新疆荒漠草地亮柔伪步甲虫害与草地变化关系研究—以昌吉州南山草场为例

doi:10.11686/cyxb2021165

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (6): 163-177.DOI: 10.11686/cyxb2021165

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新疆荒漠草地亮柔伪步甲虫害与草地变化关系研究—以昌吉州南山草场为例

沈江龙¹(), 陈吉军², 阿布都瓦里 ·伊玛木², 杨坤², 郭雅婷², 郑江华¹()

^1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046
^2.新疆维吾尔自治区蝗虫鼠害预测预报防治中心站，新疆乌鲁木齐 830000

收稿日期:2021-04-28 修回日期:2021-09-22 出版日期:2022-06-20 发布日期:2022-05-11
通讯作者: 郑江华
作者简介:E-mail： zheng_jianghua@126.com
沈江龙（1995-），男，河南许昌人，在读硕士。E-mail： sjl1800647@163.com
基金资助:
新疆维吾尔自治区研究生教育创新计划项目“新疆新疆荒漠草原伪步甲虫害成灾机理及其预测研究”(XJ2020G040);新疆天山雪松计划(2020XS04);新疆草原生物灾害遥感监测（2020）资助

The relationship between attack by Prosodes dilaticollis and desert grassland changes in Xinjiang： A case study of southern mountain grassland in Changji

Jiang-long SHEN¹(), Ji-jun CHEN², Abuduwali IMAM², Kun YANG², Ya-ting GUO², Jiang-hua ZHENG¹()

^1.College of Resources and Environment Sciences，Xinjiang University，Urumqi 830046，China
^2.The Office for Disaster Management of Locusts and Rats，Xinjiang，Urumqi 830000，China

Received:2021-04-28 Revised:2021-09-22 Online:2022-06-20 Published:2022-05-11
Contact: Jiang-hua ZHENG

摘要/Abstract

摘要：

探索亮柔伪步甲虫害发生与草地退化的耦合关系，定量分析虫害发生对草地植被的影响，为草原部门科学有效地防治虫害提供理论依据。本研究基于环境一号遥感影像、土地覆盖产品数据、气象数据分别反演草地植被覆盖度、土地利用状态、气候要素等环境变量，结合野外调查数据，使用线性趋势分析、叠加分析、土地利用状态转移矩阵、相关分析、方差分析等方法，分析亮柔伪步甲发生水平与草地植被覆盖度、气候等环境因素相互作用关系，总结亮柔伪步甲虫害的发生机制。结果表明：亮柔伪步甲虫口密度与归一化植被指数（NDVI）呈显著负相关性，NDVI随虫害发生程度的加重呈降低趋势：level 3（重度发生）<level 2（中度发生）<level 0（对照）<level 1（轻度发生）；亮柔伪步甲虫口密度与年际间的植被覆盖变化无相关性，且各危害水平之间也无显著性差异。河床、河漫滩、农牧交错区等裸露地表是亮柔伪步甲虫害的高爆发区，而草地内部的发生水平较低。虫口密度高的实测点与草地退化区域并无空间关系。荒漠草地生态系统脆弱且敏感，植被覆盖度低，草地破碎。草地退化是气候干旱、过度放牧等因素综合作用的结果，并非直接由亮柔伪步甲虫害造成。

关键词: 荒漠草地, 亮柔伪步甲, 归一化植被指数, 线性趋势分析, 方差分析

Abstract:

This research explored the coupling relationship between the occurrence of the pest Prosodes dilaticollis and grassland degradation. The impact of the pest on grassland vegetation was quantitatively analyzed， so as to provide a theoretical basis for government officials managing grasslands to scientifically and effectively manage the pests. The study used multi-temporal remote images obtained from the HJ-1 satellite system （HJ-1 satellite system is an earth observation system of China specially used for environmental and disaster monitoring. It is composed of two optical satellites and one radar satellite. It has a variety of optical， infrared and hyperspectral detection means， and has the ability of wide-range， all-weather， all-time and dynamic environmental and disaster monitoring）， land cover product and meteorological data to infer grassland vegetation coverage and climatic drivers. Based on field survey data using overlay analysis， correlation analysis， one-way ANOVA and linear trend analysis were used to quantitatively analyze the interaction between grassland status， climatic factors and P. dilaticollis occurrence， to investigate factors and mechanisms involved in pest outbreaks. The results showed that： there was a significant negative correlation between the insect density and NDVI （normalized differential vegetation index）. The NDVI decreased with the aggravation of pest， and was assigned four damage categories： level 3 （severe）<level 2 （moderate）<level 0 （control）<level 1 （mild）. There was no correlation between the population density of P. dilaticollis and the interannual vegetation coverage variation and there was no significant difference among the damage categories. Bare land such as riverbeds， river flood beaches， and farming-pastoral zone are highly prone to outbreaks of P. dilaticollis， but the insect density is low in grasslands. Sites with a high measured density of P. dilaticollis have no spatial correlation with the degraded areas of grassland. Desert grassland ecosystems are fragile and sensitive. Grassland degradation is the result of the interaction of aridity and overgrazing， and is not directly caused by P. dilaticollis.

