全 文 ：第 v|卷 第 v期
u s s v年 x 月
林 业 科 学
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¤¼ou s s v
中国森林病虫指数的研究
赵铁良 董振辉 于治军 赵清山
k国家林业局森林病虫害防治总站 沈阳 ttssvwl
蒋凤燕
k内蒙古自治区兴安盟森林病虫害防治站 乌兰浩特 tvzwssl
关键词 } 森林病虫 o指数 o互联网
收稿日期 }ussu p st p tz ∀
ΣΤΥ∆Ψ ΟΝ ΕΣΤΑΒΛΙΣΗΜΕΝΤ ΟΦ ΦΟΡΕΣΤ ΠΕΣΤ ΙΝ∆ΕΞΕΣ
«¤² ׬¨ ¬¯¤±ª ⁄²±ª«¨ ±«∏¬ ≠∏«¬­∏± «¤² ±¬±ª¶«¤±
k ΓενεραλΣτατιον οφ Φορεστ Πεστσ Χοντρολo ΝατιοναλΑδµινιστρατιον οφ Φορεστρψ Σηενψανγ ttssvwl
¬¤±ªƒ ±¨ª¼¤±
k Στατιον οφ Φορεστ Πεστσ ΧοντρολoΞινγ. αν Λεαγυε o Ιννερ Μονγολια Ωυλανηοτ tvzwssl
Αβστραχτ } Œ·¬¶¤º«²¯¨±¨ º¯ ¼ ¦²±¦¨³·¬²± ¤±§ °¨ ·«²§·²∏¶¨ ·«¨ ©²µ¨¶·³¨¶·¬±§¨¬¨¶²©≤«¬±¤·² °²±¬·²µ·«¨ ¶¬·∏¤·¬²±¤±§
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µ²§¨±·¶l o·«¨ ²·«¨µ¬¶¤µ¨¤¬±§¨¬¨¶k³µ²√¬±¦¨¶¤±§°∏±¬¦¬³¤¯¬·¬¨¶ ·¨¦ql qŒ·¬¶¤±±∏±¦¬¤·¨§µ¨¤¯2·¬°¨ ¼¯ ²±·«¨ ¬±·¨µ±¨·q׫¨
³µ¬±¦¬³¯¨²©·«¨ ¬±§¨¬¨¶³µ²ªµ¤°°¬±ªo¤±§¬·¶¥¤¶¬¶³∏µ³²¶¨ ¤±§¶¬ª±¬©¬¦¤·¬²± º¨ µ¨ §¬¶¦∏¶¶¨§q¤√¤·¨¦«±¬´∏¨ º¤¶¤³³¯¬¨§¬±
·«¨ ¬±§¨¬¨¶³µ²ªµ¤°°¬±ªq
Κεψ ωορδσ} ƒ²µ¨¶·³¨¶·¶oŒ±§¨¬oŒ±·¨µ±¨·
森林病虫害监测预报工作是贯彻/预防为主 o综合治理0方针的一项主要内容 o也是科学控灾的基础
和前提 ∀自 us世纪 {s年代以来 o我国森林病虫鼠害的发生情况极为严重 o年均发生面积达 y1yz ≅ tsy
«°u 以上 o直接经济损失和间接损失超过 xss多亿元 o已成为我国生态环境建设和林业事业发展的重要
制约因素之一 ∀当前以松材线虫病k Βυρσαπηελενχηυσ ξψλοπηιλυσ k≥·¨¬±¨ µ ·¨…∏«µ¨µll !松毛虫k ∆ενδρολιµυσ
¶³³ql !杨树蛀干害虫 !美国白蛾k Ηψπηαντρια Χυνεα k⁄µ¤µ¼ll !松树蠹虫 !松树蚧虫 !杨树食叶害虫 !森林鼠
害 !森林病害 !经济林病虫害等最为严重 o森林病虫害防治工作的形势十分严峻 ∀造成这种被动局面的
原因是多方面的 o病虫情监测不力 o预报不准确和防治不及时是重要的成因 ∀为加强测报工作 o国家林
业局斥巨资于 t|||年启动实施了/国家级森林病虫害预测预报网络建设项目0 o在全国范围内布设国家
级森林病虫鼠害测报点 xts个 o对我国主要森林病虫害进行重点监测和预报 ∀届时 o要求对全国森林病
虫害实施网络化管理和实时动态监测 ∀但如何有效地利用测报点的数据反映病虫情的变化还没有一个
较好的方法 o是亟待解决的一个重要问题k胡伯海等 ot|||l ∀过去上报数据时效性差 o大多数都是属/原
