全 文 ：东亚地区夏季干旱、强台风事件与松树
枯萎病的关系*
王摇 斐**
(山东省林业科学研究院, 济南 250014)
摘摇 要摇 松树枯萎病的发生和流行给东亚的日本、中国和韩国带来了不小的损失,引起许多
国家的重视. 本文应用实地观测和气象数据分析等方法,研究了东亚地区松树枯萎病的发生
和流行特点,以及与灾害气象事件之间的关系. 结果表明: 在日本、中国和韩国,持续的夏季
干旱少雨和强台风等极端气象事件能够诱发松树枯萎.在极端干热的环境中,松树常出现能
量代谢失调, 以至于受胁迫的松树整株枯萎;而在低温多雨的年份,松树枯萎少,甚至没有发
生枯死现象.在松材线虫及其媒介昆虫侵染之前,松树的活力业已下降.松树枯萎病似乎应该
局限在台风频发和持续干热的地区.在自然环境优越、少有台风和干热事件出现且没有不当
扩大松树栽培范围的地区,松树枯萎病大面积发生的可能性不大.
关键词摇 东亚地区摇 持续夏旱摇 强台风摇 松树枯萎病摇 水分胁迫摇 能量代谢
文章编号摇 1001-9332(2012)06-1533-12摇 中图分类号摇 Q848. 112; S791. 24摇 文献标识码摇 A
Relationships between summer drought and strong typhoon events and pine wilt disease oc鄄
currence in East Asia. WANG Fei (Shandong Forestry Research Academy, Ji爷nan 250014, Chi鄄
na) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(6): 1533-1544.
Abstract: The occurrence and prevalence of pine wilt disease cause huge losses to Japan, China,
and South Korea in East Asia, and have received concerns from many countries. By the methods of
field observation and meteorological data analysis, this paper studied the characteristics of the oc鄄
currence and prevalence of pine wilt disease and their relations to the meteorological disaster
events. In Japan, China and South Korea, the meteorological extreme events of persistent summer
drought and strong typhoon could trigger the occurrence of pine wilt. In extremely dry and hot envi鄄
ronment, pine trees often appeared energy metabolism imbalance and entire tree wilt. However, in
the years with lower temperature and more rainfall, less or nearly no pine wilt event occurred. It
was suggested that before the attack by pine wood nematode and its vectors, the vigor of the pines
had already declined, and thus, pine wilt disease could be confined in the areas often hit by sum鄄
mer drought and strong typhoon events. In the areas with suitable natural environment characterized
by less summer drought and strong typhoon events and no improperly enlarged pine planting, there
would be little possibility of widespread occurrence of pine wilt disease.
Key words: East Asia; persistent drought in summer; strong typhoon; pine wilt disease; water
stress; energy metabolism.
*国家自然科学基金项目(31170671)资助.
**通讯作者. E鄄mail: wf鄄126@ 126. com
2011鄄07鄄28 收稿,2012鄄03鄄30 接受.
摇 摇 松树大量枯死可以追朔到 200 年前日本盐业生
产中燃用松针产量剧减的记载. 19 世纪至 20 世纪
之交,日本松树的枯死主要归结为象鼻虫、木蠹虫、
天牛等十几种蛀干害虫. 这些甲虫对松树来说是原
生害虫(即直接对健康松树造成危害)还是次生性
害虫,不同的历史时期说法不一.起初仅仅依据枯死
松树上寄生甲虫的数量来确定松树的死因. 1942 年
Kojima等[1]研究表明,这些甲虫主要寄生在衰弱木
或枯立木上,在健壮的松树上,由于松脂的分泌常看
到死亡的虫卵和幼虫. 因此此类害虫被视为次生性
害虫,不会直接对健康松树造成伤害. Hitou[2]曾将
松树大量枯死的诱因归结为台风、少雨、干旱等气象
因子,采伐迹地的伐根、枝梢等蛀干害虫饵料的增
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 6 月摇 第 23 卷摇 第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2012,23(6): 1533-1544
加、过熟林缺乏管理,以及集材、运输等人为因素.
Ooda等[3]将枯死的松树分为恒常发生型、风害
基地型、激害型和微害型,而激害型枯死发生于日本
关东以西直到九州的广大地域. 1968—1972 年间对
松树激害型枯死原因的综合研究中,日本各地的枯
死木和衰弱木中相继发现了松材线虫(Bursaphelen鄄
chus xylophilus).通过接种试验发现,接种线虫的松
苗枯死症状与激害型松枯症状几乎一致. 依据线虫
接种试验将松树枯萎症界定为松材线虫的侵染[4],
且该线虫主要以松墨(褐)天牛(Monochamus alter鄄
natus)类昆虫为传播媒介,进而被称之为“松材线虫
病冶,也叫松树枯萎病.
但是,Wingfield[5]发现,发生在美国伊利诺斯州
的松树局部死亡和发生在日本本州北部地区的整株
死亡之间的症状存在差别. Ooda[6]对枯死松树调查
发现,被害木上蛀干害虫的数目差异很大,有些被害
木上甚至没有蛀干害虫,其伐根也没有树脂流出,且
断面干燥. 汪来发等[7]对中国山东省长岛的黑松
(Pinus thunbergii)进行流脂调查时也发现,流脂异
常的黑松中检测到松材线虫的只有 19. 5% .对许多
病疫区的大面积普查结果也表明,没有松材线虫的
枯死疑似病木的比例可达 58. 18% [8]、71. 43% [9],
个别年份几乎 100%的枯死松木没有受到松材线虫
的侵染.
1979 年在美国发现该病后,日本的松材线虫病
曾被认为是从美国传入的. 该病的传播除松墨天牛
成虫的迁飞传播以外,人为的通过木材流通的传播
是其远距离扩散的主要途径. 这将导致全球松林面
临潜在的巨大威胁. 事实上,截至目前,有松材线虫
病发生记载的国家只有日本、中国、韩国、美国、墨西
哥和葡萄牙等,而且目前病症只在东亚地区流行,并
未染指欧洲和北美松林. 即使距离日本最近的俄罗
斯亚洲地域和日本的北海道至今仍未见该病流行.
