论森林病虫害监测预报要素
文章出处： 发布时间：2005-01-27
森林病虫害每年给我国造成的直接经济损失达数十亿元,对生态环境的破坏更是难以估量。由于社会经济和科技发展的局限性,过去人们在控制森林病虫灾害的过程中,总存在着被动抗灾的思想意识,往往在森林病虫害暴发成灾后,再筹集巨额资金救灾。理性分析这种救灾行为的效果,多与人们期望减少灾害损失的初衷相悖,这种现象在食叶害虫常灾区表现得尤为突出。以湖南省主要害虫松毛虫为例,松毛虫大面积暴发成灾后,虫口密度极大,松林针叶在一周左右的时间即可被食光;在受灾区域内,松毛虫种群开始向四周迁移,这一过程使松毛虫大量死亡,种群数量急剧减少,这时,松毛虫的危害可称为"强弩之末",如再对受灾林分进行轰轰烈烈的防治,就有一种打死老虎的味道,花不少冤枉钱。
《森林病虫害防治条例》中提出了"预防为主,综合治理"的方针。"综合治理"是一项复杂的系统工程,涉及到与森林病虫害发生发展相关的诸方面因素,但其核心内容还是落实在"预防"上,怎样预防灾害?除了营造稳定的森林生态系统,提高林分的自控能力外,从森防理论角度来看,是要在森林病虫害的增殖初期就采取有效的控制措施,防御大灾形成。要达到预防灾害的目的,认真做好森林病虫害的监测预报工作是关键,只有及时、准确地掌握森林病虫害的发生发展动态,才能适时做出正确的防治决策,采取有效的防治措施,达到治早、治小的目的。要做到及时、准确地监测和预报,必须把握时间、空间和人三大要素。
1时间要素
把握好监测预报的时间有两个层面的作用。一是直接影响测报的准确性。按照森林病虫的生长发育规律,要在一定的时间区域和适宜的自然条件下,才表现出可视症状或前兆特征。如黄脊竹蝗产卵地调查,可行的时间区间在9月至次年5月,而在每年的10月左右于竹林中查找竹下盘枝条受害严重、地上可见到竹蝗尸骸(如头壳、前胸背板、足后腿节等)的地段进行调查,则可以大大提高调查的准确性和效率。过早这些特征尚未出现或不显著,而过晚这些特征又可能自然消失,使之难以分辨。二是森林病虫害监测预报有很强的时效性,尤其是暴发性害虫,如松毛虫、竹缕舟蛾等,如果不能根据准确的调查和在当地的发生规律及时发出预报,并采取有效的措施,在较短的时间内就能造成大面积的灾害。因此,掌握病虫的生物学特性及其在当地的发生发展规律,适时进行病虫情调查是做好测报的关键。
2空间要素
从空间上来说病虫的发生与自然环境条件密切相关。在森林害虫防治中有一个"虫源地"的概念,即每一个发生周期或大多数发生周期都起源于数个相对稳定的小面积地域,这些地域上害虫种群的动态往往是监测预测的重要依据,是预报的敏感地带。根据长期积累的调查资料和观测经验,找准"虫源地",设立固定调查样地,定期观测调查,既能为掌握害虫在当地的发生规律积累有用的资料,又能提高测报的准确性和工作效率,事半而功倍。现在有人从地理生态学、景观生态学的角度来研究害虫种群的发生发展规律,希望找出害虫种群变动与地理景观之间的关系。这方面的研究成果将有助于提高选择观测调查点的科学性和机动性。
3人的要素
做任何事,人都是决定性的因素。首先,社会对监测预报工作在预防森林病虫灾害中的重要作用应该有一个清楚的认识,投入足够的资金,采取严格的组织管理措施,这是最重要也是目前最薄弱的一个方面。其次,对森林病虫害监测预报工作者的素质有较高的要求。专职测报员既要有较高的专业技术水平,在昆虫学、植物病理学、生态学、调查统计学等方面有足够的知识储备,又要具备良好的跨学科综合能力,气象学、系统控制论、仿真动力学、网络信息技术等学科的综合运用是森林病虫监测预报做到"耳聪目明"的基础。现代科学技术发展很快,为提高测报技术水平带来了便利,要有跟踪新技术发展并能将之应用于工作中的能力;还要有丰富的经验积累,这是发挥创造力的平台。既有高度的事业责任感,又有吃苦耐劳的敬业精神。第三,林农观测森林病虫害的发生动态占有很大的时间和空间优势。让林农掌握森林病虫害监测预报基本知识,建立林农报告森林病虫情奖励制度,充分发挥林农的积极性,就能形成一张巨大的、严密的、高效的实时监测网。目前,各级政府和主管部门对森林病虫害监测预报工作对预防灾害的贡献率的认识还未达到应有程度。要转变"灾来救灾"的意识,将防御灾害工作的重点转移到"预防为主"的轨道上来还需要全社会的努力。