始资料0或作为半年或一年的总结而提交的 o这种逐级上报的数据 o是一种/终结性0和/静态0的资料 o反
映不出森林病虫害发生的动态和实时状况 ∀而森林病虫指数的构想 o是一种/实时性0和/动态0数据管
理的概念k刘鸿儒 ot||ul ∀森林病虫指数的编制研究从 t|||年开始 o并于 usst年 ts月完成 o经国家林
业局有关领导和专家评审后上网发布 ∀
t 数据来源及病虫种类
森林病虫指数研究数据来源于 xts个国家级中心测报点 o这些点布设在国有林区 !国家重点生态林
建设区及天然林和用材林区 o范围遍及全国 vt个省k区 !市l ∀主测对象为松毛虫 !杨树蛀干害虫 !美国
白蛾 !红脂大小蠹 !竹蝗 !松材线虫病 !鼠害等 vy种类 otu大类 ∀
u 技术路线和编制方法
u1t 中心测报点的分析 !筛选 国家级中心测报点的布设是根据我国主要森林病虫害的分布及发生情
况 o在各省区筛选的具有代表性的 xts个测报站点 ∀分析各点的调查数据 o目前能用于指数系统的国家
级中心测报点有 wzt个 ∀鉴于森林病害的中心测报点仅有 u个 o又取有代表性的 tv个中心测报点 o兼
报主要森林病害的数据 o同时还增加了经济林病虫害数据 ∀应用于指数分析的有效数据共 w|s组 o这些
数据在地域和主要病虫种类上有很强的代表性 o无论从布点数量上还是从站点的代表性上基本能满足
指数分析的要求 ∀
u1u 森林病虫指数的划分 一是按全国行政区来划分 o分成 vt个省k区 !市l的区域指数 ~二是按主要
森林病虫鼠害的种类来划分 o分成 vy种类 otu大类的成分指数即 }松毛虫 !杨树天牛 !松材线虫 !美国白
蛾 !松树蚧虫k包括松突圆蚧 Ηεµιβερλεσια Πιτψσοπηιλα o湿地松粉蚧 Οραχελλα αχυτα k²¥§¨¯¯lƒ µ¨µ¬¶等l !竹蝗
k竹类害虫l !松树蠹虫k包括萧氏松茎象 Ηψλοβιτελυσ ÷¬¤²!松纵坑切梢小蠹 Τορνιχυσ πινιπερδα和十斑吉丁
虫 Μελανοπηιλα πιχτα等l !杨树食叶害虫k包括春尺蠖 Αποχηειµα χινεραριυσ!舞毒蛾 Λψµαντρια δισπαρ!杨舟蛾
Χλοστερα αναχηορεταkƒ¤¥µ¬¦¬∏¶l等l !森林鼠害 !森林病害 !经济林病虫害和其他病虫害 ∀
u1v 各区域或各类病虫害在某时刻的指数k„l的计算 各类中心测报点所在县的森林病虫鼠害发生面
积k«°ul的集中趋势可用平均数k简单算术平均数 !几何平均数 !对数平均数l或加权平均数来表示 ∀
k/权0代表发生单位 o或发生次数等lk郑绍濂等 ot|ytl ∀
Α € Ε
ν
ι
Πι Ωι Ε
ν
ι
Ωι
式中 oΑ}各区域或各类病虫害在某时刻的加权平均数 ~Πι }各区域或各类病虫害在某时刻的发生面积 ~
Ωι }各区域或各类病虫害在某时刻参与计算的个数 ∀
表 1 近 10 α我国森林病虫害发生面积
Ταβ . 1 Ουτβρεακ αρεασ οφ φορεστ πεστσιν
Χηινα ρεχεντλψ 10 ψεαρσ
年份
≠ ¤¨µ
发生面积
’∏·¥µ¨¤®¤µ¨¤¶Π«°u
t||t ts1{s ≅ tsy
t||u {1{s ≅ tsy
t||v {1ss ≅ tsy
t||w z1vv ≅ tsy
t||x z1sy ≅ tsy
t||y z1y| ≅ tsy
t||z z1|t ≅ tsy
t||{ z1zu ≅ tsy
t||| z1|y ≅ tsy
usss {1zw ≅ tsy
usst z1xs ≅ tsy
u1w 森林病虫指数基期的确定 近 ts ¤全国森林病虫鼠害
发生面积如表 t所示 }
经过分析 o认为以 t||u年为基期较为合适 o因为自 t||u
年后全国实施目标管理 o此后段所列数据较为一致 o同时森林
