马尾松毛虫灾害预测预报综合技术研究

Study on the Outbreak Forecast of

Masson Pine Caterpillar

作 者：庞正轰

松毛虫灾害的概念

我国松毛虫灾害的严重性 松毛虫 (Dendrolimus spp.) 是我国最重要的森林害虫。 20 世纪 70-90 年代，我国松毛虫年均发生面积 3,000,000hm2 ，约占松林面积的 8% ，造成立木生长量损失 10,000,000m3 ，松脂损失150,000t ，直接经济损失 20 亿元人民币。松毛虫灾害素有“无烟的森林火灾”之称。 松毛虫灾害是制约林业发展的一种自然灾害 , 也是造成林农减少收入的重要因素之一。防治松毛虫，预测预报是关键。

第一部分 研究背景

马尾松毛虫危害状

第一部分 研究背景

松毛虫灾害预测预报研究进展情况

•国外研究概况• 日本的研究概况 :20 世纪 50-70 年代对赤松

毛虫的生命表、食叶量、繁殖量和天敌进行了研究。

• 俄罗斯的研究概况： 20 世纪 50-90 年代对欧洲松毛虫和落叶松毛虫的种群动态模型进行了研究，并利用气象卫星监测受害松林。

第一部分 研究背景

我国松毛虫预测预报技术研究概况

• 1. 发生期预报研究进展 : 黑光灯诱集法 性信息素诱集法• 2. 发生量预报研究进展 空间格局的研究：夏乃斌、李天生、王淑芬、

周国法等研究过松毛虫的空间分布格局，结论趋于一致。卵块近于随机分布；幼虫和蛹为聚集分布。

抽样技术的研究：李天生、夏乃斌、王淑芬等研究过松毛虫的抽样技术。对角线抽样，棋盘式抽样，平行线抽样，“ Z” 字形抽样，五点式抽样。

第一部分 研究背景

我国松毛虫预测预报技术研究概况

•生命表的研究 : 彭建文、宋宏伟、李桂和、马贵高等研究过马尾松毛虫、油松毛虫、文山松毛虫等的生命表 .

• 种群数量监测的研究： 1980-1999 年，对马尾松毛虫种群数量变动的研究主要是建立预报模型。目前，已建立的主要预报模型有：有效基数模型、回归模型、判别模型、主成分分析模型、时间序列模型、聚类分析模型和灰色系统模型等。

第一部分 研究背景

我国松毛虫预测预报技术研究概况

• 发生区预报研究进展 夏乃斌、侯陶谦、王福贵、杨俊泉等利用雷达、

卫星遥感、航空录像和全球定位技术监测松毛虫的发生危害区。目前，这项工作还处在研究阶段，没有应用于生产实践。

• 危害程度预报研究进展 1982 年以来，李天生、李镇宇、葛庆杰、夏乃斌

等 30 多人分别对马尾松毛虫、油松毛虫、赤松毛虫、思茅松毛虫和落叶松毛虫等的防治指标做过研究。

第一部分 项目背景松毛虫预测预报研究中的主要技术问题

• 虫情数据采集难以做到及时准确和全面。人工地面调查虫情，费时费力。

• 预报技术比较分散，不成体系。松毛虫灾害监测是一项系统工程，需要将各项单项技术进行组装配套，才能发挥综合效益。

• 高新技术应用不多。如 RS 、 GIS 、 GPS技术在松毛虫测报上的应用不多。

第一部分 研究背景

研究目的和意义

•针对我国松毛虫预测预报中存在的主要问题，重点对马尾松毛虫发生类型区的划分，大区域种群动态预测、危害程度预测、防治指标和幼虫色型等 5 个方面进行研究，试图从理论上和实践上寻找更加实用、有效的预报方法，提高预报质量和效率，为防治决策报务。

第二部分 主要研究内容• 马尾松毛虫发生类型区划分的研究• 马尾松毛虫发生期预报研究• 马尾松毛虫发生量预报研究• 马尾松毛虫危害程度预报研究• 马尾松毛虫危害湿地松防治指标的研究• 马尾松毛虫黄色型和黑色型幼虫的研究

