雌虫卵巢发育以1~3级为主。河北栾城监测点始见黏虫的时间比延庆早一天,5月28日前,为零星出现,单日诱虫量最多为4头。该监测点第一个突增出现在6月6日,单日诱虫量为537头,卵巢发育以1~2级为主。该监测点第一次黏虫较多的阶段持续到6月29日,比延庆提前一天结束。河北栾城的第二次明显突增出现在7月21日,同期延庆也出现了一个突增,并达到了今年单日诱集黏虫量的最大值。7月下旬该监测点的高峰期起始及持续时间与延庆基本相同。2012年吉林公主岭的监测工作开始较晚,6月11日之前的黏虫种群数量变化情况未知。截至8月14日,共监测到两次峰期,第一次为7月中旬,第二次为7月下旬至8月上旬,但高峰期的诱虫数量只有几十头或上百头,与北京延庆、河北栾城华北地区监测点诱虫数量相比明显偏低,但高于去年同期所诱黏虫数量。内蒙古锡林浩特监测点除5月下旬出现一次明显的黏虫迁飞峰期外,进入6月份以来未见明显高峰期,虫量始终在20头以下。综合分析华北、东北的监测点数据,2012年黏虫成虫数量比往年同期明显增高,且二代成虫量高于一代成虫量,奠定了7月中下旬二代成虫数量突增和8月上旬华北、东北地区三代黏虫幼虫大发生的虫源基础。
图1 2008-2012年北京延庆监测点黏虫成虫监测动态
7月下旬我国华北和东北大部分地区平均气温比往年偏低1~2℃(图2a),降水量与往年平均降水量相比明显偏高,尤其是北京、天津,河北的保定、沧州、承德、唐山,辽宁的朝阳、锦州等地,7月下旬降水量高于历年平均降水量100mm以上,个别地区达到400mm(图2b)。此时正是黏虫成虫羽化和卵巢发育期,华北和东北大部分地区的气温偏低和湿度增大,为喜低温高湿的黏虫卵巢发育提供了极为有利的环境因素。进入8月上旬,我国华北和东北地区大部分地区气温明显回升(图2c),除了沿渤海湾出现明显降水外(图2d),其他大部分地区天气晴朗,为农作物和田间杂草的生长提供了适宜的环境条件,也为黏虫幼虫的暴发提供了充足的食物来源。前期雨量充沛,玉米正值孕穗期,田间环境郁闭也为黏虫幼虫的生长发育提供了适宜的田间小气候。
图2 7月下旬至8月上旬全国平均气温和降水距平分析(数量来源中国气象局)
7月中下旬,我国华北、东北地区主要受西太平洋副热带高压和蒙古气旋控制,副高脊线稳定在25~30°N,北界位于35~40°N之间,使位于副高西北侧的我国华北大部分地区盛行西南气流。7月19日在蒙古共和国东南部形成的气旋逐渐向华北地区推进(图3a),7月21日气旋中心位于我国华北北部地区,与暖湿的西南气流相遇,形成了北京、天津、河北等地60年一遇的特大暴雨,使得随气流运载大面积迁飞的黏虫被迫降落在我国华北北部的北京,天津,河北的廊坊、唐山,辽宁朝阳、阜新等地(图3b)。7月25-26日西南暖湿气流与来自西北方向的高空冷气流再次在华北北部相遇,形成比较强的锋面天气,造成华北北部再次大面积降水和黏虫的再次集中降落。另外,偏南气流在我国华北北部发生偏转,形成典型的西南气流,进入我国东北地区,为华北北部地区黏虫向东北地区迁飞提供了运载气流。7月26日,我国东北地区上空继续受气旋天气控制,造成黑龙江、吉林大部分地区普降中到大雨,使东北二代黏虫起飞后,受降雨影响被迫降落(图3c)。28日西南气流与东北气流在吉林和黑龙江的交界处相遇,较强的锋面天气为东北地区带来了大范围降雨,也为东北北部地区的黏虫向南迁飞提供了合适的运载气流和降落条件(图3d)。
以黏虫重发区北京通州,天津静海县,河北廊坊、保定、承德、唐山、沧州、秦皇岛为轨迹起始点,以北京延庆、河北栾城监测点探照灯诱虫器诱集到大量黏虫为迁飞高峰期进行轨迹模拟显示:华北北部和辽宁中西部黏虫高峰期虫源大部分来自本地以及重灾区的周边地区,少部分随西南气流来自河北中南部、山东北部、河南北部和山西的西北部地区,大面积起飞的黏虫随气流迁飞,受下沉气流和降雨影响,大部分集中降落在华北北部,形成当地的主要虫源。一部分随西南气流继续迁飞进入内蒙古的赤峰、通辽,辽宁沈阳,吉林长春等地。
东北地区以黏虫重灾区辽宁的朝阳、阜新、锦州,吉林的四平、长春、松原,黑龙江的哈尔滨、大庆、绥化为轨迹起始点,以吉林公主岭监测点探照灯和地面灯诱集到黏虫迁飞高峰期进行轨迹模拟显示:辽宁中北部、吉林中东部、黑龙江中南部二代黏虫起飞后,受下沉气流影响,大部分在本地短距离扩散后,又降落本地。7月26日随着西南气流进入东北地区,把华北北部虫源输入东北地区。黑龙江北部地区黏虫在7月28日盛行的西北气流影响下向黑龙江的中部迁飞,受西南气流影响集中降落到吉林、黑龙江的交界处。由于整个7月中下旬东北地区主要盛行偏西气流,使东北地区的黏虫无法迁出进入华北地区,大量的黏虫成虫在气流和降雨的作用下不断迁飞扩散,聚集降落,造成三代黏虫在东北地区大面积发生,局部重发生。