森林害虫预测预报基本知识(一)
文章出处： 发布时间：2005-01-27
一、概 述
（一）森林害虫预测预报的意义和特点
森林害虫预测预报是指森林保护工作人员根据森林害虫发生规律、近期害虫及其天敌的发生情况，结合气象预报等资料进行综合分析和判断，估计害虫未来发生发展趋势，及时通报有关林业部门，使之能依照测报的信息，作好害虫防治工作。
森林害虫预测预报与农业害虫预测预报相比又有其特点。①种群估计难度更大。森林树高林密，冠幅庞大，对害虫进行抽样估计比较困难。②建立预测模型的过程复杂。森林昆虫群落中的相互关系往往是非线性的，有阈限、饱和点和时滞，一般包含许多随机性的相互作用，许多过程具有后效性。由于这些原因，组建预测模型相当复杂。③预测预报的时限较长，森林害虫预测预报中的短期、中期、长期预测预报的期限有时比农业害虫的预测预报的时间长。
（二）森林害虫预测预报的类别
按预测预报的内容划分 ①发生期预测：是对害虫的卵、幼虫（或若虫）、蛹、成虫等某一虫态或虫龄出现或发生的初盛、高峰和盛末期进行预测。②发生量预测：是对害虫可能发生的数量或虫口密度进行预测，了解是否有大量发生的趋势和是否会达到防治指标，以确定是否开展防治工作。③分布蔓延预测：是对测报对象可能分布和蔓延危害的地区进行预测，以确定采取控制其扩展、蔓延危害的措施。④危害程度预测：是在发生量预测的基础上预测测报对象可能造成的危害。以轻、中、重表示。其划分标准是：叶部害虫，树叶1／3以下被害为轻微， 1／3—2／3被害为中等， 2／3以上被害为严重；树干及枝梢表面的害虫，树干及枝梢被害20％以下为轻微，21—50％为中等，51％以上为严重；树干及枝梢的钻蛀性害虫，以树干及主梢被害株率10％以下为轻微，11—20％为中等，21％以上为严重；种实害虫，种实被害率10％以下为轻微，11—20％为中等，21％以上为严重。
按预测预报期限的长短划分①短期预测：通常根据害虫前一二个虫态的发生时期和数量预测后一二个虫态的发生时期和数量。预测期限较短，仅在一个世代或半年以内。②中期预测：通常根据上一个世代的发生情况，预测下一个世代的发生情况。预测期限随虫种而异，l年发生1代的虫种为1年，l年发生几代的则为1个月或1个季度。③长期预测：通常由年末或年初预测下一年或全年发生动态和危害程度。一般根据越冬后或年初测报对象的越冬虫口基数及气象预报等资料进行预测，供防治参考。
（三）预测预报的研究方法
1．实验室研究：研究人工控制条件下害虫的生长发育及数量动态。
2．林间研究：研究自然条件下害虫的生长发育及数量动态。
3．统计分析：对历史记载资料及实验室和林间研究所得资料的统计分析。
4．计算机模拟：研究不同输入信息所输出的不同结果。
二、森林害虫种群抽样估计
（一）森林害虫种群抽样调查的意义
森林害虫发生数量的大小是预测其严重性的根据。要了解林分中害虫发生数量，必须对林分进行调查。森林面积辽阔，不可能进行全面调查。较经济而科学的办法是进行抽样调查，用抽样调查结果来估计全林分害虫的种群密度。这种方法费用较低，速度较快，而且准确度较高，对于作好森林害虫发生数量的调查有重要意义。
（二）森林害虫种群抽样调查的主要步骤
1．确定调查的总体
“总体”一词，统计学上是指性质相同的一群事物的总和。在森林害虫调查中，如欲调查某个林分内平均每株虫口密度时，该林分即被视为调查总体。同样，欲调查一块苗圃地内平均每平方米的金龟子数量时，该苗圃即作为调查总体。
2．确定准确度和精度要求
准确度反映估计值与实际值的接近程度。精度表示抽样结果的可重复性。在林间进行抽样调查，要想获得较高准确度和精度的结果颇不容易。对一般性的调查要求可低些，对一些较细致深入的研究，要求则应高一些。
