气候变暖对农作物病虫害的影响

　　摘要：基于已有研究成果，检测农作物病虫害发生危害时空变化对气候变暖时空变化响应的已有观测事实及其变化规律性，汇总气候变暖对农作物病虫害未来发生趋势的已有预估结果，提出其影响的最新认知，并对今后的发展方向进行了展望。气候变暖可使大部病虫害发育历期缩短、危害期延长，害虫种群增长力增加、繁殖世代数可比常年增加1个代次，发生界限北移、海拔界限高度增加，危害地理范围扩大，危害程度呈明显加重趋势。但也使一些对高温敏感的病虫害呈减弱趋势，致使小麦条锈病、蚜虫等病虫由低海拔地区向高海拔地区迁移危害。未来气候变暖将使大部农作物病虫害发生呈扩大、加重趋势。气候变暖对农作物病虫害的影响诊断、发生与灾变的影响预估、风险评估及适应对策将是未来需要重点解决的关键问题。

　　关键词：气候变暖；生长季；农作物病虫害

　　农作物病虫害是最主要的农业生物灾害之一，受气候变化、耕作制度变化等因素的影响，农作物病虫害发生危害呈现出新的态势：一是发生面积逐年增长，由1949年的0.12亿hm2次上升到2006年的4.60亿hm2次，而近5a年均发生面积超过4.20亿hm2次；二是暴发种类逐年增加，20世纪50—7010期霍治国等：气候变暖对农作物病虫害的影响1927年代，每年约有10种有害生物暴发，80—90年代每年约有15种有害生物暴发，21世纪以来，每年暴发的有害生物增加到30种左右；三是灾害损失逐年扩大，1949—2009年，虽经大力防治，生物灾害导致的全国粮食作物产量损失仍增加了4倍左右。其中2000—2006年，仅水稻、小麦、玉米、大豆4种主要粮食作物的实际产量损失就由105.39亿kg增加到127.08亿kg，损失率增加了20.58%。一般年景，造成粮食减产10%—15%、棉花减产20%以上。在某些病虫害暴发年份，损失更为惊人，如1990—1991年全国小麦白粉病大流行，导致1990年小麦损失14.38亿kg，1991年虽经大力防治，实际损失仍达7.7亿kg，局部严重地区减产30%—50%，有些高感品种甚至绝收。迄今无论是水稻、小麦、玉米、大豆等主要粮食作物，还是蔬菜、果树等园艺作物的生物灾害都呈加重态势。

　　气候变暖是指气候的总体变化趋势，并不是逐日、月、季、年都在变暖。就气候变暖影响农业生产而言，可将其分为季节性变暖、生长季变暖等。季节性变暖、生长季变暖及其对病虫害的影响，既有联系又有明显的差异，二者不能相互替代。对大多数地区而言，单一季节变暖甚至某两个季节变暖，并不代表整个生长季变暖；整个生长季变暖也不能说明每个季节都变暖。季节性变暖主要影响病虫害的越冬、春季扩展、越夏以及秋季滞留等的季尺度变化，生长季变暖主要影响病虫害的发育历期、世代、危害期、危害程度等的年尺度变化。对于多数病虫害而言，一年中单一季节变暖甚至某两个季节变暖与整个生长季变暖，其影响形成的危害后果可显著不同。生长季变暖可对农作物病虫害年际、年代际的发生与灾变产生重大影响。因此，分类研究季节性变暖、生长季变暖对病虫害的影响十分必要。本文基于已有研究成果，从中筛选农作物病虫害发生危害时空变化与生长季变暖时空变化的对应观测数据信息，借鉴Thomson等的分析评价方法，评估气候变暖对农作物病虫害影响的已有观测事实、未来发生趋势。

　　1、气温变化概述

　　近100a和近50a气温变化情况参照文献：近百年来，年平均地表气温明显升高，增幅约0.8℃，增温速率约0.08℃/10a，与全球同期平均增温相当或略强。与全球平均一样，近百年的增温主要发生在冬季和春季，夏季有微弱变凉趋势。

　　1951—2004年，年平均地表气温升高了1.3℃，增温速率0.25℃/10a，明显高于全球或北半球同期平均水平。全国范围内，除四川盆地和云贵高原北部略有降温趋势外，其它地区年平均地面气温均呈上升趋势。北方和青藏高原北部地区、海南、云南南部以及长江中下游和珠江三角洲地区增温明显，其中西北和青藏高原北部、内蒙古大部、东北大部、华北北部、华南沿海部分地区年平均气温上升尤其显著。

　　1951—2002年，年平均最低气温、最高气温升高，但年平均最低气温上升趋势远较年平均最高气温变化明显；年平均日较差总体呈减少趋势。最低、最高气温上升速率分别为0.28、0.12℃/10a，日较差减小速率为0.16℃/10a。与年平均气温变化趋势相似，年平均最低气温增加最明显的地区也是东北、华北、西北北部和青藏高原东北部等地区。日较差减少幅度较大的地区主要在东北、华北东北部、新疆北部和青藏高原。夏季高温热浪增多，霜冻日数下降，寒潮明显减少。

