全 文 ：林业科学研究 2009, 22( 4): 563~ 567
Forest R esearch
文章编号: 10011498( 2009) 04056305
松突圆蚧在我国潜在的适生性分析
冯益明 1, 梁 军 2, 吕 全 2, 张星耀 2*
( 1.中国林业科学研究院资源信息研究所,北京 100091;
2.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所, 北京 100091 )
摘要: 松突圆蚧已给我国林业生态环境带来了极大破坏, 并造成严重的经济损失。本文选用 M axent生态位模型与
地理信息系统相结合, 综合分析影响松突圆蚧生长发育的环境因素, 结合寄主分布特征, 非常直观定量地获得了松
突圆蚧在我国的潜在发生区,计算结果经 ROC曲线分析法验证, M axent生态位模型的 AUC值为 0. 991(非常接近于
1),表明预测获得了较好的效果,研究可为松突圆蚧的检疫及防治决策的制定提供科学依据。
关键词: 松突圆蚧; 风险分析; M axent生态位模型;地理信息系统
中图分类号: S763 文献标识码: A
收稿日期: 20080328
基金项目: 国家 十一五 科技支撑课题 ( 2006BAD08A15, 2006BAD08A19102 )资助
作者简介: 冯益明 ( 1971! ) ,男,河南商城人,副研究员,博士,主要从事 3S 技术及其在林业中应用研究. Em ai:l fengym@ ca.f ac. cn
* 通讯作者:张星耀. xyzhang@ ca.f ac. cn
Potential Suitability Analysis ofHem iberlesia p itysophila Takagi in China
FENG Yim ing1, LIANG Jun2, LU Quan2, ZHANG X ing yao2
( 1. Research In stitute of Forest Resou rce In form ation T echn iques, CAF, Beijing 100091, Ch ina;
2. Research Inst itu te of Forest Eco logy, Environm ent and Protect ion, CAF, Beijing 100091, Ch ina)
Abstract:H em iberlesia p itysophila caused destructive d isaster for forest ecolog ical env ironment and huge econom ic
loss in Ch ina. E co log ica l env ironm ent factors affecting its grow th and developmen t and the spatial distribu tion
character istics of plant autoec iousness o fH em iberlesia p ity sophila were comprehensively ana lyzed by comb in ing
M axent eco log ica l n iche models w ith geog raph ical information system technique in th is paper. The re lative ly exactly
potential d istr ibution reg ion o fH em iberlesia p itysophila in w ho le Ch ina w as obta ined quant itat ively and intuitive ly.
The checked resu lt conducted by ROC curve analysismethod show ed that the AUC va lue o fM axent eco log ica l niche
mode ls reached 0. 991 ( very c lose to 1), ind icating that the pred icted resu lts w as fa irly w e l.l Th is study would
prov ide scient ific proo fs form aking the po licies on the quaran tine, the prevention and the control ofH em iberlesia
p itysophila.