尽管日本对病疫区进行了大规模化防、诱杀媒介昆
虫和烧除病疑木等,也没能阻止大面积的松林枯死.
从某种意义上讲,这些病疫流行的国家或地区的环
境条件似乎起着不可忽视的作用.
在现有的研究报道中,许多研究者认为松材线
虫病的发病受环境条件的影响[10] . 有不少研究表
明,在降水偏多的年份少有病症发生[11] . Rutherford
等[12]认为,温度是限制松材线虫病发病的重要条
件,且在 7 月平均气温低于 20 益的地区没有该病发
生;而在 7 月平均气温高于 20 益的地区也只在局部
地域发生了松树的大量枯萎. 这表明除了松天牛和
松材线虫的侵染危害以外,在很大程度上还存在着
其他导致松树枯死的因素.
鉴于东亚地区特殊的季风性气候,夏季干旱和
强台风事件频发,给当地的农作物[13]、经济作物以
及其他植物[14]造成重大的损失.本研究设想在东亚
地区,夏季干旱和强台风或许也是松树枯萎的诱发
因素.该问题的阐明和解决对于应对松树枯萎病在
东亚地区的发生和蔓延,解决松树枯萎病对世界范
围内松林的威胁具有重要的参考价值.
1摇 研究地区与研究方法
本研究应用定点观测、气象资料和松树枯萎数
据分析以及文献参阅等方法,研究了东亚地区松树
枯萎病的发生和流行特点,以及与灾害气象事件之
间的关系.在分析过程中尽量使用同源数据进行比
较,基于最基本的数据进行分析,如对松树枯萎病进
行的点分布密度分析等,以便缩小系统误差.
1郾 1摇 观测地点
2007—2009 年对日本山口市姬山(34毅09忆 N,
131毅28忆 E)的日本赤松(Pinus densiflora)进行定期
观测.山口市姬山地处东亚暖温带季风气候区,常遭
受 7—9 月夏季干旱和来自西北太平洋之台风和强
台风等极端气象事件的袭击.调查植被为日本赤松、
日本扁柏(Chamaecyparis obtuse)与落叶阔叶树种的
混交林.分别在 2007、2008 和 2009 年的 10 月初对
其中的一片林地进行定期地面数字图像拍摄,通过
图像的解读获取松树枯萎数量,并对这 3 年的松树
枯萎数量进行对比分析.同时,结合日本山口市气象
观测所 2007、2008 和 2009 年的降水量和日最高气
温的数据研究了累计干燥状态与日本赤松枯萎的同
步发生特征.
1郾 2摇 气象观测资料的统计和空间分析
在日本山口市研究的基础上,将研究领域拓宽
至东亚的日本、中国和韩国松树枯萎病的流行区.通
过对气象观测资料和松树枯萎病统计资料的分析进
行了松树枯萎与夏季干旱和强台风灾害事件的关联
研究.
1郾 2郾 1 气象资料和松树枯萎数据的来源 摇 日本
1890—2009 年 150 个主要站点的年降水量、7—9 月
降水量、日最高气温、最大阵风风速以及这些因子的
常年值(1970—2000)等气象数据来自日本气象厅
全自动气象观测系统(AMeDAS),其中包括山口市
以及东京的气象数据. 1951—2010 年间西北太平洋
海域发生并登陆日本、中国和韩国的台风编号、路
4351 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
径、台风登陆时的中心气压等数据来自于日本国家
信息研究所数字台风网.日本、中国和韩国的台风登
陆次数由该网站的台风记录计数而得,而登陆时的
台风中心气压(最低气压)则依据台风气压分布图
判读而得.鉴于本文研究强台风对松材线虫病在大
陆上的发生和蔓延的影响,台风统计中未将中国的
台湾、日本的冲绳、韩国的济州等岛屿作为统计对
象,而且一个台风在同一个国家的二次登陆也不在
统计之列.
1985—2007 年中国主要城市的年降水量、夏季
7—9 月降水量等来自于相关统计数据[15] . 而中国
1970—2000 年各主要城市的降水量常年值来自于
中国国家气象局气象信息中心数据共享网.
日本松树枯萎量数据[10]、韩国松树枯萎量数
据[16]和中国松材线虫病发生和分布区数据[17]以及
中国农作物台风灾害面积统计数据[18]等均来自官
方和个人的公开发布资料.为了便于分析,中国松树
枯萎病病疫区的地理坐标依据国家林业局 2007 年
公布的病疫点以及相关文献中涉及的村镇等信息,
采用就近的气象站点的经纬度数据来估测;日本和
韩国的病疫点的地理坐标以公布的分布图为基准经
地图校准和矢量化而得.
1郾 2郾 2 气象指数的构建
1郾 2郾 2郾 1 累算干燥度指数和累算湿润度指数摇 日本
山口市和东京的累算干燥度指数和累算湿润度指数
的构建和计算按公式(1)、(2)进行. 而且沿用了山
口市气象数据分析时采用的 13 日累算干燥度指数
和累算湿润度指数以及东京的 10 日累算干燥度指
数和累算湿润度指数的计算模式.
累算干燥度指数(AD13 / AD10)和累算湿润度
指数(HD13 / HD10)计算公式:
ADni =移
n
j = 1
MTi +j /移
n
j = 1
PR i +j (1)
HDni =移
n
j = 1
PR i +j /移
n
j = 1
MTi +j (2)
( i=1,2,…… ,365,每年的 1 月 1 日 i=1,j= 1,
2,……,n, n=10 或 13)
式中:MT是日最高气温;PR是日降水量.
1郾 2郾 2郾 2 5 年累算降水量指数摇 日本兵库县的 5 年
累算降水量指数的构建和计算方法:
Prid5 i =移
5
j = 1
PR i +j (3)
式中:Prid5 i为从第 i 年算起之后 5 年的累算降水
量;PR j为从 i年开始第 j 年的降水量( j = 1,2,3,4,
5).降水量数据来自日本 AMeDAS系统.
