气象因素对林业有害生物发生发展的影响研究综述

1、气象因素对林业有害生物发生发展的影响研究综述中国农业气象(ChineseJournalofAgr0meteorol0gy)2010,31(3):458?一461气象因素对林业有害生物发生发展的影响研究综述张建新,钱锦霞,任慧龙,李芬,侯润:2L(1.1ll两省气象决策服务巾心,原030006;2.山腿省气象信息一I心,太原030006;3.山阿省气象影视中心,爪原030002;4.Ih两省气象科技服务lfl心,爪原030002)摘要:林业有害生物的生存,发育甚至大暴发都与气象素密切相关,研究林业有害牛物发生发展的适宜气象指标,据此对林业有害生物的发生发展进行预测并提H切实可行的防治措施,对保护

2、森林资源,减少林业经济损失具有重要意义.本文在阅读同内外相关文献的基础上,综述了几种常用方法在林业有害生物发生发展与气象条件关系研究中的应用和各自的利弊,并对未来的研究趋势进行了展望.关键词:林业有害生物;气象;研究综述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林业有害生物是指对森林植物有害的任何植物,动物或病原体的种,株(或品系)或生物型,包括害虫,病害,鼠(兔)害和有害植物,是一种经常和广泛发生的自然灾害.近年来,由于受气候变暖,全球经济一体化速度加快,地区问经贸的13益频繁以及火灾,滥砍滥伐等对森林生态系统的破坏,人T纯林的不断增

6、加等综合因素的影响,全球林业有害牛物危害发生的频次增多,传播趋势加剧,危害损失居高不下,并呈逐年上升的态势.气象因素是林业生产重要的环境因子和自然资源,决定着森林生态的类型和物种分布,也是影响林业有害生物的重要冈子,对其分布,发生及发展有着显着的影响.近些年来,国内外关于气象条件与林业有害生物发生,发展相互关系的研究逐渐增多,本文对这方面研究所采取的方法进行了分类,并对各种研究方法的利弊进行了评述和分析,还对未来的研究趋势进行了展望,以期为进一步深入的研究提供参考.1研究现状1.1基于生物学特性的研究同其它病虫害一样,气象条件决定林业有害生物的牛长发育进程以及发生程度,适宜的气象条件往往是引起

7、林业有害生物暴发的必要条件,对其进行详细,准确的研究对林业有害生物的防治具有重要作用.Mattson等从气象条件影响植物生长发育的理论发,提m了气象条件对植食性昆虫影响的假说,即植食性昆虫生长繁殖速度与气象条件的关系是非收稿13期:20090918基金项目:山西省气象局2010年领军人才课题”山两省主要林业有害生物发生发展与气象条件关系研究”作者简介:张建新(1963一),山西太原人,博士,高级T程师,主要从事应用气象,旱作农业方面的研究.Email:Zhangjianxin63yahoo.coin第3期张建新等:气象因素对林业有害生物发生发展的影响研究综述459?线性的:当气象要素值较低时,

8、植食性昆虫生长繁殖速度随气象要素值的增大而加快;当气象要素值增大到一定程度时,植食性昆虫生长繁殖速度达到最快,此时的气象要素值是其最适条件;然后当气象要素值继续增大时,植食性昆虫的生长繁殖速度随之下降.Wermelinger等研究了云杉八齿小蠹(stypographusL.)从卵到蛹不同阶段生长发育与温度的关系,指在1525cI=范围内,云杉八齿小蠹(Ipstypogra-phusL.)的发育速度与温度呈线性关系;不同阶段下限温度有所不同:卵期10.6,幼虫期8.2,蛹期9.9;不同阶段上限温度与最适温度相近,上限温度约为40,最适温度为3033.国内对此方面的研究也比较多,其中,吴新胜等通过

9、对19862001年苏北杨树主要虫害调查资料和1996.2001年在宿迁5县(区)试验资料的研究,分析了温度,湿度,降水,日照等气象要素对杨扇舟蛾(Closteraanachoreta),杨小舟蛾(micromelalophatroglodytaGraeser),杨二尾舟蛾(CeruramencianaMoore),桑天牛(Aprionagermari),草履蚧(Drosichacorpulenta),溃疡病等杨树主要病虫害不同发育阶段的影响和它们之间的关系,探讨了温湿度综合指数对杨舟蛾类害虫羽化开始期的指示意义,建立了草履蚧(Drosichacorpulenta)危害损失的气象要素估算方法.

