每年，當數以?xún)|萬(wàn)計的昆蟲(chóng)飛過(guò)天空，尋找千里之外的繁殖之所，以增加種群生存機會(huì )的時(shí)候，也影響了整個(gè)自然生態(tài)系統和農業(yè)生態(tài)系統。規模如此宏大的遷飛昆蟲(chóng)，或為暴發(fā)性農業(yè)害蟲(chóng)，屢屢區域性大暴發(fā)，小蟲(chóng)成大災，造成損失觸目驚心；或為媒介昆蟲(chóng)，造成人畜疾病或植物病害的流行和暴發(fā)；或為訪(fǎng)花昆蟲(chóng)、天敵昆蟲(chóng)，提供特定的生態(tài)服務(wù)。亞洲東部獨特的大氣地理環(huán)境（東亞季風(fēng)氣候以及相對平坦的地形地貌）非常適合昆蟲(chóng)遠距離遷飛，該地區人口密度高、農作物復種指數高，給遷飛昆蟲(chóng)提供了豐富的食物，因此該地區的農作物也經(jīng)常遭受遷飛害蟲(chóng)的侵擾。我國10種一類(lèi)農作物害蟲(chóng)中有8種具有遷飛性，嚴重威脅我國糧食安全生產(chǎn)。但是昆蟲(chóng)個(gè)體小，遷飛又發(fā)生在數百上千米的高空，導致其遠距離空中遷飛過(guò)程難以直接監測，空中蟲(chóng)群規模以及昆蟲(chóng)空中遷飛行為仍不清楚。
近日，美國科學(xué)院院報（Proceedings of the National Academy of Sciences）在線(xiàn)發(fā)表了我院植保所封洪強研究員團隊與南京農業(yè)大學(xué)胡高教授團隊的合作研究成果《Massive seasonal high-altitude migrations of nocturnal insects above the agricultural plains of East China》。該研究成果揭示了我國東部地區夜間遷飛昆蟲(chóng)空中數量規模以及遷飛行為模式。
昆蟲(chóng)雷達是昆蟲(chóng)空中遷飛最有力的監測工具，可全天候監測空中昆蟲(chóng)遷飛。本研究基于河南省農業(yè)科學(xué)院植物保護研究所的垂直昆蟲(chóng)雷達2015-2017年監測數據及空中網(wǎng)捕和探照燈誘蟲(chóng)數據，成功測算了我國東部地區空中遷飛昆蟲(chóng)的數量和生物量：我國東部地區上空每年夜間約9.3萬(wàn)億昆蟲(chóng)進(jìn)行遠距離遷飛，生物量約1. 5萬(wàn)噸。與胡高團隊之前研究所測算的英國南部遷飛昆蟲(chóng)規模相比較，我國東部夜間遷飛昆蟲(chóng)的數量和生物量分別是英國單位面積的5.15和8. 02倍。此外，研究還發(fā)現我國遷飛昆蟲(chóng)優(yōu)勢類(lèi)群為鱗翅目害蟲(chóng)，其蟲(chóng)群數量占比達到76.2%。體型較大的昆蟲(chóng)（體重10mg以上）表現出季節性定向行為，春季、夏季向北遷飛，秋季向南回遷，但是向南回遷的生物量?jì)H是春夏季向北遷飛的66%，而英國的南北遷飛數量相當。
封洪強團隊一直致力于昆蟲(chóng)雷達技術(shù)的研發(fā)、應用和推廣。該團隊自主研發(fā)了旋轉極化垂直昆蟲(chóng)雷達的信號分析軟件，突破了我國垂直昆蟲(chóng)雷達技術(shù)的關(guān)鍵“卡脖子”問(wèn)題，實(shí)現了我國第一部旋轉極化垂直昆蟲(chóng)雷達（0號昆蟲(chóng)雷達）的成功運行；與無(wú)錫立洋科技有限公司合作，實(shí)現了高分辨率垂直昆蟲(chóng)雷達、雙模式昆蟲(chóng)雷達、移動(dòng)昆蟲(chóng)雷達等多項技術(shù)創(chuàng )新，所研制的高分辨率垂直昆蟲(chóng)雷達出口以色列和英國；目前由該團隊牽頭，初步建成了國際上首個(gè)垂直昆蟲(chóng)雷達網(wǎng)，入網(wǎng)雷達11部。
胡高教授團隊長(cháng)期從事遷飛昆蟲(chóng)學(xué)和害蟲(chóng)災變預警的研究工作。該團隊研發(fā)了垂直昆蟲(chóng)雷達高通量數據分析軟件，優(yōu)化了空中蟲(chóng)群數量、生物量測算以及遷飛行為分析的算法，實(shí)現了垂直雷達海量監測數據高效、標準化的分析。國際上首次測算了空中蟲(chóng)群的數量和生物量，揭示了昆蟲(chóng)遷飛具有重要的生態(tài)功能，相關(guān)的研究成果先后發(fā)表在Science（2016）、Current Biology（2019）、PNAS（2024）等重要國際期刊上。
該研究揭示了我國遷飛昆蟲(chóng)的空中規律和遷飛行為模式，證實(shí)了我國垂直昆蟲(chóng)雷達技術(shù)的可靠性以及應用價(jià)值，將進(jìn)一步推動(dòng)我國昆蟲(chóng)雷達監測網(wǎng)的建設，促進(jìn)我國遷飛害蟲(chóng)監測預警技術(shù)的升級換代。
該研究我院植保所黃建榮副研究員為該論文第一作者，我院植保所封洪強研究員、南京農業(yè)大學(xué)胡高教授、客座教授Jason Chapman為論文通訊作者。
原文鏈接：
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
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