基于CLIMEX和ArcGIS的灰茶尺蠖在中國(guó)的潛在適生區(qū)預(yù)測(cè)

陳李林，周浩，趙杰

基于CLIMEX和ArcGIS的灰茶尺蠖在中國(guó)的潛在適生區(qū)預(yù)測(cè)

陳李林1,2，周浩1,2，趙杰3

1. 閩臺(tái)作物有害生物生態(tài)防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建農(nóng)林大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，福建 福州 350002；2. 福建農(nóng)林大學(xué)安溪茶學(xué)院，福建 安溪 362406；3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100

基于中國(guó)820個(gè)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)、灰茶尺蠖已知地理分布資料和生物學(xué)數(shù)據(jù)，結(jié)合CLIMEX模型與ArcGIS軟件模擬預(yù)測(cè)灰茶尺蠖在中國(guó)目前及未來的潛在分布范圍，評(píng)估灰茶尺蠖的潛在分布范圍及氣候變暖對(duì)其分布的潛在影響。結(jié)果表明，灰茶尺蠖在中國(guó)目前的適生區(qū)主要分布在3°51′N~40°6′N，適生區(qū)面積占全國(guó)總面積的34.27%。中國(guó)大部分省份的氣候條件均適合灰茶尺蠖種群生長(zhǎng)。隨著氣候的變化，灰茶尺蠖在中國(guó)的潛在適生區(qū)面積總體增幅不大，但其組成變化較大。至2050年，預(yù)測(cè)灰茶尺蠖高度適生區(qū)面積占比達(dá)最大（22.23%）。相比各種能源之間的平衡情景（A1B），較高能源需求情景（A2）下灰茶尺蠖在陜甘寧地區(qū)向內(nèi)陸擴(kuò)張更快?；也璩唧对谥袊?guó)適生區(qū)分布廣泛，應(yīng)加強(qiáng)灰茶尺蠖預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，趁早采取防控措施，以保障茶葉優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)。

灰茶尺蠖；氣候變化；適生區(qū)；潛在分布；預(yù)測(cè)

茶園尺蠖類害蟲種類較多，灰茶尺蠖（Warren）是發(fā)生最普遍、分布最廣、為害最嚴(yán)重的物種之一，隸屬鱗翅目（Lepidoptera）尺蛾科（Geometridae）灰尺蛾亞科（Ennominae）。由于灰茶尺蠖成蟲繁殖力和幼蟲活動(dòng)力均較強(qiáng)，且完成一個(gè)世代時(shí)間較短，發(fā)生代數(shù)較多，世代重疊嚴(yán)重，極易暴發(fā)成災(zāi)。大發(fā)生時(shí)使茶園大面積禿枝，狀如火燒，甚至絕產(chǎn)，葉片被取食光的茶樹冬季易受凍害，致使茶樹早衰，嚴(yán)重影響茶葉的品質(zhì)和產(chǎn)量[1-3]。2019年4月25日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布農(nóng)事指導(dǎo)“2019年茶樹主要病蟲害防控技術(shù)方案”，將灰茶尺蠖和茶尺蠖（Prout）列為中國(guó)四大茶區(qū)重點(diǎn)防控的茶樹害蟲（www.moa.gov.cn）?；也璩唧逗筒璩唧毒圆枞~為食，是形態(tài)和習(xí)性極其相似的兩個(gè)近緣種，肉眼幾乎難以區(qū)分，在過去的生產(chǎn)活動(dòng)中常被誤認(rèn)為是同一物種，統(tǒng)稱“茶尺蠖”[4-5]。白家赫等[5]和羅宗秀[6]對(duì)灰茶尺蠖和茶尺蠖兩近緣種在全國(guó)的分布研究表明，灰茶尺蠖廣泛分布于中國(guó)各大產(chǎn)茶區(qū)，而茶尺蠖主要分布于浙江、江蘇、安徽茶區(qū)，且與灰茶尺蠖混合發(fā)生；據(jù)此，本研究將浙江、江蘇、安徽以外的?。ㄊ?、自治區(qū)）茶尺蠖的相關(guān)分布資料均作為灰茶尺蠖的分布參考資料。

