云南省褐飞虱早期迁入虫源及其发生大气背景分析

为了探明我国西南稻区褐飞虱早期迁入种群的虫源地,为后期预测和防治提供依据,通过对2007—2016年云南植保站4—5月份褐飞虱虫情进行分析,选取出云南省勐海、芒市、江城、师宗、麻栗坡、广南6个代表性站点,利用WRF-FlexPart耦合模式对2013年、2015年和2016年这些站点的早期迁入峰进行了数值模拟,得到近年来云南省褐飞虱早期迁入虫源的虫源地。选取了2013年褐飞虱早期迁入量较大的迁入峰进行了大气背景分析,结合峰期影响褐飞虱迁飞的大气动力场、温度场和相对湿度场,探讨了影响云南省褐飞虱早期迁入的大气背景。研究结果表明:(1)近年来云南省褐飞虱迁入的虫源主要来自缅甸,部分来自老挝和泰国,少数来自越南,还有极少量来自孟加拉国。(2)这一时期,当释放高度分别为1500、2000 m时,褐飞虱的迁飞高度分别集中在2216 m和2489 m,平均迁飞高度分别是2167、2454 m,从不同释放高度回推的褐飞虱迁飞高度的起伏趋势具有较好的一致性,表明模式能较好地反映系统性垂直气流和下垫面起伏对其上层三维流场和种群迁飞的影响。(3)选取2013年5月22—26日发生在云南勐海、麻栗坡和广南的一次典型褐飞虱迁入过程,分析了大气背景场对褐飞虱迁飞的影响,结果显示:受印缅低压控制或影响,高空从境外虫源区至云南降虫区有西南水平气流作为种群输送动力;温场在降虫区东北侧有"低温屏障墙"存在,阻止了种群的继续北迁;垂直速度场上虫源区有上升气流促使种群起飞迁出,降虫区有下沉气流促使种群降落;弱降水形成的拖曳下沉气流对降虫也十分有利;相对湿度场对此次迁飞过程不形成任何胁迫。     

FLEXPART模式模拟褐飞虱回迁的适用性

褐飞虱是威胁我国水稻生产安全的主要害虫之一,已经严重地威胁到我国南方地区水稻的安全生产。褐飞虱作为一种风媒迁飞性昆虫,与大气气溶胶粒子的运动相似。采用褐飞虱迁飞相关参数,利用WRF-FLEXPART模式模拟分析两次褐飞虱秋季回迁过程。通过模拟2013年9月20—24日褐飞虱迁入兴安县的迁飞过程,发现褐飞虱虫量的模拟结果与实验观测到的褐飞虱高空灯诱数据相近、变化趋势一致,相关性达到0.49(P0.01)。褐飞虱迁飞峰的模拟值平均早于观测值1.5h,这可能与褐飞虱起飞迁飞的主动性及其生理特性等有关。模拟2008年10月5—7日一次冷锋无降水天气过程中的褐飞虱迁飞过程,发现此次冷锋南下和降温过程对褐飞虱的回迁影响显著,主要表现在:(1)在迁飞轨迹上,受热带气旋影响,广西、贵州、湖南和广东西部地区以东北风为主,有利于褐飞虱向西南方向的迁飞;(2)在虫量密度分布上,广东中部地区同时具备了较好的动力和温湿条件,促使大量褐飞虱向着该地区(较温暖)迁入,而湖北地区虽以西北—东北风为主,但地面气温较低(低于广东地区),不利于褐飞虱的大量迁入。综上所述,WRF-FLEXPART模式适用于褐飞虱的迁飞模拟且有较好的模拟能力,该研究对我国褐飞虱灾变的准确预警、病虫测报水平的提高具有重要的参考价值。     

