基于MaxEnt模型的白缘象甲潜在地理分布区识别

【目的】白缘象甲Naupactus leucoloma是中国进境植物检疫性有害生物,对农作物和栽培植物的潜在危害风险较高。自20世纪在美国被首次发现以来,在全球多个国家内发生扩散,造成严重的经济损失。本研究旨在对白缘象甲的潜在地理分布区进行识别并进一步分析其定殖和扩散风险。【方法】基于白缘象甲的752个有效分布记录和10个环境变量,利用MaxEnt模型和ArcGIS软件对白缘象甲的潜在地理分布区进行识别,同时综合环境变量贡献率和刀切法(jackknife)检验评估制约其潜在地理分布的重要环境变量。【结果】白缘象甲在全球的潜在适宜生境主要分布在美国东南部、法国西南部地区、西班牙北部地区、土耳其西北部地区等地,在我国暂时没有其高适宜生境的分布。在我国适宜生境的分布集中在中部和东部沿海地区10余个省份。在影响白缘象甲潜在地理分布的环境变量中,以最干月降水量、年平均气温和最冷月最低温为重要影响变量,其中气温起主导作用。【结论】白缘象甲有一定的入侵、定殖和扩散风险。建议农林行业部门、海关口岸加强调查、检疫和监控工作,严防白缘象甲传入对我国农作物造成危害。     

基于MaxEnt模型预测气候变化下杉木在中国的潜在地理分布

为研究杉木在中国的分布特征及其对气候变化的响应模式,本研究基于现有分布记录,应用最大熵(MaxEnt)模型和地理信息系统方法,结合气候、地形等环境要素,预测杉木在当前和未来气候变化下的潜在适生区。结果表明: 影响杉木分布的最主要因素是年平均降水量,在当前气候下,杉木适生区合计面积328万km²,占全国陆地总面积的34.5%,低、中和高适生区分别占18.3%、29.7%与52.0%。在未来气候情景下,杉木生长的适宜性在我国总体上呈上升趋势,适生区面积随气候变化增大,且明显向北扩张,南方湿润亚热带地区形成集中连片高适生区。模型经受试者工作特征曲线检验,训练集平均受试者工作特征曲线下面积为0.91,可信度高。     

基于MaxEnt模型的小巢粉虱在中国的潜在地理分布

小巢粉虱是一种危险性外来入侵害虫,现已传入我国香港、海南。阐明小巢粉虱在我国的潜在地理分布及其主要限制环境因子,可为该虫早期预警与防控提供理论依据。本文利用MaxEnt模型对小巢粉虱在我国的潜在适生区进行预测,使用刀切法及环境变量响应曲线对影响小巢粉虱分布的环境因子进行评估。结果表明:小巢粉虱在我国的潜在适生区分布于海南、台湾、广东、广西、福建、云南、贵州、湖南、江西、浙江、上海、安徽、湖北、重庆、四川、西藏等省区;适生区总面积224.9万km~2,约占我国国土面积的23.4%,其中高度适生区面积38.2万km~2,中度适生区面积47.6万km~2,低度适生区面积139.1万km~2;最冷月最低温(bio06)、最干季平均气温(bio09)、最冷季降水量(bio19)是影响小巢粉虱潜在地理分布的主导环境因子。我国各潜在适生区、特别是华南沿海地区应加强检疫,防止小巢粉虱进一步扩散。     

基于MaxEnt模型的朱红毛斑蛾在我国的潜在地理分布

朱红毛斑蛾Phauda flammans Walker是榕树上的一种重要的寡食性食叶害虫,近年在我国南方部分省区逐步扩散,并在局部地区暴发成灾。本研究根据朱红毛斑蛾在全球的已知地理分布点,结合环境气候数据,运用MaxEnt模型对朱红毛斑蛾在当前和未来的潜在地理分布进行了预测。结果显示,朱红毛斑蛾潜在地理分布区主要在我国南部,占全国总面积的18.96%,其中高、中、低度适生区分别占全国总面积的3.89%、4.9%和10.17%。高度适生区主要分布于海南、广西、广东、香港、澳门、福建南部、台湾西北部、云南局部、江西局部和四川局部等地区。2050年RCP 8.5场景下,潜在地理分布区面积扩大至全国总面积的21.48%,适生程度也有所增加。因此,适生范围内的地区应开展监测预警工作,并有重点的实施预防控制措施,保护城市景观和生态安全。     

