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害虫的迁飞是适应生境变化、调节种群结构、维持种群繁衍的重要行为对策,也是其暴发成灾并造成重大经济损失的主要原因。由于农田生态系的不稳定性和结构的单一性,迁飞害虫引起的灾害问题尤为突出。粘虫Mythimnaseparata(Walker)、褐飞虱Nilaparvatalugens(St(a)l)、白背飞虱Sogatellafurcifera(Horváth)和稻纵卷叶螟Cnaphalocrocismedinalis(Guenée)因其时空动态上的突发性和随机性而频繁造成我国农业生产的严重损失。本论文从昆虫迁飞场的宏观地理尺度上研究了30~52年时间跨度内上述4种害虫发生动态变化的关键和主要诱导因素,探讨了1998-2003年草地螟LoxostegesticticalisL.特大发生中蜜源植物的作用,分析总结了害虫迁飞逃脱天敌的生物地理特征、时空机制及害虫飞行与生殖的关系,提出了我国迁飞害虫防控对策的改进建议。主要结果如下:
1、每年春季从华南到江淮流域连续数晚的迁飞期(3月-4月中旬)是粘虫全年种群数量增长的重要时间窗口。在主要迁出地闽、粤、桂3省区以及迁飞中转地湘、赣、浙、皖、鄂、苏、豫7省获取蜜源是粘虫顺利迁至目标区域并开始繁殖的先决条件。根据粘虫春季迁飞时间与蜜源植物花期、迁飞路径与蜜源植物分布的吻合程度,从养蜂学中40种主要蜜源植物、62种一般蜜源植物中筛选得出:迁出地粘虫补充营养的主要蜜源植物包括荔枝LitchichinensisSonn.、柑橘类的蕉柑Citrusreticulata、甜橙Citrussp.和光叶苕子ViciacraccaL.4种。迁飞中转地的主要蜜源植物有紫云英AstragalussinicusL.和甘蓝型油菜BrassicanapaL.。映山红RhododendronsimsiiPlanch.和木姜子LitseapungensHemsl.是粘虫在迁飞中转地的一般蜜源植物。Spearman秩相关分析、回归分析和生物学评价表明:稻田绿肥作物紫云英在长江中下游和华南稻区空前的大规模推广和连年种植,是1966-1977年粘虫频繁特大暴发的关键因素;南岭以南早熟冬小麦面积维持历史高位,是同期粘虫频繁暴发的重要因素。蜜源植物对粘虫种群数量影响的敏感性远高于幼虫期的寄主植物,蜜源数量易受气象条件影响是种群数量年度间波动的重要原因。
2、依据生命表关键因子确定原理,参照澳大利亚生物安全处(BiosecurityAustralia)的风险评价矩阵(riskestimationmatrix),应用条件模拟法从虫源数量和危害可能性两方面研究了1950年以来稻田种植制度中重要因子(稻田品种类别、栽培季节、虫源地水稻分布)改变对水稻迁飞害虫发生动态的影响。结果表明:(1)中南半岛水稻迁飞害虫主要初始虫源地(越南北部)冬春稻集中收获期由3-4月推迟至5-6月与矮秆感虫IR系列水稻品种的大面积推广同属1960年代后期以来我国水稻迁飞害虫骤然暴发的关键因子;桂中、桂东北、湘南和赣南等地双季早稻面积的急剧扩大起了推波助澜的作用。(2)主要虫源地杂交稻面积的扩大和南岭以南双季早稻集中收获期由6月中旬推迟至7月上、中旬,是1990年代以来迁飞能力强的白背飞虱种群数量上升并占据优势的重要原因。(3)国内岭南水稻收获期渐趋一致的推迟,使得距离初始虫源地较远的桂中、桂北、湘南和赣南等地桥梁田褐飞虱发生量减少;同时,褐飞虱集中迁飞期由6月下旬推迟至7月上、中旬,迫降褐飞虱的雨带已经北移,使得迁出的褐飞虱降落于更大范围内,加之主要虫源地应用抗褐飞虱品种,促成了1990年代中期以来褐飞虱暴发频率的下降。
