气候变化和社会经济因素对棉花虫害发生程度及农药施用的影响

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近百年全球气温、降水较以往变化显著,气候变化的事实引起各界的广泛讨论。气候是影响农业产出的重要因素,其中农作物虫害明显受气候因素的影响。自1996年来,中国大力推广转基因抗虫棉的种植,现今棉铃虫得到有效控制,农药施用量也大幅减少,棉田其它虫害也发生了变化。研究气候变化和社会经济因素对我国棉花虫害的发生程度及农药施用的影响具有现实意义。现有很多研究是根据室内控制实验得出结果,与大田生态环境有很大的不同,还需要结合大田数据进行研究以得出更准确的结论。然而,目前基于大田的虫害数据的研究,都局限在某一较小区域(如县内的某个试验场、某个县或某个省),缺乏在更大区域范围内在大田尺度上将不同因素同时结合起来进行综合的定量分析。  本文研究目标是基于黄淮海和常见流域棉花主产区的县级数据,分析气候变化和社会经济因素对我国棉花虫害发生程度的影响,分析气候和社会经济因素变化背景下农药施用量的变动,从而为我国棉花虫害防治提供实证依据。为实现以上研究目标,本文研究内容包括以下几个方面:1)分析棉花主产区的棉盲蝽、棉蚜虫、棉铃虫的发生程度和农药施用变化趋势及区域差异;2)分析气候和社会经济因素的变化趋势和区域差异;3)定量分析气候变化和社会经济因素对棉花棉盲蝽、棉蚜虫、棉铃虫发生程度的影响;4)定量分析气候变化和社会经济因素对棉花农药施用的影响;5)总结提炼气候变化和社会经济因素对棉花虫害和农药施用影响的结论,并给出相应的政策建议。  本文所用的数据样本包括8省50个县,涉及黄淮海流域和长江流域的广袤地域,并且收集到自1991至2010年的数据,时间跨度长。数据主要包括三大部分:中国农业科学院在棉花主产区中观测到的棉盲蝽、棉蚜虫、棉铃虫发生程度等级以及针对这三种虫害的农药施用次数;从国家气象局获取的有关温度和降水的二手数据;包括转基因抗虫棉种植比例、灌溉水平、化肥施用量和农作物种植结构等在内的社会经济数据。  关于气候变化和社会经济因素对棉盲蝽、棉蚜虫、棉铃虫和农药施用的影响,本文主要得到以下结论:(1)黄淮海流域的棉盲蝽比长江流域的棉盲蝽对气温和降水更敏感。在黄河流域棉区,棉盲蝽的发生程度和越冬期的平均温度呈U型关系,拐点处的温度在5.1℃左右;与春季羽化期平均温度、秋季产卵期和孵化迁移期降雨水量呈正相关;而与夏季平均温度、越冬期降水量呈负相关。在长江流域,棉盲蝽发生程度与越冬期平均温度呈正相关,与夏季降水量呈倒U型关系,拐点处的降水量为581mm。  (2)黄淮海流域的棉蚜虫也比长江流域的棉蚜虫对气温和降水更敏感。在黄淮海流域,五个阶段平均温度的系数都很显著,棉蚜虫的发生程度与越冬期、春季羽化期和伏蚜期温度呈正相关;上一年秋季产卵期、苗蚜期平均温度都与棉蚜虫发生程度呈显著的非线性关系。在长江流域,棉蚜虫发生程度与上一年秋季产卵期温度成负相关;与苗蚜期的温度呈正相关;伏蚜期平均温度与棉蚜虫的呈显著的非线性关系。降水对棉蚜虫的发生有显著的影响,并且区域之间的差异明显。在黄淮海流域,棉蚜虫的发生程度与上一年秋季产卵期、春季羽化期、苗蚜期和伏蚜期降水量呈负相关,与越冬期降水呈正相关。