中国稻纵卷叶螟发生特点及北迁的大气背景

稻纵卷叶螟因其发生面积大、暴发频率高、致害程度重而成为我国水稻生产上的重要害虫。为了阐明大气背景对其北迁重大过程的影响,利用2000—2012年中国稻纵卷叶螟灯诱数据分析了我国水稻主产区稻纵卷叶螟迁入的主要特征;选取2007年7月下旬的一次重大北迁过程作为典型个例,运用中尺度天气研究和预报模式WRF,结合NCEP气象再分析资料,模拟了这一过程的大气背景,推算了稻纵卷叶螟的迁飞轨迹,并分析了大气背景对稻纵卷叶螟灾变性迁入的影响。研究表明:(1)这13年中,我国稻纵卷叶螟的迁入大多在3月初始见,3—8月为北迁期,从南到北先后在华南、西南、江岭、江淮稻区出现迁入峰;9—11月为南迁期,从北到南先后迁入江淮、江岭、华南稻区并出现相应的迁入峰,10月底至11月初为终见期。(2)北迁个例中各站逆推轨迹分析显示:包括再迁飞在内的不同时段虫源地基本上位于降虫区的西南方,迁飞高度都变化于550—850 m之间,但在沿海地区降落的稻纵卷叶螟迁飞轨迹是复杂的。(3)水平气流是稻纵卷叶螟远距离北迁的主要运载动力,925 h Pa上南方稻区一致的偏南气流对稻纵卷叶螟北迁极为有利;三维流场的起伏、特别是垂直气流的强弱变化对迁飞高度的变化起重要的作用。(4)下沉气流和降水是稻纵卷叶螟降落的关键动力因素,两者都对降虫有明显影响。(5)在这一北迁过程中,稻纵卷叶螟种群多降落在相对湿度大的区域,降虫区的相对湿度均在75%以上。     

基于植保大数据的病虫害移动智能采集新设备

为提高农作物重大病虫害发生信息自动化、智能化采集能力,全面提升监测预警水平,笔者基于大数据、人工智能和深度学习技术,研发了一款农作物病虫害移动智能采集设备——智宝,主要实现了3个方面的功能:一是病虫害发生信息自动采集上报.通过该产品进行人工拍照,可实现对田间农作物重大病虫害发生图像、发生位置、发生数量、微环境因子等数据的实时采集和上报.二是自动识别计数.基于植保大数据与人工智能技术,通过构建病虫害自动识别系统,可实现重大病虫害精准识别与分析,只要拍摄照片,即可快速、精确地识别病虫害种类,并自动计数、上报到指定的测报系统.三是自动分析判别分级.针对拍摄采集上报的重大病虫害发生信息,系统可在自动识别和计数的基础上,进一步对病虫害发生严重程度进行智能判别分级,甚至根据相关预测模型,对病虫害的发生趋势进行辅助分析预测,提出预测建议.通过2016—2019年组织多地植保机构进行试验改进,该技术产品日趋成熟,有望在未来的农作物病虫害发生信息采集和预测预报工作中推广使用.     

基于两种轨迹模型的褐飞虱迁飞轨迹比较研究

异地预测是迁飞性害虫发生预测的重要内容,迁飞轨迹模拟和预测是能较好地反映害虫迁飞时空动态的一种异地预测方法。褐飞虱作为我国水稻生产上的一种重要迁飞性害虫,其迁飞轨迹的准确预报,可为其灾变预警和有效防控提供科学依据。为了比较选择一些准确性好、分辨率高、易于推广应用的害虫迁飞轨迹模型,选取2006年7月初发生在湖南省洪江市的一次褐飞虱重大北迁过程作为典型个例,运用中尺度天气研究和预报模式WRF,结合NCEP气象再分析数据,利用HYSPLIT和FLEXPART两种轨迹计算模式对褐飞虱迁飞轨迹进行模拟,并验证模型模拟和计算的准确度和精确度。研究结果表明:(1)WRF-HYSPLIT和WRF-FLEXPART两种轨迹计算模式在虫源地、迁飞路径(迁飞方位角和走向)、迁飞高度、迁飞速率和迁飞距离计算上总体趋势一致,但存在一定的差异,后者的起伏变化大于前者。(2)尽管两种耦合模式在调用WRF模式输出的预报场物理变量方面有很多相同之处,但WRF-FLEXPART耦合模式在运行计算过程中比WRF-HYSPLIT耦合模式多考虑了对流参数、地表胁迫和各种地形参数,因而能更全面地反映中尺度天气过程(特别是对流性天气过程)对昆虫起飞、空中飞行和降落的动力作用,也能更真实地反映地表物理过程、大气湍流结构和地形起伏对褐飞虱种群迁飞的影响。(3)从褐飞虱种群对生境和取食条件选择上看,两种模式模拟的各高度迁入种群的虫源区、迁飞路径和降落地都是合理的、准确的。但从褐飞虱迁出、空中飞行和降落所处的三维流场来看,WRF-FLEXPART模式轨迹走向与盛行气流方向的吻合度要明显高于WRF-HYSPLIT模式。(4)两种模式均可作为业务工具在迁飞性害虫测报中推广应用。     