前人研究發(fā)現(xiàn)，灰茶尺蠖的生長(zhǎng)發(fā)育受溫度、濕度、光照等因素影響，其中溫度對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育影響最大[7-8]。葛超美[7]研究發(fā)現(xiàn)，在19~27℃，隨著溫度升高，灰茶尺蠖各蟲態(tài)及世代的發(fā)育歷期顯著縮短，卵、幼蟲、蛹及世代的發(fā)育速率與溫度呈極顯著正相關(guān)；灰茶尺蠖幼蟲存活率無顯著變化，而預(yù)蛹存活率在27℃時(shí)顯著降低；灰茶尺蠖生長(zhǎng)發(fā)育的適宜溫度為21~23℃，在此溫度下，種群增長(zhǎng)指數(shù)達(dá)到峰值且雌成蟲產(chǎn)卵量較高。逆境對(duì)茶尺蠖發(fā)育的影響研究表明，隨著溫度升高（24~32℃），蛹的發(fā)育歷期明顯縮短，羽化率呈先升高后降低的趨勢(shì)，在32℃時(shí)最低（19.06%）[9]。高溫下，雌蛹早于雄蛹羽化，且雌雄比例提高[9]。除了高溫脅迫，低溫對(duì)茶尺蠖發(fā)育的影響也十分明顯。董道青等[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨冷藏時(shí)間延長(zhǎng)，茶尺蠖蛹羽化率下降、成蟲發(fā)育畸形率增加；蛹齡3~4?d的蛹冷藏15~30?d，其羽化率急劇下降，且羽化成蟲發(fā)育畸形。前人研究結(jié)果表明，灰茶尺蠖卵、幼蟲、蛹、成蟲各蟲態(tài)發(fā)育起點(diǎn)溫度分別為8.80~10.84℃、4.57~7.70℃、6.00~9.44℃、10.78~14.91℃，有效積溫570.03~631.59?d·℃[11-13]?？諝庀鄬?duì)濕度為80%~90%，卵孵化率最高，若相對(duì)濕度低于75%，卵孵化率和成蟲羽化率降低；平地茶園灰茶尺蠖發(fā)生相對(duì)較重，高山茶園發(fā)生相對(duì)較輕[8]。

中國(guó)國(guó)土廣袤，大部分區(qū)域的氣候條件適合灰茶尺蠖生長(zhǎng)發(fā)育，其寄主植物茶樹在中國(guó)廣泛種植，且近年來許多?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）大面積引種茶樹，故中國(guó)很多省（市、自治區(qū)）都有該害蟲的蹤跡。由于灰茶尺蠖具有較強(qiáng)的飛行和遷移擴(kuò)散能力[14]，在全球氣候變暖趨勢(shì)下，該害蟲極大可能向其他未發(fā)生省（市、自治區(qū)）茶園遷移。所以，對(duì)灰茶尺蠖在中國(guó)目前及未來的潛在適生區(qū)進(jìn)行分析評(píng)估，對(duì)促進(jìn)茶園害蟲防控具有重要意義。物種適生性常用模型主要有CLIMEX、MaxEnt、GARP等，CLIMEX模型作為物種分布模型（Species distribution model，SDM），以探究氣候?qū)ξ锓N的影響來預(yù)測(cè)物種分布，并作為風(fēng)險(xiǎn)分析工具對(duì)物種定殖風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)評(píng)估。CLIMEX模型采用物種功能特征和生理耐受性來進(jìn)行建模，計(jì)算生長(zhǎng)和壓力指數(shù)，確定反映一個(gè)地區(qū)適宜性的生態(tài)氣候指數(shù)（Ecoclimatic index，EI），預(yù)測(cè)物種的時(shí)空分布。EI是通過生長(zhǎng)和壓力指數(shù)結(jié)合建立的年度氣候適宜性指數(shù)，該指數(shù)描述了通過氣候參數(shù)計(jì)算的物種氣候適宜性，范圍從0到100。EI值近似為0表示物種長(zhǎng)期存活的環(huán)境不利，超過30表明氣候非常有利。通過EI值，CLIMEX建模繪制昆蟲、植物等物種的潛在分布，被廣泛用于研究生物入侵、潛在反應(yīng)和氣候變化之間的相互作用，評(píng)估害蟲種群建立的風(fēng)險(xiǎn)[15-16]，如西部櫻桃實(shí)蠅（Curran）在哥倫比亞、印度、印度尼西亞、馬來西亞、臺(tái)灣、泰國(guó)、委內(nèi)瑞拉和越南的潛在分布[17]，埃及伊蚊（L.）分布及其傳播登革熱病毒的風(fēng)險(xiǎn)[18]，以及為害番茄的重要害蟲煙粉虱（Gennadius）的種群動(dòng)態(tài)和分布[19]等。ArcGIS具有空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與輸出功能，CLIMEX模型與ArcGIS軟件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了由點(diǎn)到面的過渡，提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，能直觀地展示預(yù)測(cè)物種目前和未來的潛在適生區(qū)和適生程度圖。