第二部分 主要研究内容一 . 马尾松毛虫发生类型区划分的研究

• 1. 划分标准：根据年发生率、代发生率、年均面积发生率等综合发生指数的大小进行划分。

• 2. 划分方法：常发区：发生指数 10000 以上、偶发区发生指数 1000-10000 、安全区发生指数 1000 以下。

综合发生危害指数 = 年发生率 × 代发生率 × 年均面积发生率

• 3. 结果与分析：广西 106个县（市、区、林场），常发区 55个，偶发区 26个，安全区 25个。

常发区县： 55个，乡镇： 381个

偶发区县： 25个，乡镇： 465个

安全区县： 26个，乡镇： 565个

发生类型区分布图

第二部分 主要研究内容一 . 马尾松毛虫发生类型区划分的研究

• 马尾松毛虫常发区： 重点地区 4 个—南宁地区、玉林地区、钦州市、桂林地区； 重点县 23 个—横县、宾阳、宁明、鹿、兴安、全州、荔浦、贺县、贵港、北流、陆川、博白、钦南、钦北、灵山、浦北、防城、上思、田阳、武鸣、邕宁、苍梧、合浦。

重点乡镇： 381个。

• 马尾松毛虫偶发区： 重点地区 5 个：区直林场、防城港市、梧州地区、南宁市、柳州地

区； 重点县 21个； 重点乡镇： 465个。• 马尾松毛虫安全区：重点地区 6 个：百色地区、河池

地区、柳州市、梧州市、北海市；重点县 25个；重点乡镇 565个。

第二部分 主要研究内容一 . 马尾松毛虫发生类型区划分的研究

• 4. 划分结果的应用• 5. 讨论 常发区与常灾区的概念问题 常发区、偶发区、安全区的基本特征 发生类型区的划分标准： 海拔因子划分法：常灾区： 300m 以下；偶灾区：

300-500m；安全区： 500m 以上。 林分因子划分法：林分郁闭度。 综合指数划分法：综合考虑虫源因子、林分因子、环境因子。

各种发生类型区的相互关系

第二部分 主要研究内容二 . 马尾松毛虫发生期预测研究

发生期预测是马尾松毛虫灾害预测预报中的重要内容，掌握松毛虫何时发生危害，何时进入危害高峰期，对防治工作具有十分重要的意义。

• 物候预测法• 研究方法：选择红棉树、苦楝树、马尾松等树种作为主要观察对象，记录各树种的主要物候期和马尾松毛虫发育进程和活动情况。

• 结果与分析：红棉树的物候与马尾松毛虫幼虫活动情况一致。

第二部分 主要研究内容二 . 马尾松毛虫发生期预测研究

结果与分析红棉树的主要物候 马尾松毛虫生长发育进程2 月初 - 中，蕾形成 越冬幼虫开始取食3 月初 - 中，花初开 越冬幼虫大量取食3 月中 - 下，花盛开 幼虫开始化蛹3 月下 -4月上 , 花落毕 蛹期11月上 - 中，叶落 幼虫进入越冬状态

第二部分 主要研究内容三 . 马尾松毛虫发生量与发生面积预报研究

发生量预报是松毛虫灾害预报中的核心内容之一。本文主要选择马尔可夫链模型、灰色系统模型、多元回归模型等进行综合，从中选择出比较高效的方法。

研究路线：确定预报目标 - 收集虫情数据 -选择预报模型 - 检验预报质量 - 修正模型 - 再次预报 - 再次检验 - 不断优化预报模型。

第二部分 主要研究内容三、马尾松毛虫发生量与发生面积预报研究

• 结果与分析多元回归预报模型 陆川林场多元回归预报模型 :