10、1.2基于统计学方法的研究在一定资料积累的基础上,统计学方法是揭示事物发生规律最常用的方法,对林业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现的气象条件,正在发生的气象事件或较长时段气象要素的平均状况与林业有害生物发生发展之间相互关系的规律.例如,云杉树皮甲虫年捕获量与上一年度56月的平均最高气温有较好的相关关系;云杉八齿小蠹(typographusL.)所造成的损害与上年37月降水量成反比.这类研究结论给人们以启示,即可以根据上一年与林业有害生物相关密切的气象要素资料预测当年林业有害生物发生情况,对采取防治措施具有指导作用.王娟等和习妍等”的研究找了影响森林虫害发生面积,松材线虫病

11、疫情发生的气象因子为年10积温,年降水量,干燥度以及年平均风速,年蒸发量,但这类研究结论只能说明林业有害生物发生与全年某气象要素平均状况关系的统计规律,研究结果的实际应用则要求有较高的长期天气预报准确率,应用难度较大.利用统计学方法也可以发现,林业有害生物的发生还会受到土壤水分,地形,土壤类型,前作以及它们之间互作关系的影响”.1.3基于天气学方法的研究原产北美洲的红脂大小蠹(Dendroctonusvalens),甘肃靖远县的靖远松叶蜂(D咖rionjingyuanensis)等在山西可暴发成灾,形成危害,除由于国际,地区间经贸日益频繁的原因外,大气环流是其远距离迁飞的主要动力,因此研究林业

12、有害生物发生与天气要素,环流因子的关系是做好有害生物的长期预测预警T作的基础.通过研究林业有害生物发生程度与天气,环流因子的关系也可弥补统计学研究中利用临近资料的缺陷,对及早做好防治准备,采取防治措施具有重要作用.Mark等研究了天气因素对5种侵入美国东北部的刺吸式昆虫(3种介壳虫,2种球蚜)的分布和丰度的影响,结果表明:天气因素主要影响它们的传播和种群建立,其中,风加速了它们的传播,卵,若虫随着当地盛行风向从它们的滋生地被运送到至少1km以外.风向,风速与油松毛虫(Dendrolimustabulaeformis)成虫迁飞的虫口密度密切相关.1.4基于GIS和模型的研究GIS(地理信息系统)

13、是研究和管理空间数据的技术系统,在计算机软硬件支持下,它可以对空间数据按空间位置(地理坐标)进行各种处理,研究各种空间实体的相互关系,可以迅速地获取满足应用需要的信息,并能以图形或数据的形式表示出处理的结果.林业有害生物的发生具有明显的空间位置特征,传统的方法不能进行相关的空间分析,同时病虫害的预测预报,监测评估以及决策支持,都需要进行大量的空间数据的操作,因此,GIS在林业有害生物与气象条件关系的研究中也得到了一定程度的应用.,其中,Liebhold等运用地理信息系统分析了舞毒蛾(LydimantriasparL.)的扩散范围及其与气候,地理变异的关系,并建立了舞毒蛾(Lymantriadi

14、sparL.)扩散的空间模型;国内林业科技T作者基于地理信息系统(或3s技术)建立了一些森林病虫害管理信息系统和监测预警系统.在了解了林业有害生物的生物学特性与环境因子的关系后,建立相应的预测模型成为必然.Climex模型可以使用长序列的月平均最高气温,平均最低气温,降水量和相对湿度及某特定物种生长发育的生物学参数和原产地的地理分布,评估出这个特定物种迁移到一个新环境后所面临的风险,该类模型被用于预测这个物种将要传播到的区域以及某林业有害生物潜在的地理分布区.BioSIM模型可以利用经过海拔和经纬度订正后的温度和降水资料预测害虫的生育阶段,并绘制整个区域的害虫发育动态图,为整?460?中国农业

