甜菜夜蛾发生程度的气象等级预报模型

摘要

甜菜夜蛾是严重影响蔬菜产量和品质的害虫，其发生发展与气象条件关系十分密切。为探索气象条件与甜菜夜蛾发生程度的关系，开展甜菜夜蛾发生程度气象等级预报服务，选取2009—2010年湖北省甜菜夜蛾虫情资料和对应台站的气象资料，对甜菜夜蛾发生程度等级与各项气象因子做相关分析，在此基础上，筛选出模型因子，采用多元线性回归分析方法，构建了湖北省甜菜夜蛾发生程度气象等级预报模型，并对模型验证。结果表明：历史回代检验旬检验结果达基本一致以上的为76%；独立样本预测检验旬值达基本一致以上的为63%，模型总体预报结果较好，可为湖北省开展甜菜夜蛾气象等级预报业务提供技术支撑。

关键词

甜菜夜蛾； 气象等级； 预报

中图分类号：

S 431.3

文献标识码： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2018036

Prediction model of meteorological grading for Spodoptera exigua

YANG Wengang1，2， MENG Cuili2， WANG Yong4， LIU Kequn3， SI Shengyun4， LU Pengcheng2

（1. Huangshi Meteorological Bureau， Huangshi 435002， China； 2. Wuhan National AgroMeteorological

Station in Hubei Province， Wuhan 430040， China； 3. Wuhan Regional Climate Center in Hubei Province，Wuhan 430074， China； 4. Institute of Vegetable， Wuhan Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430065， China）

Abstract

Spodoptera exigua is a pest seriously affecting the yield and quality of vegetables， the occurrence and development of which are highly related with meteorological conditions. To explore the relationships between meteorological conditions and the occurrence of S.exigua， we developed the meteorological grading prediction model for the epidemics of S.exigua. Correlation analysis between the occurrence degree of S.exigua and meteorological conditions was carried out using data of S.exigua and the corresponding meteorological stations in Hubei Province from 2009 to 2010. On this basis， we screened out the model factors and constructed the prediction model for the occurrence of S.exigua by adopting the multivariable linear regression method. The results of tenday test in historical resubstitution reached a basic agreement of 76%， and the independent sample prediction test had a basic consistency of 63%. The overall prediction results were qualified， which can provide technical support for the meteorological grading prediction service for S.exigua occurrence in Hubei Province.

Key words

Spodoptera exigua； meteorological grade； forecast

甜菜夜蛾Spodoptera exigua （Hübner）俗稱贪夜蛾，是一种世界性分布的多食性农业害虫[1]，可取食35科108属138种植物，生产上主要为害蔬菜、棉花、玉米，尤以蔬菜受害最重[2]。随着全球气候变暖，特别是我国大部分地区高温、干旱加剧，经济作物种植面积扩大，设施农业大量推广，甜菜夜蛾为害面积及寄主种类呈迅速上升趋势，由原先的间歇性暴发演变成常发性害虫。受甜菜夜蛾为害的寄主作物一般减产10%～20%，严重的达30%～50%，少数作物甚至绝收，严重威胁着蔬菜的产量和品质[3]。国内外学者针对甜菜夜蛾的发生规律及生物学特性进行了研究[49]，如在20～32℃范围内，甜菜夜蛾发育速率随着温度的升高而加快；在26℃和29℃下，甜菜夜蛾的平均产卵量最高，26℃最适合甜菜夜蛾交配[10]。湿度对甜菜夜蛾的影响也很大。一定的温度配以合适的湿度才能促进种群的增长，26℃与相对湿度80%和94%两个组合最适宜甜菜夜蛾的生长发育；同时32℃与94%的组合甜菜夜蛾的内禀增长率最大[11]。缪为文等报道了夏季高温干旱对甜菜夜蛾寄生性天敌的繁衍不利，导致甜菜夜蛾幼虫成活率偏高，以致为害加重[12]；李志敏等运用灰色系统关联度分析方法对影响甜菜夜蛾田间成虫种群数量的非生物因子进行分析，明确了一年中，温度对甜菜夜蛾种群数量影响最大，年度间影响最大的是总降雨量，降雨量大的年份甜菜夜蛾发生量少[13]。刘甲魁研究发现设施农业的大量出现，给甜菜夜蛾提供了冬季食物和越冬场所，增加了来年为害的虫源[14]。