Y=9.544+0.14X1+0.262X2+0.159X3-0.145X4-0.027X5-0.0899X6

X1: 1月平均气温 ; X2:7月平均气温 ; X3:7月极度高温 ; X4:8月降雨量 ; X5: 11

月降雨量 ; X6:12月降雨量

马尔可夫链预报模型 ( 略 )

第二部分 主要研究内容三 . 马尾松毛虫发生量与发生面积预报研究

• 结果与分析 广西马尾松毛虫灰色系统 GM(1,1) 预报模型 X(1)=5440.1066EXP(-0.0467(t-1)+5685.1066

• 几种预报方法的比较 预报方法 预报值 实况值 准确率 评价 多元回归 4336 6800 63.7 基本准确 马尔可夫链 6000-10000 6800 68-88 准确 灰色系统 6446 6800 94.5 准确

第二部分 主要研究内容三 . 马尾松毛虫发生量与发生面积预报研究

• 结果与分析 1992-1997 年广西马尾松毛虫虫情长期预报表 (hm2)

发报日期 预报值 实况值 准确率 (%) 评价 预报期限1991.12 192193 179788 93.5 优秀 1 年1992.12 54146 78390 69.1 合格 1 年1994.02 76627 59472 77.6 良好 1 年1994.12 51950 39644 76.3 良好 1 年1996.02 74595 77757 95.9 优秀 1 年1997.02 134071 155239 86.4 优秀 1 年

第二部分 主要研究内容三 . 马尾松毛虫发生量与发生面积预报研究

• 结果与分析1992-1997年广西马尾松毛虫虫情中期预报表 (hm2)发报日期 预报值 实况值 准确率 (%) 评价 预报期限1991.12 100067 90927 90.9 优秀 半年1992.04 77773 56800 73.0 合格 半年1993.04 30470 24904 81.7 良好 半年1994.06 9762 11890 82.1 良好 半 年1994.12 26061 22288 85.5 优秀 半 年1996.02 19975 17774 88.9 优秀 半 年

第二部分 主要研究内容三 . 马尾松毛虫发生量与发生面积预报研究

• 结果与分析 1992年广西马尾松毛虫虫情短期预报表 单位 预报值 实况值 准确率 (%) 评 价 南宁地区 36886 31213 84.6 良好 柳州地区 6380 4560 71.5 合格 桂林地区 6873 10993 62.5 基本合格 梧州地区 9573 6966 73.4 合格 玉林地区 3646 3246 89.0 良好 钦州地区 18653 16867 90.4 优秀 河池地区 766 786 97.5 优秀 百色地区 1520 1389 91.4 优秀 南宁市 3660 3960 92.4 优秀 柳州市 1360 1046 77.0 合格

第二部分 主要研究内容三 . 马尾松毛虫发生量与发生面积预报研究

• 讨论马尔可夫链模型 :简便、可靠 ; 但需要多代连续数据，测报范围不宜太小。

多元回归模型：容易选择出灾变的主要因子，但预报范围不宜太大。

灰色系统模型：简单、效率高；但灾变方向有时不好把握。

第二部分 主要研究内容四、危害程度预报研究

• 危害程度预报是松毛虫灾害预报的重要内容之一。危害程度是指松毛虫发生危害后，造成多大的经济损失，是确定是否需要防治的重要依据。我国对木材生长量损失做过许多研究，对针叶量和松脂量损失预测缺乏研究。

• 危害程度预测：针叶量、木材生长量和松脂量损失预测。

针叶量损失预测：针叶蓄积量、幼虫危害量、虫口密度

研究方法针叶被害率 =被害针叶量 /总叶量 ×100%

第二部分 主要研究内容四 . 危害程度预报研究

针叶量损失预测马尾松毛虫危害针叶量表 世代 取食针叶量 残留针叶量 浪费针叶量 总危害量越冬代 23.68 9.06 7.08 39.82第一代 18.85 9.16 6.26 34.27第二代 9.79 5.06 5.12 19.97

