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核桃举肢蛾(Atrijuglans hetaohei Yang),属鳞翅目举肢蛾科,对核桃果实危害极大,会造成减产甚至绝收。该虫在中国主要分布在河南、四川、山东、陕西、北京、甘肃、河北和山西8个省市,且以陕西省商洛地区、北京市山区及山西省太行山区危害最为严重[1]。据相关报道,1985年该虫造成陕西商洛地区核桃减产达4×103吨[2],1987年山西9个市县普查发现虫果率为47.7%~90%[3]。由此可见,该虫对核桃产业发展危害极大。
鉴于核桃举肢蛾分布的广泛性和危害严重性,很多学者对其进行了研究,研究范围包括分布与危害[4-5]、生物学特性[6]、发生规律[7]及防治措施[8]。尽管对核桃举肢蛾分布地区的研究很多,但都局限于单个市县,对整个秦巴山区的研究尚未见报道。秦巴山区泛指秦岭大巴山及毗邻地区,地跨四川省、湖北省、河南省、陕西省、甘肃省和重庆市,是中国核桃三大栽培片区之一。据相关文献报道,截至2015年底,仅商洛市和安康市核桃总种植面积就达到了28.67×104 hm2,年产量6.14×104 t,产值超过22.89亿元,是山区群众脱贫致富的重要产业[9]。因此,对秦巴山区核桃举肢蛾潜在分布区研究是十分必要的。
研究利用文献资料和实际调查获取的核桃举肢蛾在秦巴山区点位数据和当前情景下生物学气候数据,结合最大熵(MaxEnt)预测模型,预测当前气候情景下核桃举肢蛾在秦巴山区潜在分布,旨在为秦巴山区核桃举肢蛾防治和核桃产业的健康持续发展提供参考。
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基于核桃举肢蛾实际点位数据、生物学气候数据和海拔数据构建核桃举肢蛾潜在地理分布初始预测模型,依据贡献率和置换重要性筛选出8个影响核桃举肢蛾潜在地理分布的主导环境因子(表1)。从表1中可知,8个主导环境因子依次为最湿月降水量、最干季平均温度、最冷月最低温度、海拔、最冷季降水量、等温性、最干季降水量和最冷季平均温度(按照贡献率大小排序),累计贡献率和置换重要性分别为93.3%和90.1%,可以用来描述核桃举肢蛾环境需求特点,故选取以上8个因子作为影响核桃举肢蛾分布的主导环境因子建立最终预测模型。
表 1 影响核桃举肢蛾分布的主导环境因子
Table 1. Dominant environmental factors affecting the distribution of A. hetaohei
编码
Code变量
Variable贡献百分率/%
Percent contribution排列重要性
Permutation importancebio13 最湿月降水量 Precipitation of Wettest Month 24 8.5 bio9 最干季平均温度 Mean Temperature of Driest Quarter 22.5 34.8 bio6 最冷月最低温度 Min Temperature of Coldest Month 18 0.2 alt 海拔 Altitude 11.3 15 bio19 最冷季降水量 Precipitation of Coldest Quarter 10.1 2.8 bio3 等温性 Isothermality (BIO2/BIO7) (×100) 5.2 4.9 bio17 最干季降水量 Precipitation of Driest Quarter 1.7 9.9 bio11 最冷季平均温度 Mean Temperature of Coldest Quarter 0.5 14 从核桃举肢蛾对主导环境因子的响应情况(图2)可知,对于8个主导环境因子,核桃举肢蛾存在概率均是先随着主导环境因子值的增大而升高,达到一定峰值后,存在概率随着主导环境因子值的增加而降低。以存在概率0.33及以上为研究对象,最湿月降水量、最干季平均温度、最冷月最低温度、海拔、最冷季降水量、等温性、最干季降水量和最冷季平均温度的范围分别为110.5~272.7 mm、−4.8~8.8 ℃、−13~4 ℃、90.5~2154.5 m、8.5~97.9 mm、24.2~33.8、15.5~87.9 mm和−4.7~7.8 ℃,最佳值为186.09 mm、1.9 ℃、−3.7 ℃、353.1 m、28.2 mm、27.5、36.1 mm和1.6 ℃。
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研究利用测试数据集对构建的预测模型进行了准确性检验,并绘制了受试者工作特征(ROC)曲线图(图1)。从图1可知,重复测试的AUC平均为0.948,标准偏差为0.008。根据模型准确性评判标准,预测模型能较好模拟核桃举肢蛾在秦巴山区的分布。
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核桃举肢蛾在秦巴山区分布较广,总适生区面积达19.63×104 km2。根据当前情景下核桃举肢蛾在秦巴山区的潜在适生面积(表2)和潜在分布图(图3),核桃举肢蛾高适生区主要集中在秦巴山区的中部,河南、四川和重庆等6省市均有分布,其中甘肃省面积最小(0.13×104 km2),主要分布在甘肃与陕西交界的地区,包括两当县、徽县、成县、武都县、康县和文县;陕西省面积最大(4.8×104 km2),除周至县和太白县外,陕西南部的17个县(区)均有分布。不适生区面积约为1.6×104 km2,主要集中在秦巴山区的西部和东南部,即四川的北川、平武两县,甘肃的宕昌、文、礼三县及河南的淅川和镇平两县。
