衡水湖防护林食叶害虫发生丰度与气象因子相关性研究

刘海鹏李子钰梁魁景裴素俭龚俊良

(1.河北省湿地保护与绿色发展协同创新中心，河北 衡水 053000；2.衡水学院生命科学学院，河北 衡水 053000；3.衡水市桃城区蔬菜技术推广站，河北 衡水 053000)

衡水湖湿地是华北地区非常典型和重要的湖泊湿地，在调节气候、涵养水源、保护生物多样性等方面发挥着极其重要的作用[1]。衡水湖防护林为衡水湖湖北滨湖带，植物资源十分丰富，其中种子植物53科176属293种[2]。衡水湖防护林生态建设对衡水市创建国家森林城市，推进水岸生态廊道建设，打造“一湖一带”生态景观，构建中心城区绿色生态屏障，推动环衡水湖生态涵养发展具备重要意义。

防护林作为社会可持续发展的重要生态屏障，近些年国内在防护林的大气净化、土壤修复和综合治理方面开展了多学科和多层次的深入研究。王小玲等研究表明，上海环城林带对近地面主要大气污染物(PM2.5、PM10、NO2)有明显的净化作用，在林带宽度为300m时，净化效果最好[3]。防护林除了净化空气污染外，在降低土壤重金属污染方面也有积极作用。岳军妹等[4]调查了上海市外环林带的土壤中的重金属污染情况，发现绿色植物中的部分树种具备较强的重金属富集和转移能力，对治理城市土壤重金属污染有较好的作用。李吉玫等研究表明，乌鲁木齐市不同功能区林带的绿化树种越丰富，植物覆盖度越高，其林带中的土壤重金属污染越低[5]。

而防护林树木在生长发育过程中，容易被各类害虫危害，其中食叶害虫具备爆发性强、危害面积大的特点[6]。相关研究表明，气候条件与昆虫的繁育、繁殖等生命活动具有紧密的联系，如适宜的温度和湿度有利于昆虫种群的发展，从而加剧食叶害虫对树木的危害[7]。

食叶类害虫最常见的是鳞翅目的类群，如夜蛾、尺蛾、刺蛾等，其发生具有较强的周期性[8]，如1—4月是食叶类害虫产卵、孵化的时期，5—8月是该类害虫取食、发育和繁殖时期，也是造成危害最严重的时期[9]，以上阶段受温度、湿度等气象条件直接影响。因此，研究衡水防护林食叶害虫发生丰度与气象条件的相关性，揭示气象因子与虫害之间的耦合机制，对环衡水湖防护林建设具有重要的生态意义。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

试验地为衡水湖湖北滨湖防护林带，该区域占地面积约214hm2，该人工栽培林均为温带落叶阔叶林，包括乔木林、灌木区和草本区等不同类型[10]。主要乔木物种优势物种为旱柳(Salix matsudana)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、火炬树(Rhus Typhina)、白蜡树(Fraxinus chinensis)、榆树(Ulmus pumila)，灌木区个体数量较少，主要是火炬树幼苗、柽柳(Tamarix chinensis)以及刺槐、白蜡树幼苗组成，草本主要以茜草(Rubia cordifolia)为优势种，还有大量小藜(Chenopodium serotinum)、狗尾草(Setaria viridis)、狗牙根(Cynodon dactylon)等固堤保土的草本植物。

1.2 调查方法

以滨湖防护林为采样中心，选择合适的样点环境。调查方法主要以灯光诱捕法为主，调查时间为2020年1—9月，在衡水湖滨湖防护林带设置5个监测位点，各位点均包括乔木、灌木和草本3个类型。每周调查2次，灯诱采集时间为19：00—24：00。详细调查和记录取样范围内地面和植株上食叶害虫的种类和数量，食叶害虫种类的鉴定参考相关专著[11]。