第二部分 主要研究内容四、危害程度预报研究

针叶量损失预测

湿地松针叶量与林分因子的回归模型

Y= - 4180.1+380X1+4.79X2+158.78X3 – 5.67X4 –260.76X5 +245.71X6

X1树龄 ; X2树高 ; X3 胸径 ; X4 冠幅 ; X5 轮枝 ; X6 枝条数

R=0.9587,Ra=0.8000

第二部分 主要研究内容四 . 危害程度预报研究

针叶量损失预测马尾松毛虫危害湿地松针叶量损失率预测表树龄 2 4 6 8 10针叶蓄积量 585 1660 2588 5537 9881

虫口数量 2 5 7 6 15 21 9 23 33 20 50 71 37 89 126针叶被害量 88 210 298 249 598 846 388 932 1320 830 1993 2823 1482 3557 5039

针叶损失率 15 36 51 15 36 51 15 36 51 15 26 51 15 36 51

危害程度 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重

木材生长量损失预测 :V=∑SiVi (略 )松脂量损失预测 :W=∑SiVi (略 )

第二部分 主要研究内容四 . 危害程度预报研究

• 讨论马尾松毛虫危害湿地松经济损失预测表

树龄（年） 5-9 10-14 15-20危害程度 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重针叶损失 (kg) 582 1165 2039 1165 1942 3885 1554 2331 4273

木材损失 (m3) 2.49 6.16 9.82 1.11 2.66 8.21 0.99 2.78 4.22

松脂损失 (kg) 389 789 1282 479 768 1166 388 785 1611

第二部分 主要研究内容五 . 马尾松毛虫危害湿地松防治指标的研究

据估计，至 2000 年，我国湿地松人工林面积已达 2,000,000公顷。目前，还没有马尾松毛虫危害湿地松的综合防治指标。

对湿地松针叶量、马尾松毛虫取食量、危害对湿地松生长影响的研究是制定防治指标的基础。

第二部分 主要研究内容五 . 马尾松毛虫危害湿地松防治指标的研究

湿地松针叶量的研究 湿地松针叶量表树龄 样株 针叶鲜重 (g) 针叶干重 (g) 针叶束数 针叶总长度 (m)

2 30 585 269 2020 398.5

4 30 1660 763 5656 1272.6

6 30 2588 1190 11056 2577.6

8 30 5537 3467 28250 6806.3

10 15 9881 4545 38620 8914.5

15 15 13450 6725 58449 13315.5

19 5 18980 8730 75610 17082.0

第二部分 主要研究内容五、马尾松毛虫危害湿地松防治指标的研究

针叶量与林分因子的关系

Y=-1982.6-104.3X1+14.9X2+118.8X3+5.8X4-1.9X5-518.5X6+113.6X7

Y ：针叶量 X1树龄 ; X2树高 ; X3 地径 ; X4冠幅 ; X5冠长 ; X6轮枝 ; X7枝条数

第二部分 主要研究内容五 . 马尾松毛虫危害湿地松防治指标的研究

马尾松毛虫对湿地松针叶的取食量及危害量表 (g/条 )

世代 1-3龄 4龄 5 龄 6龄 合计 越冬代 1.01 4.44 8.69 25.68 39.82

第一代 0.73 3.11 6.42 24.00 34.26

第二代 0.70 1.95 4.29 13.03 19.97

第二部分 主要研究内容五 . 马尾松毛虫危害湿地松防治指标的研究

人工模拟失叶对湿地松树高生长的影响树龄 类别 失叶率 (%) 0 10 20 30 50 75 1002 树高生长 (cm) 12.0 10.5 7.0 5.0 4.0 3.0 2.0 降低率 (%) 12.5 41.6 58.3 66.7 75.0 83.34 树高生长 (cm) 42.0 38.4 26.0 20.0 18.0 11.0 8.0 降低率 (%) 8.6 38.1 52.3 57.1 73.8 80.96 树高生长 (cm) 45.0 44.0 38.0 30.0 20.0 16.0 9.0 降低率 (%) 2.2 15.3 33.3 55.5 64.4 80.08 树高生长 (cm) 38.0 37.0 33.0 28.0 20.5 16.0 11.0 降低率 (%) 2.6 13.1 26.3 46.1 57.9 71.1

