虫害防控岗位
马春森 朱亮 郭怡
摘译自： Shope J, Polk D, Mansue C, Rodriguez-Saona C. The contrasting role of climate variation on the population dynamics of a native and an invasive insect pest [J]. PLoS One, 2023 18(4)：e0284600.
自从2008年开始，斑翅果蝇已经变为美国地区软薄皮水果的主要害虫，造成重大的年度产量损失。从历史上看，当地的蓝莓实蝇，是北美东部蓝莓的主要害虫，也是杀虫剂使用的驱动因素。2011年入侵美国新泽西州后，斑翅果蝇取代蓝莓实蝇成为杀虫剂应用的主要目标。然而，斑翅果蝇对蓝莓实蝇的影响尚未有记录，特别是与当地气候的关系。
由于本土蓝莓实蝇和入侵的斑翅果蝇在生物学和生态学上存在差异，我们预计这些害虫物种对观测和预测的未来气候条件的反应不同。在这项研究中，我们使用从新泽西州多个蓝莓农场收集的历史监测陷阱数据来测试气候对蓝莓实蝇和斑翅果蝇种群动态的作用。
1、随着时间的捕获量
从2004年到2021年，蓝莓实蝇成虫的捕获量变化很大(所有诱捕器的平均每周捕获量为0.03至2.11)，2010年的捕获量最大（图1）。自2012年以来，平均捕获量呈下降趋势，但2019年例外。自引入以来，斑翅果蝇季节中期捕获量从2014年到2021年呈近线性增长。2021年达到峰值，平均捕获17.21头斑翅果蝇成虫（去除2019年的外围值后）。由于数据的差异，这些趋势之间的相关性并不显著。
2013年以前，蓝莓实蝇首次捕获日期在156-163儒略日范围内是一致的（图2）。然而，从2015年开始，蓝莓实蝇被发现的时间越来越晚，到2021年晚至187天。相反，尽管存在一定的差异，但从2015年到2022年（即种群建立后），斑翅果蝇的首次捕获日期通常每年都以接近线性的方式提前，分别为168至144儒略日。皮尔逊相关系数分析结果显示，2015-2022年，蓝莓实蝇首次捕获日期与前一年的斑翅果蝇首次捕获日期呈显著负相关（r = - 0.84, P = 0.019），表明斑翅果蝇在其建立后可能影响了蓝莓实蝇的首次捕获。
图1 美国新泽西州高丛蓝莓实蝇年标准化平均捕获数量（蓝实线蓝圈）和斑翅果蝇（红虚线方框）的年标准化平均峰捕获数量。
图2 蓝莓实蝇和斑翅果蝇在儒略日的每年首次捕获日期。蓝圈代表蓝莓实蝇的捕获日期，红方块代表斑翅果蝇的捕获日期。蓝色实线是2005-2013年和2015-2022年期间蓝莓实蝇的首次捕获日期的线性拟合，红色虚线是斑翅果蝇2012-2022年的线性拟合。
2、杀虫剂的效果
为了排除杀虫剂是否对蓝莓实蝇和斑翅果蝇种群规模的变化影响，我们明确了蓝莓实蝇和斑翅果蝇捕获量与开花后杀虫剂喷洒次数之间的皮尔逊相关系数。蓝莓实蝇的峰值捕获与标准化的开花后平均喷雾数量不相关（r = 0.17, P = 0.67）（图3A），这表明近年来由于斑翅果蝇入侵而增加的杀虫剂喷洒似乎并未影响蓝莓实蝇种群，尽管诱捕器捕获的数量有所下降。相比之下，斑翅果蝇季中捕获数量与每年花后杀虫剂喷洒的标准化平均数量显著相关（图3B）。喷雾量大的年份比喷雾量少的年份在季中捕获的平均斑翅果蝇量要低（r = - 0.78, P = 0.04）。
图3 正常的年平均开花后杀虫剂喷洒量与每年蓝莓实蝇的捕获量（A）和斑翅果蝇季节中期捕获量（B）比较。斑翅果蝇捕获量与喷雾次数呈显著相关，r = - 0.78, P = 0.04。
3、气候效应
蓝莓实蝇和斑翅果蝇的平均捕获量和首次捕获日期与表1和表2所列的季节气候变量相关。
表1蓝莓实蝇最大捕获数和斑翅果蝇季中平均捕获数与季节气候变量的皮尔逊相关系数。
4、蓝莓实蝇