Key words: H em iberlesia p itysophila; risk ana lysis; M axent eco log ica l n iche models; geograph ica l inform ation
system
松突圆蚧 H em iberlesia p itysophila Takag i是一种
危害松林的外来有害生物。该虫是松属 ( P inus
L inn. )植物的一种重要害虫, 扩散蔓延迅速,使大面
积马尾松林 ( P inusmassoniana Lamb. )受害枯死, 给
林业生态环境带来极大破坏, 造成严重经济损失。
1956年我国台湾省采到了松突圆蚧的标本, 1969年
在∀松村昆虫 #杂志 ( InsectaM atsumurana)上发表为
一新种 [ 1 ] ,隶属于蚧总科 ( Cocco idea) ,盾蚧科 ( D ias
p id idae)。随后在日本和我国的香港、澳门地区发现
该害虫, 1982年在广东省珠海市发现了该虫 [ 2]。
林 业 科 学 研 究 第 22卷
松突圆蚧虽然目前仅分布在我国的局部地区,
但危害相当严重。如广东省至 1994年发生面积达
80万 hm2, 累计枯死松林面积约 14万 hm2, 损失木
材约 3 000万 m3, 经济损失达 20亿元。到 2001年,
松突圆蚧已扩散到广东省 60个县 (市 ), 有虫面积达
132万 hm 2,其中发生危害面积 44万 hm2,濒临死亡
的马尾松林 5. 02万 hm 2。严重影响了广东省国民
经济和社会的可持续发展。据研究, 该蚧虫在 4~
34. 5 ∃ 的死亡率平均小于 50% ,当气温在 43 ∃ 以
上或 - 5 ∃ 下死亡率为 100%, 气温在 18 ~ 23 ∃
时,最适宜松突圆蚧种群数量的发展 [ 1, 3- 5] , 因此, 松
突圆蚧在我国松属植物主要分布区几乎均可发生,
在我国长江以南为适生区域。除对广东、香港、澳
门、台湾等省区的松林已构成直接威胁外, 也对我国
华东、华南乃至全国大部分地区的松林构成了严重
的威胁,如不采取有效的防治办法, 被害树木可在较
短时间里死亡, 将使绿化成果毁于一旦。我国地域
辽阔, 气候多样, 特别是近些年来, 灾害性气候频繁
出现,给该种害虫的发生提供了有利的条件。因此,
可以认为松突圆蚧在我国具有较大的潜在经济危
害性。
松突圆蚧对我国而言是一种入侵种。近年来生
物入侵受到了全球广泛的关注, 越来越多的研究者
一致地认为外来生物入侵会给当地生态环境的结构
和功能带来不可逆转的改变 [ 6]。入侵生物在目标地
区的风险评估是采取合理检疫措施和实施科学防治
计划的前提, 而入侵物种在目标地区的适生性分析
又是入侵物种科学风险评估的基础 [ 7 ]。目前, 我国
已有了松突圆蚧潜在危害性分析研究 [ 8 - 9 ] , 但研究
只是针对福建省提出来的,不够具体、直观和完善。
主要体现在: ( 1)已有研究多侧重于研究松突圆蚧
定殖需要具备的环境因素上,很少考虑寄主分布区;
( 2)已有研究没有从整体上在全国尺度范围内, 来
综合研究松突圆蚧在我国的适生分布范围; ( 3)已
有研究多侧重于描述性的文字说明, 很少有具体直
观的图示。基于此,已有研究就很难准确摸清松突
圆蚧在我国具体的定殖区域, 更难于对松突圆蚧发
生风险进行测报,因此,也就无法为松突圆蚧的防治
提供科学依据。
本文采用地理信息系统与适生性预测软件
M axent相结合,综合分析影响松突圆蚧生物生态学
特性与寄主分布, 定量地刻画松突圆蚧在我国潜在
的适生分布范围, 为制定松突圆蚧的检疫及防治决
策提供科学依据。
1 数据的获取及处理
1. 1 入侵生物物种分布数据
通过查阅国内外公开发表的相关论文获取松突
圆蚧的分布数据 [ 1 - 4, 10] , 找出其已报道的分布地点,
在地名数据库 (G eog raph icNames Database( GNDB) )
查找相应的经纬度, 核对位置后得到 105个参考
点,如图 1,然后按 Maxent软件要求的格式录入到相
应 Exce l表中。
图 1 松突圆蚧 (据报道 )分布点示意图
1. 2 基础地理数据
从国家基础地理信息系统 ( http: / /nfg is. nsd.i
gov. cn / )下载 1%400万的中国矢量地图作为分析
底图。
1. 3 环境数据
环境数据包括了 19个生物气候变量 [ 11 ] , 为
B ioclim中的 5个变量 ( bio4, 湿度季节变化方差;
b io7年温变化范围; bio12年均空气湿度; b io13最湿
月份湿度; bio16最湿季度湿度 ), 月平均气候数据
13个变量 ( 11、12、1、2、3月平均最低温, 11、12、1月
平均最高温, 6、7、8、9、10月平均降水 )和地形高程
变量,以上数据空间分辨率为 5 m in,均来自 W orld
clim ( http: / /www. w orldc lim. org / )。下载的 ASC II
栅格数据在 M axent中可直接应用。
1. 4 松突圆蚧寄主植物分布数据
采集国家第六次森林资源清查得到森林分布
图。根据文献 [ 2, 12]以及咨询松突圆蚧研究专家, 确
定松突圆蚧寄主树种主要为马尾松 (P inusmassoni
ana Lamb. )、湿地松 (P. ettiottii Enge.l )、火炬松 (P.