Key words: desert grassland, Prosodes dilaticollis, normalized difference vegetation index, linear trend analysis, one-way ANOVA

沈江龙, 陈吉军, 阿布都瓦里 ·伊玛木, 杨坤, 郭雅婷, 郑江华. 新疆荒漠草地亮柔伪步甲虫害与草地变化关系研究—以昌吉州南山草场为例[J]. 草业学报, 2022, 31(6): 163-177.

Jiang-long SHEN, Ji-jun CHEN, Abuduwali IMAM, Kun YANG, Ya-ting GUO, Jiang-hua ZHENG. The relationship between attack by Prosodes dilaticollis and desert grassland changes in Xinjiang： A case study of southern mountain grassland in Changji[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2022, 31(6): 163-177.

图/表 13

图1 研究区概况a：研究区区位图、b：野外调查工作照、c：亮柔伪步甲危害景观、d：研究区概况图。a：Position map of study， b：Field work photo， c：Landscape of pests， d：Overview of study area.

Fig.1 Overview of the study area

表1 遥感影像时间

Table 1 Remote sensing image date

日期Date

（月-日Month-day）

4-24

5-31

6-30

4-25

5-30

6-25

4-26

5-28

6-23

4-25

6-04

6-26

4-21

6-05

6-22

4-30

5-28

6-30

4-21

5-23

6-30

5-05

5-30

5-12

5-28

5-15

6-01

4-28

5-15

5-28

图2 虫口密度与NDVI的空间关系a：高分一号遥感影像，b：NDVI，c：土地覆盖类型。a： Image data of GF1-WFV，b： NDVI，c： Land coverage.

Fig. 2 The spatial relationship between insect density and NDVI

图3 虫口密度与NDVI的相关性和方差分析*代表相关系数通过0.05置信水平下的显著性检验。 a：原始数据的相关分析；b：原始数据的方差分析；c：标准化数据的相关分析；d：标准化数据的方差分析。下同。*represents correlation coefficient passing the significance test at the 0.05 confidence level. a：Correlation analysis of raw data； b：Variance analysis of raw data； c：Correlation analysis of standardized data； d：Variance analysis of standardized data. The same below.

Fig.3 Correlation and variance analysis of insect density and NDVI

图4 虫口密度与NDVI变异系数的空间关系

Fig.4 The spatial relationship between insect density and coefficient of variation of NDVI

图5 虫口密度与变异系数的相关性和方差分析

Fig.5 Correlation and variance analysis of insect density and coefficient of variation

图6 亮柔伪步甲虫口密度与NDVI变化斜率的空间关系

Fig. 6 The spatial relationship between insect density and slope of vegetation change

图7 虫口密度与植被变化斜率的相关性分析和方差分析

Fig.7 Correlation and variance analysis of insect density and vegetation change slope

图8 自然环境要素与亮柔伪步甲虫口密度的变化趋势

Fig. 8 Tendency analysis of environment factors and insect density

表2 自然环境因素、虫口密度相关系数矩阵

Table 2 Correlation coefficient matrix of environment factors and insect density

项目 Item	降水量 Precipitation	平均温度 Mean annual temperature	平均相对湿度 Average relative humidity	日照时数 Duration of sunshine	归一化植被指数 NDVI
平均温度Mean annual temperature	-0.70*
平均相对湿度Average relative humidity	0.68*	-0.76*
日照时数Duration of sunshine	-0.09	0.20	-0.66*
归一化植被指数NDVI	0.78*	-0.56	0.88*	-0.49
虫口密度Insect density	0.20	0.05	0.00	0.04	-0.05

图9 南山草场土地覆盖与虫口密度的叠加分析

Fig. 9 Overlap analysis of land cover and insect density

表3 2010-2017年土地利用状态转移矩阵

Table 3 Land cover state transfer matrix of 2010-2017 （hm2）

地类 Land type	草地 Grassland	村庄 Village	裸地 Bareland	农田 Farmland	水体 Water	2010年合计 Total 2010	流出总计 Total outflow
草地Grassland	10833.33	433.33	12940.00	1240.00	33.33	25480.00	14646.66
村庄Village	1766.67	180.00	2553.33	346.67	6.67	4853.33	4673.34
裸地Bareland	15380.00	973.33	39393.33	2706.67	886.67	59340.00	19946.67
农田Farmland	2100.00	153.33	3320.00	453.33	13.33	6040.00	5586.66
水体Water	6.67	20.00	226.67	60.00	400.00	713.33	313.34
2017年总计Total 2017	30086.67	1753.33	58440.00	4800.00	1340.00
流入总计Total inflow	19253.34	1579.99	19040.00	4353.34	940.00

图10 2010-2017年南山草场草地变化与虫口密度的叠加分析A：未叠加样点； B：叠加样点； a：旱卡子滩； b：黑羊沟； c：加崂； d：阿克齐。A： No overlying samples； B： Overlying samples； a： Hanqiazitan； b： Heiyanggou； c： Jialao； d： Akeqi.

Fig.10 2010-2017 overlap analysis of land cover change and insect density

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新疆荒漠草地亮柔伪步甲虫害与草地变化关系研究—以昌吉州南山草场为例

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