1郾 2郾 2郾 3 夏季暑热指数 摇 中国、日本和韩国典型地
区的夏季暑热指数(SRI)计算公式:
SRIi = MTAi / MNMP i (4)
式中:SRIi 为 i地的暑热指数;MTAi 为 i地 8 月最高
气温;MNMP i 为该地最大降水月的月份. 这些气象
数据均来自世界气象组织全球共享数据.
1郾 2郾 2郾 4 台风袭击期间的风雨指数摇 为了分析台风
9119 号袭击期间的夏季干旱和强台风诱发松树枯
萎的协同作用,专门构建了 1991 年台风 19 号袭击
期间的风雨指数,相应的参数和计算方法 :
WPi = [(Mwi - mMwi) / (MMwi - mMwi)] +
[(Mgwi - mMgwi) / (MMgwi - mMgwi)]
/ 2 伊 [(Pi - mPi) / (Mpi - mPi)] (5)
式中:WP i为第 i 站点的风雨指数 ( i = 1,2,……,
130). Mw i为第 i 站点的最大风速(10 min 平均风速
的最大值) 、MMwi和 mMwi分别为最大风速的最小值
和最大值;Mgwi为第 i 站点的最大阵风风速、mMgwi
和 MMgwi分别为最大阵风风速的最小值和最大值;Pi
为第 i站点台风 9119 期间的降水量;mPi和 MPi分别
为台风 9119期间降水量的最小值和最大值.
1郾 2郾 3 松树枯萎与夏季干旱和强台风间的相关性
1郾 2郾 3郾 1 同步发生对比摇 通过极端气象事件的发生
与松树枯萎的同步性之判别和分析,对日本山口市
姬山 2007、2008 和 2009 年间松树枯萎的发生数量,
日本东京 1967 和 1978 年松树枯萎与年内降水分配
之间的关系进行了对比; 对日本 1947 和 1978 年两
次松树枯萎高峰期、2003 年中国江西、湖南和贵州
首次发生松树枯萎病、韩国 2003—2004 年松树枯萎
病高峰期与强台风的关联和日本冈山台风 9119 号
袭击期间强风和少雨与该地第 3 次松树枯萎高峰同
步发生进行了研究.
1郾 2郾 3郾 2 相关分析摇 分别建立线性、指数、对数和逻
辑斯蒂回归分析函数,研究了日本 1978 年不同地域
间的松树枯萎量与降水量平年比、日本兵库县
1932—1987 年 5 年累算降水量与 5 年累算松树枯
损量、1947 年日本各地域的松树枯损量与 1939、
1944 和 1947 年平均夏季 7—9 月降水平年比、
1996—2007 年间中国 30 个省、市、区农作物的台风
受害面积与松材线虫病的病疫点数,以及日本各地
域间松树枯损量与最大阵风风速超过 42 m·s-1的
强台风发生次数之间的相关关系. 回归分析及其曲
线图使用 Kaleidagraph 4. 0 软件完成.
1郾 2郾 3郾 3 时间序列分析摇 通过对日本福岛和冈山县
53516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王摇 斐等: 东亚地区夏季干旱、强台风事件与松树枯萎病的关系摇 摇 摇 摇 摇
降水量、降水量的 5 年移动平均值和 10 年移动平均
值的计算,以及松树枯萎量的时间序列对比分析,研
究了极端干旱事件对松树枯萎病的诱发和促进作
用.时间序列分析使用 Microsoft Excel 2003 完成.
1郾 2郾 3郾 4 ARCGIS 空间分析摇 采用 ARCGIS 9. 3 系统
和核函数密度法,对东亚 3 国松树枯萎病疫点进行
点密度分布分析.在此基础上,应用 ARCGIS 9. 3 制
作出了包含东亚暑热指数、典型台风路径和松树枯
萎病分布图.
应用 ARCGIS 9. 3 的径向基函数地统计分析对
台风 0613 号袭击日本九州地区时的降水量(数据来
自日本 AMeDAS和地方防灾抗灾降水数据系统)进
行了分析并作出了相应的降水分配特征图. 利用
ARCGIS 9. 3 对台风 9119 号的风雨指数值进行空间
分析并制图.地理坐标来自 AMeDAS 站点的经纬度
坐标值.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 持续的夏季干旱与松树枯萎病的关系
在东亚季风气候区,梅雨季节的波动变化等因
素常造成部分地区的干旱,尤其是 7—9 月的夏季干
旱.持续的干旱往往伴随着松树的枯萎死亡,而在降
水充沛的年份松树枯萎事件少有发生.由图 1 可见,
2007 年日本山口市持续的干旱少雨、干热多风等极
端气象事件多发,8、9 月出现了多次 13 日累算干燥
度峰值,同时发生了山口大学附近姬山上一片日本
赤松的枯萎事件.鉴于 2008 年上半年山口市的降水
比常年稍多,尽管在 7 月中下旬到 8 月中旬出现一
次 13 日累算干燥度小高峰,松树枯死量偏少可以认
为是上半年的正常降水量或偏多的结果. 2009 年整
个生长季内充足的降水,使得所观测的林分几乎没
有松树枯萎事件发生.显然,松树枯萎的数量与降水
量的多少有关.这是山口市局部地域松树在干旱少
雨多风的天气中因水分和能量代谢的失衡而枯死的
一个实地研究结果.
东京 2 个极端干旱年份的数据同样说明松树枯
萎与夏季极端干热事件的频发有关(表 1). 尽管
1967 年的降水量与 1978 年持平,与 1978 年 8 万 m3
的松树枯损量相比,1967 年松树枯损量只有 0. 25
万 m3 .这种差异与两年降水的年内分配不均相辅相
成.从图 2 可见,1967 年的持续干热峰值期大多出
现在年初、年末和 5 月.盛夏的 7—9 月并未见到持
续性少雨发生. 与此相比,1978 年除了年初和年末
的干热峰值外,持续的高温干旱发生在 7—9 月的盛
夏季节.同时,年降水量平年比为 0郾 702,5—9 月的
降水量平年比为 0. 524.另外,1978 年夏季高温少雨
的同时,8 月 2 日台风 7808 号袭击东京时的降水量
仅 1 mm,日平均气温、最高气温和最低气温分别是
28郾 9、31郾 3 和 27郾 1 益 .这种极端的强风和干热环境
导致该地松树的大量枯死,也伴随着日本东京历史
上的首次松树枯萎高峰期的出现.