笔者拟运用数理统计分析方法，分析甜菜夜蛾发生程度与前期气象因子的关系，建立其发生程度气象等级预测模型；根据该模型开展相关业务服务，可指导农民开展科学防控，减少农药使用，减轻环境污染。

1 资料与方法

1.1 资料

（1）湖北省历史甜菜夜蛾虫情数据：采用2009-2010年甜菜夜蛾成虫监测数据，选取襄阳、武汉、荆州作为湖北省代表站，监测时间：襄阳市2009年7-10月，2010年7-10月；武汉市2009年7-12月，2010年4-12月；荆州市2009年7-11月，2010年5-10月。资料由武汉市蔬菜科学研究所提供。

（2） 2015年武汉市甜菜夜蛾虫情数据：在武汉市郊区（蔡甸区、江夏区、黄陂区）开展甜菜夜蛾成虫监测所得。

（3） 气象资料：湖北省代表站襄阳、武汉、荆州2009-2010年及武汉市2015年逐日日平均气温、日最高气温、日降水量、日相对湿度、日照时数数据。

1.2 方法

1.2.1 监测方法：性诱法

诱捕器：北京依科曼生物技术股份有限公司生产的闪讯害虫远程实时监测仪。

诱芯：漳州市英格尔农业科技有限公司生产的PVC基质缓释长效诱芯（测报型）。

性诱法：每个监测点安装闪讯害虫远程实时监测系统，利用性信息素监测成虫发生动态。每天8：30系统自动统计诱捕到的成虫数。统计后的成虫进行去除处理，不再放回环境。诱芯每月更换1次。

1.2.2 研究方法

首先，对甜菜夜蛾成虫虫情资料与前期各气象因子分别做相关分析，找出显著相关的（通过显著性水平为0.01的显著性检验）且具有生物学意义的气象因子，然后采用多元线性回归方法，构建甜菜夜蛾发生的气象预测模型，然后对模型进行历史回代检验以及独立样本预测检验。

2 结果分析

2.1 相关分析及模型因子筛选

2.1.1 相关分析

为了全面考虑气象条件对甜菜叶蛾成虫发生发展的影響，选用湖北省襄阳市、武汉市、荆州市2009-2010年甜菜夜蛾成虫各旬发生状况与当旬各气象因子（其中最高气温、平均气温、相对湿度计算旬平均值，降雨量、降雨日数、夜间降雨量、夜间降雨日数、日照、平均气温大于30℃日数、最高气温大于35℃日数求取旬累积总和值）、前两旬各气象因子、前两旬加当旬气象因子分别进行单因子相关分析，筛选出对甜菜夜蛾虫量增长量显著相关的气象因子。筛选的原则如下：选取通过0.01水平显著性检验因子；所选因子的相关性必须具有生物学意义；同一气象因子若在多个时间尺度（不同的时间尺度分别为当旬、前两旬、前两旬+当旬）上与虫量发生程度因子的相关性通过0.01水平显著性检验时，取该气象因子相关系数较大的时间尺度作为模型备选因子；所选的因子组合必须消除共线性影响。相关分析结果见表1，当旬最高气温、平均气温、最高气温大于35℃的日数与当旬甜菜夜蛾虫量增长量通过了信度为0.01水平的显著性检验，呈显著正相关。前两旬的平均气温与当旬甜菜夜蛾虫量增长量通过了信度为0.05水平的显著性检验，呈正相关。前两旬加当旬最高气温、平均气温与甜菜夜蛾虫量增长量通过了信度为0.05水平的显著性检验，呈显著正相关。其余各气象因子与甜菜夜蛾增长量均无明显相关性。以上分析表明，甜菜夜蛾成虫增长量与气温，尤其是最高气温呈正相关，气温越高，高温日数越多，越有利于其暴发成灾。