　　2、生长季变暖对农作物病虫害的影响

　　2.1生长季变暖对病虫发育历期、害虫种群增长力的影响

　　生长季变暖可使大部病虫害生长发育的温度条件优化，发育历期缩短，种群增长力增加。当温度处于下限温度与适宜温度范围之间时，大多数病虫的发育速率与温度呈正相关，即温度升高，病虫生命活动旺盛，发育历期缩短，种群增长力增加。如西瓜蔓枯病潜育期在15℃时，需要10—11d，28℃时只需3.5d；高温有利于大白菜炭疽病的流行，是炭疽病发生的重要诱因。在10—26℃间的5种恒温实验条件下，随着温度的升高，麦长管蚜产仔量逐渐增大、平均世代历期逐渐缩短；产仔高峰期随温度的升高而逐渐提前，在26℃时，产仔高峰期为第9天，而在14℃时为第24天。在网室变温试验条件下，温度对褐飞虱种群的影响随水稻生育期而有差别；取食秧苗或灌浆成熟期水稻的种群，在较低的温度条件下（23—25℃）有利于种群增长；取食分蘖、拔节或孕穗期水稻的种群，在较高的温度条件（27℃左右）有利于种群的增长；这一结果与长江中下游水稻褐飞虱的发生情况相一致。

　　不同恒定温度对害虫种群增长影响的实验研究表明，多数害虫在相对偏高的温度条件下内禀增长力最大。

　　在15—35℃6种恒温条件下，白背飞虱在15—30℃之间发育正常，最适温度在28℃左右，35℃高温和以下的低温对其生长发育和繁殖都有不利影响。在18—35℃5种恒温条件下，温度对白背飞虱内禀增长力的影响较食料条件更为明显，在各个水稻生育期，均以25℃下内禀增长力为最大；在18—25℃范围内，以取食分蘖期水稻内禀增长力最大，30℃时则以取食拔节期稻株内禀增长力最大。在10—35℃6种恒温条件下，15—25℃时玉米蚜的产仔量显著高于10和30℃；25℃最适宜玉米蚜的生长、发育和繁殖，种群增长最快。在17—35℃7种恒温条件下，大螟的世代存活率、种群内禀增长力以29℃时最高。在15.5—40℃11种恒温条件下，甜菜夜蛾种群增长指数在27℃时为最大，而内禀增长力在33℃时最大。

　　在17.5—35℃7种恒温条件下，27.5—30℃最适于美洲斑潜蝇种群增长，而20℃以下的较低温度不适于种群的生存与繁衍。1999—2002年，法国北部主要谷类种植区1—8月的气温越高，秋季蚜虫出现的比例就越高，这也许是由种群增长速率增加引起的。

　　2.2生长季变暖对病虫危害期、害虫繁殖代数的影响

　　生长季变暖有利于病虫危害期延长，害虫繁殖世代可比常年增加1个代次。河南焦作市1991—1999年冬、春、夏、秋季分别较前30a增温1.5、0.6、0.3和0.7℃，纹枯病的危害逐年加重，且发病早、持续时间长；棉铃虫在10月份就出现了第5代。由于1994年4—10月上旬气温持续偏高，河北邯郸市1—4代棉铃虫比常年同期提前3—15d不等，同时5代棉铃虫严重发生，比常年多发生1个世代。年平均气温增加1℃，福建水稻褐稻虱世代增加0.8代。1992—2004年苏北沿海地区稻纵卷叶螟系统调查结果表明，稻纵卷叶螟自然繁殖多1代，其危害虫量基数上升62.2倍。

　　2.3生长季变暖对病虫害发生地理范围、危害程度的影响

　　生长季变暖可使大部病虫害发生地理范围扩大，发生界限北移、海拔界限高度增加，危害程度加重。

　　小麦白粉病20世纪70年代以前，一般年份仅在西南地区的滇、黔、川等省的一些山区发生较重，发生程度及范围都比较小；70年代末80年代初，扩展到江淮麦区的湖北、江苏、安徽及浙江等省的山区或沿江河地区，一度重发成灾；80年代中期以后，白粉病进一步向北扩展，上升为黄淮麦区冀、豫、陕、甘、晋等省小麦生产上的主要病害；1990—1991年全国大流行，发生范围不仅遍及黄淮、江淮流域等主要产麦区的冀、鲁、豫、苏、鄂、皖、川、黔、甘、陕、晋等省，且发生界限进一步北移，波及到辽宁、吉林、黑龙江等省的春麦区；目前已成为麦产区20多个省小麦生产上的重要常发病害。甘肃古浪县小麦蚜虫由低海拔地区向高海拔地区迁飞时间提前、高峰期蚜量增加；黄羊川监测点小麦蚜虫始见期1993—1996年平均出现在6月21日，2000—2002年平均在6月5日，高峰期也由7月27日提前到7月20日左右，分别提前了16、7d；高峰期蚜量由低海拔地区的124.4头/100株、175.9头/100株增加到高海拔地区的441.4头/100株、1171.9头/100株；甘肃凉州1986—2006年小麦蚜虫高峰期蚜量呈线性增加，其中1986—1995年高峰期蚜量平均为286头/100株，1996年以来增加明显，1996—2006年平均增至1884头/100株，约为前一时期的6.6倍；1997年以来，武威市小麦蚜虫、吸浆虫、玉米红蜘蛛等危害面积均有不同程度的增加。河南驻马店地区小麦吸浆虫虫口密度20世纪80年代初不足2头/m2，90年代初增加到4218头/m2，发生面积1985年前不足6667hm2，1987年已达28万hm2，1991—1995年介于8.13—153.13万hm2。

　　由于气候变暖，20世纪90年代以来，鲁西南1、2代棉铃虫的发生期明显提前，3、4代棉铃虫也有提前的趋势；危害程度呈总体加重趋势，其中90年代最重。

　　2.4生长季变暖对一些高温敏感病虫害的影响