从 20 世纪初至今,日本全国松树枯死的历史上
曾出现两次松树枯死的高峰期(图 3a),分别在极端
图 1摇 日本山口市干燥状况的移动分布及其与松树枯萎量
的关系
Fig. 1摇 Moving curve of aridity and humidity in Yamaguchi, Ja鄄
pan and its relation to pine wilt number.
AD13: 13 日累算干燥度指数 Thirteen days aridity index; HD13: 13 日
累算湿润度指数 Thirteen days humidity index. 下同 The same below.
玉:松树枯萎量 Pine wilt number; 域: 降水量 Precipitation.
6351 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
图 2摇 日本东京 1967 和 1978 年降水的年内分配及其与松树枯萎量的关系
Fig. 2摇 Inter鄄month range of precipitation in Tokyo, Japan and its relation to pine wilts.
AD10: 10 日累算干燥度指数 Ten days aridity index; HD10: 10 日累算湿润度指数 Ten days humidity index.下同 The same below.
图 3摇 松树枯萎病的历年变化及其与极端气象事件的关系
Fig. 3摇 History of pine wilt disease and its relation to meteorological events.
a)松树枯萎病在日本发生的历程 Historical tendency of pine wilt in Japan; b) 1978 年降水量平年比与地域松树枯死量的关系 The relation between
the current鄄year鄄to鄄normal precipitation rate in 1978 and regional amount of pine wilt; c)日本兵库县 1932—1982 年间 5 年累算降水量与 5 年累算松
树枯损量的关系 The relation between five year accumulative precipitation and five year accumulative pine wilt in Hyogo Prefecture,Japan from 1932 to
1982.
干旱的 1947 和 1978 年. 其中,1978 年的峰值期间
日本松树年枯损量达 243 万 m3,其范围几乎遍及除
北海道和青森县以外的日本全境. 这一年是日本历
史上少有的全国范围的大旱之年,许多行政县的年
降水量仅是常年的 7 成左右. 在干旱较为严重的关
东地区,一些县市的年降水量平年比在 0. 6 左右,甚
表 1摇 日本东京 1967 年和 1978 年降水量、降水平年比和松
树枯萎量比较
Table 1摇 Comparison of precipitation,current鄄year鄄to鄄nor鄄
mal precipitation rate and amount of pine wilt in 1967 and
1978 for Tokyo, Japan
年份
Year
当年降水量
Current year
precipitation
(mm)
平年降水量
Normal year
precipitation
(mm)
降水平年比
Current鄄year鄄
to鄄normal
precipitation
rate
松树枯萎量
Pine wilt
(1000 m3)
1967 1023. 3 1466. 3 0. 7 2. 5
1978 1030. 0 1466. 3 0. 7 82. 0
至仅有常年的一半.最典型的是关东和近畿地区,仅
茨城一县当年就有 74. 2 万 m3的松树枯损,且翌年
有同等数量的松树枯死.
摇 摇 1978 年日本不同地域(九州、四国、Chugoku、近
畿、东海、关东、北陆、东北、北海道)的降水量平年
比与松树枯损量之间呈反函数关系. 在这种极端干
旱的年份,降水成为限制松树存活的限定性因素,且
降水在一定的地域分配不均,从而导致不同地域松
树枯萎数量的差异(图 3b).松树枯萎病与降水量存
在时间关系,如日本兵库县 5 年累算降水量与 5 年
累算松树枯损量之间相关(图 3c).这表明极端干热
事件主要起激发松树枯萎病发生的作用. 日本福岛
县 1930—1990 年间松树枯萎的过程就非常有代表
性(图 4a),其中,1948 年松树枯萎小高峰的出现刚
好与前 10 年移动平均降水量的低谷值相吻合,在这
10 年间,1939、1944 和 1947 年接连出现了 3 个极端
73516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王摇 斐等: 东亚地区夏季干旱、强台风事件与松树枯萎病的关系摇 摇 摇 摇 摇
图 4摇 极端干热气象事件激发的松树枯萎病
Fig. 4摇 Pine wilt induced by extreme drought events.
a) 1930—1990 年间日本福岛县的降水量(玉)、降水量 5 年移动平均值(域)、降水量 10 年移动平均值(芋)和松树枯损量(郁) The precipitation
(玉), five years moving average precipitation (域), ten years moving average precipitation (芋) and amount of pine wilt (郁) in Fukushima Prefec鄄
ture, Japan, from 1930 to 1990; b) 1947 年日本各地域的松树枯损量与1939、1944 和1947 年平均夏季7—9 月降水平年比的相关关系 The logis鄄
tic function curve between amount of pine wilt in every prefectures during 1947 in Japan and the average value of current鄄normal鄄rate of precipitation dur鄄
ing Jul. , Aug. and Sep. in the year of 1939, 1944 and 1947; c)中国 2003 年 7、8 月平均降水量分布 Average precipitation in Jul. and Aug. 2003 in
China.
干旱的年份. 实际上,1939—1947 年也正是日本全
国逐渐出现第 1 次松树枯萎病的高峰期. 1978 年更
低的 10 年移动平均降水量低谷值成为福岛县松树
枯萎大爆发的起点. 1947 年日本各地域的松树枯损
量与 1939、1944 和 1947 年 3 年平均 7—9 月降水量
平年比之间呈逻辑斯蒂函数相关关系(R2 = 0郾 668,
图 4b).而且其地域分布有从东南到西北(即从九州
到北海道)递减的趋势.因此,中国南京地区 1982 年
之前极端的 5 年周期干旱事件的发生与激发该地松
树枯萎的首发不无关系. 除此之外,2003 年持续的
夏秋连旱(图 4c)激发中国江西、湖南和贵州等省份
更大范围内松树枯萎病的首次发生. 这年云南瑞丽
的年降水量、7—9 月降水量和前 5 年移动平均降水
量均为 60 年不遇的极端低点,以至于 2004 年春该
地松树枯萎病的发生.