基于MaxEnt模型的气候变化下杏树鬃球蚧在中国的潜在地理分布预测

【目的】杏树鬃球蚧在天山野果林暴发成灾,对野杏的生存以及野果林的生态环境造成严重影响,同时危害栽培果园。预测未来气候情景下杏树鬃球蚧在中国的潜在适生区,可为农林部门开展防控工作提供科学依据。【方法】收集关于杏树鬃球蚧的分布点与气候数据,采用MaxEnt模型预测其在中国的适生区。【结果】MaxEnt模型中的AUC值为0.949,表明预测结果具有较高可靠性。最冷月最低温度、最冷季度降水量、温度季节性变化标准差、等温性是影响杏树鬃球蚧潜在分布的主要环境变量。杏树鬃球蚧在我国分布区较为广阔。该模型预测杏树鬃球蚧的高适生区主要分布在辽宁省环渤海区域、河北、北京、天津、山东、河南、陕西省中部、甘肃和陕西的临界处,以及新疆维吾尔自治区的伊犁哈萨克自治州、巴音郭楞蒙古自治州和阿勒泰地区,中适生区以高适生区为核心向外蔓延。其高、中、低适生区分别占中国陆地面积的4.62%、6.69%、18.77%。未来气候情景下,高适生区呈进一步扩散趋势,尤其在新疆地区,高适生区大面积扩散。【结论】杏树鬃球蚧适生区面积占陆地面积的30.08%,有继续扩张和大面积暴发风险,在我国西北地区、华北地区面临的形势更为严峻,应引起相关部门关注。     

基于MaxEnt模型预测海南岛海南臭蛙的潜在地理分布

生境分析与预测是受威胁物种有效保护的基础。本研究通过ArcGIS技术平台,利用MaxEnt模型,结合野外调查获得的海南臭蛙(Odorrana hainanensis)66个分布点数据和17个30 m×30 m分辨率的环境变量数据,对该物种在海南岛内的潜在分布区进行预测,并分析其与环境因子之间的关系。结果显示,海南臭蛙的潜在分布区主要位于海拔200~1 200 m的地区,最适宜的海拔范围是600~1 000 m,总分布面积约2 179 km2。海南臭蛙空间分布具有不连续性,其分布区分为三个斑块,尖峰岭所在地为斑块Ⅰ,霸王岭、鹦哥岭和黎母山所在地为斑块Ⅱ,五指山和吊罗山所在地为斑块Ⅲ。适宜生境分析显示,斑块Ⅰ适宜生境面积为218.4 km2,主要分布在尖峰岭中部的三分区、五分区和南部的南崖;斑块Ⅱ适宜生境面积为963.5 km2,主要分布在霸王岭北部的牙琼、南美岭以及鹦哥岭东部的鹦哥嘴、什寒、秀寨岭和黎母山主峰西侧的四分场;斑块Ⅲ适宜生境面积为997.1 km2,主要分布在五指山西部的那罗岭、南部的好定岭和吊罗山中部的度假村、白水岭以及研究区东部的牛上岭。环境变量分析显示,海拔是影响海南臭蛙分布的最主要环境因子,其次是坡度、距水源距离、归一化植被指数(NDVI)和年降水量,温度、湿度和日照对海南臭蛙的分布影响较小。     

气候变化下桃儿七潜在地理分布的预测

桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum)为小檗科多年生草本植物, 是我国濒危传统藏药, 预测气候变化对该物种分布范围的影响对于其保护和资源可持续利用具有重要意义。该文利用获得的桃儿七136个地理分布记录和21个气候环境图层, 通过MaxEnt模型分析桃儿七在我国西部七省的潜在地理分布, 并基于该模型预测政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的SRES-A1B、SRES-A2和SRES-B1气候情景下21世纪20、50和80年代桃儿七分布范围。结果表明: 最热季平均温度、年降水量、温度季节性变动系数和等温性是影响桃儿七分布的主要气候因子; 在当前气候条件下, 桃儿七适宜的生境面积占研究区总面积的11.71%, 主要集中在青藏高原东缘的四川、甘肃、青海境内次生植被丰富、地形复杂的高海拔地区, 低适宜生境与不适宜生境分别占研究区总面积的15.86%与72.43%。由模型预测可知, 在SRES-A1B、SRES-A2和SRES-B1三种情景下, 桃儿七在研究区低适宜生境的数量相对变化较小, 在适宜生境先大幅减少后又缓慢增加。研究结果同时表明, 在未来气候变化条件下, 桃儿七的适宜生境平均海拔将逐渐升高, 范围以及几何重心极有可能先向北移, 然后再向西延伸至青藏高原内部较高海拔的山区。     