在长江流域,春季羽化期、苗蚜期和伏蚜期的降水量都与棉蚜虫的发生程度呈明显的非线性相关关系。  (3)在黄淮海流域,秋季预蛹期和越冬期的平均温度与棉铃虫的发生程度都呈U型关系,拐点处的平均温度分别为6.6℃和1.7℃。在长江流域,棉铃虫的发生程度与越冬期平均温度成负相关,与春季羽化期的温度呈正相关。降水对棉铃虫的影响在黄淮流域也更为突出。在黄淮海流域,越冬期、春季羽化期的降水和棉铃虫发生程度呈明显的非线性相关;夏季降水增加会抑制棉铃虫种群的增长。在长江流域,和春季羽化期的温度呈正相关;棉铃虫发生程度与秋季预蛹期的降水量呈倒U型关系;夏季降水增加会抑制棉铃虫种群的增长。  (4)气候因素的波动状况对棉花虫害的发生程度等级也有显著影响。在黄淮海和长江流域,冬季平均温度波动越大,越有利于来年棉盲蝽的发生,而春季羽化期降水量和夏季危害期温度波动则不利于棉盲蝽的发生。秋季产卵期和伏蚜期的气温和降水的波动越大,棉蚜虫发生越严重;苗蚜期气温和降水的波动变大则会减轻棉蚜虫的发生。在黄淮海流域,秋季产卵期平均温度以及春季羽化期降水量波动越大,棉铃虫发生越严重。在长江流域,夏季危害平均温度以及夏季降水量的波动有利于棉铃虫的发生。  关于社会经济因素对棉盲蝽、棉蚜虫、棉铃虫和农药施用的影响,本文主要得到以下结论:(1)转基因抗虫棉的推广种植有效的控制了靶标害虫——棉铃虫,在棉田为害情况,非靶标害虫棉盲蝽的发生程度加重了,棉蚜虫的发生程度减轻了。转基因抗虫棉对棉蚜虫的影响存在地域差异,黄淮海流域的棉蚜虫随着转基因抗虫棉的推广有略微减轻,而长江流域转基因抗虫棉的推广种植对棉蚜虫的影响不显著。  (2)灌溉水平和化肥施用、农作物种植结构等社会经济因素对棉花虫害均有不同程度的影响。有效灌溉面积占耕地面积的比例对棉盲蝽虫和棉蚜的虫害的影响非常显著。灌溉水平高的地方,棉盲蝽发生更严重,相反棉蚜则是在灌溉水平低的棉田发生更严重。棉花集中种植会加重棉蚜虫的发生程度,玉米播种比例扩大加重棉盲蝽、棉蚜虫的发生。  农药施用受气候变化和社会经济因素的影响与虫害的结论基本一致。较之于长江流域,黄淮海流域对棉花农药施用次数受气候变化的影响更大。越冬期平均温度、早春气温和降水、夏季温度和降水、秋季温度和降水都对农药施用产生影响。转基因抗虫棉推广种植使得对棉铃虫的施药次数减少,对棉盲蝽的施药次数增加,对棉蚜的施药次数无显著影响。灌溉水平影响长江流域棉铃虫的农药施用次数,灌溉条件越好,农药施用次数越多。化肥施用越多,不论是在黄淮海流域还是在长江流域,对棉蚜虫的农药施用都会增加。  在以上结论的基础上,本文提出了几条政策含义:(1)在进行虫害预报和防治工作时,应该考虑区域特点和差异。(2)虫害预报和防治的政策和技术措施也应该考虑虫害特点和差异。(3)不同阶段不同气候的要素对虫害产生的差异性影响也应该考虑进虫害预报和防治的政策和技术措施设计。(4)应该继续鼓励推广转基因抗虫棉的种植;但是也需要关注转基因抗虫棉对不同虫害的影响,并做好相应的防控措施的准备。(5)虫害预报和防治的政策和技术措施应该区分灌溉和非灌溉区的条件来加以设计和实施。(6)通过调整作物种植结构来防控虫害的影响也应该纳入虫害预报和防治的政策和技术措施。
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