在天上飛的動(dòng)物里，昆蟲的種類和數(shù)量其實(shí)遠(yuǎn)超人們熟知的鳥類。每年遷飛昆蟲的種群數(shù)量差異巨大，難以預(yù)測。

近日，美國《國家科學(xué)院院刊》在線發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授胡高團(tuán)隊(duì)的最新研究成果。他們揭示了一種美麗的遷飛昆蟲——小紅蛺蝶的種群數(shù)量年際波動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)境因子。

難以預(yù)測的遷飛昆蟲

“昆蟲遷飛是規(guī)模最大的動(dòng)物遷徙行為。”論文共同通訊作者胡高告訴《中國科學(xué)報(bào)》。2016年，其團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》發(fā)表的文章中測算了空中蟲群的數(shù)量，“其數(shù)量和生物量都超過了鳥類”。

遷飛昆蟲包括害蟲、天敵、傳粉昆蟲，還包括傳播人類、動(dòng)物或植物病原微生物的媒介昆蟲(如蚊子)，具有非常重要的生態(tài)功能。

胡高介紹，在我國，絕大多數(shù)暴發(fā)性害蟲具有遠(yuǎn)距離遷飛能力。2020年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布的《一類農(nóng)作物病蟲害名錄》中的10種害蟲，有7種是遷飛性害蟲，如草地貪夜蛾、稻飛虱、稻縱卷葉螟。“這些基本上都是主要糧食作物的害蟲。”胡高說，遷飛性昆蟲如果大規(guī)模為害，將影響我國口糧安全。

“昆蟲壽命短，遷飛昆蟲需要多個(gè)世代來完成跨區(qū)域遠(yuǎn)距離遷飛，其種群在遷飛過程中不斷繁殖、增長，因此涉及不同區(qū)域的多個(gè)遷飛、繁殖過程。影響遷飛昆蟲種群增長的因素多，種群規(guī)模年際波動(dòng)大，年度間差異可達(dá)數(shù)十上百倍，從而導(dǎo)致遷飛昆蟲的種群暴發(fā)具有間歇性和突發(fā)性，難以準(zhǔn)確預(yù)測。”論文共同通訊作者、英國埃克塞特大學(xué)副教授Jason Chapman告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

“我們研究種群數(shù)量年際變化關(guān)鍵環(huán)境因子的目的，就是希望找到最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，從而提前進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，指導(dǎo)害蟲的防控工作。”胡高說。

長期受到監(jiān)測的“彩妝女郎”

小紅蛺蝶英文名是Painted Lady，意為“彩妝女郎”，是一種非常漂亮的蝴蝶，色彩鮮艷、花紋復(fù)雜，討人喜愛。

江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員、蝴蝶專家廖懷建介紹，小紅蛺蝶在全球廣泛分布，我國很多地方都有。其幼蟲取食100多種植物，主要為菊科、紫草科、錦葵科、豆科等。

每年春季，小紅蛺蝶由熱帶地區(qū)的北非、撒哈拉沙漠以南地區(qū)從南向北遷飛，進(jìn)入歐洲，最北可到達(dá)蘇格蘭、芬蘭、瑞典等。“針對(duì)小紅蛺蝶，歐洲國家有非常系統(tǒng)的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)。這為研究遷飛性昆蟲的種群年際變化提供了非常好的數(shù)據(jù)支持。”胡高說。

Chapman介紹，歐洲國家長期系統(tǒng)的小紅蛺蝶監(jiān)測數(shù)據(jù)主要來自科學(xué)愛好者，并不是政府部門。“科學(xué)愛好者之所以監(jiān)測小紅蛺蝶，是因?yàn)樗鼈兎浅Ｆ粒?dāng)然更重要的是蝴蝶數(shù)量多少反映了自然環(huán)境的好壞。”