3、根据褐飞虱的迁飞路径和规律,利用褐飞虱国内迁飞场内广西、广东、湖南、湖北、江西、安徽、浙江、江苏等8省市35个气象站点1960-1999年间的温度和降雨资料,研究了褐飞虱特大发生的气象特征,结果显示褐飞虱特大发生年份的气象特征可以概括为降雨量的“南少北多”:(1)华南稻区4-6月降雨较少,广西南部、广东西南部4月降雨量不足100mm(40年平均值为153.0mm),广西中部、东部和东北部、广东西北部和湖南南部稻区5-6月总降雨量不足480mm(40年平均值为516.3mm);(2)江苏中部和南部、浙江中部和北部地区7月份降雨量在320mm以上(40年平均值为192.6mm)。(3)褐飞虱高频率大发生的1980年代,广西中部、东部和东北部、广东西北部和湖南南部稻区4-7月的总体降雨量明显低于其他年代,暴雨日数也相对较少。降雨量“南少北多”促成褐飞虱特大发生的内在机制是:4-6月南岭以南降雨量少是异常暖冬的后续效应,褐飞虱国外初始虫源数量巨大,大量迁入我国南岭以南双季早稻上;7月份异常强烈的暖湿季风气流在带来长江中、下游大范围持续降雨的同时,将比常年更大范围内起飞的褐飞虱持续地带入华中水稻主产区,导致褐飞虱的特大暴发。
4、主要迁飞害虫成灾都具有相同的诱发因素,即都是种植制度变化带来了食料的有利改变:(1)水稻迁飞害虫1960年代后期以来的骤然暴发主要是虫源地水稻感虫性上升、害虫春季增殖期延长的结果;与现代水稻品种的大面积推广有关。(2)1970年代粘虫频繁暴发的关键诱导因素是粘虫春季迁飞中转区稻田绿肥作物紫云英分布和数量的急剧扩大;与推广绿肥种植以保证“单改双”后的水稻高产有关。(3)草地螟在最近一个发生周期(1995-2004)中危害空前,蜜源植物紫花苜蓿面积的大幅度扩大是重要保证;这又与牛奶产业对紫花苜蓿需求的急剧膨胀有关。
5、通过分析害虫迁飞的能量储备、能量补充及害虫飞行与生殖的关系,本研究初步认为:(1)成虫早期的迁飞有利于生殖、成虫中期的迁飞对生殖无害应该是主要农业害虫迁飞致灾的主要内在生物学基础。(2)迁飞昆虫形成了弱化飞行对生殖不利影响的多种机制。(3)蜜源植物数量的增大应该是草地螟在1995-2004暴发周期中危害空前、持续期长的重要因素。(4)农业迁飞害虫迁飞型的脂肪含量要高于非迁飞害虫和兼性迁飞棉铃虫的实验种群。(5)补充糖类可以快速补充迁飞的能源消耗,这可能是迁飞昆虫种类中蛾类居多的重要原因之一。
6、探讨了害虫迁飞逃脱天敌而在中、高纬度地区高频率致灾的机制,初步认为“4差异2效应”促成了害虫迁飞对天敌的逃脱。即迁飞害虫与天敌存在生存对策、迁移能力、生物气候特征和飞行活动节律等4方面差异,迁飞过程具有对生活力更强种群的“筛选效应”,群体迁飞、集中降落使得迁飞害虫对天敌具有“淹没式效应”。
7、迁飞害虫总体的防控策略是:压源、预警、布防和调控。(1)加大对虫源地迁飞害虫数量的监测和控制力度。(2)在害虫迁飞场内相关国家和地区建立以现代技术设备为依托的实时监测网络和信息交流渠道。(3)根据监测信息和预警方案在相关地区作好相应的物资储备、技术指导。(4)及时对迁飞害虫进行合理的调节和控制。(5)继续开展迁飞害虫迁飞路径、监控技术和关键控制措施研究。(6)评估并发挥政府在实施防控策略中的作用。在抗虫品种布局上提出了“南高北低、早高晚低”的水稻迁飞害虫预防策略。