图4 东北和华北地区黏虫迁飞的虫源分析(红色圆点表示虫源方向,黑色三角表示降落方向)
任何一种昆虫暴发首要条件就是虫源,例如1990年以来棉铃虫在黄淮海、长江中下游地区局部暴发屡见报道,形成了1992年棉铃虫在除华南、新疆内陆棉区以外的广大地区暴发危害[5]。2003年以来越南北部稻区稻飞虱连年大发生,2005年华南稻区稻飞虱前期迁入峰次多、虫量大,造成了2005年夏秋稻飞虱在长江中下游大部分稻区单季中稻及连作晚稻上大面积暴发成灾[6]。2008年7月底8月初草地螟一代成虫铺天盖地突袭华北和东北地区,导致东北和华北北部二代幼虫猖獗成灾[7]。黏虫发生也不例外,根据全国农业技术推广服务中心和各地植保站报道:2012年一代黏虫在江淮和黄淮麦区见虫面积为82万hm2,比近4年平均值增加29.1%,且局部出现高密度田块,防治后残虫量偏高。二代黏虫在东北、华北、黄淮、西南、西北地区普遍发生,为害周期长、发生面积大,见虫面积达433万hm2,是2001年以来最高值,且多地出现集中为害的高密度田块、残虫量高。延庆监测点探照灯诱虫器的数据也证实,6月中下旬一代成虫诱虫量比历年明显偏高,尤其是7月中下旬二代黏虫成虫出现突增,日最高诱虫量达到7 386头,并且连续多日诱虫数量在2 000头以上,是2008年以来的最高值,为8月上旬三代黏虫幼虫的暴发提供了充足的虫源。
黏虫发生数量除与蛾量直接有关外,还受环境因素的影响,因此会出现有些年份蛾量多,卵量不多,幼虫发生轻,或者蛾量、卵量均多,而幼虫发生不严重的现象。金翠霞通过分析幼虫发生程度与降雨量、相对湿度的关系得出,环境湿度对卵的孵化率,幼虫、前蛹和蛹的成活率以及成虫的寿命均有一定作用,较高的相对湿度能提高卵的孵化率,增加幼虫的成活率,有利于幼虫的化蛹。另外,较高的环境湿度能显著提高成虫寿命和繁殖能力[8]。2012年7月下旬我国华北和东北地区平均气温比往年同期偏低1~2℃,降水量比往年同期明显偏多,为“喜凉好湿”的黏虫成虫繁殖提供了适宜的环境条件。李光博等通过不同麦区田间小气候测定得出,田间湿度大、郁闭的麦田黏虫发生重[9]。随着栽培制度的调整,玉米种植面积不断增加,密植品种的大量推广和7月份充足的降水使得作物、杂草长势良好,形成了田间郁闭的小环境,为黏虫幼虫的暴发提供了充足的食料和隐蔽场所。
昆虫成功实现远距离迁飞、扩散离不开大区气流的运载,关于黏虫迁飞与气流的关系,国内外相关专家开展了大量的室内外研究工作。20世纪60年代,林昌善通过研究黏虫在迁飞降落过程中的气象物理因素得出,气旋中心、冷锋区和雷暴天气均显著有利于扩迁黏虫蛾降落[10]。赵圣菊对黏虫的起飞、运转(迁飞方向、区域、界限、高度、速度)、降落与气象条件的关系进行分析,也表明上升气流对黏虫的起飞有利,而较强的下沉气流则促使黏虫降落,黏虫迁飞方向与空中风场一致[11]。本文出现的延庆监测点黏虫峰值日期出现在7月21日,当日华北北部受气旋天气影响,中心位于北京地区,造成华北北部大面积降雨,分析结果显示大面积起飞的黏虫随较强的下沉气流迫降在降雨波及区。7月中下旬,由于东北地区主要受偏西气流控制,当地二代黏虫起飞后,本应该南迁进入华北地区的黏虫成虫,受气流的影响,主要在当地徘徊,进行短距离迁飞、扩散、聚集为害。因此,7月下旬特殊的天气背景为黏虫的起飞、成功降落、集中为害提供了有利的运载气流。
对于7-8月份二代黏虫蛾的迁飞路线,20世纪60年代,李光博先生、林昌善先生已经明确提出黏虫迁飞理想模式图,为20世纪黏虫的预测预报和防控提供了理论依据[4,12]。但从标记释放回收试验来看,1963年7-8月份虽然在辽宁、吉林进行了大量的标记释放工作,但未在河北、山东、河南等地收到标记蛾,这些成虫到底飞向何处?也可能与当时的气流有关。武向文等根据东北的地形和空中风场,提出东北地区昆虫迁飞场存在Pied piper效应,即无法为秋季回迁的昆虫提供合适的运载气流[13]。因此对于黏虫回迁问题还需要进一步研究。本次的分析结果为:华北北部暴发虫源主要来自当地虫源和重灾区的周边地区,与黏虫迁飞理想模式图基本一致。