東北與華北地區(qū)遷飛昆蟲的垂直昆蟲雷達監(jiān)測與蟲源分析.pdf

1、研究目的與意義： 遷飛性害蟲的頻繁暴發(fā)是影響我國農(nóng)牧業(yè)穩(wěn)產(chǎn)、豐產(chǎn)的的主要因素之一，防治遷飛性害蟲的暴發(fā)而使用的大量殺蟲劑可導(dǎo)致環(huán)境污染、糧食生產(chǎn)安全等生態(tài)和社會問題。因此，開展遷飛性昆蟲的早期預(yù)警工作尤為重要。 本研究利用垂直監(jiān)測昆蟲雷達系統(tǒng)長期自動監(jiān)測，并輔以系留氣球空中網(wǎng)捕，高空探照燈、地面誘蟲燈等設(shè)備同時采集蟲情信息，綜合地面風(fēng)溫場、低空氣流和大區(qū)環(huán)流、異地蟲情信息、作物分布和遷飛高峰期的軌跡分析，對我國東北與華北

2、地區(qū)粘蟲、草地螟、旋幽夜蛾等主要遷飛性害蟲的遷飛規(guī)律和遷飛路線進行研究，為上述遷飛性昆蟲的早期預(yù)警和防治提供技術(shù)支持。 研究方法： 1)本研究利用由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所與成都錦江電子系統(tǒng)有限公司合作研發(fā)的垂直監(jiān)測昆蟲雷達系統(tǒng)，對東北與華北地區(qū)主要遷飛性昆蟲進行研究。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)雷達運行、信號采集、存儲和處理的全自動控制。2005年6～9月安置在吉林省鎮(zhèn)賚縣(45°51’N，123°12’E)，對我國東北地區(qū)粘蟲

3、的季節(jié)性遷飛進行雷達觀測，并對吉林省白城地區(qū)6月上旬田間旋幽夜蛾暴發(fā)的蟲源問題進行了探討。2006～2007年，垂直監(jiān)測昆蟲雷達系統(tǒng)安置在內(nèi)蒙古集寧市(41°02’N，113°06’E)，主要開展草地螟季節(jié)性遷飛的雷達觀測與蟲源分析。 2)數(shù)據(jù)采集。通過垂直監(jiān)測昆蟲雷達系統(tǒng)的長期自動觀測，實時監(jiān)測、自動記錄雷達上空昆蟲的季節(jié)性變化動態(tài)，得到遷飛性昆蟲的遷飛日期、遷飛高度、遷飛規(guī)模等參數(shù)；同時通過高空探照燈和地面誘蟲燈的誘集、系留

4、氣球攜帶捕蟲網(wǎng)的空中取樣、田間調(diào)查和各地蟲情信息的匯總收集等方式獲取蟲情信息，確定遷飛昆蟲的種類。遷飛高峰期通過統(tǒng)計昆蟲誘蟲百分比，性比，解剖檢查雌蟲卵巢發(fā)育進度等，判斷遷出或遷入種群。 3)空中風(fēng)場分析。昆蟲遷飛高峰期，每晚20:00用測風(fēng)經(jīng)緯儀跟蹤氣象氣球，測得低空風(fēng)速風(fēng)向值，結(jié)合雷達觀測昆蟲在各個高度層的分布，判斷低空氣流對昆蟲空中飛行垂直分布的影響，得到昆蟲遷飛與氣流的關(guān)系。在ArcGIS8.3平臺上進行二次開發(fā)，利用美

5、國國家環(huán)境預(yù)報中心全球高空風(fēng)場數(shù)據(jù)，合成昆蟲遷飛高度層的空中風(fēng)場和大區(qū)環(huán)流，初步預(yù)測遷飛性昆蟲的遷飛來源、遷飛路線和可能的降落區(qū)。 4)軌跡分析。根據(jù)雷達觀測遷飛昆蟲的飛行高度、遷飛與氣流的關(guān)系和空中風(fēng)場的分布，利用Hysplit_4軟件系統(tǒng)，把GDAS網(wǎng)格數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件系統(tǒng)，以雷達觀測點為中心，以111km為半徑散布若干個點，對遷入、遷出事件進行軌跡分析。順推時間以20:00為起始時間，逆推時間以06:00為起始時間，起點高度設(shè)

6、置為400m，最大高度2000m，超過此高度軟件自動停止對該點的分析。軌跡分析結(jié)果與空中風(fēng)場的預(yù)測結(jié)果進行比較，進一步確定遷飛昆蟲的遷飛路線和蟲源。 所取得的結(jié)果： 深化了對粘蟲遷飛規(guī)律認識，獲取了粘蟲在我國東北地區(qū)季節(jié)性的空中飛行參數(shù)。綜合分析表明：2005年粘蟲在我國東北地區(qū)整個生長季節(jié)主要有3次明顯的遷飛過程，遷飛高峰期粘蟲空中飛行行為受氣象條件尤其是空中風(fēng)溫場影響較大，表現(xiàn)在夜間不同時間、不同季節(jié)空中飛行高度具有