病虫指数曲线有明显的峰谷可见 ∀
u1x 森林病虫指数的计算
Ι € ΑιΑΒι ≅ tss
Ι }森林病虫指数 ~Αι }某类病虫害在某时刻的平均发生面
积 ~ΑΒι }基期发生面积的平均值 ∀
以基期的平均数为 tss o然后以各个板块k或成分l的平
均数与基期相比算出的百分率即为森林病虫指数 ∀
u1y 相关性分析 在森林病虫害指数系统设计中 o随机抽取
北京市 !辽宁 !山西和广东等省市的数据进行指数编制和相关
性测定 o相关性较高k见表 ul ∀
表 2 部分地区森林病虫指数与实际发生面积的相关系数
Ταβ . 2 Χοεφφιχιεντ οφ χορρελατιον βετωεεν Φορεστ πεστ ινδεξεσ ανδ ρεαλ ουτβρεακ αρεα ιν παρτιαλ αρεασ
地区
„µ¨¤
总指数
ײ·¤¯
¬±§¨¬
松毛虫
°¬±¨
¦¤·¨³¬¯¯¤µ
杨树天牛
²±ª¬«²µ±
¥¨ ·¯¨¨
松材线虫病
°¬±¨ º¬¯·
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美国白蛾
„° µ¨¬¦¤±
º«¬·¨ °²·«
松蠹Π松蚧
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鼠害
•²§¨±·¶
竹蝗Π经济林
…¤°¥²²
²¯¦∏¶·¤ ·¨¦q
北京 …¨ ¬­¬±ª s1t{z { s1zyu u s1zvs x ) t1ss ) ) )
山西 ≥«¤±¬¬ s1|wt w s1w|y s p s1xtz { ) ) s1|{{ x s1x{v y s1w{y {
辽宁 ¬¤²±¬±ª s1u{x y s1zyu w s1zvt z ) s1xyw { s1wwu u ) )
广东 Š∏¤±ª§²±ª s1{wz y s1|wt u ) s1|tt s ) s1yzt { ) s1{xu v
vzt 第 v期 赵铁良等 }中国森林病虫指数的研究
查相关系数表 }当自由度等于 {kts p u € {l时 oΡks1tl € s1xw| s ~Ρks1sxl € s1yvt | o说明大多数病虫害
发生面积与指数值的相关程度很好的 ∀
目前 o有些病虫指数的相关系数不高或出现负值现象 o是由于参与计算的测报点过少所致 ∀随着国
家投入增加 oussv年还将建设 w|s个国家级中心测报点 o届时随着主测对象点数的增加和相应的其他病
虫害兼测测报点的调整 o这个问题应该是可以解决的 ∀
v 森林病虫情指数系统设计
v1t 环境 本系统应用 •¬±‘× n µ≥网络环境 o数据库采用与 „¶³联接较为灵活的 „¦¦¨¶¶o运用 ¤√¤
„³³¯ ·¨网页嵌入技术完成指数图形绘制k刘福太 ousssl ∀
v1u 设计
数据上报 数据上报采用 v种方式 o第 t种是通过 • ¥¨表单提交数据 o基层测报人员进入森防信息
网后 o通过安全验证进入数据上报页面 o填写调查表格后提交表单 ∀第 u种方式是通过 ∞°¤¬¯上报 o数
据经过审核后再发送到服务器 ∀第 v种方式是通过/数据伺服务器0上报数据 o它运行在客户计算机上 o
实时监视网络的连接状态及/防治网络信息系统0的数据库 ∀
数据库操作 系统设计了 x张表保存测报点数据 o≥表k基本数据表l ~„§§µ¨¶¶表k测报点中文名称
表l ~≤²§¨ 表k地址编码表l ~≤²§¨ ‘¤°¨ 表k测报对象代码表l o考虑到各地区病虫害种类不同又添加了测
报对象检索表 ≥¦²§¨ o各表间通过地区编码和病虫害编码进行关联 ∀
v1v 用 ¤√¤绘制森林病虫情指数曲线 系统把 t||u年的测报点发生面积均值作为地区的指数基值 o