褐飞虱迁飞参数的数值模拟

迁飞性害虫褐飞虱对中国和亚洲其它国家和地区的水稻有着十分严重的危害,其迁飞参数的时空变化是种群迁飞这一生态行为的重要体现。应用目前国际上先进的中尺度数值预报模式MM5 (V3.2 )对我国褐飞虱北迁、南返的过程进行了数值模拟,根据模拟结果对害虫的迁出虫源地、迁飞路径、降落区、空中迁飞速率、迁飞高度、迁飞历时和迁飞距离等迁飞参数进行了一系列的数值计算和客观分析,得到了与实际虫情普查和雷达观测资料相当吻合的结果,从而比较精确地阐明了褐飞虱迁出起飞、空中定向飞行、降落迁入等迁飞行为的动力学机制。     

中国盛夏褐飞虱北迁过程的动态数值模拟

以控制和影响褐飞虱Nilaparvata lugens (Stal)迁飞过程的生理生态参数为依据,应用时空分辨率较高的中尺度数值预报模式-MM4和三维轨迹计算方法对我国盛夏褐飞虱的北迁过程进行了动态模拟。模拟结果及其与实测虫情资料的对比研究表明：（1）我国盛夏褐飞虱北迁的虫源地主要在22.5°N～27°N,110°E～116°E之间。（2）空中迁飞路径有三条：主径取32°方位角,副径分别取10°和75°方位角。（3）降落虫汇区有三个：主降区为长江中下游稻区,副降区分别为鄂西北、川东北稻区和浙东南、闽北稻区。（4）理论模拟与实际虫情普查分析比较吻合,说明该模型可作为迁飞害虫灾变机制研究的一个重要工具。     

上海地区2007年褐飞虱的后期迁入和虫源地的个例分析

褐飞虱后期迁入是指在8月下旬到9月上旬水稻生育后期出现的异常迁入。分析了2007年上海地区褐飞虱后期迁入种群的虫源性质、迁飞降落过程、大气背景场以及虫源地情况,结果表明:(1)2007年8月下旬到9月初上海地区出现的褐飞虱灯诱高峰为外地迁入峰,迁飞峰次分别为8月2223日,8月2731日。(2)8月2223日降虫主要受台风"圣帕"外围倒槽气流的影响;8月2731日褐飞虱的迁入主要受降雨过程的影响。(3)回推轨迹分析表明:2007年8月下旬到9月初上海地区后期迁入的虫源地主要分布在浙江东南沿海稻区(8月2223日),浙江中、北部(8月2731日),江南稻区北部包括皖南、赣北(8月29日)。(4)以怀宁为代表的皖南虫源地的顺推轨迹分析表明:8月下旬该区早中稻进入生育后期,食料条件恶化,褐飞虱长翅型成虫大量外迁,皖南稻区存在为上海提供虫源的对应关系。(5)虫源地的种植制度、虫源基数和合适的气象条件是导致后期迁入的重要因素。     

褐飞虱2009年秋季回迁的雷达监测及轨迹分析

褐飞虱Nilaparvata lugens (Stål)是水稻生产上重要的迁飞性害虫,研究其迁飞、扩散规律,为早期预警和有效防治提供科学依据。2009年4月27日至10月11日, 在中国农业科学院植物保护研究所重大病虫害监测预警兴安雷达站内利用毫米波扫描昆虫雷达对褐飞虱的迁飞过程进行长期观测,高空探照灯诱虫器及佳多自动虫情测报灯诱虫器分别用来诱捕高空及地面的褐飞虱,对高空探照灯诱到的褐飞虱雌成虫随机挑选30头进行卵巢解剖, 并结合大区环流和利用Hysplit_4模型进行轨迹分析,研究了褐飞虱的秋季回迁过程和虫源。结果表明：褐飞虱秋季回迁高峰期出现在9月28日至10月7日,高峰日为10月1日, 高峰日内雷达回波主要在600~1 100 m范围内聚集成层,高空探照灯诱虫器内褐飞虱的数量达到了13 620头;卵巢发育级别以1~2级为主。轨迹分析显示：本次回迁的褐飞虱主要来自湖南衡阳和永州等地,随东北气流向广西柳州、南宁和崇左等方向迁飞。轨迹推断与褐飞虱实发虫情基本吻合,通过毫米波扫描昆虫雷达确定了褐飞虱秋季回迁的高度,为毫米波扫描昆虫雷达早期投入到预测预报的实践中奠定了基础,对我国褐飞虱早期预警体系的建立将提供必要的技术支持。     

