周紫嫣 胡新宇 林璐 黄旭影 许章华 周华康 许婼楠 吴可欣

摘要 刚竹毒蛾是竹的最主要食叶性害虫，严重影响竹林健康与竹业生产，掌握其空间分异规律对开展该虫害的监测与防控工作具有重要意义。以福建省延平区为研究区，基于刚竹毒蛾危害分布与地形数据，采用空间叠置分析等方法，统计不同地形条件下虫害分布占比，依此探究地形因子对该虫害的影响。结果表明，随着海拔、坡度的升高，虫害分布占比呈现先升后降特征，海拔500～800 m、坡度10°～24°为主要危害区域;东、东北、东南3个坡向的虫害分布占比最高，合计达57.09%;虫害与坡位的关系表现为“高集中”特征，主要分布于山脊，占比高达71.63%;其次为山谷，占比21.94%。该文证实地形因子对刚竹毒蛾危害具有重要影响，据此建议对海拔500～800 m，坡度10°～24°，东向、东北向、东南向及山脊、山谷区域的虫害予以重点监测与防控。

关键词 地形因子;刚竹毒蛾;叠置分析;延平区

中图分类号：S763.42 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）02-061-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.024

Preliminary Study on the Influence of Topographic Factors on the Damage of Pantana phyllostachysae Chao

ZHOU Zi-yan  et al（College of Environment and Resources，Fuzhou University，Fuzhou，Fujian 350108）

Abstract Pantana phyllostachysae Chao is the most important leaf-eating pest of bamboo，which seriously affects the health of bamboo forests and bamboo production. Mastering the law of spatial differentiation is of great significance for the monitoring and prevention of this pest. Taking Yanping District of Fujian Province as the study area，based on the hazard distribution and topographic data of the P. phyllostachysae，spatial overlay analysis was used to calculate the proportion of pest distribution under different topographic conditions，and the influence of topographic factors on the pests was explored. The results showed that with the increase of altitude and slope，the distribution of pests had the characteristics of increasing first and then decreasing，with the altitude of 500-800 m and the slope of 10°-24° being the main. The east，northeast and southeast were the highest proportion of pests，with the total proportion of 57.09%. The relationship between pests and slopes was characterized by "high concentration"，which was mainly distributed on ridges，accounting for 71.63%，followed by valleys，accounting for 21.94%. This paper confirms that the topographic factors have an important impact on the damage of the P. phyllostachysae. According to this，we will focus on monitoring and controlling pests in the east，northeast，southeast，and ridge and valley areas at an altitude of 500-800 m and a slope of 10°-24°.

Key words   Topographic factors;Pantana phyllostachysae Chao;Overlay analysis;Yanping District

剛竹毒蛾（Pantana phyllostachysae Chao）属鳞翅目毒蛾科竹毒蛾属，分布于福建、江西、浙江等省区，是竹的最主要食叶性害虫[1]，也是我国林业有害生物监测的对象之一。该虫害暴发成灾时，寄主虫口密度急剧上升，短时间内即可将竹叶取食殆尽，使竹材变脆，重则成片枯死，状如火烧，严重影响竹林健康与竹业生产，造成大量的经济损失[2-5]。因此，掌握其发生与发展规律，开展刚竹毒蛾危害监测工作意义重大。学界已经发现，除自身的生物学特性外，大部分森林病虫害的发生发展与自然地理、林分结构、环境条件、食物天敌及人为活动等诸因素相关。其中，地形因子不仅直接影响植物与昆虫分布，其与温度、湿度等还有着密切联系，从而影响虫害的发生概率[6-8]。Grodzki等[9]研究了云杉八齿小蠹的垂直分布特征，发现位于海拔800 m以上的寄主死亡率较高，且虫口密度及虫体大小较低海拔处更大;Cramer[10]通过对山地地形和温度进行分析，以此研究虫害的有效控制方法;许章华等[11]提出一种适于南方山地丘陵区马尾松毛虫虫害信息提取的方法，就重点考虑了地形因子的影响;马望等[12]发现海拔、温度和湿度等因素与华山松大小蠹发生率有显著正相关关系，且坡度与海拔的交互作用对华山松大小蠹发生率有显著影响。由此可见，探究虫害在不同地形条件下的分布规律，分析地形因子对虫害的影响是森林虫害的精准监测与防控的一项基础性工作。刚竹毒蛾是我国特有的一种森林虫害，国外尚未见报道。对于该虫害的研究，还主要局限于其生物学特性及防治技术方面[13-14];近年还有学者开展刚竹毒蛾危害下的毛竹叶片光谱特征波长及基于毛竹叶片理化参数的刚竹毒蛾危害检测等研究工作[15-16]。但是，还未总结地形因子对刚竹毒蛾危害的影响规律。鉴于此，笔者旨在获取刚竹毒蛾危害区及地形数据的基础上，初步探究海拔、坡度、坡向、坡位等常用地形指标对该虫害的影响规律，为进一步研究该虫害的发生与发展规律提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