1.3 气象数据

试验期间气象数据由衡水市气象局提供，包括月均温度、月均相对湿度和月均降雨量。

1.4 数据分析方法

将采集到的害虫数据用Excel进行数据的初步统计和计算，然后用SPSS 25.0软件进行相关性分析，分析2020年各月的夜蛾科害虫月诱捕数量(Y1)、尺蛾科害虫月诱捕数量(Y2)、刺蛾科害虫月诱捕数量(Y3)与该月的月均温度(X1)、月均相对湿度(X2)、月均降雨量(X3)的相关性。

2 结果与分析

2.1 相关气象资料

2020年1—9月气象资料表明，见表1，2020年1—9月月均气温呈整体上升的趋势，其中1月月均气温最低，6—8月月均气温相当，其中8月月均温度最高；2020年1—9月期间，月均相对湿度1—4月呈下降趋势，6—8月呈上升趋势，8月月均相对湿度最高，4月月均相对湿度最低；2020年1—9月月均降雨量整体呈上升趋势，其中8月月均降雨量最高，1—3月月均降水量最低。

表1 2020年1—9月河北省衡水市相关气象资料

2.2 防护林主要食叶类害虫种群丰度

2.2.1 夜蛾科害虫种群丰度

由图1可知，2020年1—9月衡水湖防护林夜蛾科害虫总量整体呈上升趋势，始见于4月，但4月夜蛾科害虫成虫数量很少，5月开始，诱捕到的害虫总量有所增加，于6月达到第1个发生高峰期，6月诱捕夜蛾科害虫总量为495头，随后诱捕到的害虫总量量呈减少趋势，7月诱捕到的夜蛾科害虫总量为294头。于8月达到第2个发生高峰期，8月诱捕到的夜蛾科害虫总量量为1129头，从9月开始诱捕到的夜蛾科害虫总量减少至15头；总体来看，夜蛾科害虫发生于4月，结束于9月。

图1 防护林夜蛾科害虫种群丰度

2.2.2 尺蛾科害虫种群丰度

由图2可知，2020年1—9月衡水湖防护林尺蛾科害虫总量整体呈上升趋势，始见于3月，从3月开始诱捕到尺蛾科害虫成虫，3—4月，尺蛾科害虫总量极少，均少于5头；自5月开始，诱捕到的尺蛾科害虫总量缓慢上升，5—6月诱捕到的尺蛾科害虫总量分别为15头、26头。从7月开始，诱捕到的尺蛾科害虫总量急剧增加，达到发生高峰期，为151头，从8月诱捕的尺蛾科害虫总量逐步下降，8—9月诱捕到的尺蛾科害虫总量分别为110头、6头；总体来看，尺蛾科害虫发生于3月，结束于9月。

图2 防护林尺蛾科害虫种群丰度

2.3 刺蛾科害虫

由图3可知，2020年1—9月衡水湖防护林刺蛾科害虫总量整体呈上升趋势，始见于3月，随后害虫数量平稳上升，3—5月诱捕到的刺蛾科害虫总量分别为2头、8头、16头；6—8月刺蛾科害虫总量迅速增加，6月诱捕到的刺蛾科害虫总量为23头，7月诱捕到的刺蛾科害虫总量为109头，8月诱捕到的刺蛾科害虫总量为418头，达到发生高峰期，9月诱捕到的害虫总量下降，为20头。总体来看，刺蛾科害虫发生于3月，结束于9月。

图3 防护林刺蛾科害虫种群丰度

2.4 气象因子与食叶害虫种群丰度的相关性分析

表2 衡水湖防护林食叶害虫种群动态规律与气象因子的相关性

结果表明，夜蛾科害虫种群动态规律与月均降雨量(X3)呈显著正相关，与月均温度(X1)、月均相对湿度(X2)无显著相关性；尺蛾科害虫种群动态规律与月均温度(X1)、月均相对湿度(X2)、月均降雨量(X3)无显著相关性；刺蛾科害虫种群动态规律与月均相对湿度(X2)、月均降雨量(X3)呈显著正相关，与月均温度(X1)无显著相关性。