长江中游稻区夏季飞机航捕迁入褐飞虱的轨迹分析

根据1977～1979年3年的7月份飞机航捕褐飞虱Nilaparvata lugens的资料, 应用轨迹分析模型,得出了长江中游稻区夏季迁入褐飞虱的中尺度虫源地及迁入路径。1）湘东北-鄂东南稻区虫源来自桂中至湘中稻区（24°～ 28°N,109°～114°E）,褐飞虱的迁入路径有两条：①柳州→桂林→衡阳→该区;②柳州→桂林→邵阳→该区。2）赣北-鄂东稻区虫源来自桂中至赣西稻区（24°～29°N,110°～115°E）,褐飞虱的迁入路径有一条：蒙山→倏县→宜春→该区。3）湘中、东部稻区虫源来自桂南至湘南稻区 （23°～27°N,109°～113°E）,褐飞虱的迁入路径有一条：南宁→柳州→桂林→该区。     

桂东北稻区第七代褐飞虱迁飞规律及虫源分析

褐飞虱是我国水稻上的一种重要迁飞性害虫,在桂东北稻区不能越冬。近年来,作为次害代的第7代褐飞虱在桂东北稻区频繁暴发,桂东北稻区作为褐飞虱南北往返迁飞的重要通道,研究阐明该稻区第7代褐飞虱的迁飞规律及虫源分布,对第7代褐飞虱的早期预警和有效防控意义重大。利用灯光诱捕的方法研究了2007—2010年桂东北稻区褐飞虱的迁飞动态,并运用大气质点轨迹分析平台HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)和气象图形处理软件GrADS(Grid Analysis and Display System)对褐飞虱迁入、迁出峰次进行轨迹分析和气象背景分析。结果表明:(1)桂东北稻区第7代褐飞虱每年都会出现2—3次迁飞高峰,虫量高峰期主要集中在9月底至10月上旬。(2)迁入虫源主要来自江西中西部和湖南中东部稻区,从本地起飞的部分褐飞虱飞行24 h或36 h后能到达广西南部沿海、越南北部和海南等越冬区。(3)925 hPa的温度高则褐飞虱虫量高;盛行东北气流较多的年份,褐飞虱发生严重;微弱的下沉气流和无雨天气有利于褐飞虱的迁飞。     

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℃）。     

2007年广西早稻田褐飞虱发生动态及虫源分析

褐飞虱Nilaparvata lugens(Stal)是我国水稻上的重要害虫,近年来在全国连续大暴发,给我国水稻生产造成严重的损失。广西是境外虫源迁入我国的第一站,分析其早稻田褐飞虱的种群动态和迁飞规律,对全国褐飞虱的预测预报和防治工作意义重大。采用田间系统调查与雌虫卵巢系统解剖的方法研究了2007年南宁地区早稻田的褐飞虱发生动态和世代种群特征,分析全区灯诱数据确定迁入高峰期,并运用美国NOAA网站的HYSPLIT平台对2007年广西褐飞虱早期的6段迁入高峰期进行了数值模拟和虫源地分析。结果表明:(1)2007年广西南宁地区褐飞虱在晚熟品种田的发生虫量明显高于早熟品种田,发生、危害期明显延长,为我国北方其他稻区的褐飞虱的迁入积累了充足的虫源基数。(2)确定了南宁地区的早稻田褐飞虱各发生世代的虫源性质。第2代属于大部迁入型;第3代前期属于本地繁殖,部分迁入型,后期属部分迁出型;第4代属于大部分迁出型。(3)4月下旬-5月上旬,虫源地主要分布在越南、老挝中部的地区(18°-20°N);5月中下旬,虫源地主要分布在越南、老挝较北的地区(20°-22°N),部分来自我国海南省和雷州半岛;而6月上旬桂北地区大规模迁入的虫源地主要分布在越南东北部、广西西南部;低空急流为广西褐飞虱大规模迁入提供了运载气流,而当时的降雨是迫使褐飞虱集中降落的主要原因。     