2郾 2摇 强台风与松树枯萎病
1951—2009 年登陆中国大陆的台风中,从广东
省登陆的台风次数最多,达 170 次.在登陆的台风中
强台风所占比例最高的省份为地处特殊地理位置的
浙江省,中心气压<960 hPa 的超强台风占该地登陆
台风的 22% ,中心气压<975 hPa的强台风占该地登
陆台风的 36. 6% (表 2).台风登陆中国大陆的频度
和强度同样呈东南到西北的递减趋势,这与松材线
虫病发生、发展的历程和分布区域相似.而且到目前
为止,该病主要集中在台风的高频受灾区以及散布
在台风的偶发受灾区. 其始发区和高发区也恰是中
国大陆的两大台风风口区———珠江口和长江口附
近.在日本,松材线虫病同样始发于台风登陆次数最
多的九州地区和登陆台风强度比最大的近畿地区
(表 2),其始发区和高发区也是台风登陆几率较高
且相对较为干旱的两个风口区域———长崎和兵库.
相关分析表明,中国各省市区农作物的台风受
害面积与松材线虫发病的疫点数(县或区)之间存
在着显著的正相关关系(R2 = 0. 601,图 5a).也就是
说,松材线虫病发病程度与遭受台风袭击的频度和
强度有关.农作物受台风危害严重的省份,其松材线
虫病的发病范围也大.
对日本 130 多个主要气象站点的强台风(登陆
时最大阵风风速逸42 m·s-1)发生数的统计分析显
表 2摇 中国和日本相关地区的台风登陆次数和强台风登陆比
Table 2摇 Numbers of typhoons and percentage of intensive
typhoons landed on related provinces of China and districts
of Japan
国别
Nation
省份 /地方
Provinces /
districts
台风登陆次数
Numbers of
typhoons
landed on
local area*
其中中心气压
臆960 比
Typhoons
rate of central
air pressure
臆960 hPa
(% )
中心气压
臆975 比
Typhoons rate
of central air
pressure
臆975 hPa
(% )
中国 福建 Fujian 83 9郾 64 28郾 91
China 广东 Guangdong 170 5郾 29 17郾 65
海南 Hainan 114 6郾 14 23郾 68
浙江 Zhejiang 41 21郾 95 36郾 58
江苏 Jiangsu 5 0 20郾 00
日本 九州 Kyushu 99 27郾 27 53郾 54
Japan 四国 Shikoku 31 29郾 03 54郾 84
近畿 Kinki 28 32郾 14 53郾 57
东海 Toukai 21 9郾 52 57郾 14
关东 Kanto 18 16郾 67 61郾 11
*此处使用日本气象厅的广义台风概念,即逸34 knots The broad
sense of typhoon concept from Japan Meteorological Agency has been used
here, i. e. equal or larger than 34 knots.
8351 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
图 5摇 松树枯萎病疫点数与作物受害面积以及强台风的关系
Fig. 5摇 Relations between pine wilt occurring points with damaged crop area and strong typhoons.
a)中国 30 个省市区农作物台风受害面积与松材线虫病疫点数(县或区)的线性函数关系 The liner function between pine wilt disease occurring
points (counties and regions) and crop area damaged by typhoons in 30 provinces / cities / districts of China; b)日本松树枯损量与最大阵风风速超过
42 m·s-1强台风发生次数间的相关关系 The relation between amount of pine wilt and the strikes by strong landing typhoons with maximum instant
wind speed more than 42 m·s-1 in Japan; c)韩国 1951—2009 年历年中心气压<970 hPa的登陆强台风发生数 Occurrence numbers of landing ty鄄
phoons with central air pressure at landing period lower than 970 hPa in South Korea during 1951-2009.
示,1932—2007 年日本各主要地理区域间松树枯萎
量与台风最大阵风发生数之间存在显著正相关关系
(R2 =0. 648,图 5b).而且松树枯萎病的发病区大多
集中在台风事件的多发区. 这说明台风尤其是强台
风可诱发松树枯死.
摇 摇 另外,日本作为一个岛国遭受台风袭击的频度
和强度更大.日本,各地均有受台风袭击的经历,且
营造于海边和低山丘陵地区的松林受害更加严重.
在中国,除东南沿海可遭受台风袭击之外,广大的内
陆、华北、东北和西北地区几乎很少受台风的直接影
响.这些地区目前松树枯萎病尚不多见.尽管遭遇台
风袭击的频度和强度有较大差异,日本、中国和韩国
的松材线虫病的发生和蔓延趋势与其相似的季风气
候特点和台风来袭的方向一致. 松树枯萎病在三国
均有始发于频繁遭受台风袭击的东、南沿海地域的
趋势.
在韩国历史上,1951—2010 年 60 年间登陆时
中心气压<970 hPa 的强台风共发生 13 次(图 5c),
平均约 5 年发生一次. 而在 1986—2004 年的 19 年
间发生了 8 次,平均每两年发生一次.而地处韩国东
南沿海的釜山在 1988 年首次发现松材线虫病的前
两年(1986 和 1987 年)就发生了 3 次.其中 1987 年
历史上罕见的 8712 号强台风(登陆时中心气压 945
hPa)刚好在釜山擦过,8705 号强台风的路径也接近
釜山.紧接着 1988 年的干旱诱发了釜山松树的枯死
和松材线虫病的发生. 到 21 世纪,韩国进入松材线
虫病的高发期,于 2000、2002、2003 和 2004 年各发
生 1 次登陆时中心气压<970 hPa 的强台风,且 2002
年又遇上严重的干旱,结果 2003、2004 年韩国出现
了松材线虫病发病的高峰.
摇 摇 中、日、韩 3 个东亚邻国遭受台风袭击的频度和
强度相差较大, 松树枯萎病发生程度也不尽一致.