用以后历年发生面积均值与基值的比作为指数 ∀对计算出的指数值进行时间序列分析得出未来发生的
趋势 o连同指数一起绘制到网页页面上即可反映出一个阶段内该虫种发生的升降走势 ∀
使用多线程 在绘制指数曲线过程中 o除了要接收来自服务器的数据 o绘制窗体及指数曲线外 o还
要监听键盘是否按下 o监听鼠标事件并同时绘制一个自由移动的/十字0游标 o来定位显示所检索虫种的
具体数值k如指数值 !相关性 !升降幅度等l o系统应用多线程来完成该项任务 ∀
绘图区
ƒ¬ª∏µ¨ ¤µ¨¤
分析结果及
绘图控制区
„±¤¯¼¶¬¶µ¨¶∏¯·¤±§
©¬ª∏µ¨ ¦²±·µ²¯ ¬¯±ª¤µ¨¤
状态栏 ≥·¤·∏¶
图 t 界面布局
ƒ¬ªqt ≥¦µ¨ ±¨ ¤µ¨¤ ¤¯¼²∏·
界面与布局 本系统显示区分成三个部分k见图
tl ∀在绘图区 o系统用不同颜色的线条绘制该地区各类
病虫害的指数曲线 ~通过选择右侧控制区病虫种类复选
框来打开或关闭部分曲线 ~在分析结果栏中显示指数名
称 !相关信息等 ~状态栏显示正在进行的操作k卜照斌 o
usssl ∀
应用数据流接收数据 浏览指数网页时 o客户端与
服务器间要交换大量的数据 o系统运用 ¤√¤数据流技术
完成该项操作 ∀
对鼠标及键盘动作进行监听 在指数页面 o单击按钮 !键入文本 !使用鼠标或执行任何与界面相关
的动作时 o就发生一个事件 o¤√¤小程序就会作出适当的反应 ∀在本系统中 o通过定义 ²∏¶¨¬¶·¨±¨ µo
Ž¨¼¬¶·¨±¨ µo²∏¶¨ ²·¬²±¬¶·¨±¨ µo„¦·¬²±¬¶·¨±¨ µ接口通知系统对键盘及鼠标动作进行监听 ∀
求出相关性及数据组回归预测值 相关系数反应两个序列数据变化的相关程度 o相关系数的绝对
值越大表示两序列数据的相关性越好 o在本系统中求出病虫指数序列和该地区实际发生面积序列的相
关系数并实时显示在页面上 ∀
相关系数的求法 o设有两个序列 }
ξt oξu o, oξν
ψt oψu o, oψν
相关系数 Ρ € Ε ξψp Ε ξ Ε ψΠΝ
≈ Ε ξu p k Ε ξluΠΝ #≈ Ε ψu p k Ε ψulΠΝ 
wzt 林 业 科 学 v|卷
当昆虫种群或病害流行的时间序列变化没有明显的周期波动 o系随机过程的话 o即森林病虫害数量
动态都和前期时刻的变化有关 o而且这种关系如果存在线性关系 o即可建立平稳时间序列模型 o也就是
自回归方程 o序列内各因子间的相关称自相关 ∀时间序列分析优选法是利用优选序列中 ξν 的前数个变
量k如 ξν p υ oξν p ϖ oξν p ω o, o他们与 ξν 关系较好 o相关函数值大l作为预报因子 o组成预报方程来预报 ξν
k唐守正 ot|{wl ∀
设有 Ν年病虫历史资料 ξιkι € t ou o, oΝl o按分级标准对 ξι 进行分级 ∀
建立自回归预报方程
根据标准化相关函数 o取相关较好的三个前期变量 o即 ξν p υ oξν p ϖ oξν p ω作为因子来建立自回归预报
方程
ξν € βυξνp υ n βϖξνp ϖ n βωξνp ω
根据正规方程
βυ n βϖΡυp ϖ n βωΡυp ω € Ρυ
βυ Ρυp ϖ n βϖ n βωΡϖp ω € Ρϖ
βυ Ρυp ω n βϖΡϖp ω n βω € Ρω
可得到自回归系数 βυ !βϖ !βω 的值 o至此自回归预报方程即可确定 o也可以考虑建立灰色系统 Š
kt otl模型等方法来预测 ∀
图 u 用 x点光滑法平滑指数线
ƒ¬ªqu ≥°²²·«¬±§¨¬¦∏µ√¨ º¬·«
/ ƒ¬√¨ °²¬±·≥°²²·«¬±ª0
指数曲线的平滑处理 用以上方法得出的指数线是由一系列折
线组成 o有时为达到更好的视觉效果 o需要增加采样频率或对折线线