根据全国农业技术推广服务中心发布的《三代黏虫发生趋势预报》,即二代黏虫在东北、华北、黄淮等地普遍发生,7月中下旬华北、东北、黄淮地区部分监测点出现二代蛾峰。8月上旬三代黏虫暴发地区主要集中在华北和东北地区,华北中南部和山东西北部除了山东滨州外,未见暴发危害记录,这说明当地二代成虫羽化后有成虫迁出现象。另外,华北北部的高山草原地区,由于今年雨水较好,草场长势良好,大量的禾本科杂草也为黏虫的发生提供了充足的食物来源,由于草原区病虫害测报系统的缺位,虽然二代黏虫是否在此发生情况不明,但也不能否定该地区给华北北部提供虫源的可能性。室内吊飞试验和雷达监测已经表明,黏虫具有很强的迁飞能力,24h的吊飞,可平均累计飞翔23.7h、190.386 km,逆风飞行的最大速度7.2m/s[14-17],由于高空的风速一般超过黏虫逆风飞行的极限,其实际位移距离应是昆虫飞行位移与气流位移的矢量和[18-19]。因此,华北北部和重灾区周边的黏虫借助气流运载和自身飞行能力1~2个晚上足以到达发生危害区。
根据内蒙古和东北3省区植保植检站发布的虫情信息,6月下旬以来二代黏虫幼虫在内蒙古赤峰、通辽,辽宁沈阳、锦州、阜新、铁岭、朝阳,吉林长春、松原、四平,黑龙江大庆、哈尔滨、绥化等地陆续发生危害,局部出现高密度田块。根据当地气温和黏虫发育历期所需有效积温,当地黏虫羽化盛期应该在7月下旬,华北北部延庆监测点7月17日就开始出现诱虫高峰期,这和东北地区黏虫发育历期不符。7月17-19日辽宁彰武、锦州等地出现蛾峰,与北京延庆的高峰期基本一致,根据大区风场和轨迹分析辽宁中西部虫源与华北北部虫源为同一批虫源。7月下旬至8月上旬,东北地区主要盛行偏西气流,受下沉气流天气的影响使东北当地二代成虫无法迁出,不断在当地扩散、聚集,加上外地虫源的迁入,导致东北地区三代黏虫的暴发。另外,河北栾城、北京延庆、吉林公主岭等监测点出现多次蛾峰,田间调查幼虫世代重叠现象严重,由于我国南北地区温差明显,黏虫发育历期存在明显差异,使迁飞峰次增加。本文只对主要迁飞峰次进行了分析,以期为我国华北和东北地区三代黏虫暴发的虫源作初步解释,下一步拟从多次迁飞峰期结合成虫卵巢发育进行详细分析,进一步明确2012年我国黏虫大区发生原因和大区虫源性质。
黏虫是一种迁飞性极强的粮食作物害虫,在我国主要粮食作物(小麦、玉米、水稻)上都能发生为害,并且具有突发性、暴发性、毁灭性的特点,因此,加强对其实时监测、早期预警工作变得尤为重要。随着种植业结构的调整和全球气候变化的影响,农作物病虫害发生呈现出一些新的特点,发生为害程度也有加重趋势。针对一些突发性、暴发性的重大病虫害(如黏虫、草地螟、稻飞虱、赤霉病等),建议加强监测预警、迁飞流行规律和暴发为害机理等方面的研究,为控制其大暴发和应急防控提供技术储备。同时,加强基层农技推广部门的建设和经费支持,强化田间监测和预测预报等公益性工作,做到对突发性和暴发性病虫害及早发现,及时预警,确保有效防控。建议国家各级财政,事先留出一些突发性农作物病虫灾害的应急防控资金,各级农技推广服务部门做好农药和药械的储备,健全和完善专业化的防控队伍,做到重大农作物病虫害的统防统治和群防群控。
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Preliminary analysis of the outbreak of the third-generation armywormMythimnaseparatain China in 2012
Zhang Yunhui1, Zhang Zhi1, Jiang Yuying2, Zeng Juan2, Gao Yuebo3, Cheng Dengfa1
(1.StateKeyLaboratoryforBiologyofPlantDiseasesandInsectPests,InstituteofPlantProtection,Chinese AcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China;2.NationalAgriculturalTechniqueExtensionServiceCentre,Beijing100026,China;3.InstituteofPlantProtection,JilinAcademyofAgriculturalSciences,Gongzhuling136100,China)