二化螟的多次交配及其对雌蛾产卵量的影响

【目的】利用性诱防控和监测水稻二化螟Chilo suppressalis的有效性在田间已经得到认可。但雄蛾具有多次交配能力,致使性诱防治二化螟的应用策略一直存在争论。本研究的目的是探索二化螟雄蛾的多次交配及其对雌蛾繁殖力的影响,认识性诱防控害虫的机理。【方法】利用行为学方法调查了雌雄蛾以不同比例配对(1∶1, 4∶1和10∶10)时雄蛾的交配次数和交配持续时间,并结合解剖学方法,观察分析了二化螟雄蛾的交配次数对精巢、交配囊和精包大小以及雌蛾产卵量的影响。【结果】二化螟雌雄蛾按1∶1配对时,交配雄蛾和多次交配雄蛾的比例分别为74.0%和36.0%,平均交配1.7次,首次交配主要发生在0-1日龄,绝大部分具有多次交配能力的雄蛾的首次交配发生在0-1日龄。雌雄蛾按4∶1配对时,交配雄蛾和多次交配雄蛾的比例分别为69.4%和51.3%,平均交配2.1次,显著高于按1∶1配对。雌雄蛾按10∶10配对时,交配雄蛾和多次交配雄蛾的比例分别为65.5%和37.8%,平均交配1.9次。雄蛾第3次交配的持续时间显著长于第1和2次交配,但是交配1-3次雄蛾的精巢体积无显著差异。与不同交配次数雄蛾进行交配的雌蛾交配囊和精包体积无显著差异,雌蛾产卵量也无显著差异。【结论】二化螟中仅有部分雄蛾能够多次交配,多次交配雄蛾的首次交配主要发生在0-1日龄,部分雄蛾一生都不会交配。研究结果为二化螟的性诱防治提供了理论依据。     

中国小麦白粉病发生地域分布的气候分区

根据全国１２０个气象站点小麦拔节一成熟期间的多年平均（１９７１—１９９８）旬≥０．１ｍｍ雨日出现机率、旬降雨量、旬平均相对湿度、旬平均温度、旬日照时效和白杨病病害资料,采用系统聚类分析法将中国小麦白杨病发生地域分布划分为发生气候带（１）和不发生气候带（ｌ）。Ｉ又分为常发气候亚带（１Ａ）、易发气候亚带（１Ｂ）、次易发气候亚带（１Ｃ）、偶发气候亚带（１Ｄ）。ＩＡ分为冬小麦白杨病西南常发气候区（１Ａ１）、冬小麦白杨病长江流域常发气候区（１Ａ２）、冬小麦白杨病淮河流域常发气候区（１Ａ３）共３个区５ＩＢ为冬小麦白杨病黄河流域易发气候区（１Ｂ区）１个区５ＩＣ分为南方冬小麦白杨病次易发气候区（１Ｃ１）、北方春小麦白杨病次易发气候区（１Ｃ２）、北疆春小麦白杨病次易发气候区（１Ｃ３）、西藏南部冬春小麦白杨病次易发气候区（１Ｃ４）共４个区５ＩＤ分为南方冬小麦白杨病偶发气候区（１Ｄ１）、北方春小麦白杨病偶发气候区（１Ｄ２）共２个区。评述了不同气候区小麦白杨病发生流行的气候生态特征。该分区结果客观揭示了小麦白杨病的发生地域分布规律,是针对不同气候条件下进行小麦白杨病分区预测预报和综合防治的基础性工作。     

