西北林木病虫害与气候因素关系的分析

付学琰,刘 义

(张掖市甘州区林业技术中心推广站,甘肃 张掖 734000)

1 引言

通过查阅2018～2022年学者对林木病虫害的研究成果可以发现：病虫害严重威胁着我国林业可持续发展，通过采用科学合理的营林技术，能够在病虫害防治中发挥积极作用，促进林业健康发展[1]。而在林木病虫害的防治过程中，技术人员应加大对病虫害病理特征、发病原因、治理措施的分析研究，以此提高林业病虫害的治理效能[2]。因此，本文以寺大隆林场为例，深入调研该地区林业病虫害与气候因素之间的关系，可为深入了解我国林业病虫害发生机制、有效预测林业病虫害、管理林业病虫害工作提供详实的参考资料。

2 研究区概况

研究区为甘肃省寺大隆林场，其位于甘肃省河西走廊祁连山北麓，黑河中上游一带的肃南县境内，是甘肃祁连山国家级自然保护区的核心区域，也是现阶段祁连山境内唯一的森林资源最丰富、生态群落最完整的森林生态定位研究基地。寺大隆林场占地175120 hm2，其中林地面积已达到了15180 hm2，天然林蓄积量为249万m2，森林覆盖率达到了26.3%。该林场属于高寒半干旱气候，降水少，年平均降水量在250～500 mm之间；日照强，全年日照时数3000 h以上，日照率可达到60%～70%；气温变化急剧，春秋两季较短，冬季时间较长，最高温度可达到33.4±1.5 ℃，最低气温可达到-42.3±1.3 ℃，其2021年度气候与降水量变化趋势如图1所示。该林场土壤类型以砾灰黑土与风沙土为主，林场内主要的林木种类为云杉、圆柏、杨木等林木以及鞭麻、黑刺、山柳等灌木[3]。

图中R为月降水量，T为平均温度、Tmin为平均最低温度、Tmax为平均最高温度图1 2021年寺大隆林场年度气候与降水量变化趋势

3 研究材料与方法

气候因素材料获取方法：以甘肃省张掖市寺大隆林场为中心，选取中国气象局官网(CMA，http://www.cma.gov.cn/)所提供的0.5°×0.5°格点的气象数据用于分析，气候因素需包括1951～2021年逐月的平均温度、平均最低温度、平均最高温度，以及该地区的年总降水量[4]。

林业病虫害材料获取方法：以甘肃省张掖市寺大隆林场为中心，调取1951～2021年内每季度林业病虫害的档案资料，对每类病虫害的害虫种类、危害部分、寄生林木进行详细地汇总分类。

数据统计分析方法：利用数据分析法评估寺大隆林场内每月气候因素对病虫害暴发的影响。将气候要素归纳为时间t的线性函数：y=at+b，其中a、b为经验常数。用最小二乘法通过实际气候资料计算出a与b，a表示线性函数的斜率，也为气候要素的线性趋势。并在数据统计中，选取上一年4月份到当年10月份作为数据统计分析的窗口，评估林业病虫害暴发与气候因素之间的关系，然后在此基础上，利用Excel2021等软件进行图表绘制[5]。

相关分析法：为探讨气候因素与林业病虫害的发生关系，可用相关系数来反映变量之间关系，以r表示，并设立2个要素x与y之间的样本值分别为xi与yi，其相关系数为:

当r>0时，表示正相关；当r<0时，表示负相关。

4 数据结果分析

4.1 近几十年研究区气候变化特征与病虫害发展历史

1951～2021年寺大隆林场温度与年降水量变化趋势如图2所示。

图中Ry为年降水量、T为平均温度、Tmin为平均最低温度、Tmax为平均最高温度、**表示该数据已达到99%的置信区间图2 1951～2021年寺大隆林场温度与年降水量变化趋势

从图2中可以看出，甘肃省张掖市寺大隆林场在1950～2021年的时间段内，林场气温持续上升，其中年平均温度、年平均最低温度、年平均最高温度的上升速率均已达到了0.03 ℃/a，上升速率极其显著(P<0.01)；年降水量则表现出小范围水平降低趋势，但降低速率并不明显。根据近几十年寺大隆林场的发展趋势来看，林场的经营面积由1951年的143200 hm2增加到2021年的175120 hm2，林木范围显著扩大。并通过整理调取近几十年寺大隆林场林业病虫害的档案资料可以看出，危害寺大隆林场的主要林业害虫共有14种、病害3种，其病虫害种类与其危害部位、寄生林木种类，以及病害发生时间的详细分类见表1、表2[6]。

表1 寺大隆林场常见的林业害虫种类

表2 寺大隆林场常见的林业病害种类

从表1、2中可以看出，寺大隆林场所面临的林业病虫害具有种类多、范围广的鲜明特点。并且，大多数病虫害种类的发病时间为6～8月份，少部分病虫害的发病时间为5、9月份。通过结合图1寺大隆林场2021年度气候与降水量变化趋势图可以看出，该林场6、7、8月份的平均温度与降水量均处于全年的高峰值。因此可以得出：温度与湿度的同步升高为林业病虫害发生给予了适宜的生存的空间，且随着温度的升高，林业病虫害的发生种类也随之增多。为进一步明确寺大隆林场病虫害暴发面积较大年份，将1973～2021年内寺大隆林场病虫害的发生面积与防治面积绘制数据对比图，如图3所示。从图3中可以看出，其寺大隆林场病虫害暴发面积较大的前3个年份分别为1994年、2007年，以及2010年[7]。