實(shí)際上，他們不僅監(jiān)測小紅蛺蝶，也監(jiān)測其他蝴蝶和蛾子。Chapman說，數(shù)據(jù)雖然來自民間，但他們有非常嚴(yán)格、統(tǒng)一的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)和記錄方法，可保證數(shù)據(jù)的可靠性。

胡高介紹，美國科學(xué)家更關(guān)注另一種漂亮的遷飛性蝴蝶——大斑蝶(又名帝王蝶)。在我國，很多人喜歡蝴蝶，但不太關(guān)注蝴蝶種類。蝴蝶不是最重要的害蟲，研究相對(duì)較少，有關(guān)蝴蝶遷飛的研究則基本沒有。“研究小紅蛺蝶的遷飛規(guī)律，將對(duì)我們研究其他遷飛害蟲有啟發(fā)。”

衛(wèi)星遙感：昆蟲遷飛的跨境調(diào)查

“在這項(xiàng)研究中，我們利用了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)——歸一化植被指數(shù)(NDVI)來反映越冬區(qū)的植被狀況。”胡高解釋說，這是反映地表植被狀況的一種指數(shù)，取值范圍0到1之間，數(shù)值越大表示植被情況越好，有更多綠色植被，生境更好。

基于歸一化植被指數(shù)和歐洲小紅蛺蝶種群長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，他們利用模型篩選出了可預(yù)測歐洲夏季發(fā)生區(qū)小紅蛺蝶種群大小的3個(gè)關(guān)鍵環(huán)境因子：越冬區(qū)非洲西部稀樹草原區(qū)冬季NDVI值、北非春季NDVI值，以及遷飛季節(jié)經(jīng)向風(fēng)風(fēng)速。

胡高解釋說，前兩者實(shí)際上是指蟲源區(qū)的植被情況。遷飛進(jìn)入歐洲的蝴蝶是從非洲西部稀樹草原區(qū)和北非馬格里布區(qū)域來的。“這些區(qū)域冬季或春季的植被狀況越好，越能為蝴蝶提供更好的食料條件或蜜源植物，蟲源地的種群密度就越大，就有更多的蝴蝶向北遷飛。”結(jié)果表明，越冬區(qū)的植被狀況與夏季發(fā)生區(qū)的種群大小密切相關(guān)。

而昆蟲遷飛需要借助風(fēng)力，乘風(fēng)而行，第3個(gè)因素經(jīng)向風(fēng)就是指從南向北的風(fēng)。“風(fēng)速越大，越有利于昆蟲遷飛。”

胡高認(rèn)為，這為利用衛(wèi)星遙感異地監(jiān)測和預(yù)警遷飛昆蟲的種群動(dòng)態(tài)提供了新方法和新思路，尤其是針對(duì)跨境遷飛的重大農(nóng)業(yè)害蟲。“這項(xiàng)研究表明，我們可以利用衛(wèi)星遙感來監(jiān)測蟲源地的發(fā)生情況，從而對(duì)遷入?yún)^(qū)進(jìn)行異地測報(bào)。”

衛(wèi)星遙感具有監(jiān)測范圍廣、不受時(shí)間空間限制的特點(diǎn)，已有不少研究利用衛(wèi)星遙感來監(jiān)測病蟲害，但效果不太理想。因?yàn)楫?dāng)從衛(wèi)星遙感上看到蟲害時(shí)，其發(fā)生程度可能已經(jīng)很重了。胡高說，通過監(jiān)測蟲源地寄主植物情況，可以判斷蟲源地發(fā)生程度，預(yù)測遷入量大小。

由于我國很多遷飛性害蟲的蟲源地是在東南亞國家，如稻飛虱和草地貪夜蛾，很難直接去蟲源地調(diào)查發(fā)生情況。胡高強(qiáng)調(diào)，基于這項(xiàng)研究結(jié)論，將來可以通過衛(wèi)星遙感方法進(jìn)行害蟲蟲源地的跨境調(diào)查。