复杂地形下褐飞虱迁飞的数值模拟:个例研究

褐飞虱是影响我国水稻生产的重要迁飞性害虫之一,它的爆发严重影响水稻的生长,并诱发水稻病害,导致水稻减产。研究复杂地形条件下褐飞虱的迁出虫源地、空中迁飞轨迹、降落区,探明复杂地形对褐飞虱迁飞的影响机制,对害虫测报与防治、农业防灾减灾和保障我国粮食安全具有重要的理论意义和实践价值。为了分析覆盖复杂地形的大气动力场、温度场、湿度场对褐飞虱迁入及降落分布的影响,采用WRF-Flexpart耦合轨迹计算模式和GIS空间分析等方法,对2008年9月30日—10月3日发生在广东曲江、肇庆、梅县三站和湖北宜昌、安徽东至、江西吉安三站的褐飞虱迁入和降落过程进行了数值模拟,以揭示复杂地形条件下褐飞虱种群降落和密度分布的时空变化结构。(1)广东曲江、肇庆、梅县三站的后向轨迹模拟结果显示,迁入三站的虫源均来自该站点的西北方向。地形较高且复杂多变时,褐飞虱难以穿越且迁飞距离较短、方向多变。(2)湖北宜昌、安徽东至、江西吉安三站的前向轨迹模拟结果显示,当站点附近的山脉较低且有山谷通道,褐飞虱沿山脉顺风方向迁飞,且迁飞距离较远。当山脉地势较高且没有明显的山谷,则褐飞虱遇到山脉阻挡而转向造成种群滞留。(3)褐飞虱迁飞种群的密度沿山脉走向呈带状分布,山坡较为陡峭、断崖显著时,向远离山体的方向迁飞。若山脉由多个山岭构成,则褐飞虱可从其峡谷穿越,密度分布较为分散。(4)强水平气流有利于褐飞虱的远距离迁飞,下沉气流对褐飞虱降落起着重要的作用,当有强下沉气流且气温较高时,有利于褐飞虱种群的降落,并聚集形成高密度迁入区。(5)垂直方向上,在一定的温度范围内,褐飞虱趋向于在暖层中迁飞。褐飞虱密度沿河谷地带呈带状分布且密度高值区多分布在较温暖的地区。秋季,褐飞虱降落区多分布在相对湿度50%左右的区域。模拟的褐飞虱迁飞轨迹、迁飞方位角和迁飞距离等与实际发生的褐飞虱迁飞路径和降虫区之间偏差较小,该模拟方法较大程度地提高了我国迁飞性害虫的业务预报水平。未来拟提高测报褐飞虱虫情数据的时空分辨率,以为得到较高准度和精度的模拟结果。     

东亚夏季风进退对我国南方水稻主产区稻纵卷叶螟发生的影响

为了探明东亚季风对我国南方水稻主产区稻纵卷叶螟迁飞的影响,为中短期预警提供科学依据,利用2000—2016年中国稻纵卷叶螟赶蛾量数据,结合NECP气象再分析资料,分析了东亚夏季风进退与我国南方水稻主产区稻纵卷叶螟迁飞的关系,结果表明:(1)稻纵卷叶螟的初始迁入与东亚夏季风的向北推进密切相关,除华南稻区稻纵卷叶螟迁入始期提前于东亚夏季风北界经过该区的时间外,在其他稻区两者基本同步;东亚夏季风北边界在不同稻区首次和二次出现的早晚对该稻区稻纵卷叶螟的向北迁入的始期具有一定的指示意义。(2)各稻区北迁的高峰期一般都发生在东亚夏季风控制范围内,其中6月中旬—8月上旬东亚夏季风活动范围到达30°N以北地区,此时是我国南方稻区稻纵卷叶螟北迁峰次最多、迁入量最集中的时期;东亚夏季风北界在本30°N以北地区持续时间的长短与稻纵卷叶螟年发生程度呈显著的正相关。(3) 8月中下旬是东亚冬、夏季风的转换期,也是稻纵卷叶螟种群的"混合迁"发生期,此时,西南稻区和江淮稻区北部迎来初次南迁峰;9月后东亚夏季风开始南撤,东北冬季风快速南下,稻纵卷叶螟种群也随之不断向南迁飞。(4)2007年稻纵卷叶螟在江淮稻区特大爆发的大气背景是:6月末—7月的强西南季风使沿江稻区迁入虫量比常年显著增加,也为7月下旬至8月下旬稻纵卷叶螟大规模向江淮稻区迁入奠定了虫源基础;7月份江南、华南地区的降水异常偏少使喜湿的稻纵卷叶螟种群进一步向沿江和江淮地区聚集;8月份东亚夏季风的回撤偏晚以及9月份华北地区和江淮地区北部的相对偏暖,使江淮稻区稻纵卷叶螟种群在当地滞留时间偏长、南迁起始期和高峰期异常偏晚。     