15、气象第31卷个区域的防控作业提供决策依据”.INSIM模型根据每日最低和最高气温以及有关昆虫物种习性资料可输每个生育阶段昆虫的相对数量和绝对数量以及积温.国内学者也应用统it方法建立了有关林业有害生物的预测模型.1.5基于气候变化的影响研究最新科学研究成果表明:全球地表平均温度近百年来(19062005年)升高了0.74C,预计到21世纪末仍将上升1.16.4.气候变化(主要是全球变暖)对林业有害生物的影响是非常明显的,国内外不少学者对此进行了研究.许多学者认为气候变化对林业有害生物有下列影响:第一,改变有害生物发育期;第二,改变有害生物分布区域和暴发频率;第三,可能改变林业有害生物与天敌的关

16、系;第四,导致生物多样性降低”.许多方法(包括实验方法和理论方法)被用来评估气候变化对森林病虫的潜在影响,一个广泛采用的方法是观测位于不同海拔和不同纬度的同一林业有害生物物种的生长发育和发生发展状况,由于不同海拔和不同纬度地区的气候不同,所以就能直接观测到同一林业有害生物物种对不同气候条件的反应情况.有研究认为中断食叶昆虫与其寄主植物的物候同步性也许是气候变化影响昆虫生态的关键途径.气温升高的影响在已有研究中得到证实:美国南部松树甲虫生存及暴发区域和适宜它们寄生的森林生长区域均向北移,山区松树甲虫生存及暴发区域将缩小并向高海拔移动;北美森林病虫危害将明显加剧E4o;瑞典南部云杉八齿小蠹(枷ty

17、pographusL.)的春季分蜂活动和从卵到成虫的快速发育增加了夏季第二次分蜂的可能性,温度升得越高,云杉八齿小蠹(IpstypographusL.)第二代完成发育过程,进入冬眠的可能性越大.在国内,赵铁良等认为:气候变暖使中国森林植被和林业有害生物分布区北扩,林业有害生物发生期提前,世代数增加,发生周期缩短,发生范围和危害程度加重;同时,年平均温度尤其是冬季温度的上升,促进了林业有害生物的发生;其它异常的气候,如极端的高温,低温,干旱,水涝,大风等也都会对林业有害生物的发生发展有重要的影响.2研究展望综上所述,林业有害生物发生发展与气象条件之间关系非常密切,因此国家林业局与中国气象局于20

18、07年8月2813签订了林业有害生物监测预报合作框架协议,并联合下发了关于做好林业有害生物监测预报气象服务工作的通知,要求各级林业和气象部门积极探求加强合作的领域和机制措施,取得更多成果,充分利用各种媒体和信息渠道,及时向社会公众发布重大林业有害生物的预警信息.通知要求,各地要组织协同攻关,积极申报各类科技攻关项目,研发林业有害生物气象预警信息产品,要把气候变化与林业有害牛物发生规律,各季节主要气象灾害与极端天气,气候事件(暖冬,倒春寒,高温,干旱,洪涝等)条件下林业有害生物的监测预警作为研究重点,并将建设林业有害生物灾变及其气象条件监测预警的研究纳入本地科技发展规划.目前,在林业有害生物发生