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。     

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。     

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。     

温度对Bt水稻及其非靶标害虫褐飞虱生态适应性的影响

【背景】温度是影响植物生长发育最为重要的环境因子之一。明确温度对Bt水稻及其非靶标害虫的影响有助于今后Bt水稻的推广应用。【方法】设置不同的温度梯度(26、30和34℃)分别处理Bt水稻T2A-1(表达Cry2A蛋白),在处理后不同天数内分别测定Cry蛋白、叶绿素、草酸、可溶性糖和总氮含量,同时评价不同温度处理下Bt水稻上褐飞虱的生态适应性。【结果】Cry蛋白含量显著受温度影响,随着温度升高Cry蛋白含量下降。温度、处理时间及两者相互作用均显著影响Bt水稻T2A-1的叶片叶绿素、叶鞘草酸、可溶性糖和总氮含量。叶绿素含量在26℃处理20 d时高于30、34℃的处理。随着温度的升高,Bt水稻叶鞘草酸含量升高。可溶性糖含量高温(30和34℃)处理后20 d低于26℃处理。Bt水稻叶鞘内可溶性氮含量随着温度的升高而升高。温度对非Bt水稻MH63上叶绿素、草酸、可溶性糖和总氮含量的影响与T2A-1趋势一致。高温(34℃)处理的Bt水稻上的褐飞虱雌雄虫寿命、每雌产卵量及卵孵化率显著低于26℃处理。温度对非Bt水稻MH63上褐飞虱生态适应性参数的影响与T2A-1趋势一致。【结论与意义】温度对Bt水稻具有显著影响,且对Bt水稻上非靶标害虫褐飞虱的生态适应性产生不利影响。本研究有利于今后Bt稻田的害虫综合治理措施的制定。     

褐飞虱持续暴发成因——以江西泰和县为例

为了明确泰和县近年来晚稻田褐飞虱Nilaparvata lugens(Stl)连年暴发的规律。通过分析泰和县2008—2013年褐飞虱的田间调查及灯诱数据,并结合气象条件,研究了泰和县晚稻田褐飞虱暴发的主要影响因素。结果表明:(1)危害早稻田的褐飞虱以2、3代为主,其田间种群数量的多少主要受春季迁入虫量的限制,本地早稻收割后的滞留虫源对晚稻种群数量的影响很小。(2)危害晚稻田的褐飞虱以5、6代为主,后期迁入虫量、秋季温度以及晚稻田初期外来迁入虫量是影响晚稻田后期暴发的关键因子。(3)不同年份间晚稻田褐飞虱暴发类型不同。2008和2009年属后期迁入虫量与"暖秋"共同影响类型;2010年是"暖秋"影响类型;2011和2012年是后期迁入虫量影响类型;2013年是晚稻田早期迁入虫量积累影响类型。后期迁入虫量、秋季温度以及晚稻田早期迁入虫量是导致泰和县晚稻田褐飞虱连年暴发的主要原因。这些结果为褐飞虱暴发规律的阐明及可持续治理提供了理论依据和参考价值。     

Antifeedant effects of plant lectins and an enzyme on the adult stage of the rice brown planthopper,Nilaparvata lugens

The feeding activity of adult rice brown planthopper,Nilaparvata lugens (Stal) on selected proteins incorporated into artificial diets was examined, based on quantitative analysis of honeydew excretion, in order to determine the mechanism of action of antimetabolic proteins towards homopteran pests. The lectinsGalanthus nivalis agglutinin (GNA), wheat germ agglutinin (WGA) and the enzyme soybean lipoxygenase (LPO), previously demonstrated to be toxic to this insect, reduced honeydew excretion levels of adultNilaparvata lugens over a 24 h period when incorporated into artificial diet at 0.1% {w:v}, indicating that these proteins acted as antifeedants. Of the proteins tested GNA was the most effective antifeedant, reducing honeydew droplet production by 96%, although after 24 h there was some recovery in the honeydew excretion levels and thus the insects appeared to tolerate the presence of the antifeedant with time. The lectinPisum sativum agglutinin (PSA), previously demonstrated to be non-toxic, showed no antifeedant properties.