森林害蟲雅氏落葉松尺蠖在蒙古國的適生區(qū)分布預(yù)測

森林害蟲雅氏落葉松尺蠖在蒙古國的適生區(qū)分布預(yù)測摘要：ρ攀下湟端沙唧叮ErannisjacobsoniDjak〕在蒙古國的適生區(qū)分布進展預(yù)測，旨在為有效防控該蟲擴散提供科學根據(jù)。利用Maxent生態(tài)位模型和GIS空間分析方法預(yù)測雅氏落葉松尺蠖在蒙古國的適生區(qū)并對其進展等級劃分，然后用受試者工作特征曲線〔ROC曲線〕對預(yù)測結(jié)果進展精度評定，最后采用刀切法〔Jackknife〕分析環(huán)境變量對害蟲適生的重要性。結(jié)果說明，雅氏落葉松尺蠖適生區(qū)面積達13988265.42hm2，主要分布在蒙古國北部10省〔后杭愛、布爾干、前杭愛、庫蘇古爾、鄂爾渾、中央、烏蘭巴托、色楞格、肯特和扎布汗〕和東部1省〔東方〕，其中極高適生區(qū)主要分布在布爾干、后杭愛和中央等，高適生區(qū)主要分布在布爾干、庫蘇古爾和中央等；中適生區(qū)主要分布在庫蘇古爾、肯特和色楞格等；低適生區(qū)主要分布在后杭愛、布爾干和肯特等。森林種類、最暖季度平均溫度、年降水量、最熱月份最高溫度和最冷月份最低溫度等環(huán)境變量對預(yù)測的奉獻率達77.91%?？梢?，雅氏落葉松尺蠖在蒙古國的適生區(qū)分布廣，一旦爆發(fā)后果不堪設(shè)想。蒙古國東部的害蟲適生區(qū)分布，將威脅中國大興安嶺林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)平安。森林種類、最暖季度平均溫度、年降水量、最熱月份最高溫度及最冷月份最低溫度是主要影響害蟲適生的環(huán)境變量。關(guān)鍵詞：雅氏落葉松尺蠖〔ErannisjacobsoniDjak〕；適生區(qū)預(yù)測；Maxent生態(tài)位模型；GIS技術(shù)；環(huán)境變量中圖分類號：Q968.2文獻標識碼：A文章編號：0439-8114〔2022〕13-2458-05DOI：10.14088/jki.issn0439-8114.2022.13.015PredictionofSuitableAreaDistributionforForestPestJas’sLarchInchworminMongoliaHUANGXiao-jun1a，1b，2，3，BAOYu-hai1a，3〔1a.CollegeofGeographicalScience，1b.InstituteofNaturalDisasterPreventionandControl，InnerMongoliaNormalUniversity，GeographyInformationSystem，InnerMongoliaNormalUniversity，Huhhot010022，China〕Abstract：ThesuitableareadistributionofJas’slarchinchworminMongoliawaspredictedtoprovidescientificbasisforeffectivelypreventingandcontrollingthepestdiffusion.ThesuitableareadistributionofJas’slarchinchworminMongoliawaspredictedandgradedbymaxentecologicalnichemodelandGISspatialanalysismethod，thenaccuracyofpredictionresultwasevaluatedbyreceiveroperatingcharacteristiccurve，finallyimportanceofenvironmentalvariablestothepestwasanalyzedbyjackknifemethod.TheresultshowedthattheadaptableareaofJas’slarchinchwormhadanareaof13988265.42hectaresandmostlydistributedintenprovincesincludingArkhangai，Bulgan，？v？