The armywormMythimnaseparatais one of the serious migratory pests of food crops in China.A sudden outbreak of the 3rd-generation larvae occurred in the northern and northeastern China in early August 2012.The areas of occurrence and the degree of damage were the most serious in recent ten years.Based on long-term monitoring using searchlight traps,combined with meteorological factors and trajectory simulation,this study was conducted to analyze the causes of the outbreak of the 3rd-generation armyworm in2012.The results showed that low temperature and frequent rainfall in late July provided favorable conditions for the breeding of the 2nd-generation adult and suitable host for adequate food sources for the 3rd-generation larvae.These were main factors leading to the outbreak of armyworms.Trajectory simulation showed that the pest sources of North China and Midwest of Liaoning Province were mainly from the local and partially from surrounding areas.Most adults were forced to land by rainfall and subsiding air,and part of the adult continued to fly to the northeast China.The main source areas of 2nd-generation moth immigration in northeast China were local,and the secondary source area was northern China.Because of westerly flow and rainfall in late July,the local 2nd-generation moths did not form an effective emigration;the 2nd-generation moths in northern Heilongjiang mainly landed at the junction of Heilongjiang and Jilin provinces as a result of wind shear associated with heavy precipitation.Short-distance migratory and concentrated landing were the main impact factors causing the damage in northeastern China.
Mythimnaseparata; outbreak; migration; trajectory simulation
S 433.4
A
10.3969/j.issn.0529-1542.2012.05.001
2012-08-29
2012-09-10
“十二五”国家科技支撑计划(2012BAD19B04);现代农业产业技术体系(CARS-03)