从 1951—2010 年 60 年的台风登陆统计数来看,中
国每年遭受台风袭击的次数远多于日本和韩国. 而
日本承受台风袭击的强度更大,台风登陆时中心气
压<975 hPa的台风占登陆台风总数的 47郾 3% ;中国
和韩国的相应数值为 23郾 8%和 20郾 9% (表 3).登陆
时中心气压臆960 hPa 的超强台风所占的比例,日、
中、韩 3 国分别是 21郾 9% 、7郾 9%和 5郾 8% . 显然,作
为太平洋岛国,日本遭遇更加猛烈的台风袭击,一
表 3摇 中、日、韩 3 国台风发生频度和强度以及松树枯萎病的比较
Table 3摇 Comparison of frequency and intensity of typhoon爷s hit and pine wilt disease among China, Japan and Korea
国别
National
登陆台风数
Numbers of
typhoons
landed on*
其中中心气压
臆960 台风比率
Typhoon rate with
central pressure
臆960 hPa (% )
中心气压臆975
台风比率
Typhoon rate with
central pressure
臆975 hPa (% )
松枯病发病
最早年份
Earliest occurrence
year of pine
wilt disease
松枯病开始
爆发年份
Biggest peak
year of pine
wilt
松树枯死材积
Pine wilt
volume
(10000 m3)
枯死株数
Number of
wilted trees
(10000 trees)
中国 China 421 7. 83 23. 81 1982 1997 5000
日本 Japan 229 21. 83 47. 37 1907 1978 5915. 98
韩国 Korea 87 5. 75 20. 93 1988 2002 110
* 1951—2009 年间台风(广义概念)的登陆数 Numbers of landing typhoons ( in broad sense) from 1951 to 2009.
93516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王摇 斐等: 东亚地区夏季干旱、强台风事件与松树枯萎病的关系摇 摇 摇 摇 摇
些大型台风甚至能横跨日本本岛.与此相对应,松材
线虫病在 20 世纪初最先出现于日本,中国和韩国最
近一、二十年才发现.日本松树枯萎病发生的点密度
(图 6a)和发病范围以及造成的损失(表 3)也远高
于中国和韩国.
2郾 3摇 夏季干旱和强台风对松树枯萎病的协同影响
在东亚的中、日、韩 3 国,尽管台风所带来的降
水可以缓和该地夏季干热的胁迫,但是由于台风袭
击期间降雨量的时空分配非均匀性和非对称性,会
同时引发旱、涝双重灾害.例如,2006 年 9 月 16—17
日台风 0613 号袭击日本九州地区和山口县 (图
6b),在该台风的中心及其左侧地带降下的大暴雨
引发了局部地域的水灾;而在台风路径右半圆距中
心 100 km范围内出现了少雨区,包括从长崎、熊本、
大分直到山口县的局部地域. 这些地方降水量一般
低于 40 mm,一些地域甚至低于 20 mm,同时伴有风
速超过 40 m·s-1的最大阵风,以至于引发了大面积
的水稻干枯,一些县市当年水稻产量只有常年的
70%左右.同时出现大量的街路树叶焦枯,日本山口
市海岸带的松树枯萎. 接踵而来的是 2007 和 2008
年夏季松树枯萎病的持续发生(图 1).
这种夏季干旱事件与少雨台风的叠加和穿插似
乎对松材线虫病的发生具有明显的激发作用. 截至
2007 年,中国松材线虫病集中分布区依然位于长江
和珠江两个河口地带,苏、浙、皖一带不仅常受 7、8
月伏旱的袭击,而且是台风的高发地域(图 6c).
1997 和 1998 年苏、浙、皖一带松材线虫病集中发生
期间,该地域发生过 1994 和 1997 年的大范围伏旱,
浙江一带也曾遭受台风 9416 号、9507 号和特大台
风 9713 号的登陆.夏季干旱和台风的重叠使得这一
带成为我国松材线虫病的最早发生区和集中发生
区.该地沿海地带的山地迎风面使马尾松 (Pinus
massoniana)长势差、偏冠、活力低下,这也是松树枯
萎病发生的重要条件.浙江舟山市定海区 1990 年 6
月和 8 月分别遭受强台风 9005 号和 9015 号的袭
击,且在 7 月同时受持续夏季干旱和台风 9007 号的
影响;1991 年该区出现松树枯萎病,且枯萎高峰接
踵而来.江西赣州首发松材线虫病的 2003 年,该地
7—9 月持续高温、干旱少雨,而且 8 月 2 日台风
0309 号影响该地时无降水、最大风速 10 m·s-1,并
伴随着 40 益的高温.
摇 摇 在东亚 3 国局部地区,梅雨过后,除了中国长江
中下游地区常发生高温少雨而致的伏旱外,日本相
当大的地域也存在这种干热气候,且遭受 7—9 月强
台风袭击的概率和强度也更大. 从东亚 3 国各地暑
热指数的分布范围中可见一斑,而且松材线虫病在
此地域的流行也大多位于暑热指数>4郾 0 的范围之
内(图 6c).此外,松材线虫病实际流行的区域与强台
风经常出没的典型路径相吻合(图 6c).日本、中国和
韩国典型的超强台风路径中,均出现过历史上罕见的
极端超强台风,如袭击日本的两次室户台风和伊势湾
台风、9119号、9918号、0418号等超强台风,危害中国
的超强台风 9107号、6905号、5606 号、9416 号和 9713
号登陆韩国的超强台风0215号、0314号、8712号、
图 6摇 中、日、韩 3 国松材线虫病流行区、暑热指数(数字)、典型台风路径分布及台风雨分布特征
Fig. 6摇 Pine wilt site, summer hotness index (digital number), typical typhoon tracks and asymmetric precipitation arrangement in
China, Japan and South Korea, as well as distribution character of typhoon rain.
a)应用 ARCGIS 9. 3 绘制的松枯病疫点空间密度分析结果 The point density analysis map of pine wilt disease in East Asia made by ARCGIS 9. 3; b)
2006 年 9 月 16—17 日台风 0613 号袭击期间日本九州和山口县 2 日降水量(mm)的 ARCGIS径向基函数地统计分析和地域间降水分布不均性
The geo鄄statistical map and spatial distribution unevenness of precipitation for Kyushu and Yamaguchi, Japan during hit by T0613 from Sep. 16 to 17,
2006 with the method of radial basis function; c)暑热指数(SRI)为 4. 0 的等值线、东亚 3 国典型超强台风路径(TTT)以及松树枯萎病发生地点
(poit)分布 The broken isoline of summer hotness index (SRI) equaling to 4. 0, the real lines for typical tracks of strong typhoons (TTT) hit the three
countries and the pine wilt site (poit) .