19、发展与气象条件关系的研究方面已取得一些成果但比较零星且不成体系,在研究林业有害生物与气象条件关系的基础上建立林业有害生物发生发展气象条件的监测预警系统还未见报道,距国家林业局与中国气象局联合发文提出的要求相差甚远.鉴于此,今后应强化下列几方面的_T作.(1)各地主要林业有害生物种类,分布及危害程度的时空变化规律研究调查研究各地主要林业有害生物种类,分布,演替史(含各类有害生物的生存,繁殖和为害史等),构建一个既能进行时间序列分析,又能导入GIS软件中进行空间分析的林业有害生物基础信息库.弄清不同条件下各类有害生物的分布区,发生期,生育史,外形变化,世代数,为害状,为害周期等生理生态特征,了解它

20、们历年的发生周期,发生空间范围,危害程度及其变化,以揭示其时空变化规律.(2)各地林业有害生物发生发展的气象条件研究由于林业有害生物对气象因子的高度敏感性,因此气象条件往往会成为林业有害生物发生的触发因子以及影响发展快慢的关键因素,而气候的空间分异往往又会决定林业有害生物的卒问分布.因此需对调研收集来的林业有害生物发生,发展及危害程度资料与同期以及前期林区的多个气象因子(温度,降水量,空气相对湿度,气压,风向和风速及其组合等)进行统计学和天气学分析,必要叫可在林区不同部位固定设置多套,多点能监测上述各气象要素的仪器设备,并对部分要素进行高密度,多频次移动观测以获取林区各类生境的详尽气象资料,气

21、象资料结合林业有害生物的发生发展理论,找出天气气候条件与林业有害生物发生发展的关系,建立相应的模拟,诊断和预测模型.再结合大尺度天气,气候背景观测数据就能全覆盖,全方位,高时空分辨率地实现对林区有害生物生存气象条件的精确监测.第3期张建新等:气象因素对林业有害生物发生发展的影响研究综述?461?(3)建立基于GIS的主要林业有害生物发生发展气象条件的监测预警系统GIS与遥感技术,GPS技术,地统计学,数学模型,关系数据库系统,统计分析系统等的结合,可解决各种复杂的空间问题.因此,在上述研究基础上,通过建立基于GIS的林业有害生物发生发展气象条件的预警系统,随时依据气象监测数据和长中短期天气预报

22、做出各种林业有害生物发生发展的预警信息和情报,并提相应的防御措施建议,为林业有害生物的综合治理提供决策依据.参考文献:1MattsonWJ,HaackRA.TheroleofdroughtinoutbreaksofplanteatinginsectsJ.BioScience,1987,37:1101l8.2WermelingerB,SeifertM.AnalysisoftemperaturedependentdevelopmentofthesprucebarkbeetletypographusJ.AppliedEntomology.1998.122:l85191.3吴新胜,贾延安,盛桂莲,等.

23、苏北杨树主要虫害与气象条件的相关分析J.气象科学,2006,26(4):457461.4马骧.茅山丘陵山区马尾松毛虫发生网子及危害程度预测J.现代农业科技,2008,(19):177.5孔维娜,王慧,李捷,等.温湿度对松墨天牛越冬幼虫寿命的影响J.山两农业大学学报,2006,26(3):294295.6王柏泉,徐明飞.鄂两南地区松褐天牛生物学特性及发生规律研究J.湖北民族学院学报(自然科学版),2002,20(2):2l_24.7BakkeA.Monitoringbarkbeetlepopulations:effectsoftemperatureJ.AppliedEntomology,1992

24、,(114):208211.8MassimoF.EffectofWeatheronstypographus(ColeopteraCurculionidae)phenology,vohinism,andassociatedsprucemortalityintheSoutheasternAlpsJ.EnvironmentalEntomology,2009,38(2):3073l6.9王娟,姬兰柱,MarinaK.黑龙江大兴安岭地区森林害虫发生面积与气象子的关系J.生态学杂志,2007,26(5):673.677.1O习妍,牛树奎.气候要素对松材线虫病疫情的影响研究J.林业资源管理,2008,(4)