段进行平滑处理 o系统采用/ x点光滑法0来实现这一操作 o它与一般
的 ¥¨½¬¨µ曲线相比优势在于光滑后的曲线经过原始离散点k见图 ul
k孙家广 ot||{l ∀
v1w 系统发布 本系统在/中国森防信息网0k«·³}ΠΠººº q¶©½½q±¨ ·q
¦±l上发布 o系统中¤√¤ „³³¯ ·¨程序编译完后生成 ½¶1¦¯¤¶¶kuyŽ¥l o¤√¤
t1s系统支持对 „³³¯ ·¨控件的打包功能 o打包后生成压缩文件 ½¶1¦¤¥
ktwŽ¥l这样用户浏览器打开网页时几乎感觉不到加载过程 ∀
v1x 系统使用 在/中国森防信息网0首页上点击/中国森林病虫情指数0链接或直接在 Œ∞地址栏中输
入 «·³}ΠΠººº q¶©½½1±¨ ·1¦±Π½¶©¬Π½¶©¬q¤¶³即可进入本系统 ∀
使用方法 ktl输入地区代码查询森林病虫指数 ~kul点击右侧虫种名称复选框打开或关闭个别曲
线 ~kvl当个别成分指数变化幅度过大时 o导致变化幅度小的曲线会集中在基附近 o难于分清 o这时先关
闭变化幅度大的曲线 o然后刷新显示 ~kxl单击鼠标出现十字游标 o移动游标查看各点数据 ~kyl点击/平
滑曲线0复选框对指数曲线进行光滑处理 ~kzl单击鼠标右键选择/历史数据0项查看当前所选地区测报
点上报的数据 ~k{l键盘功能 }n !p k { ! | l放大 !缩小曲线 ~ζ ! ψ移动曲线 ~°¤ª¨ ⁄²º± !°¤ª¨ ˜³翻看数
据 ~ƒv切换到年线 ~ƒw切换到数据状态 ~ƒx刷新曲线k图版 ´ p t !ulk李劲 ot|||l ∀
w 结论与讨论
根据我国森林病虫害国家级工程治理和监测预报网络项目建设实施计划的要求 o针对我国森林病
虫害发生现状 o森林病虫指数的研制是实施动态监测和趋势预报的一种有效方法 ∀
本研究应用病虫害测报技术与计算机网络技术相结合 o系统具有较强的实用性 o应用效果好 o尤其
在中国森防信息网上公开发布后 o充分发挥其大众性 !时效性 !直观性和保密性等特点 o已收到良好的社
会 !生态和经济效益 ∀
本系统是一项全新的工作 o是林业信息技术领域的一项应用成果 o实现了多项技术创新 ∀
该指数用所选国家级中心测报点的数据反映全国和各省的森林病虫情动态k状况l o有两点非常关
xzt 第 v期 赵铁良等 }中国森林病虫指数的研究
键 o一是取样点k中心测报点l是否有代表性 o二是取样点的数量是否足够 o本研究所选的 xts个国家级
中心测报点有效数据达 w|s组 o在地域和主要病虫种类上都有很强的代表性 o能够反映全国的森林病虫
情变化趋势 ∀
目前个别病虫种类的数据还不充分 o且布点也不够均匀 o需进一步完善 ∀随着我国森林病虫害监测
预报工作的深入开展 !国家级中心测报点进一步建设和增设以及数据上报周期的缩短k从 ussu年起 o要
求每月上报 t次l o森林病虫指数必将更能全面 !准确 !实时地反映全国病虫害的发生情况和动态 o对我
国新世纪林业建设发挥出越来越大的作用 ∀
参 考 文 献
卜照斌 1 ¤√¤u编程详解 1 北京 }电子工业出版社 ousss
胡伯海 o沈佐锐 1 农业电子信息技术与应用 1 北京 }中国农业出版社 ot|||
李 劲 1精通 „≥°数据库程序设计 1北京 }科学出版社 ot|||
刘福太 1„≥°v高级编程 1 北京 }机械工业出版社 ousss
刘鸿儒 1中国证券手册 1 辽宁人民出版社 ot||u
孙家广 1计算机图形学 1 北京 }清华大学出版社 ot||{
唐守正 1多元统计分析方法 1 北京 }中国林业出版社 ot|{w
郑绍濂 o吴立德 o陶宗英等 1概率论与数理统计 1 上海 }上海科学技术出版社 ot|yt
yzt 林 业 科 学 v|卷