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图 7摇 台风袭击期间暴风和少雨对松树枯萎病的协同影响
Fig. 7摇 Joint impact from wind storm and less rain during typhoon爷s hit to pine wilt.
a)台风 9119 号袭击日本期间的风雨指数空间分布 Spatial distribution of wind鄄rainfall index during hit by typhoon 9119 in Japan; b)日本冈山 1991
年 10 日累算干燥度指数(AD10)、10 日累算湿润度指数(HD10)和最大阵风风速(MGW,1 / 30 m·s-1) The AD10 and HD10 index and maximum
gust wind (MGW, 1 / 30 m·s-1) for Okayama in 1991; c)日本冈山县1930—1995 年期间的降水量(玉)、降水量5 年移动平均值(域)、降水量10
年移动平均值(芋)和松树枯损量(郁)分布 The precipitation (玉), moving five鄄year average precipitation (域), moving ten鄄year average precipitati鄄
on (芋) and pine wilt amount (郁) from 1930 to 1995 in Okayama, Japan.
5612 号等.这些台风造成了东亚 3 国极为严重的人
身和财产损失及农林作物的损害等.
摇 摇 1991 年日本冈山 8、9 月 113. 5 mm 的降水量仅
是常年的 45. 0% ,9 月 27 日袭击日本大多地方的台
风 9119 号在冈山测得的最大阵风风速为 39郾 4
m·s-1、最大风速 19. 5 m·s-1,为冈山有详细记载
的台风历史上居第 2 位的超强台风. 该台风袭击冈
山期间的日降水量仅 1 mm,最高、最低气温分别为
31. 7 益和 22. 4 益,且台风袭击之后数日内无补充
降水. 10 月的降水量只有 40 mm,是常年的 45. 7% ,
而 10—12 月的降水量也只有 142 mm,是常年降水
量的 77. 2% . 这使得冈山在台风 9119 号袭击期间
的风雨指数处于较高的范围,该年度的强台风和少
雨期的同步和连接成为作物和树木的重要胁迫因
子.这年冈山松树枯萎量达 11郾 05 万 m3,成为该县
松树枯萎史上的第 3 次高峰(图 7).台风 9119 号袭
击期间风雨指数较大的地域分布在北陆、东北和关
东的局部地区,此后日本松树枯萎病小高峰的出现
也主要源于该地域松树枯萎数量的增加.
冈山县另外两个松树枯萎高峰期分别是
1947—1951 年和 1974—1978 年. 前者平均每年枯
损松树 22. 7 万 m3,后者平均每年枯损松树 17. 15
万 m3,均高于第 3 次高峰年(1991 年)的枯损量.这
两年均属于干旱年份,其中 7—9 月降水平年比分别
为 0. 72 和 0. 75.而 1947 年当年的降水平年比、5 年
周期降水平年比和 10 年周期降水平年比分别为
0郾 81、0. 89 和 0郾 91, 1974 年的相应数值分别为
0郾 78、1郾 05 和 1郾 09. 也就是说,1947 年正处于之前
的 5 年和 10 年干旱周期的低谷中(图 7c). 1939 年
百年不遇的干旱启动了这波松树枯萎高峰,之后的
另一干旱年(1944 年 7—9 月降水平年比值为 0. 53)
进一步加剧了松树的枯萎,而 1946 年夏季 7 月末的
台风 4607 号袭击以及台风过后 8 月的持续高温少
雨(月降水量 10. 3 mm),再次触发大量松树的枯
萎.这些灾害气象事件导致了冈山第 1 次也是最大
一次松树枯萎高峰期的到来.尽管 1974 年之前并未
出现 5 年和 10 年的干旱周期,而在此之前的 1970
年,夏季 7、8 月有 3 次台风来袭,其中 8 月 21 日袭
击冈山的台风 7009 号是日本台风史上中心气压最
低序列中列前 10 位的超强台风之一.其路径基本与
台风 9119 号相同,袭击冈山时的最大阵风风速接近
30 m·s-1,日降水量仅 24. 5 mm,台风过后接连 5 日
无雨,第 6 天又遭遇强度更强且中心直接从冈山左
侧 60 ~ 70 km处通过的台风 7010 号的袭击,台风过
后一个月内几乎无降水. 此后,从 1971 年到 1974
年,松树枯萎数量逐年增加,直到第 2 次松树枯萎高
峰的出现.
3摇 讨摇 摇 论
松树枯死的原因很多[19],气象灾害就是其中之
一.对发生在日本、中国和韩国的松材线虫病的研究
表明,松树枯死常伴随着一系列的极端干热和强台
风袭击事件.日本 1905 年最初发现松树异常枯死就
发生在 1904 年日本南部地域出现严重夏季干旱之
后. 1904 年日本的九州、四国等地区 7—9 月降水平
年比在 0. 18 ~ 0. 35 之间. 1905—1907 年在日本的
14516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王摇 斐等: 东亚地区夏季干旱、强台风事件与松树枯萎病的关系摇 摇 摇 摇 摇
长崎、福冈和鹿儿岛相继发生了松树枯萎病[20] . 日
本历史上此类事件比比皆是,例如,2004 年台风 18
号在袭击日本新潟、秋田袭击期间,少雨造成该地大
面积水稻的白穗[13] . 2006 年遭受台风 0613 号袭击
后,日本九州大范围的水稻干枯减产和山口市海岸
带松树枯萎等.