本研究根據(jù)新聞報(bào)道、文獻(xiàn)資料等，收集了灰茶尺蠖的已知地理分布和生物學(xué)數(shù)據(jù)，利用CLIMEX 2.0的比較位點(diǎn)模型（Compare locations “1 species”）[20]、ArcGIS 10.4.1軟件的插值與疊加功能對(duì)灰茶尺蠖在中國(guó)目前和未來的潛在適生區(qū)做出預(yù)測(cè)，模擬氣候變化條件下灰茶尺蠖在中國(guó)的時(shí)空分布圖，繪制灰茶尺蠖在中國(guó)目前和未來的潛在適生區(qū)的直觀分布圖。對(duì)目前尚未出現(xiàn)灰茶尺蠖為害以及有潛力成為茶區(qū)的省份做出預(yù)警，為制定科學(xué)的茶園監(jiān)測(cè)和防控體系提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

1.1.1 國(guó)內(nèi)灰茶尺蠖已知地理分布

根據(jù)文獻(xiàn)資料，灰茶尺蠖分布于中國(guó)浙江[5-6]、江蘇[6,21]、山東[22]、河南[6,23-24]、湖北[25-28]、湖南[6]、安徽[6,21,29-30]、江西[31-33]、福建[2,6,21]、廣東[6,34]、廣西[6,35-36]、云南[21,37]、貴州[6,38-39]、四川[6,40-42]、重慶[43]、陜西[44]，結(jié)合新聞報(bào)道及個(gè)人采樣發(fā)現(xiàn)，甘肅、西藏、海南等?。ㄊ?、自治區(qū)）茶園也有分布。

1.1.2 氣象數(shù)據(jù)

CLIMEX 2.0軟件自帶中國(guó)86個(gè)氣象站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)，通過整理由中國(guó)氣象信息中心提供的中國(guó)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)（http://data.cma.cn），將其導(dǎo)入CLIMEX 2.0，使中國(guó)的氣象站點(diǎn)數(shù)增加到820個(gè)。由于下載的氣象數(shù)據(jù)集不包含中國(guó)臺(tái)灣氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此不考慮灰茶尺蠖在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的潛在適生區(qū)預(yù)測(cè)分析。

未來的氣象數(shù)據(jù)下載于CLIMond網(wǎng)站（www.climond.org），采用聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第四次評(píng)估報(bào)告中提出的，A1B（各種能源之間的平衡）和A2（較高能源需求）兩種溫室氣體排放情景下，空間分辨率為30′的2030、2050年和2070年的氣候數(shù)據(jù)[45]。

1.1.3 地圖矢量數(shù)據(jù)

本研究用圖基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站（http://bzdt.ch.mnr.gov.cn）下載的審圖號(hào)為GS(2016)2923號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改。

1.2 預(yù)測(cè)模型與分析軟件

根據(jù)灰茶尺蠖在中國(guó)的已知地理分布，采用CLIMEX 2.0的比較位點(diǎn)模型，并結(jié)合ArcGIS 10.4.1的插值功能（反距離權(quán)重法，Inverse distance weighting，IDW）對(duì)灰茶尺蠖在中國(guó)的潛在分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。CLIMEX共預(yù)設(shè)42個(gè)生物學(xué)參數(shù)，本研究根據(jù)灰茶尺蠖的生物學(xué)資料和已知地理分布，選用了CLIMEX中的5個(gè)溫度參數(shù)（DV0、DV1、DV2、DV3、PDD）、4個(gè)濕度參數(shù)（SM0、SM1、SM2、SM3）和4種脅迫及脅迫積累速率（TTCS、THCS、TTHS、THHS、SMDS、HDS、SMWS、HWS）。參考CLIMEX 2.0自帶的與灰茶尺蠖分布相似的溫帶氣候參數(shù)值，設(shè)定灰茶尺蠖相應(yīng)參數(shù)的初始值，并根據(jù)收集到的灰茶尺蠖的生物學(xué)資料和已知地理分布進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，使得當(dāng)前氣候條件下灰茶尺蠖在中國(guó)的預(yù)測(cè)分布范圍與已知地理分布范圍達(dá)到最佳擬合，以此組參數(shù)值作為預(yù)測(cè)灰茶尺蠖適生區(qū)的參數(shù)值（表1）。