在斑翅果蝇建立之前（2005-2013），蓝莓实蝇的平均捕获量对所有季节气候变量都不敏感，但与春季降水量的相关性最强，该年降水量越高，捕获量越高（表1）。此外，夏季平均露点温度与蓝莓实蝇的首次捕获日期显著相关，显示了这种效应在两个人口水平指标中的一致性。斑翅果蝇种群建立后（2015-2022），同样，没有气候参数与蓝莓实蝇捕获数量显著相关。夏天的降水量不显著性相关最强。（表1）阴雨天越多的年份，次年的种群规模就越小。此外，蓝莓实蝇首次捕获日期与夏季平均降水量著相关（表2），高降雨量与蓝莓实蝇首次捕获延迟相关。在整个蓝莓实蝇的时间序列（2005-2021）中，诱捕器捕获数量再次与任何气候变量或上一年的捕获量不显著相关（表1），也没有气候因子与首次捕获日期显著相关（表2）。
表2 蓝莓实蝇和斑翅果蝇首次捕获日期与季节气候变量的皮尔逊相关系数
5、斑翅果蝇
斑翅果蝇的季中捕获数量与任何已探索的气候变量没有显著相关性。季中捕获最强的不显著相关性是夏季露点温度（r = 0.75，表1），将前一年夏季较大的大气湿度与次年较大的斑翅果蝇种群规模联系起来。首先，铃木夜蛾捕获日期与冬季冰点度日、夏季平均温度、夏季度日和夏季平均露点温度显著相关（表2）。总的来说，如果在一个特定的冬天，低于冰点温度的时间比正常时间要长，那么第二年的首次诱捕往往会晚一些（图4）。相反，夏季较高的温度和夏季较大的大气湿度与次年较早的首次诱捕日期显著相关。前一年的季中捕集器捕获量与次年的首次捕获日期和季中捕获数量呈弱而不显著的相关性（表1和表2），表明前一年的较大种群可能导致下一年的捕获日期提前。无论如何，斑翅果蝇的首次捕获日期似乎更多地与环境变量有关，而不是与前一年的种群规模有关。
图4 2015-2022年斑翅果蝇首次诱捕天数与A.冬季冰点度日、B.夏季平均露点温度、C.夏季度日的比较趋势
预测模型。随着下个世纪的气候变化，预计斑翅果蝇的第一个捕获日将在今年早些时候出现（表3）。2020年139儒略日（5月18日）的捕获日为基准，并采用中间温室气体排放情景RCP 4.5，基于冬季冰点度日的线性模型显示，与2011-2030年期间的模型平均值相比，到2030年，斑翅果蝇首次捕获的平均时间将提前约1.8±5.6天，到2050年将提前约4.1±6.2天（表3,图5A）。在温室气体高排放情景RCP8.5下，与2011-2030年期间的模拟平均值相比，预计到2030年斑翅果蝇的首次诱捕日提前5.7天，到2050年将提前约5.2±6.9天（表3,图5B）。
在RCP 4.5情景下，基于夏季度日的线性模型显示，与模拟的2011-2030年平均值相比，到2030年首次捕捞量将提前约4.7±7.5天，到2050年将提前13.1±11.5天（表3,图5A）。在RCP 8.5情景中，到2030年首次捕获日期的中位数将提前5.3±8.2天，到2050年将提前20.4±16.2天（表3,图5B）。
结合冬季冰点度日和夏季度日的组合多元线性模型预测，在RCP 4.5下，到2030年，斑翅果蝇的首次诱捕时间将提前约3.6±10.4天，到2050年，将提前约9.7±17.7天（表3,图5A）。在RCP 8.5下，到2030年第一次诱捕日期提前3.9±11.7天，到2050年提前14.5±26.3天（表3,图5B）。最后，表5包括预测的首次捕获日期，相对于观测到的2020年首次捕获日期139儒略历日。
表3 在RCP 4.5和RCP 8.5条件下，2030年和2050年斑翅果蝇年首次捕获日相对于观测到的2020年首次捕获日的线性模型预估及变化
图5 在以下两种气候变化情景(A:RCP 4.5和B:RCP 8.5)下，基于三个对应冬季冰点度日（蓝色）、前夏季度日（红色）的线性模型和一个包含冬季冰点度日和前夏季度日（紫色）的多重线性模型预测斑翅果蝇捕获日期。虚线表示每个模型输出的二次拟合。紫色阴影区域表示对冬季冰点度日和先前夏季度日线性模型的95%置信限范围的二次拟合。所示的所有数据都是由气候模式输出驱动的模式输出，可能与观测到的捕获日期不符。