25、:7O一77.11PowellLR,BergAA,JohnsonDL,eta1.RelationshipsofpestgrasshopperpopulationsinAlberta,CanadatosoilmoistureandclimatevariablesJ.AgriculturalandForestMeteorology,2007,144(1_2):7384.12束庆龙,马?塞尔福.辐射松根朽病与林龄和环境条件关系的数量化分析J.安徽农业大学学报,1994,21(4):470474.I3MarkS,McClure.Importanceofweathertothedistributiona

26、ndabundanceofintroducedadelgidandscaleinsectsJ.AgriculturalandForestMeteorology,1989,47(24):291302.14车锡冰,夏乃斌,屠泉洪,等.油松毛虫成虫迁飞特性的研究J.北京林业大学学报,1996,18(2):4551.15LiebholdAM.GypsymothinvasioninNorthAmerica:aquantitativeanalysisJ.Biogeog.,1992,(19):513-520.16李天生.遥感和GIS在森林病虫害监测与管理巾的应用J.世界农业,l995,(9):4344.17

27、马小明,叶文虎,李天生,等.松毛虫综合管理信息系统研究J.林业科学研究,1993,(6):2832.18曹文田,刘猛,马小明,等.全围森林病虫害防治管理信息系统J.巾国森林病虫,2000,(4):27-31.19武红智,陈改英.基于GIS的马尾松毛虫灾害空间扩散规律分析J.遥感学报,2004,8(5):475480.2O刘琛,张贵,肖化顺.”3s”在森林病虫害预警巾的应用与展望J.湖南环境生物职业技术学院学报,2004,10(4):295297.21詹新武,周世健.基于GIS技术的森林病虫害防治管理信息系统J.中国森林病虫,2005,24(1):24-27.22陈景荣.森林病虫害信息管理系统的

28、开发应用J.林业科技开发,2005,19(5):5658.23SutherstRW,MaywaldGF.AcomputerisedsystemformatchingclimatesinecologyJ.Agriculture,EcosystemsandEnvironment,l985,(13):281299.24SutherstRW,MaywaldGF,RussellBI.Estimatingvulnerabilityunderglobalchange:modularmodellingofpestsJ.Agriculture,EcosystemsandEnvironment,2000,(82)

29、:303319.25SutherstRW,MaywaldGF,RussellBL.PredictingtheeffectsofclimateonplantsandanimalsM/CD.CDROMandUserguide.Melbourne,Australia:CSIROPublishing,1999.26R6gnibreJ,CookeBJ,BergeronV.BioSIM:acomputerbaseddecisionsupporttoolforseasonalplanningofpestmanagementactivitiesR.UserSManua1.CanadianForestServi

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.我国森林病虫害预测预报研究的现

31、状及进展J.沈阳农业大学学报,1993,24(2):384387.30梁其伟,萧刚柔,李天生.试用大气环流,海温凶子对马尾松毛虫大发生进行长期预报J.林业科学,l987,23(1):2428.31孙薇,胡加共.马尾松毛虫发生量预测预报方法的研究J.浙江林业科技,1998,18(5):4449.(下转第466页)?466?中国农业气象第31卷】8一】2】.5普布卓玛,周顺武.两藏地区旱涝等级划分及时空分布特征J.高原气象,2002,(5):210-2l6.6肖科丽,赵国令,王越,等.陕西汛期降水时空分布及典型旱涝年环流特征J.气象科技,2006,(8):410414.7詹志明,刘军臣,巍东岚.旱

32、涝对豫东地区冬小麦产量的影“向评估J.巾国农业气象,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姜会飞,廖树华,丁谊,等,基于马尔柯夫过程和概率分布特征的粮食产量预测J.巾国农业气象,2006,27(4):269272.12陈育峰.我国旱涝空间型的马尔科夫概型分析J.自然灾害学报,1995,4(2):66.72.拉.涟刍.!(上接第461页)32朱寿燕,陈绘画,崔相富.应用人工神经网络预测马尾松毛虫的有虫面积J.巾国农业气象,2004,25(1):5153.33刘运武,白玉兰.鹤岗市气象与农林业病虫害预测预报系统J.黑龙江气象,2007,(2)