溫度參數(shù)是根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道、室內(nèi)試驗(yàn)及灰茶尺蠖在中國(guó)的已知地理分布進(jìn)行調(diào)試確定。極端高溫?cái)?shù)據(jù)由室內(nèi)試驗(yàn)獲得。室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，灰茶尺蠖高齡幼蟲在32℃生長(zhǎng)發(fā)育速度極快，能夠正常存活，但羽化后的成蟲全部畸形，且產(chǎn)卵量極低；低齡幼蟲則出現(xiàn)滯育現(xiàn)象。結(jié)合其在中國(guó)的已知地理分布進(jìn)行調(diào)試后，最終將溫度上限D(zhuǎn)V3設(shè)為35℃。根據(jù)灰茶尺蠖室內(nèi)種群在相對(duì)濕度低于30%時(shí)，對(duì)幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生極大影響，會(huì)導(dǎo)致幼蟲死亡，且成蟲產(chǎn)卵量極低，最終將濕度下限SM0設(shè)為0.2，使得甘肅南部、山東等地區(qū)滿足分布條件。有效積溫PDD根據(jù)文獻(xiàn)資料[7,10-11]中尺蠖各蟲態(tài)發(fā)育起點(diǎn)溫度及有效積溫進(jìn)行調(diào)試，并最終賦值為644.44。冷脅迫（CS）指數(shù)則根據(jù)灰茶尺蠖在中國(guó)分布的北部邊界和PDD進(jìn)行調(diào)試，通過調(diào)試?yán)涿{迫開始積累的閾值TTCS和冷脅迫積累速率THCS調(diào)整灰茶尺蠖的分布北界，使其滿足在山東、河南北部、陜西中部、甘肅南部以及西藏南部的分布，最終將TTCS設(shè)為–4℃，THCS設(shè)為–0.003?3。熱脅迫（HS）開始積累的閾值TTHS和熱脅迫（HS）積累速率THHS的賦值主要通過灰茶尺蠖在中國(guó)南部省份的已知地理分布進(jìn)行調(diào)試，最終將TTHS設(shè)為35℃，THHS設(shè)為0.001?4。干脅迫（DS）主要通過云南和四川這兩個(gè)省進(jìn)行調(diào)試，使得灰茶尺蠖在云南北部以及四川中部地區(qū)滿足分布條件，將干脅迫開始積累的閾值SMDS設(shè)為0.2，干脅迫積累速率HDS設(shè)為–0.053。濕脅迫（WS）不是限制灰茶尺蠖在中國(guó)分布的主要因素，將濕脅迫開始積累的閾值SMWS設(shè)為1.5，濕脅迫積累速率HWS設(shè)為0.000?2，使其符合灰茶尺蠖在中國(guó)東南沿海地區(qū)的分布。

根據(jù)灰茶尺蠖在中國(guó)的已知地理分布資料和發(fā)生情況，利用表1參數(shù)值計(jì)算出灰茶尺蠖在中國(guó)820個(gè)氣象站點(diǎn)的EI值，將灰茶尺蠖在中國(guó)的適生區(qū)分為4類（表2）。隨機(jī)選取70%的分布數(shù)據(jù)用于建模，30%的數(shù)據(jù)用于模擬結(jié)果的驗(yàn)證，當(dāng)驗(yàn)證點(diǎn)均散落在預(yù)測(cè)得到的適生區(qū)內(nèi)，即模擬結(jié)果與灰茶尺蠖已知地理分布具有較好的擬合，說明設(shè)定的CLIMEX參數(shù)值符合條件，能夠較好的用于模擬預(yù)測(cè)灰茶尺蠖目前以及未來的適生區(qū)。利用ArcGIS 10.4.1地圖處理模塊中的IDW將預(yù)測(cè)得到的EI值進(jìn)行插值分析，并結(jié)合灰茶尺蠖在中國(guó)已知地理分布，對(duì)EI值進(jìn)行分類，得到灰茶尺蠖在中國(guó)的適生區(qū)分布以及適生程度圖。