甜菜夜蛾成虫的暴发不单与气温密切相关，但由于虫害资料逐旬波动变化大，不利于相关性气象因子的挖掘，因此本研究结合田间调查数据并咨询相关专家意见，以平均单个诱捕器诱捕到成虫数小于等于50、（50，100]、（100，200]、（200，300]、大于300头共五个等次，将甜菜夜蛾危害划分为无害、轻度、中度、重度、特重5个等级。将襄阳市、武汉市、荆州市2009-2010年甜菜夜蛾发生主要时段各旬甜菜夜蛾发生程度等级与当旬各气象因子、前两旬各气象因子、前两旬加当旬气象因子分别进行单因子相关分析，相关分析结果见表2，由表2可见，当旬各气象因子与当旬甜菜夜蛾发生程度等级的相关系数均未通过信度为0.01或0.05水平的显著性检验，无显著相关性。前两旬的最高气温与当旬甜菜夜蛾发生程度等级通过了信度为0.05水平的显著性检验，呈正相关；前两旬降雨日数与当旬甜菜夜蛾发生程度等级通过了信度为0.01水平的显著性检验，呈显著负相关；前两旬最高气温大于35℃日数与甜菜夜蛾发生程度等级通过了信度为0.01水平的显著性检验，呈显著正相关；前两旬相对湿度与当旬甜菜夜蛾发生程度等级通过了信度为0.05水平的显著性检验，呈负相关。其余前两旬气象因子甜菜夜蛾发生程度等级均无显著相关性。前两旬加当旬的降雨日数与甜菜夜蛾发生程度等级通过了信度为0.01水平的显著性检验，呈显著负相关；前两旬加当旬最高气温大于35℃日数与当旬甜菜夜蛾发生程度等级通过了信度为0.01水平的显著性检验，呈显著正相关；前两旬加当旬相对湿度与当旬甜菜夜蛾发生程度等级通过了信度为0.05水平的显著性检验，呈负相关；前两旬加当旬其余气象因子与甜菜夜蛾发生程度等级均无显著相关性。

2.1.2 模型因子筛选过程

当旬平均气温、最高气温、最高气温大于35℃日数与当旬虫量增长量存在显著性相关，而前两旬最高气温、最高气温大于35℃日数与甜菜夜蛾发生程度等级呈正相关，前两旬加当旬最高气温大于35℃日数与甜菜夜蛾发生程度等级呈正相关。一般而言，最高气温大于35℃日数越多，最高气温值就越大，平均气温也就越高，这3个因子存在显著关联性，为了消除模型因子的共线性影响，且遵循相关系数值最大的因子的原则，本研究选用前两旬加当旬最高气温大于35℃日数作为建模因子。遵循上述原则，本研究还选择了前两旬加当旬的降雨日数、前两旬的相对湿度值作为建模因子。前人研究表明：在同一温度下， 甜菜夜蛾幼虫体长的增长率随湿度的升高而降低，而在同一相对湿度下，甜菜夜蛾幼虫体长的增长率随温度升高而显著加快，甜菜夜蛾成虫产卵量明显受温度和湿度的影响[1011]。有关专家研究表明连续的降水将导致预蛹期延长，影响蛹的成活和正常羽化。因此模型所选因子均具有生物学意义[11]

2.2 甜菜夜蛾发生程度的气象等级预报模型

2.2.1 模型构建

选用2009-2010年时间段，以旬为时间尺度，结合各旬甜菜夜蛾发生程度等级及以上选取的建模因子，采用多元线性回归方法进行建模。甜菜夜蛾成虫发生主要时段气象发生等级的预测模型见式（1）。