在中国,1982 年首次在南京中山陵[16]发现松
材线虫病.此后在江苏、安徽和浙江等省相继发生,
并成为中国松材线虫病的首个集中爆发地. 1991 年
的极端干旱[21]诱发了该年广东省松材线虫病的发
病高峰,病树近 3 万株,面积达 1. 55 万 hm2 [22] .
1994—1996 年南京、合肥和杭州等周边地区的夏季
高温干旱引发了大面积的松树枯萎,随之而来的是
1996—1998 年,中国松树枯萎的高峰期[21] . 2000 年
在湖北省、2001 年在重庆市和 2003 年在贵州、湖南
和江西省松材线虫病的首发[16]无不与当地该年度
的夏季干旱同步[8,23-24] . 在这些省份松材线虫病发
生时,各省会城市 7—9 月的降水平年比分别为
29郾 6% 、35郾 4% 、43郾 0% 、30郾 6%和 40郾 5% . 2004 年 3
月云南省松材线虫病的首发同样是在 2003 年夏秋
冬连旱的影响下发生的[24-25] . 2006 年四川历史上罕
见的夏季持续伏旱[26]同样诱发了该地松树的枯
死[27] .松材线虫病在中、日、韩东亚 3 国多分布在沿
海和内陆的低平立地或低山丘陵环境之中,而在高
山地区的凉湿(如海拔 700 m 以上的山地)环境中
少有发生.这表明在夏季极端暑热环境中,松树表现
出由于能量代谢失调而出现枯死的现象.
有报道称,始发于 1988 年的广东省松材线虫病
害扩展方向与风向有关,且降水量大的年份发生面
积小;一般南坡松林发病早且重,北坡松林发病迟且
轻.此类症状似乎与台风侵袭的影响一致[22] . 2003
年中国的江西、湖南、贵州和云南部分地区的夏秋连
旱过程中,有 3 次台风(伊布都、杜鹃和科罗旺)从
广东登陆.由于副热带高压的强劲,尽管台风在一定
范围内缓和了沿海地区干旱的进程[28],但对台风路
径偏远的地域作用不大,甚至在台风来临之前对一
些地区的高温有推波助澜的作用[29],这或许也是促
进 2003 年江西、湖南、贵州首次发生松材线虫病的
原因之一.这些强台风和干旱等极端气象事件的叠
加,诱发了热量资源相对比较丰富地区的树木水分
和能量代谢的不平衡,甚至抗旱能力较强的松树也
不例外,以至于其抗性衰减直至枯死.
上述分析表明,持续的夏季干旱和少雨强台风
等极端气象事件是诱发松树枯萎症的重要因素. 研
究结果表明,松材线虫病与干热环境相关.干热环境
加速了松树的枯萎,而枯萎的根源在于线虫的侵染,
松天牛和松材线虫是原生性害虫.如果是这样的话,
松材线虫病的确有可能成为世界范围内松林的一大
威胁病害.事实上,这种威胁并未成为现实. 历时近
20 年的欧洲森林衰退调查表明,只在地中海附近森
林边缘地带发现了局部的退化森林[30],大多数的欧
洲森林仍处在相对稳定的状态之中[31] .即使距离日
本最近的俄罗斯亚洲地域和日本本土的北海道至今
仍未有该病流行.有研究表明,在松树枯萎病流行地
区有为数不少的枯萎松树内没有发现松材线
虫[8-9] .如上所述,松树枯萎病有可能是一种以夏季
干旱和强台风为主要诱因,在干热环境下发生的极
端灾害事件.也就是说,有松天牛和松材线虫存在的
松树枯萎病是在极端气象事件发生之后次生性的病
症[32] .线虫及其媒介昆虫仅是一种加速衰弱木枯死
的因素[1,5] .松树枯萎症似乎应局限在台风频发和
干热频繁的地区;对于那些自然环境优越、少有干热
事件出现且没有不当扩大松树栽培范围的地区,出
现世界范围内松树大面积枯萎的可能性不大.
强台风、干旱、高温等极端环境因素诱发松树枯
萎时大多是这些因素的集合和叠加,比如强台风之
前持续的干旱少雨、高温酷暑,台风袭击时并没有带
来足以缓解干热胁迫的降水,强风使得这种干热环
境更加恶化,以及随之而来的持续的少雨天气等等.
在台风袭击之前若遭受极端干旱的胁迫,再加上台
风肆虐期间降水的不对称和不均匀性,使得台风降
水不可能彻底地缓解极端干热胁迫的影响,局部地
区甚至是雪上加霜,而只有部分时段或部分地域旱
情得以缓解[33] . 这种极端气象事件诱发的灾害链,
同样超出了抗旱耐脱水的松树的忍耐极限,使其
SPAC鄄连续体遭到破坏和能量代谢失衡而枯萎.
除此之外,在某些地域其他因素对松树枯萎病
的发生也起到了推波助澜的作用. 如在海岸带伴随
着强风引发的高潮位,海水的入侵将诱发海岸松树
的枯死.这是因为许多松树适生于微酸性的土壤立
地条件下,甚至被用来作为酸性土的指示植物,而强
台风所携带的盐分以及潮水对这些立地条件的影
响,可能引起机械伤根甚至局地的环境污染等,间接
影响松树的水分代谢和能量平衡,从而影响其活力.
松树的生命力较强,其枯死往往需要经历一个
漫长的过程.通常在遭受极端环境因子的袭扰之后,
常需要一年甚至数年的时间才表现出来. 在其尚未
从一次袭击中恢复过来时,次生性生物或非生物的
2451 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
侵害可能再次发生,降低其活力水平,导致其产脂能
力和抵御天牛和线虫等生物侵害的能力降低,从而
使它们枯死于极端灾害气象事件再次发生之时.
致谢 摇 本文部分研究内容在日本山口大学农学部完成,许
多气象数据来自日本气象厅防灾抗灾数据资料;美国普渡大
学邵国凡教授给予了帮助,一并表示衷心的感谢.
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作者简介 摇 王 摇 斐,男,1959 年出生,博士,研究员. 主要从
事树木生态生理和灾害气象学研究. E鄄mail: wf鄄126@ 126.
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责任编辑摇 肖摇 红
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