以南平市延平区为研究区域（图1），该区地理范围为117°50′～118°40′ E，26°15′～26°52′ N，总面积2 659.7 km2，地势表现为南北高、东西低的马鞍状，在山地丘陵中，夹有许多小型山间盆谷地形，多沿溪河分布。延平区气候温和，森林资源丰富，素有“森林之窗，本甲全闽”之称。截至2015年底，区内土地面积26.6万hm2，其中林地面积19.4万hm2，竹林面积3.92万hm2，毛竹也是刚竹毒蛾最为重要的寄主。近10年来，延平区每年各类林业病虫害发生面积近4.08万hm2，主要有刚竹毒蛾、马尾松毛虫、松材线虫病等，刚竹毒蛾等食叶性害虫的发生面积呈逐年上升的趋势。

1.2 数据收集

1.2.1 刚竹毒蛾危害分布数据 该数据来源于国家自然科学基金项目“刚竹毒蛾危害下的毛竹林遥感响应机理研究（41501361）”的研究成果，反映延平区2017年刚竹毒蛾危害分布情况，将虫害等级划分为无危害、轻度危害、中度危害、重度危害4级。该数据基于Landsat 8 OLI遥感影像，利用耦合遥感响应特征的刚竹毒蛾危害检测方法获得。主要流程是：根据地面确定的各项刚竹毒蛾危害的毛竹表征选择并获取与之对应的遥感指标，包括叶面积指数LAI、特征光谱指数CSI、归一化差值山地植被指数NDMVI、全局植被湿度指数GVMI，耦合上述各项指标，基于随机森林构建检测模型[17-21]。

1.2.2 地形数据 来源于“地理空间数据云”网站下载的ASTER GDEM 30 m空间分辨率DEM数据。由于研究需要，保持上述数据空间投影与坐标信息的一致性。

1.3 虫害数据处理

1.3.1 虫害数据二值化处理   该文仅讨论刚竹毒蛾在不同地形条件下的发生率与分布情况问题，故将刚竹毒蛾危害分布数据进行二值化，即将轻度危害、中度危害、重度危害归并为虫害发生区域（图2）。

1.3.2 刚竹毒蛾虫害分布占比 通过统计不同等级地形因子下虫害发生的面积和所有虫害发生面积之比来计算虫害分布占比，公式如下：

P=Ai/A×100%（1）

式中，P为刚竹毒蛾虫害分布占比;Ai为在某地形条件下的分布面积;A为虫害总面积。

1.4 地形因子提取

1.4.1 海拔 海拔是DEM最直观的表现形式，通常也是地形因子提取的基础。不同的海拔高度往往影响着温度、湿度等一系列环境因子的变化，对昆虫和植被的生活环境产生影响。

1.4.2 坡度 坡度是对地表单元陡缓程度的反映，能间接地表示地形的起伏状态，也是各种地学分析模型数据的基础，同时坡度还影响地表物质流动与能量转换的规模和强度，是制约生产力空间布局的重要因子。

1.4.3 坡向 坡向是坡面法线在水平面上的投影方向，对于山地生态有着较大的影响，在一定程度上影响着地表生态环境的变化。对于地面任何一点来说，坡向表征了该点高程值改变量的最大变化方向。

1.4.4 坡位 坡位由坡位指数（Topo？鄄graphic Position Index，TPI）反映。该指数的基本原理为：用某点高程与周围一定范围内平均高程的差，结合该点的坡度，来确定其在坡面上所处的部位[22]。TPI对于地貌分类有着十分重要的意义，其表达式为：

式中，TPI为坡位指数;Z为研究对象高程值;为邻域高程均值。TPI的取值与邻域的范围大小密切相关，其形状可以是圆形、环形、方形或者定制的不规则形状。坡位分类与坡位指数的对应关系如表1所示。

1.5 地形因子对虫害影响的分析方法

将虫害数据与地形因子进行叠置分析，统计不同地形条件下刚竹毒蛾危害面积占比，分析地形与虫害分布占比的对应关系。

2 结果与分析

2.1 海拔对刚竹毒蛾危害的影响

图3显示，随着海拔的升高，刚竹毒蛾危害分布占比呈現先上升后下降的趋势，大体表现为开口向下的抛物线特征。具体表现为：在海拔200～600 m的区域内，虫害分布占比不断上升，从最初的4.31%逐渐达到32.23%的峰值;在海拔600～800 m的区域内，虫害分布占比下降，从32.23%下降为29.18%;海拔800 m以上区域，虫害分布占比下降速率有所加快，从29.18%下降到16.94%。刚竹毒蛾虫害主要分布于海拔500～800 m的区域，在600 m左右达到峰值。