表 2 当前情景下核桃举肢蛾在秦巴山区的潜在适生面积
Table 2. Potential suitable area of A. hetaohei in Qinba Mountain area under current situation
区域 region 低适生区×104 km2
Lowly suitable
region中适生区×104 km2
Moderately suitable area高适生区×104 km2
Highly suitable
region四川 0.16 0.70 3.16 重庆 0.45 0.84 0.34 陕西 0.44 1.92 4.80 湖北 0.17 0.60 1.65 甘肃 0.96 0.85 0.13 河南 0.36 0.73 1.04
Prediction of Potential Distribution of Atrijuglans hetaohei in Qinba Mountain Area
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摘要: 研究并明确核桃举肢蛾在秦巴山区的潜在分布,对制定该虫的早期监测、预警及控制措施意义重大。基于核桃举肢蛾实际分布点位和当前情景下生物学气候数据,采用最大熵模型(MaxEnt)和ArcGIS对其在秦巴山区的潜在分布区进行预测,用ROC曲线检测模型准确性、刀切法筛选主导环境变量。研究结果表明:(1)MaxEnt生态位模型重复测试的AUC平均为0.948,标准偏差为0.008,预测效果达到“较好”水平。(2)最湿月降水量、最干季平均温度、最冷月最低温度、海拔、最冷季降水量、等温性、最干季降水量和最冷季平均温度是主导核桃举肢蛾潜在分布的主要环境变量。(3)核桃举肢蛾高适生区主要集中在秦巴山区的中部,河南、四川、湖北、陕西、甘肃和重庆6省市均有分布,其中甘肃省面积最小(0.13×104 km2),陕西省面积最大(4.8×104 km2)。Abstract: Studying and clarifying the potential distribution of Atrijuglans hetaohei in Qinba Mountain area is of great significance to formulate the early monitoring, warning and control measures of this insect. Based on the actual distribution points and bioclimatic data in the current scenario, the maximum entropy model (MaxEnt) and ArcGIS were used to predict the potential distribution areas of A. hetaohei in Qinba Mountain area. The ROC curve was used to detect the accuracy of the model and the knife cutting method was used to screen the dominant environmental variables. The results showed that: (1) The average AUC of MaxEnt model was 0.948, and the standard deviation was 0.008, indicating that the prediction effect reached a "good" level. (2) The wettest monthly precipitation, the mean temperature of the driest season, the minimum temperature of the coolest month, altitude, the precipitation of the coolest season, isotherm, the precipitation of the driest season and the mean temperature of the coolest season were the main environmental variables that dominated the potential distribution of A. hetaohei. (3) The high suitable area of A. hetaohei was mainly concentrated in the central Qinba Mountain area, and distributed in six provinces and cities, including Henan, Sichuan, Hubei, Shaanxi, Gansu and Chongqing, among which Gansu Province had the smallest area (0.13×104 km2) and Shaanxi Province had the largest area (4.8×104 km2).
