“彩妆女郎”跨境迁飞难逃“天眼” 卫星遥感:昆虫迁飞的跨境调查

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日期:2021-07-01 11:46:56    来源:中国科学报    

在天上飞的动物里,昆虫的种类和数量其实远超人们熟知的鸟类。每年迁飞昆虫的种群数量差异巨大,难以预测。

近日,美国《国家科学院院刊》在线发表了南京农业大学教授胡高团队的最新研究成果。他们揭示了一种美丽的迁飞昆虫——小红蛱蝶的种群数量年际波动的关键环境因子。

难以预测的迁飞昆虫

“昆虫迁飞是规模最大的动物迁徙行为。”论文共同通讯作者胡高告诉《中国科学报》。2016年,其团队在《科学》发表的文章中测算了空中虫群的数量,“其数量和生物量都超过了鸟类”。

迁飞昆虫包括害虫、天敌、传粉昆虫,还包括传播人类、动物或植物病原微生物的媒介昆虫(如蚊子),具有非常重要的生态功能。

胡高介绍,在我国,绝大多数暴发性害虫具有远距离迁飞能力。2020年,农业农村部颁布的《一类农作物病虫害名录》中的10种害虫,有7种是迁飞性害虫,如草地贪夜蛾、稻飞虱、稻纵卷叶螟。“这些基本上都是主要粮食作物的害虫。”胡高说,迁飞性昆虫如果大规模为害,将影响我国口粮安全。

“昆虫寿命短,迁飞昆虫需要多个世代来完成跨区域远距离迁飞,其种群在迁飞过程中不断繁殖、增长,因此涉及不同区域的多个迁飞、繁殖过程。影响迁飞昆虫种群增长的因素多,种群规模年际波动大,年度间差异可达数十上百倍,从而导致迁飞昆虫的种群暴发具有间歇性和突发性,难以准确预测。”论文共同通讯作者、英国埃克塞特大学副教授Jason Chapman告诉《中国科学报》。

“我们研究种群数量年际变化关键环境因子的目的,就是希望找到最为关键的环节,从而提前进行准确预测,指导害虫的防控工作。”胡高说。

长期受到监测的“彩妆女郎”

小红蛱蝶英文名是Painted Lady,意为“彩妆女郎”,是一种非常漂亮的蝴蝶,色彩鲜艳、花纹复杂,讨人喜爱。

江苏省农业科学院研究员、蝴蝶专家廖怀建介绍,小红蛱蝶在全球广泛分布,我国很多地方都有。其幼虫取食100多种植物,主要为菊科、紫草科、锦葵科、豆科等。

每年春季,小红蛱蝶由热带地区的北非、撒哈拉沙漠以南地区从南向北迁飞,进入欧洲,最北可到达苏格兰、芬兰、瑞典等。“针对小红蛱蝶,欧洲国家有非常系统的长期监测数据。这为研究迁飞性昆虫的种群年际变化提供了非常好的数据支持。”胡高说。

Chapman介绍,欧洲国家长期系统的小红蛱蝶监测数据主要来自科学爱好者,并不是政府部门。“科学爱好者之所以监测小红蛱蝶,是因为它们非常漂亮,当然更重要的是蝴蝶数量多少反映了自然环境的好坏。”

实际上,他们不仅监测小红蛱蝶,也监测其他蝴蝶和蛾子。Chapman说,数据虽然来自民间,但他们有非常严格、统一的监测标准和记录方法,可保证数据的可靠性。

胡高介绍,美国科学家更关注另一种漂亮的迁飞性蝴蝶——大斑蝶(又名帝王蝶)。在我国,很多人喜欢蝴蝶,但不太关注蝴蝶种类。蝴蝶不是最重要的害虫,研究相对较少,有关蝴蝶迁飞的研究则基本没有。“研究小红蛱蝶的迁飞规律,将对我们研究其他迁飞害虫有启发。”

卫星遥感:昆虫迁飞的跨境调查

“在这项研究中,我们利用了卫星遥感数据——归一化植被指数(NDVI)来反映越冬区的植被状况。”胡高解释说,这是反映地表植被状况的一种指数,取值范围0到1之间,数值越大表示植被情况越好,有更多绿色植被,生境更好。

基于归一化植被指数和欧洲小红蛱蝶种群长期监测数据,他们利用模型筛选出了可预测欧洲夏季发生区小红蛱蝶种群大小的3个关键环境因子:越冬区非洲西部稀树草原区冬季NDVI值、北非春季NDVI值,以及迁飞季节经向风风速。

胡高解释说,前两者实际上是指虫源区的植被情况。迁飞进入欧洲的蝴蝶是从非洲西部稀树草原区和北非马格里布区域来的。“这些区域冬季或春季的植被状况越好,越能为蝴蝶提供更好的食料条件或蜜源植物,虫源地的种群密度就越大,就有更多的蝴蝶向北迁飞。”结果表明,越冬区的植被状况与夏季发生区的种群大小密切相关。

而昆虫迁飞需要借助风力,乘风而行,第3个因素经向风就是指从南向北的风。“风速越大,越有利于昆虫迁飞。”

胡高认为,这为利用卫星遥感异地监测和预警迁飞昆虫的种群动态提供了新方法和新思路,尤其是针对跨境迁飞的重大农业害虫。“这项研究表明,我们可以利用卫星遥感来监测虫源地的发生情况,从而对迁入区进行异地测报。”

卫星遥感具有监测范围广、不受时间空间限制的特点,已有不少研究利用卫星遥感来监测病虫害,但效果不太理想。因为当从卫星遥感上看到虫害时,其发生程度可能已经很重了。胡高说,通过监测虫源地寄主植物情况,可以判断虫源地发生程度,预测迁入量大小。

由于我国很多迁飞性害虫的虫源地是在东南亚国家,如稻飞虱和草地贪夜蛾,很难直接去虫源地调查发生情况。胡高强调,基于这项研究结论,将来可以通过卫星遥感方法进行害虫虫源地的跨境调查。(记者 李晨)

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