2.2 坡度对刚竹毒蛾危害的影响

图4显示，随着坡度的增加，刚竹毒蛾的危害占比呈现先升后降的特征，大致也表现为开口向下的抛物线特征，但在达到峰值后，分布占比下降的速度在不同的坡度条件下有较大差异。具体表现为：在8°～16°区域内，虫害分布占比由11.57%上升到34.46%;在16°～24°区域内，虫害分布占比从34.46%下降为25.01%;在24°～32°区域内，虫害分布占比基本不变，约为25.01%;在32°～40°区域内，虫害分布占比急速下降，由25.01%迅速下降到3.7%;在40°～48°的区域内，虫害分布占比下降的速率又趋缓，当坡度达48°时，虫害分布占比仅有0.25%。由此可见，刚竹毒蛾危害主要分布于10°～24°的坡度范围内，在坡度为16°左右时达到峰值。

2.3 坡向对刚竹毒蛾危害的影响

将坡向分为“平坡+八方向”，“八方向”由北开始，顺时针依次统计，得到不同坡向条件下刚竹毒蛾危害的分布占比（图5）。总的来看，虫害分布占比呈现以东向为中心向两侧方向递减的特征。东、东北、东南3个坡向的虫害分布占比最高，其中东向21.86%、东北向18.43%、东南向16.80%，合计占比57.09%;西北向的虫害分布占比最小，为3.93%。

2.4 坡位对刚竹毒蛾危害的影响

刚竹毒蛾危害与坡位的关系表现为“高集中”特征。图6显示，刚竹毒蛾危害主要分布于山脊，占比高达71.63%;其次为山谷，占比21.94%;在此2种坡位条件下，集中了超过90%的虫害。而在上坡、中坡、下坡、平坡等其他坡向，刚竹毒蛾危害的分布面积极少，合计仅占6.43%。

3 结论与讨论

上述结果证实，刚竹毒蛾危害呈现明显的空间分异特征，在虫害监测与防控工作中，地形因子对刚竹毒蛾危害分布的影响不可忽视。综合来看，这主要与刚竹毒蛾的生活习性有关。海拔差异导致植被生长环境中温度、湿度等要素的差异[23-24]。随着海拔的增高，气温降低，湿度降低，当到达一定水平时，竹的开始繁殖能力减弱，竹林分布较少，而刚竹毒蛾在此环境下活动不活跃，故当虫害分布占比达到高峰后，随着海拔的升高虫害现象减少。缓坡地带水土较为丰饶，适于竹子生长，竹林分布面积大，为刚竹毒蛾提供丰富的取食来源，因此，在坡度低于32°的区域内，虫害分布比例大。从坡向看，虫害主要分布于东、东北、东南等方向，这显然与光照紧密相关。竹喜阳，刚竹毒蛾的暴发成灾也需要充足的光照与温度，因此，在上述坡向区域内，虫害分布占比较大。在坡位方面，山谷地带土壤水肥条件好，有利于竹子的生长，而山脊地带的日照和空气条件较好，竹子的光合作用和呼吸作用速率加快，同样有利于竹子的生长，陈梅香等[25]和尹承陇等[26]的研究也表明，山谷和山脊区域的虫害发生率更高。此外，植被对害虫侵染均有抗性，当竹生长情况良好时，其抗性更强，反之亦然。由此可见，地形因子对刚竹毒蛾危害影响的机制复杂，还有待于今后的进一步研究。

海拔、坡度、坡向及坡位等地形因子与刚竹毒蛾虫害分布占比有着密切联系。随着海拔的升高，刚竹毒蛾危害分布占比呈现先上升后下降的趋势，刚竹毒蛾虫害主要分布于海拔500～800 m的区域，在600 m左右达到峰值;随着坡度的增加，刚竹毒蛾的危害占比呈现先升后降的特征，刚竹毒蛾危害主要分布于10°～24°的坡度范围内，在坡度为16°左右时达到峰值;虫害分布占比呈现以东向为中心向两侧方向递减的特征，东、东北、东南3个坡向的虫害分布占比最高，合计占比57.09%，西北向的虫害分布占比最小，为3.93%;刚竹毒蛾危害主要分布于山脊，占比高达71.63%;其次为山谷，占比21.94%。在森防检疫工作中，建议对海拔500～800 m，坡度10°～24°，东向、东北向、东南向及山脊、山谷区域予以重点监测与防控。

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责任编辑：郑丹丹