irhangay，Hovsgol，Orhon，Central，UlanBator，Selenge，KentandZavkhaninnorthernMongoliaandoneprovince〔Dornod〕ineasternMongolia.InwhichextremelyhighadaptableareaswerechieflydistributedinBulgan，ArkhangaiandCentralAymagetc.HighadaptableareasweremainlydistributedinBulgan，HovsgolandCentralAymagetc.MiddleadaptableareaswerelargelydistributedinHovsgol，KentandSelengeAymagetc.LowadaptableareaswereprevailinglydistributedinArkhangai，BulganandKentAymagetc.Thecontributionratesofsomeenvironmentalvariablessuchasforestspecies，meantemperatureofthewarmestquarter，annualprecipitation，maxtemperatureofthewarmestmonthandmintemperatureofthecoldestmonthreached77.91%.Accordingly，thesuitableareadistributionofJas’slarchinchwormwerewideinMongolia，andconsequenceswouldbeunimaginableoncethepestsoutbreak.TheadaptableareadistributionofJas’slarchinchwormineasternMongoliawouldthreatensecurityoftheforestecologicalsystemofGreaterKhinganMountains.Environmentalvariableslikeforestspecies，meantemperatureofthewarmestquarter，annualprecipitation，maxtemperatureofthewarmestmonthandmintemperatureofthecoldestmonthhadgreatinfluenceonsuitableareadistributionofthepest.Keywords：Jas’slarchinchworm〔ErannisjacobsoniDjak〕；predictionofsuitablearea；maxentecologicalnichemodel；geographicinformationsystemtechnology；environmentalvariable雅氏落葉松尺蠖〔ErannisjacobsoniDjak〕是嚴重危害森林的主要害蟲，一年一代，5月上旬至下旬為孵化期，5月下旬至6月下旬為幼蟲期〔危害期〕，7月上旬至9月上旬為蛹期，9月上旬至10月中旬為羽化期，羽化完畢即可交尾產(chǎn)卵，10月下旬至翌年4月為越冬期，這樣每年循環(huán)一代。目前，蒙古國森林生態(tài)系統(tǒng)正遭受著該蟲的嚴重危害。該蟲專門危害落葉松屬，能使整株樹死亡〔圖1〕。1926年前蘇聯(lián)學者Djakonov在俄羅斯南西伯利亞地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)雅氏落葉松尺蠖。1929年前蘇聯(lián)Kozlov在蒙古國扎布罕省罕塔山第一次發(fā)現(xiàn)該蟲。1959-1960、1969-1972年在蒙古國杭愛山脈落葉松林成災(zāi)，到1977年已蔓延到庫布蘇爾省、杭愛省和肯特省，導致大面積落葉松林被破壞。1988-1989年此蟲擴散到蒙古國中央省。2022-2022年蒙古國科學院生物研究所和生態(tài)研究所研究人員的野外調(diào)查顯示，雅氏落葉松尺蠖在蒙古國主要分布于杭愛山、肯特山林區(qū)。據(jù)蒙古國林業(yè)部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022-2022年蒙古國遭受雅氏落葉松尺蠖的森林面積不斷擴大，即由7050hm2開展到了38722hm2，成為破壞森林生態(tài)系統(tǒng)最為嚴重的害蟲。雅氏落葉松尺蠖對生活環(huán)境的適應(yīng)才能超強，一旦入侵很容易形成優(yōu)勢種，并爆發(fā)及擴散，對入侵地區(qū)帶來嚴重的生態(tài)災(zāi)難和宏大的經(jīng)濟損失。蒙古國防災(zāi)抗災(zāi)才能弱，雅氏落葉松尺蠖災(zāi)害面積不斷往外擴展，將會威脅中國北方森林生態(tài)系統(tǒng)平安，趁早掌握雅氏落葉松尺蠖在蒙古國的潛在適生區(qū)分布具有重要意義。