第二部分 主要研究内容五 . 马尾松毛虫危害湿地松防治指标的研究

马尾松毛虫危害湿地松防治指标 (3龄幼虫 )树龄 针叶损失率 虫口数量 天敌作用 林分质量 人为活动 是否需要防治2 20 5 弱 差 / 中 /优 中等 -频繁 防治4 20 10 弱 差 / 中 /优 中等 -频繁 防治6 30 23 弱 差 / 中 /优 中等 -频繁 防治8 30 46 弱 差 /中 中等 -频繁 防治10 40 88 弱 差 /中 中等 -频繁 防治15 40 120 弱 差 /中 中等 -频繁 防治18 50 130 弱 差 /中 中等 -频繁 防治

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

马尾松毛虫幼虫，其体色可按一定标准划分为黄色型和黑色型两种。幼虫类型不同，其生物学和生态学特性不同，这种差异性在预测预报上有意义。因此，有必要进行研究。

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

研究方法结果与分析 林内虫口数量与幼虫色型比密切相关 :

Y= - 14.22 + 13.451X (X 1.0572,R=0.95)﹥Y ：虫口数量X: 黑色型幼虫 /黄色型幼虫的比值

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

两种色型幼虫虫口数量与色型比的关系样地 树种 树龄 虫口数量 黑色型幼虫 黄色型幼虫 幼虫色型比陆川 1 湿 8 29.1 8730 2910 3.00博白 1 湿 10 27.0 563 193 2.92贵港 1 马 12 24.5 1450 510 2.84博白 2 湿 12 24.6 715 270 2.65武鸣 马 15 23.0 689 266 2.59博白 3 湿 9 15.0 603 243 2.48陆川 2 湿 8 12.0 333 137 2.43北海 马 15 5.3 274 151 1.81陆川 3 湿 10 2.2 48 40 1.20陆川 4 湿 10 1.5 31 29 1.07陆川 5 湿 10 0.9 16 19 0.84

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

黄色型幼虫和黑色型幼虫的取食量表世 代 色型 取食针叶长度 (cm) 取食针叶重量 (g) 越冬代 黄色型 2132.7 23.680

黑色型 2447.6 27.190

第一代 黄色型 1655.1 18.390

黑色型 1738.7 19.319

第二代 黄色型 939.0 8.943

黑色型 1170.0 10.638

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

蛹重和怀卵量的比较世代 幼虫色型 雌蛹重 (g) 雌蛾怀卵量 ( 粒 /

头 )越冬代 黑色型 1.318 268 黄色型 1.211 236第一代 黑色型 1.182 258 黄色型 1.105 221第二代 黑色型 1.122 238 黄色型 1.038 212

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

幼虫耐饥饿能力比较幼虫色型 平均死亡天数 1龄 2龄 3龄 4龄 5龄

6龄黄色型 2 3 3 6 8 11

黑色型 2 3 3 4 5 7T检验结果 差异不显著 差异不显著 差不异显著 差异显著 差异显著 差异显著

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

卵孵化率比较 ( 略 )

两种色型幼虫被寄生率的比较 ( 略 )

两种色型幼虫越冬死亡率的比较 ( 略 )

两种色型幼虫对白僵菌感染率的比较 ( 略 )

两种色型幼虫体内含水率的比较 ( 略 )