taeda Linn. )、加勒比松原变种 ( P. caribaea Morelet
var. caribaea Morelet)、加勒比松巴哈马变种 ( P.
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第 4期 冯益明等:松突圆蚧在我国潜在的适生性分析
caribaea var. bahamensis ( Ge iseb. ) Barret.t et Go l
fari)、加勒比松洪都拉斯变种 (P. carlbaea var. hon
durensis ( Senec.l ) Barret.t e t Go lfari)、卵果松 ( P.
oocarpa Sch iede)、展松 (P. patula Sch.l etCham. )短
叶松 (P. echinata M il.l )、卡锡松 (P. kesiya Royle et
Gordn. )、晚松 (P. rig idaM il.l var. serotina Loud. )、
光松 (P. glabra W al.t )、裂果沙松 (P. clausa Sanrg
var. immugina ta Ward)、南亚松 ( P. latteri )和黑松
(P. thunbergii Par.l。松突圆蚧在松属树种中有广
泛的寄主,几乎所有松树都可能被其寄生。依据蚧
虫在 - 5 ∃ 下死亡率为 100% 的研究报道 [ 1, 5] , 在
A rcG IS软件中,从收集的森林分布图中提取全国可
能的寄主植物分布信息,然后,再从可能的寄主植物
分布图中剔除 1月份全国最低温小于 - 5 ∃ 的区
域,得到该蚧虫在我国寄主分布区域 (如图 2)。
图 2 寄主植物分布示意图
2 研究方法及其原理
生态位模型 ( E co log ica lN icheM odels, ENM s)已
广泛应用于物种潜在分布区预测, ENM s的应用也
为外来入侵物种的风险分析提供了重要的定量化分
析工具。很多模型的算法已实现电脑程序化, 并形
成了软件工具。当前比较流行的生态位模型主要有
5种模型 ( B ioc lim, CLIMEX, DOMA IN, GARP,
M axent)等。大部分模型软件预测结果可导入一般
的地理信息系统 ( G IS)软件进一步分析, 得到直观
的适生性地图, 而利用合适的模型预测物种的适生
指数是整个分析的基础 [ 13]。王运生等 [ 13] , 应用
ROC曲线分析法对其 5种模型的预测结果进行了比
较分析。5种模型的 ROC曲线下面积 AUC ( A rea
UnderCurve)值分别为 0. 810, 0. 758, 0. 921, 0. 903
和 0. 950, 以 Maxent模型的 AUC值最大, 表明其预
测效果最好。为此,研究选用 Maxent生态位模型进
行松突圆蚧在我国大陆的潜在风险区分析。
M axent软件 V2. 3来源于 http: / /www. cs. prin
ceton. edu /~ schap ire /M axen t/. M axent软件中分析
结果以 Log istic格式, ASCII类型文件输出, 然后应
用 G IS软件 A rc /Info 9. 0(来源于国家林业局图形图
像重点实验室 )中的 Toolbox工具, 从中选择 ASC II
to R aster功能,将 Maxent软件适生性分析结果导出
成图像格式, 然后在 A rcG IS中进行显示与风险等级
划分。
3 结果
3. 1 Maxent预测结果
应用 Maxen t模型对松突圆蚧分布区域进行预
测,预测结果以中国行政区划为边界,裁出松突圆蚧
在我国的适生分布信息图,结果在 Arc/ INFO中进行
分类显示,结果如图 3所示。
图 3 M axent模型得到的适生分布范围示意图