基于MaxEnt模型的草原步甲属潜在地理分布研究

步甲(Carabid beetle)是草原生态系统重要的昆虫类群之一,对草原生态系统环境监测及维护生物多样性起着重要的作用。基于步甲属(雕步甲和长叶步甲)在宁夏草原131个有效调查记录和19个环境因子,利用最大熵模型(Maximum Entropy Model,简称MaxEnt)预测步甲属潜在空间地理分布,运用受试者工作特征曲线(ROC曲线)检测预测模型精度,刀切法(Jackknife)筛选影响步甲属潜在地理分布的主要生态因子。结果表明：(1) MaxEnt模型预测结果 ROC曲线AUC值分别为0.981、0.914,模型预测结果的可信度较高;(2) 19个环境因子中,对步甲属的潜在空间分布预测贡献率较高的环境因子为最冷月份最低气温、年均降水量、最干季均温、年平均气温;(3)雕步甲主要分布在温性荒漠草原及温性草甸草原的北部,长叶步甲主要分布在温性草甸草原。以上研究为步甲调查和保护提供参考依据。     

基于MaxEnt模型的菜豆象全球潜在适生区预测

[目的]菜豆象是重要的检疫性害虫,预测其在全球范围内的潜在适生区可为农业部门开展菜豆象防控工作和检验检疫部门制定检疫策略提供科学依据.[方法]在收集菜豆象已有分布点和全球气象数据的基础上,采用MaxEnt模型对其在全球范围内的潜在适生区进行预测分析.[结果]MaxEnt模型的AUC平均值为0.926,预测结果准确可靠....     

基于MaxEnt模型的中国沙棘潜在适宜分布区分析

中国沙棘主要分布于我国华北、西北、西南等地森林—草原过渡地带,是我国北方地区退耕还林、生态修复等工程的重要造林树种,对维持干旱、半干旱地区的生态环境稳定具有重要意义。探讨限制中国沙棘分布的主导气候因子,模拟其潜在适宜分布区,以期为中国沙棘在林业生态工程和生态经济林建设中的合理种植和推广提供理论依据。基于中国沙棘自然分布的328个地理样点,利用最大熵(MaxEnt)模型对中国沙棘的潜在分布区的主导气候因子进行分析,并预测中国沙棘的潜在分布范围。结果表明,基于气候变量的MaxEnt模型训练集和测试集受试者工作特征曲线下面积(AUC值)分别为0.962±0.001和0.949±0.001,均大于0.9,表明MaxEnt模型对中国沙棘潜在分布区的预测具有极高的准确度,可信度好。基于环境变量贡献率和刀切法的结果表明年降雨情况、生长季的水热状况、最干季降雨和最冷月最低温等是限制中国沙棘分布的主要气候因素,其中年降雨是限制中国沙棘分布的主导气候因子。通过模拟得到现代中国沙棘潜在地理分布的总适生区面积为165.1万km~2;其中高适生区和中适生区面积共93.3万km~2,主要集中分布于河北西部、北部,...     