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

幼虫色型比在马尾松毛虫灾害预报中的应用

利用幼虫色型比预测未来种群趋势

样地 1991.5 1991.8 1991.12 1992.5 1992.8 1993.2

陆川城厢 虫口密度 29.1 60.5 121.1 1.2 1.5 1.8

幼虫色型比 3.0 5.5 9.6 1.1 1.2 1.3

陆川滩面 虫口密度 2.2 3.2 2.8 5.8 23.6 55.2

幼虫色型比 1.2 1.2 1.3 2.1 2.6 4.9

第二部分 主要研究内容六 . 马尾松毛虫两种色型幼虫的研究

• 根据幼虫色型比预测未来虫情趋势表

幼虫色型比 虫口密度 未来虫情趋势 ﹤1.5 5 ﹤ 稳定阶段 1.5-2.5 5-12 种群增长阶段 2.5 –3.5 13 ﹥ 种群快速增长阶段 ﹥3.5 30 ﹥ 暴发阶段 ﹥6.0 70 ﹥ 种群即将进入消退阶段

第三部分 结论与讨论• 首次采用综合指数法划分马尾松毛虫发生类型

区，阐明了常发区、偶发区和安全区的基本特征及其相互关系，提出了划分松毛虫发生类型区的新方法。采用综合指数法划分广西马尾松毛虫发生类型区：常发区 55个县、 381个乡镇，面积 238176hm2；偶发区25个县、 465个乡镇，面积 874255hm2；安全区 26个县， 565个乡镇，面积 2667289hm2 。因类施策调查虫情，提高工效 40% 以上。

• 根据马尾松毛虫的生物学特性编制了《广西马尾松毛虫生活史表》、《马尾松毛虫各代和各虫态期距表》，丰富了马尾松毛虫生物学的研究内容。

第三部分 结论与讨论

• 首次采用红棉树等物候来预测马尾松毛虫的发生危害期，丰富了马尾松毛虫发生期预报方法。预报方法简单、易行、有效，容易被广大群众所接受。

• 首次利用灰色系统模型、马尔可夫链模型、多元回归模型等方法开展广西马尾松毛虫灾害中长期定量预报。 1992-1998 年，发布长期预报 7次，中期预报 6次，预报准确率 70-95% 。短期预报 18次，预报到县、市、林场，预报准确率 80% 以上，这不仅为开展大范围的长、中、短期灾害预报提供了实例，而且有效地指导了防治工作。

第三部分 结论与讨论

• 在危害程度预测方面，首次开展了马尾松毛虫危害湿地松造成针叶量损失、木材生长量损失和松脂量损失的综合预测，为马尾松毛虫防治决策和防治质量评价提供了新的理论依据。

• 在研究了马尾松毛虫取食量、湿地松针叶蓄积量、人工摸拟危害对湿地松林分生长影响的基础上，首次制定了马尾松毛虫危害湿地松的防治指标。 2-4 年生松树，当针叶受害 20% 时，应当防治； 5-9 年松树，当针叶受害 30% 时，应当防治； 10 年以上松树，针叶受害 40% 时，应当防治。

第三部分 结论与讨论

• 首次比较系统地研究了马尾松毛虫黑色型和黄色型幼虫的生物学特性和生态学特性。比较了这两种色型幼虫的取食量、繁殖量、天敌寄生率、体内含水率、越冬死亡率和耐饥饿能力等方面的差异；研究了林间虫口数量与幼虫色型比的关系，建立了幼虫色型比与种群数量动态关系的数学模型，开展了利用幼虫色型比预报虫情的新方法，初步分析了幼虫色型比与松毛虫灾变的关系，为深入研究马尾松毛虫测报技术和灾变机理开辟了一条新的途径。

第三部分 结论与讨论

• 本项研究成果已在广西推广应用多年，并产生了巨大的经济效益。 1991-2003 年，节约虫情调查经费 335.77万元，节省防治经费 4181.3万元，挽回木材生长量损失和减少松脂损失 78828万元，共新增产值 83345.07万元。

讨论

松毛虫灾害预报 ,除了采用传统方法外 ,引进 RS 、 GIS 、 GPS 、航空录像技术和计算机网络技术，可能会取得新的突破。

马尔可夫链、灰色系统模型和多元回归模型各有优缺点，综合使用这些方法，可提高预报准确率。 对两种色型幼虫的深入研究，将有助于进一步揭示松毛虫灾变机理。

第三部分 结论与讨论

谢 谢！