近年來，世界各國對生態(tài)系統(tǒng)平安的高度重視推動了植物病蟲害相關(guān)研究的開展，如植物的病害和害蟲適生區(qū)預(yù)測研究為其中熱門課題之一。預(yù)測主要技術(shù)方法包括氣候相似性分析、生態(tài)位模型和GIS技術(shù)等。病蟲害的發(fā)生與氣候條件有親密的關(guān)系，可通過氣候相似性預(yù)測病蟲害適生區(qū)[1]。由于GIS技術(shù)具有強大的空間分析才能，在病害或害蟲的適生地理分布上得到了應(yīng)用[2]。從生態(tài)位模型來講，利用CLIMEX、BIOCLIM、DYMEX、DIVA-GIS、GARP、MaxEnt等生態(tài)位模型預(yù)測病蟲害潛在適生區(qū)[3-12]。在病害或害蟲適生區(qū)預(yù)測研究中，生態(tài)位模型的應(yīng)用最為廣泛，其中Maxent〔Maximumentropy〕為較新的物種分布生態(tài)位模型，它是美國普林斯頓大學Phillips等[13]借助Jaynes最大熵理論〔一個物種在沒有約束的情況下，會盡最大可能擴散蔓延，接近均勻分布〕，利用JAVA語言編寫的預(yù)測物種潛在適生區(qū)分布模型。與其他模型相比具有運行速度快、操作簡單、預(yù)測較準確等優(yōu)勢，并且在環(huán)境因子重要性分析、物種生境模擬、環(huán)境因子對物種生境影響分析等方面都具有優(yōu)越性，從而成為預(yù)測害蟲潛在適生區(qū)的首選模型[14-19]。森林病蟲害是威脅森林生態(tài)系統(tǒng)的自然災(zāi)害。本研究擬利用Maxent生態(tài)位模型結(jié)合GIS技術(shù)，對雅氏落葉松尺蠖在蒙古國潛在適生區(qū)進展了預(yù)測，旨在為防控該蟲擴散提供科學根據(jù)。1材料與方法1.1數(shù)據(jù)與處理本研究主要利用的數(shù)據(jù)包括：①蒙古國雅氏落葉松尺蠖分布點數(shù)據(jù)〔334個點位〕：蒙古國科學院生物研究所和生態(tài)研究所研究人員在杭愛-肯特山脈林區(qū)野外調(diào)查獲得；②19個生物氣候變量〔Bio1～Bio19〕和海拔〔Altitude〕數(shù)據(jù)：空間分辨率為30″，系從全球氣候數(shù)據(jù)平臺〔WorldClim-GlobalClimateData，/〕描繪生物氣候和海拔信息；③蒙古國森林種類分布矢量數(shù)據(jù)〔種類分為落葉松、白樺、白杉、山楊及其他等〕：由蒙古國科學院生物研究所提供。借助ArcGIS、ENVI及Excel等軟件對數(shù)據(jù)進展預(yù)處理：①雅氏落葉松尺蠖分布點數(shù)據(jù)整理為以物種名和分布點坐標等字段組成的CSV格式數(shù)據(jù)；②對生物氣候變量、海拔數(shù)據(jù)進展裁剪、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換〔GRID→ASCII〕；③森林種類分布矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)Q為柵格數(shù)據(jù)。1.2研究方法1.2.1環(huán)境變量的選取采用Maxent生態(tài)位模型對雅氏落葉松尺蠖在蒙古國的潛在適生區(qū)分布進展預(yù)測。害蟲適生區(qū)分布與該區(qū)域的溫度、降水量、地形、寄主分布有親密關(guān)系，如特別寒冷天氣對越冬卵不利，將影響翌年正常孵化；越冬卵在少雨天氣和15～28℃適溫時才能順利孵化；幼蟲吐絲下樹鉆入土層蛻皮化蛹時最適溫度為15℃；雨多冷濕天氣不利于孵化期、幼蟲期、產(chǎn)卵期的發(fā)育，抑制害蟲發(fā)生；產(chǎn)卵期溫度不宜過高或過低，適宜產(chǎn)卵溫度為15～20℃；幼蟲適宜生活在海拔750～2350m；幼蟲專食落葉松屬嫩枝、嫩葉，以落葉松為寄主?？梢?，在害蟲適生區(qū)預(yù)測中環(huán)境變量〔影響因子〕的選擇尤其重要，其直接影響預(yù)測精度。本研究就害蟲適生性與氣象、地形、寄主等因素的親密關(guān)系選取了如表1所示的生物氣候變量、海拔、森林種類等21個指標作為預(yù)測模型的環(huán)境變量。1.2.2Maxent生態(tài)位模型Maxent生態(tài)位模型的預(yù)測原理：害蟲的可能分布有很多種，當可能分布到達最大熵時，當前分布滿足所有的限定條件〔分布信息〕，并獲得最接近的可能分布