(注:图中注记数据比实际值放大了 100倍 )
3. 2 与寄主分布图进行空间叠置分析, 获取最终松
突圆蚧潜在分布范围
在综合考虑松突圆蚧适生性分布基础上, 结合
松突圆蚧寄主植物的分布, 应用地理信息系统软件
A rcG IS的空间叠置分析功能, 对松突圆蚧寄主分布
与 M axent软件得到的综合适生值进行空间叠置分
析,获取最终松突圆蚧在我国潜在适生分布范围, 如
图 4。
3. 3 松突圆蚧在我国定殖风险区划
风险分级显示的阈值是根据 105个已知分布点
预测值的区间分布设置的, 风险等级按四个等级进
行划分,标准如下:适生值 < 0. 01 (无风险区 ); 0. 01
<适生值 < 0. 1 (低风险区 ) ; 0. 1 < 适生值 < 0. 35
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(中风险区 ) ;适生值 > 0. 35(高风险区 )。松突圆蚧
在我国大陆适生性风险分布图,见图 4。
图 4 松突圆蚧在我国潜在适生分布范围示意图
(注:图中注记数据比实际值放大了 100倍 )
从图 4中可看出: 松突圆蚧在我国大陆的广东
省东南大部分地区、广西南部大部分地区、香港、澳
门地区、福建与浙江东部沿海、江苏省东南部地区属
于高风险区;广西中部、广东中部、福建与浙江中部、
江苏东南沿海少部分地区、四川东南与重庆西南小
部分地区属于中风险地区; 四川东南局部地区、广西
与广东中偏北部地区、浙江与福建西北部、江苏南
部、安徽中南部、江西与湖南全境、重庆与贵州大部
分地区、湖北南部、云南东部局部地区属于该虫的低
风险发生区。总体形式看, 该虫害主要可能发生在
我国的东南部区域, 而我国大部分地区不具备发生
此虫害的可能。
图 5 M axen t的 ROC曲线
3. 4 精度检验
精度检验采用 ROC ( Receiver Operating Charac
teristic)曲线分析法 [ 14- 15 ]。ROC曲线分析法最早是
应用于雷达信号分析,后来在医学显像领域应用非
常广泛,常用于诊断试验评价 [ 16]。ROC曲线是以真
阳性率为纵坐标, 假阳性率为横坐标所形成的曲线,
AUC值便是 ROC曲线与横坐标围成的面积值 ( the
area under the ROC curve) , AUC值越大表示与随机
分布相距越远, 环境变量与预测的物种地理分布模
型之间相关性越大, 即表示模型预测效果越好。
AUC值不受阈值影响, 所以评价更客观, ROC曲线
分析和计算 AUC的方法参照 Phillips等 [ 17]。
本研究 M axent计算结果的 ROC曲线, 如图 5。
ROC曲线分析结果表明, M axent模型的 AUC值为
0. 991(非常接近于 1) , 比随机分布模型的 AUC ( &
0. 5)大, 表明预测效果相当好。
4 结论与讨论
本文选用 M axent生态位模型与地理信息系统
相结合,综合分析影响松突圆蚧生物生态学特性与
寄主分布,非常直观地定量地获得了松突圆蚧在我
国的潜在发生区, M axen t的计算结果经 ROC曲线分
析法验证, M axent模型的 AUC值为 0. 991(非常接
近于 1) ,表明预测效果相当好。研究为松突圆蚧的
检疫及防治决策的制定提供科学依据。
通过本项研究, 对松突圆蚧在全国的潜在适生
分布区有了一个明确直观的了解, 对于重点预防区
的侵入和危害起着预警和应急的作用; 对于可能发
生的地区,应该引起当地主管部门的高度重视, 采取
适当的检疫检验措施防止松突圆蚧的入侵; 对于国
内外森林植物检疫,提供科学依据,以保护和促进松
木及其制品在贸易中的正常流通。
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