有翅型和无翅型大豆蚜卵巢和胚胎发育的差异

【目的】比较大豆蚜Aphis glycines有翅型和无翅型个体的卵巢发育,为从生理生化角度研究蚜虫翅型分化发生的繁殖适应性提供依据。【方法】在卵巢形态显微镜观察基础上,比较有翅型和无翅型大豆蚜卵巢小管数量、胚胎总数量、成熟胚胎数量以及卵巢小管中最大胚胎体积及其发育速率。【结果】有翅型和无翅型大豆蚜的3龄和4龄若蚜以及成蚜均有2个卵巢/雌,大多数蚜虫每个卵巢包含4条卵巢小管,可见一个卵巢包含5条卵巢小管的现象。有翅型和无翅型个体卵巢中胚胎总数量和成熟胚胎数量以及最大胚胎体积随发育时间增加均显著增大,但有翅型个体胚胎总数量和成熟胚胎数量以及最大胚胎体积均显著小于同一发育阶段无翅型个体。有翅型和无翅型的3龄和4龄若蚜以及成蚜卵巢中胚胎总数量与后足胫节长度均呈显著正相关关系。有翅型和无翅型大豆蚜卵巢小管中最大胚胎体积随发育时间均呈指数增长,但有翅型个体最大胚胎体积显著小于无翅型个体。【结论】有翅型大豆蚜相比于无翅型个体存在卵巢发育延迟现象,卵巢发育程度的差异可能与翅的发育相关。     

Identification and expression profiles analysis of odorant‐binding proteins in soybean aphid,Aphis glycines (Hemiptera: Aphididae)

The soybean aphid, Aphis glycines, is an extreme specialist and an important invasive pest that relies on olfaction for behaviors such as feeding, mating, and foraging. Odorant‐binding proteins (OBPs) play a vital role in olfaction by binding to volatile compounds and by regulating insect sensing of the environment. In this work we used rapid amplification of complementary DNA ends technology to identify and characterize 10 genes encoding A. glycines OBPs (AglyOBPs) belonging to 3 subfamilies, including 4 classic OBPs, 5 Plus‐C OBPs, and one Minus‐C OBP. Quantitative real‐time polymerase chain reaction demonstrated variable specific expression patterns for the 10 genes based on developmental stage and aphid tissue sampled. Expression levels of 7 AglyOBPs (2, 3, 4, 5, 7, 9, and 10) were highest in the 4th instar, indicating that the 4th nymphal instar is an important developmental period during which soybean aphids regulate feeding and search for host plants. Tissue‐specific expression results demonstrated that AglyOBP2, 7, and 9 exhibited significantly higher expression levels in antennae. Meanwhile, ligand‐binding analysis of 5 OBPs demonstrated binding of AglyOBP2 and AglyOBP3 to a broad spectrum of volatiles released by green leaf plants, with bias toward 6‐ to 8‐carbon chain volatiles and strong binding of AglyOBP7 to trans‐β‐farnesene. Taken together, our findings build a foundation of knowledge for use in the study of molecular olfaction mechanisms and provide insights to guide future soybean aphid research.     

A morphological study on autumnal morphs of Aphis glycines (Hemiptera: Aphididae)

The soybean aphid, Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae), is one of the most important pests of soybean. The complex life cycle of A. glycines is characterized as heteroecious and holocyclic, and has seasonal polymorphisms occurring during its life cycle. In the autumn, A. glycines occur as winged and wingless virginoparae in soybeans, as gynoparae and males that migrate from soybeans to Rhamnus spp. and as gynoparae, males and oviparae on Rhamnus spp. In this study, wingless virginoparae, gynoparae, males and oviparae of A. glycines were successfully induced in the laboratory and morphological parameters of these morphs were selected for quantitation. To aid in identification of these A. glycines autumnal morphs, these aphids were imaged by microscope and significant differences in morphological characteristics were found: distal parts of hind leg femurs of gynoparae were grayish black, which were darker than those of winged virginoparae; the 4th instars of gynoparae, males and winged virginoparae differ greatly in dorsal abdomen coloration and covering. Our results provide an important guide for distinguishing adults of gynoparae and winged virginoparae, and for identifying nymphs of gynoparae, males and winged virginoparae.     