3 结论和讨论

衡水湖防护林食叶害虫发生丰度与全年的气象条件有较密切关系。通过相关性分析揭示，防护林食叶害虫种群数量变动主要是月均降雨量和月均相对湿度等气象因子综合影响的结果，其他气象因子间接对食叶害虫种群数量起推动作用。2020年8月月均降雨量和月均相对湿度达到全年最大，夜蛾科和刺蛾科害虫种群数量也达到全年最高峰，说明月均降雨量和月均相对湿度的上升有利于食叶害虫的生长发育。另外，本研究发现月均温度与食叶害虫种群数量无显著相关性。

气候变化引起一系列环境生态问题的同时，对农业害虫的发生产生了显著的推动作用。研究表明，苹果蠹蛾的发生动态与全年的气象条件(温湿度、降雨量)密切相关[12]，温度和性别比例对草地螟生长发育有显著影响，其幼虫发育期随温度的升高而缩短[13]，梨小食心虫种群数量随着降水量等气候因素的变化而变化[14]。

此外，相关研究表明，林业害虫发生程度受气候变化影响也较显著。如，2008—2018年，北京市林业害虫发生总面积与该市年平均相对湿度呈显著性正相关[15]，其中国槐尺蠖发生面积与平均相对湿度有关，美国白蛾发生面积则主要受平均气温和降水量影响，且各类害虫温度每升高1℃，其始见期都会提前1～6d不等，即温度升高会促进食叶类害虫发生期提前。何丽娟等[16]结合2004—2020年甘肃省森林灾害和气象数据，得出甘肃省森林灾害(虫害和鼠害)的发生与冬季降水量呈极显著正相关，森林虫害和鼠害的发生面积随冬季降水量的增大而增大。邹全程等研究结果显示，近几十年，影响塞罕坝地区森林虫害爆发的主要气候因子是月最高温度，其次是月降水量，每年的7—8月温度达到最高时，森林虫害的爆发也最为严重，月降水量的减少加剧了虫害爆发的次数[17]。此外，戴长春通过研究1971—2009年黑龙江省23个林业害虫国家级中心测报点的气象数据与虫情数据，发现在选定的7个气象指标中，年均温度与黑龙江省林业害虫发生程度的面积呈显著正相关水平，年降水量与林业害虫发生呈显著负相关水平，即林业害虫发生面积随着温度的增加而增大，随着降水量的增加而下降，但不同种类的林业害虫的发生与温度、降水量的相关性不尽相同，存在一定的差异性。

根据本试验中的相关性分析可知，温度与3类食叶害虫发生量影响不大，降雨量对夜蛾科害虫有一定影响，这与高佳惠、戴长春等的研究有一致的地方，即气象因子中的温度和降雨量对虫害发生有显著影响。但在不同空间和时间尺度下，以哪种气象因子为主，则受地域影响较大。且本研究存在时间尺度较小，仅为1年，衡水湖防护林也主要以滨湖防护林为主，与山地防护林相比，其受温差变化也不是非常显著，且研究地域也较小，故与国内其他防护林害虫研究结果具有一定的差异。此外，在实际研究中，若仅仅考虑温度、降雨量和相对湿度还不能完全解释3类食叶害虫发生趋势，还应考虑防护林的树木种类、数量、分布、管理水平和其他气象因子等因素。

本研究通过对2020年衡水湖防护林食叶害虫发生丰度与同期的气象因子进行大量采集分析，筛选影响的主要气象因子，得出衡水湖防护林食叶害虫发生丰度与月降雨量有正比例关系。然而本文仅考虑一定地面气象条件对衡水湖防护林发生发展的影响，但实际其发生发展除受地面气象条件的重要影响外，还受虫源基数、自身生物学特性、天敌情况及人为防治等综合因素的影响，今后的研究中可结合衡水湖水温、取食量试验及风向等监测数据，综合各项指标构建食叶害虫等级监测预报模型，为衡水湖防护林带的绿色生态防控提供主要害虫的预测预报，为政府管理部门及时采取防范措施和有效防控提供科技支撑和决策依据。