每年，當數以億萬計的昆蟲飛過天空，尋找千里之外的繁殖之所，以增加種群生存機會的時候，也影響了整個自然生態(tài)系統(tǒng)和農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。規(guī)模如此宏大的遷飛昆蟲，或為暴發(fā)性農業(yè)害蟲，屢屢區(qū)域性大暴發(fā)，小蟲成大災，造成損失觸目驚心；或為媒介昆蟲，造成人畜疾病或植物病害的流行和暴發(fā)；或為訪花昆蟲、天敵昆蟲，提供特定的生態(tài)服務。亞洲東部獨特的大氣地理環(huán)境（東亞季風氣候以及相對平坦的地形地貌）非常適合昆蟲遠距離遷飛，該地區(qū)人口密度高、農作物復種指數高，給遷飛昆蟲提供了豐富的食物，因此該地區(qū)的農作物也經常遭受遷飛害蟲的侵擾。我國10種一類農作物害蟲中有8種具有遷飛性，嚴重威脅我國糧食安全生產。但是昆蟲個體小，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程難以直接監(jiān)測，空中蟲群規(guī)模以及昆蟲空中遷飛行為仍不清楚。
近日，美國科學院院報（Proceedings of the National Academy of Sciences）在線發(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(qū)夜間遷飛昆蟲空中數量規(guī)模以及遷飛行為模式。
昆蟲雷達是昆蟲空中遷飛最有力的監(jiān)測工具，可全天候監(jiān)測空中昆蟲遷飛。本研究基于河南省農業(yè)科學院植物保護研究所的垂直昆蟲雷達2015-2017年監(jiān)測數據及空中網捕和探照燈誘蟲數據，成功測算了我國東部地區(qū)空中遷飛昆蟲的數量和生物量：我國東部地區(qū)上空每年夜間約9.3萬億昆蟲進行遠距離遷飛，生物量約1. 5萬噸。與胡高團隊之前研究所測算的英國南部遷飛昆蟲規(guī)模相比較，我國東部夜間遷飛昆蟲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(xiàn)我國遷飛昆蟲優(yōu)勢類群為鱗翅目害蟲，其蟲群數量占比達到76.2%。體型較大的昆蟲（體重10mg以上）表現(xiàn)出季節(jié)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僅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雷達技術的研發(fā)、應用和推廣。該團隊自主研發(fā)了旋轉極化垂直昆蟲雷達的信號分析軟件，突破了我國垂直昆蟲雷達技術的關鍵“卡脖子”問題，實現(xiàn)了我國第一部旋轉極化垂直昆蟲雷達（0號昆蟲雷達）的成功運行；與無錫立洋科技有限公司合作，實現(xiàn)了高分辨率垂直昆蟲雷達、雙模式昆蟲雷達、移動昆蟲雷達等多項技術創(chuàng)新，所研制的高分辨率垂直昆蟲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垂直昆蟲雷達網，入網雷達11部。
胡高教授團隊長期從事遷飛昆蟲學和害蟲災變預警的研究工作。該團隊研發(fā)了垂直昆蟲雷達高通量數據分析軟件，優(yōu)化了空中蟲群數量、生物量測算以及遷飛行為分析的算法，實現(xiàn)了垂直雷達海量監(jiān)測數據高效、標準化的分析。國際上首次測算了空中蟲群的數量和生物量，揭示了昆蟲遷飛具有重要的生態(tài)功能，相關的研究成果先后發(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的空中規(guī)律和遷飛行為模式，證實了我國垂直昆蟲雷達技術的可靠性以及應用價值，將進一步推動我國昆蟲雷達監(jiān)測網的建設，促進我國遷飛害蟲監(jiān)測預警技術的升級換代。
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