4.2 林业病虫害暴发与气候因子的关系

通过对比本研究中所调查涉及到的数据，寺大隆林场病虫害暴发的主要影响气候因素为温度与湿度。

一方面，从温度因素来看，该研究地区月最高温度的影响性强于月平均温度与月最低温度的影响性。将图3与图2的数据叠加对比可以发现：该研究地区林业病虫害暴发与上一年5～9月份和当年3、7、8月份的最高温度呈显著正相关；与上一年5～9月份的月平坤温度呈显著正相关；与上一年6月份与当年5、6月份的最低温度呈显著正相关。由此可见，随着温度的上升，林业病虫害有着较高的发生概率，直接影响林业树种的健康生长。

图3 1973～2021年内寺大隆林场病虫害发生面积与防治面积

另一方面，从湿度因素来看，通过参考寺大隆林场病虫害暴发面积最大的前3个年份(1994年、2007年与2010年)，并在寺大隆林场病虫害有记录以来的1973～2021年的气象数据中提取出病虫害爆发显著上一年7月份的降水量与当年7月份的降水量，以及上一年5～7月份之间平均温度的均值。经数据对比后可以发现，针对上一年7月份降水量而言，林业病虫害暴发面积与其呈现负相关；当前7月份降水量与林业病虫害暴发面积呈负相关；5～7月份之间平均温度均值与虫害暴发面积呈正相关。由此可见，随着降雨量的增多，林业病虫害发生的概率也在逐渐降低，但一旦降雨量呈现下降趋势，林业病虫害的发生概率也在逐渐上升，并且温度对林业病虫害发生的影响程度要远高于湿度对林业病虫害发生的影响程度[8]。

5 结论与讨论

因此，通过本研究的实地调查可以发现，随着气候条件的改变，林业病虫害的危害程度也会发生着相应改变。气候因素包括温度、湿度、水分等多个要素，这些要素共同形成了害虫与细菌的生存环境，并在相关气候因素的影响下，直接决定着病虫害的生长速度与涉及范围。

(1)从温度因素来看，温度的高低直接影响着害虫成长的快慢、迁入迁出时期的早晚以及种群数量的消长。较多的林业害虫如落叶松毛虫、松八齿小蠹、落叶松鞘蛾等，会因环境温度的升高而发生期提前，相应的种群代数也会增多。造成病害问题的主要原因为：首先，温度通过影响害虫身体内酶的活性和内分泌激素的代谢，来促进害虫的生长发育速度。其次，温度也全面影响着昆虫卵的发育质量，适宜的温度也可加快昆虫的生长繁殖。由此可见，当气候温度越高时，害虫体内的代谢活动也随之增快，其所消耗的氧气也会逐渐增多。经数据调查验证发现，最适宜林业害虫生长发育的环境温度在20～40 ℃之间。

(2)从湿度因素来看，林业环境湿度的大小与年降水量息息相关，而降水量可直接影响林业害虫的迁徙能力、体型大小、幼虫成活率以及种群数量。在不同的环境条件下，病虫害对湿度的需求均不相同。例如，在干燥的环境中，害虫的生长发育较为缓慢，甚至无法生存；而在水分过多的环境中，也使得一些害虫受到雨水的伤害，从而造成幼虫和成虫的死亡，导致害虫种群数量的全面下降。通过寺大隆林业的实践举证可以发现，该研究区上一年7月份与当年7月份降水量与林业虫害发生面积呈现显著负相关。由此可以得出，当降水量越多时，森林环境的湿度因子越大，虫害的发生面积也越小。当林地处于降雨最多的7月份时，长时间的高强度降雨会直接降低食叶害虫的种群密度，从而缩减虫害的发生面积。

(3)根据寺大隆林场的实际病虫害发生频率可以看出，西北林业常见的森林害虫有落叶松毛虫、松八齿小蠹、落叶松鞘蛾、落叶松双肩尺蛾等，且其随着环境温度的升高，病虫害的发生种类与暴发面积也在逐年增大。并且，林场上一年的温度和降水量，也会同时影响一下年度林业病虫害的暴发，俗称为“滞后效应”。例如，在本研究区域内，当年病虫害暴发时间与面积与上一年6～8月份月初最高温度呈显著正相关，与上一年6～8月份的月平均温度呈显著正相关，与上一年6～8月份的降水量呈显著负相关。由此可以得出，林业病虫害的暴发频率与温度呈正相关，与湿度呈负相关。

(4)通过温度与湿度的叠加分析可以得出，干旱与高温是导致林业病虫害高暴发的主要原因。近几十年来，全国气温明显上升，大幅度增加了林业病虫害的发生概率。西北地区作为我国森林资源覆盖率较大的区域之一，其林业病虫害的发生面积也在逐年增加。通过实际论证的结果显示，对于当年7月份的降水量而言，林业病虫害的爆发面积与前4年降水量呈显著负相关，而当年7、8月份的温度均值与林业病虫害爆发之间的关系由高峰年前4年的显著正相关转变为不显著正相关。由此可见，林业病虫害的发生概率与危害面积与气候因素有着明显关系，林业害虫通常为变温生物，在温度不断升高的条件下，害虫的活动性也在逐年增强。因此，在后期对该地区林业病虫害的干预与防治过程中，应重点勘察气候因素对林业病虫害的影响，以便更清晰地解释出林业病虫害暴发的主要原因，并依靠诱杀法、阻隔法、生物防治法等无公害防治措施，为我国林业病虫害防治提供科学的管理依据。