Leaf temperature of soybean grown under elevated CO2 increases Aphis glycines (Hemiptera: Aphididae) population growth

Abstract Plants grown under elevated carbon dioxide (CO₂) experience physiological changes that influence their suitability as food for insects. To determine the effects of living on soybean (Glycine max Linnaeus) grown under elevated CO₂, population growth of the soybean aphid (Aphis glycines Matsumura) was determined at the SoyFACE research site at the University of Illinois, Urbana‐Champaign, Illinois, USA, grown under elevated (550 μL/L) and ambient (370 μL/L) levels of CO₂. Growth of aphid populations under elevated CO₂ was significantly greater after 1 week, with populations attaining twice the size of those on plants grown under ambient levels of CO₂. Soybean leaves grown under elevated levels of CO₂ were previously demonstrated at SoyFACE to have increased leaf temperature caused by reduced stomatal conductance. To separate the increased leaf temperature from other effects of elevated CO₂, air temperature was lowered while the CO₂ level was increased, which lowered overall leaf temperatures to those measured for leaves grown under ambient levels of CO₂. Aphid population growth on plants grown under elevated CO₂ and reduced air temperature was not significantly greater than on plants grown under ambient levels of CO₂. By increasing Glycine max leaf temperature, elevated CO₂ may increase populations of Aphis glycines and their impact on crop productivity.     

Density and distribution of soybean aphid,Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae) in response to UV radiation

Increasing ultraviolet radiation (UV) has led to greater interest in its current and potential effects on organisms, including herbivorous insects. Here we report the short-term effects of UV on soybean aphids (Aphis glycines Matsumura), a common phytophagous pest of soybeans. We used two complementary approaches to examine how modifying UV radiation affects this phloem-feeding herbivore via changes to soybean aphid densities and their within plant distribution. We found that artificially adding UV in a lab setting decreased soybean aphid population size compared to a low UV control; however, blocking UV radiation in the field had minimal effects on aphid density. Further observations suggest that soybean aphid location could mediate UV effects; feeding on the underside of leaves may shield aphids from some harmful effects of UV. Our results demonstrate the potential importance of UV to insect herbivores and how behavior may influence such effects.     

大豆蚜对环境的适应及对大豆产量的影响

2009-2010年,以辽东山区大豆主产区岫岩县作为试验点,系统调查了大豆蚜Aphis glycines Matsumura正常型蚜和小型蚜的种群动态,研究了蜡蚧轮枝菌Verticillium lecanii(Zimmerman)Viegas、豆柄瘤蚜茧蜂Lysiphlebus fabarum Marshall、异色瓢虫Harmonia axyridis(Pallas)对大豆蚜正常型蚜和小型蚜的寄生与捕食作用;另外,也研究了降雨对小型蚜和正常型蚜的冲刷作用,以及小型蚜对大豆产量的影响等。研究结果表明,7月上中旬为大豆蚜小型蚜发生初期,7月下旬—8月上旬为小型蚜发生高峰期,2010年小型蚜平均蚜量达10000头/百株以上。此外,通过比较大豆蚜正常型蚜和小型蚜排蜜量,发现正常型蚜与小型蚜在30min内的排蜜频率差异极其显著,正常型蚜排蜜次数明显多于小型蚜。蜡蚧轮枝菌对大豆蚜小型蚜的侵染较正常型低,前者被侵染率低于3%,后者被侵染率高达25%。豆柄瘤蚜茧蜂对正常型蚜的寄生率较小型蚜高,寄生率分别为43.41%和0.58%。异色瓢虫3龄幼虫对正常型蚜和小型蚜的捕食率分别为80.24%和36.36%。降雨对小型蚜冲刷作用明显低于正常型蚜。最后,通过对单株蚜量与单株产量进行单因素方差分析,结果表明,单株小型蚜量对产量影响不显著(F=0.378;df=7,1;P>0.05)。上述研究为明确大豆蚜的发生与为害、小型蚜适应环境的生存机制以及自然天敌对大豆蚜的田间控制作用,进而为大豆蚜的可持续控制提供理论依据。     