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表 1 影响核桃举肢蛾分布的主导环境因子
Tab. 1 Dominant environmental factors affecting the distribution of A. hetaohei
编码
Code变量
Variable贡献百分率/%
Percent contribution排列重要性
Permutation importancebio13 最湿月降水量 Precipitation of Wettest Month 24 8.5 bio9 最干季平均温度 Mean Temperature of Driest Quarter 22.5 34.8 bio6 最冷月最低温度 Min Temperature of Coldest Month 18 0.2 alt 海拔 Altitude 11.3 15 bio19 最冷季降水量 Precipitation of Coldest Quarter 10.1 2.8 bio3 等温性 Isothermality (BIO2/BIO7) (×100) 5.2 4.9 bio17 最干季降水量 Precipitation of Driest Quarter 1.7 9.9 bio11 最冷季平均温度 Mean Temperature of Coldest Quarter 0.5 14 表 2 当前情景下核桃举肢蛾在秦巴山区的潜在适生面积
Tab. 2 Potential suitable area of A. hetaohei in Qinba Mountain area under current situation
区域 region 低适生区×104 km2
Lowly suitable
region中适生区×104 km2
Moderately suitable area高适生区×104 km2
Highly suitable
region四川 0.16 0.70 3.16 重庆 0.45 0.84 0.34 陕西 0.44 1.92 4.80 湖北 0.17 0.60 1.65 甘肃 0.96 0.85 0.13 河南 0.36 0.73 1.04 -
[1] 张丽芳,李春林,王相宏. 核桃举肢蛾的发生与防治[J]. 现代农业科技,2010(4):216−216,219. doi: 10.3969/j.issn.1007-5739.2010.04.139 [2] 宋继学,李东鸿. 核桃举肢蛾发生规律和防治研究[J]. 西北林学院学报,1990, 5(1):39−45. [3] 王瑞,赵律纪. 核桃举肢蛾发生规律与防治试验[J]. 山西农业科学,1990(10):13−15. [4] 张坤朋,王景顺,王峰,等. 林州市核桃举肢蛾种群动态及成因分析[J]. 河南农业科学,2012, 41(8):107−110. [5] 杨学渊. 涞源核桃举肢蛾的发生与防治[J]. 农民致富之友,2014(14):69−69. [6] 李晓亮. 核桃举肢蛾生物学特性调查及防治试验[J]. 现代农业科技,2009(16):116−116,119. doi: 10.3969/j.issn.1007-5739.2009.16.086 [7] 张坤朋,王相宏,王景顺,等. 林州市核桃举肢蛾的发生规律与化学防治[J]. 河南农业科学,2015(1):86−89. [8] 王相宏,张坤朋,王景顺,等. 性诱剂诱杀及地面处理防治核桃举肢蛾效果[J]. 河南农业科学,2015(8):80−82. [9] 鲁周民,郭旭,张涵. 陕南秦巴山区核桃产业存在问题及当前发展建议[J]. 陕西林业科技,2016(2):51−53,57. [10] 赵金鹏,王闫利,陆兴利,等. 软枣猕猴桃在中国的适生区分析及对未来气候变化的响应[J]. 中国生态农业学报(中英文),2020, 28(10):1523−1532. [11] 谷瑞民,白岗栓,席福民,等. 陕西商洛核桃举肢蛾的发生与防治[J]. 安徽农业科学,2019, 47(15):140−144,150. [12] 阳金华,罗智勇,邓学基,等. 鄂西北核桃主要病虫害调查及防治初探[J]. 湖北林业科技,2014, 43(2):32−34,81. [13] 武海斌,姜莉莉,金岩,等. 鲁中南地区核桃举肢蛾消长规律及其危害调查[J]. 中国果树,2020(4):116−118. [14] 袁国军,焦艳红,陈玮歌,等. 河南伏牛山区核桃举肢蛾生活史及防治药剂筛选[J/OL]. 环境昆虫学报.