3．确定抽样单位
抽样前需根据总体情况选用一定抽样单位，抽查若干样本并计算样本值，然后用样本值对总体情况进行估计。在森林害虫抽样调查时，先根据林分大小，设立若干个标准地，然后在标准地上对样株或样枝进行调查。从样株或样枝调查的结果先对标准地进行估计，进而估计林分的种群密度。
4．确定抽样方法和理论抽样数
抽样估计值误差的大小与抽样方法密切相关。为了减少误差，提高准确度，应根据害虫在林间的分布型选择适当的抽样方法。只有根据害虫的分布型采用相应的抽样方法才能使调查结果更接近实际情况。取样数目越多，当然代表性越强，但要花费的人力、物力和调查时间也越多，故应根据抽样方法计算出理论抽样数。
（三）森林害虫抽样调查的方法
1．随机抽样及理论抽样数的确定
随机抽样是在N个个体中，按机会均等的原则，先抽取第一个样本，接着在剩下的（N-1）个个体中抽取第二个样本……，最后在所剩的［N-（n-1））个个体中抽取第n个样本。这种抽样方法又分为有放回抽样和无放回抽样两种。
抽样设计确定后，接下来就是考虑抽取多少样本。抽取样本少，不能反映真实情况；抽取样本多，则浪费人力、物力和时间，因此必须从理论上确定抽多少样本最好。一般而言，理论抽样数的确定与下列三个因素有关：
空间分布型：害虫种群聚集度越高，需要抽取的样本越多。
置信水准和允许误差：置信水准越高，允许误差越小，则所需抽样数越多。
种群密度：在聚集度、置信水准和允许误差相同的情况下，种群密度越低，所需样本数越多。
当总体呈正态分布、泊松分布、负二项分布时，有各自求算理论抽样数的公式。
在实际工作中可按平行线、对角线、棋盘式、“Z”字形等方式进行随机抽样。
进一步研究可参阅文献12、16、35、43、52、64、76。
2．以发生频次估计虫口密度
森林害虫大多发生面积广，即使有较好的抽样方法，要逐株查数样树上的全部虫数也是很困难的。是否可以不数样树上的虫数就能估计种群密度呢？既然从害虫发生频次分布可以确定种群的空间分布型，那么，当空间分布型已知时，就可以按有虫或无虫的样本数和比例来估计种群密度。这种方法虽然不很准确，但在一定的条件下可以使用。
（1）Wilsou和Gerrard的方法
许多昆虫种群的分布属于负二项分布。由负二项分布的特点可知，无虫样本的比例（P0）与种群平均密度（λ）有如下关系：
K
P0= ( ——)K
K+α
式中：K为负二项分布的参数。因此，有虫样本的比例（P）与虫口密度（λ）的关系为：
只要掌握有虫株率就可估计虫口密度。于建国、朱克军（1986）曾应用此方法对马尾松毛虫种群密度进行过估计。
（2）Gerrard和Chiang的方法
当昆虫种群的空间分布型未知或多变时，由有虫样方比例（P）估计种群密度（m）的方法为：
m＝a[-m(1-P)]β
其中a、β为待估参数
马占山等（1989）曾应用此法对油松毛虫种群密度进行简易估计，所得关系式为： m＝1. 9318[-m(1-P)]1.1472
若有蛹株率在90％以下时，该式估计精度在80％；若有蛹株率超过90％，则该式估计种群密度的精度将急剧下降。
（3）回归曲线拟合法
平均虫口密度与有虫样方的关系，也可以用回归曲线进行拟合。
李天生等（ 1988）利用浙江省安吉县龙山林场马尾松毛虫 4龄以上幼虫的调查资料，以平均虫口密度为横坐标，有虫株率为纵坐标作两者关系图。该图显示两者关系呈负指数曲线相关。当平均虫口密度较低时，两者相关最紧密，有虫株率随平均虫口密度增大。用负指数方程对资料拟合得：
y=1-e-0.02267x0.6787 r=0.97
式中：y为有虫株率，X为平均虫口密度。据此算出有虫株率与平均虫口密度关系表，供虫情调查使用。
与有虫株率相对应，还探讨了用零株率估计平均虫口密度，得出了关系式。
祁贺文和杨福森（1985）通过研究，制订出由有虫株率求平均虫口的检索表。
3．序贯抽样