作物多样性对大豆蚜的控蚜效应

【目的】研究大豆蚜发生为害及大豆与多种作物间邻作种植对大豆蚜的控制作用,为大豆蚜的可持续综合治理提供理论依据。【方法】采用系统调查的方法,研究大豆蚜和天敌田间种群动态;通过田间罩笼、人工接蚜和释放天敌的方法,研究捕食性天敌对大豆蚜种群的控制作用;在佳木斯地区进行大豆与早熟马铃薯间作,牡丹江地区进行黄瓜-大豆-玉米、甜葫芦-大豆-玉米、烟草-大豆-香瓜、甜菜-大豆-玉米等多作物带状穿插种植模式,以单作大豆田为对照,对不同种植模式的大豆田大豆蚜与天敌进行调查,研究作物多样性对大豆蚜的控制作用。【结果】2009年6月中下旬大豆蚜开始侵入大豆田,3~5周后田间有蚜株率达到100%,大豆蚜种群发生高峰期在7月下旬至8月上旬,9月上旬在田间逐渐消失。草蛉、瓢虫和寄生蜂等为蚜虫天敌优势种;按大豆蚜与天敌数量之比700︰1,释放异色瓢虫和叶色草蛉成虫7 d后,蚜虫种群减退率分别为54.78%和78.79%;大豆与早熟马铃薯间作,在大豆蚜种群迅速增长期早熟马铃薯收获(7月20日)后第5天,豆田蚜虫天敌总数是收获前的2.6倍,与同期单作大豆田相比,间作田大豆蚜种群数量降低了51.3%。大豆与甜葫芦、香瓜、烟草和玉米等作物进行多样性间作种植,在大豆蚜田间发生高峰期,单作豆田益害比为1︰65.2,多样性种植区的大豆田益害比为1︰26~1︰42,与单作大豆田相比,间作田大豆蚜种群数量降低40.7%~83.5%。【结论】2009年大豆蚜的种群高峰期为8月3日,田间的天敌优势种类为草蛉、瓢虫和寄生蜂。早熟马铃薯与大豆间作,在大豆蚜种群迅速增长期间收获早熟马铃薯,大量蚜虫天敌转移至间作的大豆田,从而形成对大豆蚜的控制。大豆与其它经济作物间邻作,大豆田天敌昆虫与蚜虫的益害比明显提高,表明利用农田作物多样性能充分发挥自然天敌的生物控害作用。     

基于最大熵生态位元模型的入侵杂草春飞蓬在中国潜在分布区的预测

春飞蓬是源自北美的外来入侵杂草,已入侵我国的上海、江苏、安徽等地,并对当地生态系统造成了危害,表现出巨大的入侵潜力.本文将最大熵生态位元(MaxEnt)模型与地理信息系统相结合,综合分析了影响春飞蓬分布的环境因素,直观和定量地预测了春飞蓬在我国的潜在分布区,并采用接受者操作特性曲线( ROC)分析法对预测结果进行验证.结果表明:春飞蓬在我国有广泛的潜在分布区,主要适生区包括上海、江苏、浙江、安徽、河南、湖北、湖南、江西等地.其目前的实际分布远未达到最大潜在分布范围,仍有可能继续扩散.ROC曲线检验结果表明,MaxEnt模型对春飞蓬在中国潜在分布区的预测精度较高,结果可信.春飞蓬潜在入侵区分布可能主要受温度和降水的影响.应高度重视春飞蓬的危害性,采取灭除已经发生的种群、严格监控向最适分布区入侵等措施阻止春飞蓬的扩散蔓延.     

大豆蚜自然天敌种群动态及其控蚜作用研究

2008-2010年间,分别在辽东山区和辽西半干旱丘陵地区设置试验田,采用系统调查的方法,对大豆蚜Aphis glycines Matsumura自然天敌种群动态及控蚜作用进行研究。共鉴定辽宁地区大豆蚜天敌7目、16科、44种,其中优势天敌异色瓢虫Leis axyridis(Pallas)居首位。田间试验结果表明,大豆蚜天敌田间消长表现连续6个阶段,即初见期、波动期、上升期、盛期、下降期和消退期;田间3年平均大豆蚜数量与天敌(天敌单位)总体呈极显著的相关关系,各年度百株蚜量与天敌单位也均呈极显著相关关系。辽东地区天敌跟随紧密并随蚜虫数量变化波动,具有明显的自然控蚜作用。其中,7月11-21日天敌发生盛期与蚜虫高峰期吻合,蚜虫急剧下降;7月下旬后,受高温、多雨、蚜霉菌作用、植株老化等影响,蚜虫种群逐步下降、消退,天敌也陆续迁出豆田。辽西地区天敌迁入豆田比蚜虫晚10～15d,对前期蚜虫控制弱,且天敌峰期滞后蚜虫5d左右,一般年份蚜虫发生较重。