表1 預(yù)測(cè)灰茶尺蠖在中國(guó)分布的CLIMEX參數(shù)值

2 結(jié)果與分析

2.1 目前氣候條件下灰茶尺蠖在中國(guó)的適生區(qū)分布及適生程度

基于預(yù)測(cè)得到的灰茶尺蠖在中國(guó)的分布與其在中國(guó)已知地理分布吻合最佳的CLIMEX參數(shù)值及適生等級(jí)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，分析中國(guó)820個(gè)氣象站點(diǎn)在目前氣候條件下的EI值，得到灰茶尺蠖在中國(guó)各個(gè)氣象站點(diǎn)的適生區(qū)及其適生程度。經(jīng)預(yù)測(cè)，灰茶尺蠖在中國(guó)有459個(gè)適生點(diǎn)（EI>0），占全國(guó)站點(diǎn)的55.98%。目前氣候條件下灰茶尺蠖在中國(guó)的適生區(qū)主要分布在3°51′N~40°6′N，中國(guó)大部分省份的氣候條件均適合灰茶尺蠖種群生長(zhǎng)（圖1）。對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行重新分類、矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等處理后，利用ArcGIS計(jì)算面積得知灰茶尺蠖在中國(guó)的目前適生區(qū)總面積約329.01萬km2，占中國(guó)總面積的34.27%，其中高、中、低度適生區(qū)分別占比18.90%、8.45%、6.92%（圖2）。高度適生區(qū)主要包括海南、廣西、廣東、福建、江西、江蘇、湖北、重慶和貴州的大部分地區(qū)以及浙江東北部、安徽北部、湖南中部、河南南部、山東南部、陜西南部、甘肅東南部、四川東部、西藏南部、云南東南部和西部（圖1）。中度適生區(qū)主要包括浙江和湖南的大部分地區(qū)、湖北南部、安徽南部、云南中部、廣西東北部以及山東、河南、陜西、甘肅、四川、貴州和西藏的小部分地區(qū)（圖1）。低度適生區(qū)呈帶狀穿過遼寧南部、山東、河南北部、山西南部、陜西北部、甘肅南部、四川中部、云南北部以及西藏南部部分地區(qū)（圖1）。綜上，中國(guó)的氣候條件十分適合灰茶尺蠖的種群建立。

表2 適生等級(jí)評(píng)判與適生程度劃分

圖1 灰茶尺蠖在中國(guó)的適生區(qū)及適生程度（審圖號(hào)：GS（2020）4372號(hào)）

2.2 未來氣候條件下灰茶尺蠖在中國(guó)的適生區(qū)分布及適生程度

根據(jù)IPCC的第4次評(píng)估報(bào)告，溫室氣體在A1B和A2兩種排放情景下，對(duì)灰茶尺蠖在中國(guó)的未來分布區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著氣候變化，灰茶尺蠖在中國(guó)的潛在適生區(qū)持續(xù)緩慢增大，雖幅度不大，但其組成變化較大。適生區(qū)總面積由目前的34.27%逐步緩慢增加到2070年的34.62%，其中低度適生區(qū)向內(nèi)陸擴(kuò)張幅度不大，只有西藏南部沿國(guó)界地區(qū)、陜甘寧中部及遼東半島低度適生區(qū)面積在逐漸增大，而云南原本屬中高度適生區(qū)的大部分地區(qū)適生程度逐漸降低，使得低度適生區(qū)面積進(jìn)一步增大。從2051年到2070年，廣東和廣西部分地區(qū)適生程度也開始下降，因此，灰茶尺蠖的低度適生區(qū)面積整體占比不斷增大。從2031年到2050年，由于云南中高度適生程度有所下降及貴州和浙江中度適生程度的不斷上升，使得中度適生區(qū)面積呈下降趨勢(shì)；從2051年到2070年，廣東和廣西原本高度適生的部分地區(qū)適生程度下降，從而中度適生區(qū)占比上升。至2050年，預(yù)測(cè)灰茶尺蠖高度適生區(qū)面積占比達(dá)到最大（22.23%），貴州、重慶、湖南、湖北、江西、浙江、江蘇、福建、廣東、廣西的幾乎所有縣市均為灰茶尺蠖的高度適生區(qū)（圖2和圖3）。