序贯抽样不事先规定应抽取的样本数，而是先确定种群的某个阈值密度或两个阈值密度以及允许误差的概率水准。调查时连续进行多次抽样，每次抽样以后确定是否超越或低于该阈值水平。若不能确定，则继续抽样。这种方法可以大大减少需要抽取的样本数。
当害虫种群的空间分布型不同时，序贯抽样的公式也不同，Iwao还提出了一种独特的序贯抽样方法。
山西朔县青场天牛试点组在确定青杨天牛的空间分布型为负二项分布后，用序贯抽样方法进行了种群抽样。
对马尾松毛虫种群采用序贯抽样方法进行抽样的文献有6、12、47、62。对落叶松毛虫、白杨透翅蛾种群的序贯抽样可分别参阅文献23、66。
4．森林害虫种群的非整株抽样技术
以前，对森林害虫种群进行抽样一般是对整株树木进行取样。这样不仅工作量大，而且也难于准确计数。由于有些树木，特别是松属树种，树冠可以明显划分成轮枝层，所以人们尝试用轮枝抽样代替整株抽样。
马占山等（1989）在对油松毛虫的研究中尝试用轮枝抽样代替整株抽样。其思路为：对油松毛虫轮枝层由下至上编号，依次为R1，R2，……R10，每轮枝条上栖息的蛹数量分别记作X1，X2，……X10，整株蛹数量记作Y，建立Y与Xi之间相互关系的回归模型。
Y＝∑biXi+bi
在上述思路下，选择R1或R2或R3建立单轮轮枝抽样模型（SRi－RBSM）；选择R1和R2或R2和R3建立双轮轮枝抽样模型（DRi,j－RBSM）；选择R1，R2，R3建立三轮轮枝抽样模型（TR1．2，3－RBSM）。
该研究认为在一定的油松林分条件下，用轮枝抽样代替整株抽样是可行的。在一般的虫情调查中，以单一轮枝的虫口密度估计整株虫口密度已达到精度要求。在特殊的虫情调查中，以两轮或三轮轮枝代替整株抽样也可达到精度要求。
浙江省衢州市马尾松毛虫综合防治试验技术指导小组（1983）研究表明，马尾松毛虫4龄幼虫在树冠各层枝条上的数量分布呈金字塔形，由顶梢向底层逐次增加。为此提出用树冠底层枝条上的虫口数推算整株虫口数。
郭树平、娄巍（1987）根据调查分别建立了不同树高的 1．0—1．5 m区分段上扬干象甲虫口密度与整株杨树虫口密度的回归关系式。由此利用杨干象甲虫在树干上某个部位的虫口密度来估计整株虫口密度。
赵铁良等在对青杨天牛种群的抽样中采取抽取样枝，不抽取样株的方法。
落叶松毛虫越冬幼虫在地面上主要分布在距树干lm的圆区内。郭树平等在树干周围直径为lm的圆区内，选择两侧1／4扇形区内的虫口数来估计全株虫口密度。
三、森林害虫发生期预测
（一）发育进度预测法
森林害虫某一虫种的所有个体往往不是同时进入某一虫态，而是有先后之分。根据该虫态个体数量在时间上的分布时划分为始见期、始盛期、高峰期、盛末期及终见期。按照正态分布曲线的特点，通常将某虫态发育百分率达16％、50％、84％左右分别当作划分始盛期、高峰期和盛末期的数量标准。
采用林间调查、诱集或室内外饲养观察等方法，可得到害虫某虫态发育进度曲线，以此做为“基准曲线”。由基准线加上害虫某虫态的发育历期，便可得到与基准线相平行的“预测曲线”。预测曲线说明了该虫态在未来的发育进度。
发育进度法。可划分为历期法和期距法。从实质上讲，这两种方法都是在检查发育进度的基础上，加上一定的历期推算的。其不同之处在于历期法的历期指前一虫态至后一虫态的相隔时间，通常在一个龄期范围内；而期距法的历期对以经几个龄期，甚至几个世代，故称为“期距”。
人们已在下列森林害虫中应用发育进度法进行发生期预测如青杨大牛、油松毛虫、落叶松毛虫、杨圆蚧、油松球果小卷蛾、蒙古光瓢虫、榆蓝叶甲、美国白蛾、樗蚕等。详见文献56、61、54、51、17、53、15、58、21、59。
（二）有效积温预测法
有效积温法对于昆虫的含义是：昆虫在生长发育过程中，需从外界摄取一定的热量方能完成某一阶段的发育，并且各发育阶段所需要的总热量为常数。用公式表示为： K＝N•T
式中：K为总积温，是常数；N为发育历期；T为气温。
由于昆虫的发育并非从 0℃开始，而是从被称之为“发育起点温度”的温度开始，以 G表示，则上式成为：
K＝N（T一< |
