基于生态位和多智能体模型的柑橘黄龙病空间生态学研究

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:didi_1157
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柑橘黄龙病(Citrus Huanglongbing,HLB)是对我国柑橘产业危害最大的细菌性病害之一。截至目前,我国19个柑橘栽培省份已经有11个遭受过柑橘黄龙病的危害,受灾面积已近总面积的80%,造成了巨大的经济损失。广西壮族自治区是我国柑橘主要产区之一,2018年全区柑橘种植面积已达700万亩。因此,开展柑橘黄龙病的空间生态学研究,有助于掌握柑橘黄龙病扩散制约因素,提升病害预测预报水平,对防控柑橘黄龙病蔓延具有重要意义。但是,现有的柑橘黄龙病研究多集中于柑橘黄龙病的病理、田间扩散、药效测定等方面,而有关柑橘黄龙病空间分布的研究很少且多为全球或全国水平的预测研究,其结果对省市水平柑橘黄龙病防治的指导意义十分有限。为了支持多时空尺度下的柑橘黄龙病预测预报,本研究首先检验了 10种常用的生态位模型对柑橘黄龙病空间分布的拟合效果,然后应用多模型组合技术对广西全域柑橘黄龙病的空间分布、易感风险区及关键环境制约因素进行了评估,最后以广西蒙山县为试点区域,构建了基于NetLogo多智能体建模平台的柑橘黄龙病可视化动态预警模型,对县域尺度的柑橘黄龙病空间扩散规律及田管效果进行了模拟与评价。主要研究结果如下:1)采用ROC、TSS、Kappa三种指标对省域尺度的10种柑橘黄龙病生态位模型进行对比,结果表明,无论基于19个生物气候变量还是38个环境变量(19个生物气候变量、18个ENVIREM环境变量、海拔)进行建模评估,随机森林模型(Random Forest,RF)的拟合效果都为最好(基于19个生物气候变量建模:AUC=0.919、TSS=0.730、Kappa=0.713;基于 38 个环境变量建模:AUC=0.932、TSS=0.768、Kappa=0.769)。2)多模型组合模拟结果表明,使用38个环境数据建模模拟的柑橘黄龙病的高风险区面积为50,242 km2,高于19个生物气候变量下的37,295 km2,使用38个环境数据建模的模拟结果更精确。当仅用19个生物气候变量建模时,贡献值最高的前三个环境变量为:温度季节性变动系数(平均贡献值为0.349)、最冷季平均温度(平均贡献值为0.304)、年降水量(平均贡献值为0.239);而使用全部38个环境变量建模时贡献值最高的前三个环境变量为:地形粗糙度指数(平均贡献值为0.876)、海拔高度(平均贡献值为0.471)、年潜在蒸发量(平均贡献值为 0.378)。3)基于38个环境变量的多模型组合模拟结果显示,广西壮族自治区内柑橘黄龙病感染高风险区域共占全区总面积的20.96%,主要包括广西中部的柳城、柳州、鹿寨、象州和融安;南部的合浦、浦北、灵山、博白、钦州、陆川、北流、玉林和容县;西南部的扶绥、崇左、龙州和宁明;东部的富川、钟山、贺州、平乐、阳朔、荔浦。而百色、田阳、田东、宜州和环江毛南族自治县等地区虽然尚未有黄龙病发病报告,但也属于潜在的高风险区。4)基于NetLogo平台的柑橘黄龙病多智能体模型的模拟结果显示,以2018年10月柑橘黄龙病空间分布为起始状态,在不施加田管措施的情景下,一个月后柑橘黄龙病感染低风险区域面积增长249.22%;中度风险区的面积增长57.14%;高风险区域的面积增长0.90%。三个月后,柑橘黄龙病低风险区域的面积相比一个月时增长117.67%;中度风险和高风险区域的面积基本维持不变。六个月后,柑橘黄龙病低风险区域的面积相比三个月时增长73.71%;中度风险区域面积增长11.35%;高风险区域面积基本维持不变。一年后,柑橘黄龙病低风险区域的面积相比六个月时增长121.40%;中度风险区的面积增长65.30%;而高风险区域的面积基本维持不变。假设每周都施加灭杀柑橘木虱的农药(致死率为90%),则两个月后蒙山县柑橘黄龙病基本不再蔓延,柑橘黄龙病感染低风险区域的面积比不施加农药情况下减少63.48%;柑橘黄龙病中度风险和高风险区域面积基本为零。5)综合分析模型结果,蒙山县境内柑橘黄龙病的潜在扩散范围较大,但多形成柑橘黄龙病低风险区域,而中度风险和高度风险区域面积较小,且多分布于橘林边缘。考虑到柑橘黄龙病是一种系统性病害,染病后没有办法根治,只有全株挖除,因此本研究建议柑橘种植区应加强橘林边界巡查,早发现早防治,及时清除病株。此外,应加强普及有关黄龙病与柑橘木虱的辨别知识,加强统防统治,规范使用高效农药灭杀柑橘木虱,及时清理失管柑橘林,阻断柑橘黄龙病区间传播。
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