2024年06月20日 星期四
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科研动态
我院植保所封洪强团队与南京农业大学胡高教授团队合作揭示我国东部夜间迁飞昆虫规模及北向输送特性

    每年,当数以亿万计的昆虫飞过天空,寻找千里之外的繁殖之所,以增加种群生存机会的时候,也影响了整个自然生态系统和农业生态系统。规模如此宏大的迁飞昆虫,或为暴发性农业害虫,屡屡区域性大暴发,小虫成大灾,造成损失触目惊心;或为媒介昆虫,造成人畜疾病或植物病害的流行和暴发;或为访花昆虫、天敌昆虫,提供特定的生态服务。亚洲东部独特的大气地理环境(东亚季风气候以及相对平坦的地形地貌)非常适合昆虫远距离迁飞,该地区人口密度高、农作物复种指数高,给迁飞昆虫提供了丰富的食物,因此该地区的农作物也经常遭受迁飞害虫的侵扰。我国10种一类农作物害虫中有8种具有迁飞性,严重威胁我国粮食安全生产。但是昆虫个体小,迁飞又发生在数百上千米的高空,导致其远距离空中迁飞过程难以直接监测,空中虫群规模以及昆虫空中迁飞行为仍不清楚。
   近日,美国科学院院报(Proceedings of the National Academy of Sciences)在线发表了我院植保所封洪强研究员团队与南京农业大学胡高教授团队的合作研究成果《Massive seasonal high-altitude migrations of nocturnal insects above the agricultural plains of East China》。该研究成果揭示了我国东部地区夜间迁飞昆虫空中数量规模以及迁飞行为模式。


    昆虫雷达是昆虫空中迁飞最有力的监测工具,可全天候监测空中昆虫迁飞。本研究基于河南省农业科学院植物保护研究所的垂直昆虫雷达2015-2017年监测数据及空中网捕和探照灯诱虫数据,成功测算了我国东部地区空中迁飞昆虫的数量和生物量:我国东部地区上空每年夜间约9.3万亿昆虫进行远距离迁飞,生物量约1. 5万吨。与胡高团队之前研究所测算的英国南部迁飞昆虫规模相比较,我国东部夜间迁飞昆虫的数量和生物量分别是英国单位面积的5.15和8. 02倍。此外,研究还发现我国迁飞昆虫优势类群为鳞翅目害虫,其虫群数量占比达到76.2%。体型较大的昆虫(体重10mg以上)表现出季节性定向行为,春季、夏季向北迁飞,秋季向南回迁,但是向南回迁的生物量仅是春夏季向北迁飞的66%,而英国的南北迁飞数量相当。
    封洪强团队一直致力于昆虫雷达技术的研发、应用和推广。该团队自主研发了旋转极化垂直昆虫雷达的信号分析软件,突破了我国垂直昆虫雷达技术的关键“卡脖子”问题,实现了我国第一部旋转极化垂直昆虫雷达(0号昆虫雷达)的成功运行;与无锡立洋科技有限公司合作,实现了高分辨率垂直昆虫雷达、双模式昆虫雷达、移动昆虫雷达等多项技术创新,所研制的高分辨率垂直昆虫雷达出口以色列和英国;目前由该团队牵头,初步建成了国际上首个垂直昆虫雷达网,入网雷达11部。
    胡高教授团队长期从事迁飞昆虫学和害虫灾变预警的研究工作。该团队研发了垂直昆虫雷达高通量数据分析软件,优化了空中虫群数量、生物量测算以及迁飞行为分析的算法,实现了垂直雷达海量监测数据高效、标准化的分析。国际上首次测算了空中虫群的数量和生物量,揭示了昆虫迁飞具有重要的生态功能,相关的研究成果先后发表在Science(2016)、Current Biology(2019)、PNAS(2024)等重要国际期刊上。
    该研究揭示了我国迁飞昆虫的空中规律和迁飞行为模式,证实了我国垂直昆虫雷达技术的可靠性以及应用价值,将进一步推动我国昆虫雷达监测网的建设,促进我国迁飞害虫监测预警技术的升级换代。
    该研究我院植保所黄建荣副研究员为该论文第一作者,我院植保所封洪强研究员、南京农业大学胡高教授、客座教授Jason Chapman为论文通讯作者。

    原文链接:
    Huang JR, Feng HQ*, Drake VA, Reynolds DR, Gao BY, Chen FJ, Zhang GY, Zhu JS, Gao YB, Zhai BP, Li GP, Tian CH, Huang B, Hu G*, Chapman JW*. 2024. Massive seasonal high-altitude migrations of nocturnal insects above the agricultural plains of East China. PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.2317646121