周期性极端高温事件对麦长管蚜种群影响的模拟

Under climate warming, a small increase in average temperature may lead to a large increase in occurrence of extreme heat waves. Previous studies predicted the effects of climate warming mainly based on increases in average temperatures. However, those studies neglected the impact of extreme heat waves and consequently overestimated or underestimated future development of insects. It is valuable for population dynamics prediction to reveal the effects of extreme heat waves on insect pests. In this study, we test the influences of frequency and duration of heat waves on development, survival, reproduction and population parameters of Sitobion avenae by conducting a series of experiments including laboratory and field simulated studies and field observation. The objective of present study are to demonstrate the relationship between the frequency and duration of extreme heat waves and population development of Sitobion avenae. These results may be valuable for promoting population dynamics prediction under climate warming. We have sufficient research experience on aphid thermal ecology and behavior. Our research ideas and methods have novelties relative to current studies.

气候变暖趋势下，平均温度小幅度升高就会导致极端高温事件出现概率显著增加。目前多用平均温度升高来模拟气候变暖与昆虫间的关系，忽略了极端高温事件对昆虫的影响。揭示极端高温事件与害虫种群之间的关系，对预测气候变暖下我国重要害虫的发生趋势有重要理论价值和实际意义。本项目拟通过分析田间极端高温出现频率和持续时间的变化规律，设计符合自然界极端高温事件周期性变化的温度模式，以对高温敏感的我国重要农业害虫麦长管蚜为模式材料，开展实验室和田间模拟试验，系统研究极端高温频率和持续时间变化对麦长管蚜个体发育、存活、繁殖和种群参数的影响；同时在多个地点调查麦蚜田间种群动态，结合十余年多点的田间虫情数据和气象数据分析，阐明极端高温事件与麦长管蚜种群发展之间的关系。申请人有近10年的麦蚜高温生态学研究经验，在模拟气候变暖对昆虫尤其是麦蚜影响的研究思路和方法创新上有较好的基础和特色。

气候变化与昆虫等变温动物关系的研究以往多关注平均温度升高的影响。而气候变暖同时具有长期缓慢性和短期极端性的特点。忽视自然界存在的极端高温，仅用平均温度升高的方法阐述气候变暖的影响，无法准确预测生物的未来发展趋势。极端高温事件与生物及生态系统未来发展之间的关系，已成为气候变化生物学和生态学领域的崭新课题。我国是气候变暖最显著的国家之一。近年来我国北方地区极端高温多次冲破气象记录，成为50年来最热的时期。麦蚜是麦类作物的头号害虫，揭示极端高温事件对麦蚜个体和种群的影响，对提高气候变暖趋势下我国麦蚜预测和防治水平有重要的生产实际意义。麦长管蚜属于高温敏感昆虫，其不仅是我国农业生产上的重要害虫，同时也是研究气候变暖对昆虫影响很好的模式材料。本项目通过分析符合自然界极端高温周期性变化的规律，开展人工模拟和田间模拟试验，同时在多个地点调查麦蚜田间种群动态，结合10余年多个地点的田间种群动态虫情数据分析，在中等时间尺度下系统研究了极端高温的幅度、频率、持续时间、周期性及出现时间等主要特征对麦长管蚜发育、存活、繁殖及内禀增长率等核心生命参数和种群适合度参数的影响。总体上来看，极端高温幅度和频率增加及持续时间延长对蚜虫的发育、存活、繁殖和种群增长均有负面影响，但这种负面影响的程度取决于极端高温的周期性及出现时间，极端高温间隔期出现的频率和持续时间增加可显著减轻极端高温对蚜虫造成的负面影响。本项目阐明了中等时间尺度下周期性极端高温事件对麦长管蚜作用的生态学机制，对构建麦蚜的气候响应模型，模拟气候变化背景下麦蚜的发生趋势，提高预测预报的准确性和防治决策的科学性有重要意义。