该回归方程的显著性检验：由方差分析表中得知：F=7.408，Sig=0.000，通过显著性水平为0.01的显著性检验，表明方程回归效果较好，具有良好的统计学意义，可用于甜菜夜蛾成虫气象发生等级的预测预警。

2.2.2 预测模型的历史回代检验及效果分析

根据建立的湖北省甜菜夜蛾发生等级统计模型，分别将2009-2010年所选气象因子代入模型计算得到各站点逐旬的甜菜夜蛾成虫发生等级模型值，模型得出等级值小数部分四舍五入，然后通过对所建模型进行历史回代检验。

检验方法：计算得出2009-2010年湖北省襄阳市、武汉市、荆州市甜菜夜蛾发生主要时段成虫逐旬发生等级模型预测值，与逐旬实际发生等级进行比较，验证模型的可靠性。模型等级与实际等级值无级差认为完全一致，等级值有1级级差认为基本一致，等级值有2级以上级差认为不一致。

检验结果显示（见表3）：湖北省甜菜夜蛾发生等级模型预测值与甜菜夜蛾发生等级实测值的旬检验结果完全一致的占26%，旬检验结果基本一致以上的占76%。模型的检验结果表明，甜菜夜蛾发生等级预测模型模拟结果较好，可靠性较强。

2.2.3 预测模型的独立样本预测检验及效果分析

根据建立的甜菜夜蛾发生等级预测模型，把2015年武汉市所选气象因子代入模型计算得到武汉站8-10月逐旬甜菜夜蛾成虫发生等级模型预测值，再利用上述历史回代检验中提到的验证指标对预报结果进行验证。模型预测检验结果显示（表4）：武汉地区甜菜夜蛾发生等级模型预测值与实际值旬值完全一致的占22%，旬值达基本一致以上的占63%，总体预报结果较好。

3 結论与讨论

随着全球气候变暖及蔬菜大棚的大量推广，甜菜夜蛾已经成为发生面积最大、为害程度最重的害虫，成为制约湖北省“菜篮子工程”安全性的主要因素之一。甜菜夜蛾的发生发展受温度、湿度、降水等气象环境因子的影响，因此，可利用气象因子对甜菜夜蛾发生程度进行预测。本文对甜菜夜蛾发生程度等级与前期各项气象因子进行单因子相关分析，找出显著相关且具有生物学意义的因子，采用多元线性回归统计分析方法，构建了甜菜夜蛾发生流行的气象等级预测模型，并对模型进行历史回代和独立样本预测检验。历史回代检验结果显示：76%的样本旬检验结果达基本一致以上；独立样本预测检验结果显示；63%的样本旬值达基本一致以上，模型总体预报结果较好，可靠性强。因此，可利用该模型开展甜菜夜蛾发生程度气象预测相关业务服务。

一般而言，甜菜夜蛾幼虫发生量与前期成虫发生量成正比，且甜菜夜蛾成虫暴发后的10～15 d是幼虫暴发时间。预测到甜菜夜蛾成虫发生程度，一方面可提前采用人工除卵的方式减少幼虫量；另一方面，化学农药防治甜菜夜蛾的最佳时段为3龄幼虫期前，成虫的发生预测，对幼虫的防治有很好的指导意义。

本文中甜菜夜蛾仅有2009-2010年、2015年监测数据，数据资料序列偏短，应在以后的研究中不断增加样本序列，可对模型进行不断修正，进一步提高其预报精度。甜菜夜蛾是一种迁飞性害虫，其发生发展不仅受地面气象因子的影响，还与大气环流特征、虫源基数、天敌条件及人工防治等密切相关，而本文只讨论了在甜菜夜蛾成虫发生程度与气象因子的关系。在以后的研究工作中将继续对其他影响因子做进一步分析和探讨。

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（责任编辑：田 喆）

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