比較兩種情景下灰茶尺蠖在中國(guó)未來的適生區(qū)及適生程度，發(fā)現(xiàn)兩種情景下的未來氣候數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)得到適生區(qū)的變化較為相似，適生區(qū)均向北移動(dòng)，且遼東半島和西藏的適生區(qū)擴(kuò)張相似，而在陜甘寧地區(qū)，A2情景相比A1B情景，適生區(qū)向內(nèi)陸擴(kuò)張范圍更大（圖4）。在對(duì)目前氣候條件下灰茶尺蠖的適生性分析時(shí)，云南省楚雄州（24°45′N，101°15′E）DS=54，EI=12；當(dāng)緯度提高1.5°后，DS=98，EI=0；隨著緯度繼續(xù)提高，四川省涼山州（27°45′N，101°15′E）DS=118，此時(shí)開始產(chǎn)生冷脅迫，CS=3，EI=0，推測(cè)干脅迫為灰茶尺蠖在云南省的主要限制因素。在對(duì)未來氣候條件下灰茶尺蠖的適生性分析時(shí)，云南省思茅市（23°15′N，101°45′E）在目前氣候條件下EI=25，DS=17；隨著氣溫升高DS值逐漸增大，到2070年DS=50，EI=12，該地區(qū)適生程度降低，推測(cè)限制云南灰茶尺蠖分布的主要因素為干脅迫。廣東省茂名市（21°45′N，110°45′E）在目前氣候條件下EI=41，是灰茶尺蠖的高度適生區(qū)；隨著氣溫逐漸變暖，到2030年，其EI=27，并從2050年開始產(chǎn)生熱脅迫，HS=10，EI=17；2070年該地區(qū)HS=44，EI=8，適生程度從高度適生區(qū)降為低度適生區(qū)。在全球氣候變暖的趨勢(shì)下，灰茶尺蠖在中國(guó)的適生區(qū)增大、適生程度提高，與A1B相比，A2情景下灰茶尺蠖在陜甘寧地區(qū)向內(nèi)陸擴(kuò)張更快（圖4）。

圖2 灰茶尺蠖在中國(guó)目前和未來各等級(jí)適生區(qū)的面積占比

圖3 溫室氣體在A2和A1B兩種排放情景下灰茶尺蠖在中國(guó)未來的適生區(qū)及適生程度（審圖號(hào)：GS（2020）4372號(hào)）

中國(guó)大部分省份的氣候條件均適合灰茶尺蠖的種群生長(zhǎng)。通過CLIMEX模型預(yù)測(cè)，當(dāng)溫度低于–4℃，冷脅迫以THCS=–0.003?3的速率開始積累，如陜西省安康市（33°15′N，108°45′E）CS=2，銅川市（35°15′N，108°45′E）CS=64，榆林市（37°15′N，108°45′E）CS=363。冷脅迫和緯度呈顯著正相關(guān)（=0.971，=0.00），可見冷脅迫限制灰茶尺蠖向北進(jìn)一步擴(kuò)散。當(dāng)濕度參數(shù)低于0.2，干脅迫以HDS=–0.053的速率開始積累，如四川省廣元市（32°15′N，106°15′E）DS=0，綿陽市（32°15′N，104°15′E）DS=44，阿壩州（32°15′N，102°15′E）DS=144。干脅迫與經(jīng)度呈顯著負(fù)相關(guān)（=–0.979，=0.00），可見干脅迫限制灰茶尺蠖向西進(jìn)一步擴(kuò)散。熱脅迫僅存在于新疆個(gè)別地區(qū)，如哈密（42°45′N，92°15′E）HS=8，吐魯番（42°45′N，89°15′E）HS=40，即熱脅迫不是限制灰茶尺蠖在中國(guó)種群建立的主要因素。同樣，濕脅迫對(duì)灰茶尺蠖在中國(guó)的分布影響甚微。綜上，目前氣候條件下，灰茶尺蠖在中國(guó)分布的主要限制因素是低溫脅迫和干脅迫。

2.3 灰茶尺蠖世代發(fā)生數(shù)及生長(zhǎng)指數(shù)擬合

CLIMEX模型擬合的灰茶尺蠖在中國(guó)的分布區(qū)包含了現(xiàn)有的分布區(qū)。進(jìn)一步使用CLIMEX模型對(duì)灰茶尺蠖在中國(guó)各分布區(qū)的世代發(fā)生數(shù)及生長(zhǎng)指數(shù)（Growth index，GI）進(jìn)行擬合。結(jié)果表明，灰茶尺蠖在中國(guó)浙江、安徽、江蘇、湖北、湖南、江西、貴州的世代發(fā)生數(shù)平均為5代左右，福建、廣東、廣西、云南每年平均發(fā)生5~6代，少數(shù)地區(qū)可達(dá)7代。以浙江省紹興市（29°45′N，120°45′E）為例，灰茶尺蠖在該地區(qū)全年的生長(zhǎng)指數(shù)存在兩個(gè)峰值，分別在4月中旬和10月下旬，而溫度較高的6月—8月，生長(zhǎng)指數(shù)一直處于谷底（圖5）。

圖4 A1B和A2兩種溫室氣體排放情景下灰茶尺蠖在中國(guó)適生區(qū)變化（審圖號(hào)：GS（2020）4372號(hào)）

圖5 CLIMEX預(yù)測(cè)灰茶尺蠖在浙江省紹興市的周生長(zhǎng)指數(shù)