7、明顯差異。春季遷飛主要借助氣流運載進行大規(guī)模長距離遷飛，夜間飛行時間較長，大多個體能完成整夜飛行，高度主要在300～600m；夏季飛行活動比較復(fù)雜，成蟲期的取食、求偶、交配、產(chǎn)卵、短距離擴散和遷飛過程往往同時進行，雷達回波具有明顯的成層現(xiàn)象。飛行高度最高可達1000m，主要集中在500m和700m兩個高度層；秋季飛行高度相對較低主要在300m以下和400～500m。 首次證實了旋幽夜蛾、步甲類昆蟲在我國的遷飛現(xiàn)象。高空探照燈能誘

8、集到旋幽夜蛾明顯的突增突減；1980～2000年20cm的平均地溫分析結(jié)果也表明，5月中旬東北地區(qū)20cm的土壤溫度不能滿足旋幽夜蛾越冬代幼蟲化蛹、羽化，當?shù)叵x源不能構(gòu)成6月上旬田間幼蟲的暴發(fā)；高峰期雌蟲卵巢解剖顯示，卵巢發(fā)育進度整齊、級別較低，具有典型的遷飛昆蟲生理特征：雷達回波顯示成蟲飛行最高可達距地面1000m，主要選擇在距地面300～500m，在500m可以整夜飛行，證實了旋幽夜蛾具有明顯的遷飛性。步甲季節(jié)性活動主要在6月下旬至

9、8月下旬，高峰期主要集中在8月份，雷達觀測結(jié)果表明：在北方地區(qū)，步甲遷飛并不是偶發(fā)性事件，條件適宜步甲可以進行夜間長距離大范圍的季節(jié)性遷飛；步甲遷飛高度主要選擇在氣溫較高、風(fēng)速較大的大氣逆溫層內(nèi)借助氣流運載進行長距離運行，高峰期內(nèi)雷達回波點高度主要在600m以下，最高可達900m，300～450m是其主要飛行高度。步甲種類繁多，并不是所有種類都能遷飛，只有婪步甲屬毛婪步甲、谷婪步甲和暗步甲屬個別種類進行遷飛。 進一步研究了草地螟

10、在我國東北與華北地區(qū)季節(jié)性遷飛規(guī)律和蟲源性質(zhì)。2005～2007年的雷達觀測結(jié)果顯示：草地螟春季遷飛主要在300～600m，400～500m是其主要的飛行高度，春季遷飛高峰期大部分個體能完成整夜飛行；夏季主要是夜間求偶、交配和短距離擴散種群，飛行高度主要在400m以下，飛行時間相對較短主要集中在20:00～22:00，極少個體能完成整夜飛行；秋季遷飛飛行高度主要集中在300～500m，高峰期基本為遷飛種群，多數(shù)個體能完成整夜飛行。軌跡分

11、析結(jié)果表明：我國草地螟蟲源與國外蟲源存在頻繁的交流，遷飛期草地螟受空中風(fēng)場變化影響較大，大面積起飛的草地螟蛾群受氣流和鋒面天氣影響聚集降落，造成集中危害；內(nèi)蒙古烏盟、山西雁北、河北壩上仍然是我國草地螟大發(fā)生的一個主要越冬蟲源區(qū)，上述地區(qū)越冬代草地螟蟲源基數(shù)對我國次年草地螟的發(fā)生程度具有直接的影響。 研究的創(chuàng)新之處： 1)在國內(nèi)首次應(yīng)用垂直監(jiān)測昆蟲雷達系統(tǒng)，對我國東北與華北地區(qū)昆蟲的季節(jié)性遷飛進行了長期監(jiān)測，為弄清我國遷飛

12、昆蟲種類、空中生物流量的季節(jié)性變化、主要遷飛性昆蟲的季節(jié)性遷飛規(guī)律，探索了一套切實可行的新方法和技術(shù)體系； 2)綜合利用了雷達遙感技術(shù)、GIS技術(shù)、風(fēng)溫場分析技術(shù)等多種技術(shù)，進行昆蟲遷飛過程實時監(jiān)測、昆蟲遷飛的風(fēng)溫場分析和軌跡分析，更客觀的分析了蟲源和昆蟲遷飛過程，結(jié)果與各地田間發(fā)生情況一致，為遷飛性昆蟲的早期預(yù)警探索了新的研究方法； 3)初步揭示了我國重大遷飛性害蟲粘蟲、草地螟的遷飛路線、遷飛規(guī)律； 4)首次證