2003年我国稻纵卷叶螟特大发生的气候背景

2003年稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis Guenée在我国特大暴发,给水稻生产带来了严重的损失。为了揭示大发生种群形成的原因,本文对2003年稻纵卷叶螟种群动态和气候背景进行了分析。结果表明:气候异常是2003年稻纵卷叶螟特大发生的主要原因。(1)2月越南北方、华南南部气温异常偏高,导致成虫始见期为历史最早年份,初始虫源量成倍增长。(2)7月份西北太平洋副热带高压异常偏强、偏西,导致江南地区出现严重的高温干旱,促使江西、湖南早、中稻上的稻纵卷叶螟大规模北迁至长江中下游单季晚稻区。(3)8月份下旬—9月上旬,西太平洋副热带高压的南撤较常年明显偏迟,高压区长时间控制我国华东地区,形成了秋季高温、季风转换推迟的现象,导致江淮地区六(4)代成虫未能回迁,而是滞留在当地,比常年多发生了一个世代。     

大气低温胁迫对中国褐飞虱年内初始迁入的影响

为了揭示大气低温胁迫对中国褐飞虱年内初始迁入的影响,更好地预警来自境外的褐飞虱早期迁入,通过统计2000-2017年中国华南、西南两个稻区褐飞虱年内的始见期和首次迁入峰日,逆推其迁飞轨迹和虫源区,分析大气温度场对迁飞过程产生的作用,比较了褐飞虱在我国不同稻区、不同年内初始迁入期受大气低温胁迫产生的作用差异。结果表明：（1）近年来褐飞虱初始迁入中国的时间提前,初始迁入华南稻区的时间比西南稻区早,华南稻区始见期提早可能与褐飞虱种群越冬北界北移有关。（2）西南稻区褐飞虱年内初始迁入的境外虫源主要来自缅甸,华南稻区年内初始迁入的境外虫源主要来自越南和老挝的中北部。（3）对盛行迁飞层的温场分布研究表明,在褐飞虱年内初始迁入过程中低温屏障发生的概率约为54.4%,迁入当晚降虫地的平均低温强度为13.45℃,平均降温幅度为1.88℃。其中低温胁迫在华南稻区表现更为显著（发生概率为58.3%,平均强度为13.18℃）,在始见期表现得更明显（发生概率为70.6%,平均强度为12.53℃）。     

中南半岛前期异常气候条件对中国南方稻区褐飞虱灾变性迁入的影响及其预测模型

近30多年来,气候变化对中国褐飞虱的灾变性迁入带来了明显的影响,为了进一步了解虫源地的异常气候变化对我国褐飞虱迁入量的影响,利用1980—2016年中国各植保站提供的褐飞虱虫情资料及同期美国国家环境预测中心(NCEP)提供的全球气象再分析资料,分析了中国褐飞虱境外主要虫源地中南半岛前期异常气候条件对中国南方稻区褐飞虱发生程度的影响,并对褐飞虱发生等级与影响其迁飞的气象因子进行了相关性分析,筛选出关键预报因子,分别应用支持向量机(SVM)、BP神经网络和多元回归分析3种方法对代表站点褐飞虱年发生等级进行了预测,并比较了3种预测模型的优劣。结果表明:(1)中南半岛气候异常区主要分布在北部,异常气候的发生次数在中南半岛呈现出北高南低的特征,并从北向南呈环状递减。(2)中南半岛前期温度偏高(暖冬、暖春)、相对湿度偏大(湿冬、湿春),易引起褐飞虱在中国南方稻区的偏重以上发生;若中南半岛前期气候偏冷(冷冬、冷春)、偏干(干冬、干春),则常导致褐飞虱在中国南方稻区的偏轻以下发生。(3)通过比较3种模型的历史回代率和预测准确率,发现3种模型对褐飞虱的发生程度均有一定的预测能力,其中SVM模型的预测效果最好,BP神经网络次之,多元线性回归模型最差,表明SVM更加适用于生产实际中的褐飞虱发生程度预测。