3 討論

溫度和濕度是影響灰茶尺蠖分布的主要因素，冷脅迫和緯度呈顯著正相關(guān)，限制灰茶尺蠖向北擴(kuò)散；干脅迫和經(jīng)度呈顯著負(fù)相關(guān)，限制灰茶尺蠖向西擴(kuò)散?；也璩唧对谥袊?guó)目前的適生區(qū)主要在3°51′N~40°6′N，大部分省份的氣候條件均適合灰茶尺蠖的種群建立和生長(zhǎng)。隨著氣候的變化，灰茶尺蠖在中國(guó)的適生區(qū)持續(xù)緩慢增大，雖然總體面積增加幅度不大，但其不同適生等級(jí)與不同適生程度面積組成變化較大。至2050年，灰茶尺蠖高度適生區(qū)面積占比達(dá)到最大，貴州、重慶、湖南、湖北、江西、浙江、江蘇、福建、廣東、廣西的幾乎所有縣市均為灰茶尺蠖的高度適生區(qū)，尤其是浙江、湖南兩省的高度適生區(qū)由局部上升為絕大多數(shù)或全部區(qū)域；同時(shí)，西藏南部沿國(guó)界地區(qū)、陜甘寧地區(qū)中部及遼東半島低度適生區(qū)面積在逐漸增大，與張曉玲等[46]預(yù)測(cè)的未來氣候（2070年）變化下茶樹適宜分布區(qū)擴(kuò)張規(guī)律相符。該研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)未來將保持大部分原有的茶樹適宜分布區(qū)，并且在中高緯度地區(qū)出現(xiàn)茶樹適宜分布區(qū)的擴(kuò)張；中國(guó)是世界上茶樹適宜分布面積增加最多的國(guó)家，在RCP 2.6（代表性的濃度路徑，Representative concentration pathways，RCPs）情景和RCP 8.5情景下，茶樹適宜分布面積分別增加2.7%和5.2%。茶樹種植管理者們應(yīng)因地制宜、科學(xué)有效地防控灰茶尺蠖，充分發(fā)揮茶園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，尤其是生態(tài)茶園的保益控害生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。充分利用茶園生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，保護(hù)茶園的景觀多樣性和生物多樣性，做好灰茶尺蠖的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，明確其防治適期，協(xié)調(diào)利用農(nóng)業(yè)防治、物理防治、生物防治和化學(xué)生態(tài)防治等綠色防控措施，將灰茶尺蠖控制在經(jīng)濟(jì)閾值水平以下，杜絕長(zhǎng)期大量使用化學(xué)農(nóng)藥。

通過對(duì)灰茶尺蠖在中國(guó)各茶區(qū)的世代發(fā)生數(shù)及生長(zhǎng)指數(shù)的擬合分析，發(fā)現(xiàn)灰茶尺蠖在中國(guó)浙江、安徽、江蘇、湖北、湖南、江西、貴州的世代發(fā)生數(shù)平均為5代左右，福建、廣東、廣西、云南平均每年發(fā)生5~6代，少部分地區(qū)可達(dá)7代。本研究發(fā)現(xiàn)浙江省紹興市的灰茶尺蠖世代發(fā)生數(shù)約為5代，與葛超美[11]的研究結(jié)果有一定的差異，葛超美田間觀察灰茶尺蠖在該地區(qū)的世代發(fā)生數(shù)為6~7代，推測(cè)可能因?yàn)椴鑸@田間環(huán)境較為復(fù)雜，如不同生境管理方式、茶園內(nèi)溫度等微氣候存在差異[47-48]；還有茶園海拔高度、食物充足與否、防控措施、天敵等原因，以及溫度對(duì)灰茶尺蠖的生長(zhǎng)發(fā)育歷期影響大、世代重疊嚴(yán)重等造成差異[8,49-52]。湖北省灰茶尺蠖的世代發(fā)生數(shù)及生長(zhǎng)指數(shù)的擬合結(jié)果與張春蓓等[53]的描述較為吻合，全年發(fā)生4代左右。在過去生產(chǎn)活動(dòng)中，灰茶尺蠖與茶尺蠖常被誤認(rèn)為是同一尺蠖物種。使用傳統(tǒng)防治手段時(shí)，對(duì)兩者的防治效果差異不大，直到近年在茶尺蠖核型多角體病毒[nuclear polyhedrosis virus（NPV）]的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其防效差異較大[54-55]。Zhang等[54]和席羽等[55-56]通過生物測(cè)定NPV對(duì)不同省份地區(qū)茶尺蠖幼蟲的毒力，發(fā)現(xiàn)相差最大可達(dá)724.5倍；通過形態(tài)學(xué)鑒定、生物學(xué)特征觀察及正反交試驗(yàn)，將其確定為兩個(gè)物種。姜楠等[57]利用形態(tài)學(xué)和COI基因分析將其鑒定為灰茶尺蠖和茶尺蠖兩個(gè)物種。由于之前的文獻(xiàn)報(bào)道幾乎未將這兩個(gè)近緣種區(qū)分，本研究根據(jù)白家赫[5]和羅宗秀[6]的研究結(jié)果，以及收集的灰茶尺蠖分布資料、文獻(xiàn)報(bào)道等，將浙江、江蘇、安徽以外?。ㄊ?、自治區(qū)）的茶尺蠖相關(guān)分布資料均作為灰茶尺蠖分布的參考資料，因此預(yù)測(cè)得到的結(jié)果可能存在一定的誤差。

在灰茶尺蠖物種分布預(yù)測(cè)時(shí)，同時(shí)疊加寄主植物茶樹的分布分析[46]，可以更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其分布范圍。由于未能獲得在中國(guó)可用的寄主植物茶樹的實(shí)際分布范圍，故在本研究中寄主植物茶樹的分布并未考慮。但是目前茶樹在中國(guó)大量的引種和種植，本研究所預(yù)測(cè)得到的灰茶尺蠖在中國(guó)的潛在分布范圍，可以為目前尚未引種和種植以及已經(jīng)引種和種植茶樹但未發(fā)現(xiàn)灰茶尺蠖的地區(qū)提供參考依據(jù)，尤其是中高度適生區(qū)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)防范，以免造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。后續(xù)可以深入研究灰茶尺蠖分布模型的敏感參數(shù)；充分考慮灰茶尺蠖寄主植物茶樹及其天敵在中國(guó)的適生區(qū)分布和變化；結(jié)合最大熵模型（Maximum entropy model，MaxEnt）等其他預(yù)測(cè)模型，從而更好地為茶園科學(xué)管理和防控蟲害等工作提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

致謝：感謝福建農(nóng)林大學(xué)陳燕婷在論文撰寫和修改及軟件的實(shí)現(xiàn)過程中給予的幫助，感謝揚(yáng)州大學(xué)車通在軟件的實(shí)現(xiàn)過程中給予的幫助。

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Potential Climate-suitable Distribution ofin China Based on the CLIMEX and ArcGIS Prediction

CHEN Lilin1,2, ZHOU Hao1,2, ZHAO Jie3

1. State Key Laboratory of Ecological Pest Control for Fujian and Taiwan Crops, College of Plant Protection, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China; 2. Anxi College of Tea Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Anxi 362406, China; 3. College of Natural Resources and Environment, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China

Based on the data of 820 meteorological stations in China, known geographic distribution data and biological data, the current and potentialgeographic distribution of a major pestWarren in tea plantations were predicted using CLIMEX models and ArcGIS software. The potential effects of climate change on the future distribution ofwere also evaluated. The results suggest that the potential geographic distribution area was between 3°51′N and 40°6′N, which accounts for 34.27% of the total area of the country. The climatic conditions of most provinces and regions in China were suitable for the survival of. Due to climate change, the increasing rate of potential suitable area forgrew slowly, but its composition changed greatly. By 2050, the predicted proportion of highly suitable area reached a maximum of 22.23%. Compared

tea geometrid, climate change, suitable areas, potential distribution, prediction

S571.1；S435.711

A

1000-369X(2020)06-817-13

with A1B, the A2 scenario would accelerateextension in Shaanxi-Gansu-Ningxia region. Asare widely distributed in China, we suggested that monitoring measures should be improved and pest control should be taken as early as possible to ensure the safe production and quality of tea.

2019-09-03

2020-09-20

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0200900）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31501650）、福建農(nóng)林大學(xué)茶產(chǎn)業(yè)鏈科技創(chuàng)新與服務(wù)體系建設(shè)項(xiàng)目（K1520005 A03）、福建省發(fā)改委農(nóng)業(yè)“五新”工程項(xiàng)目（閩發(fā)改農(nóng)業(yè)[2017]410號(hào)）、福建省區(qū)域發(fā)展項(xiàng)目（2017N3012）

陳李林，女，講師，主要從事茶樹病蟲害生態(tài)控制和茶葉質(zhì)量安全研究，llchen@fafu.edu.cn