南京農(nóng)業(yè)大學教授用大數(shù)據(jù)預測遷飛害蟲 嚴防死守應對物種入侵

“不怕敵人張牙舞爪，就怕敵人無孔不入。”這是南京農(nóng)業(yè)大學植物保護學院的胡高教授談及病蟲害防治時的感悟。

這兩年，最牽動胡高教授神經(jīng)的，就是聯(lián)合國糧農(nóng)組織全球預警的重大遷飛性農(nóng)業(yè)害蟲草地貪夜蛾了。這是一場突如其來的生物物種入侵。草地貪夜蛾，這個起源于美洲熱帶和亞熱帶地區(qū)有害昆蟲已經(jīng)席卷了非洲、歐洲，越過印度，甚至到達了我國的山西、甘肅等北方干旱寒冷地區(qū)。

今年夏天，胡高教授的行程排得滿滿當當，他分別前往云南、河南等地，調(diào)研農(nóng)作物的受災情況和蟲害的發(fā)生規(guī)律。

與往年相比，今年的氣候尤其異常。冬春溫度異常偏高，越冬蟲量偏大，遷飛性害蟲乘風而飛，遇雨而停，超長時間的雨季打亂了原有的遷飛路線和發(fā)生規(guī)律，不少地方出現(xiàn)了遷飛性害蟲大面積為害的現(xiàn)象。

過去面對這種情況，人們往往只能跟著害蟲跑，追著它們的屁股圍追堵截。

而現(xiàn)在，利用大數(shù)據(jù)抓取和預測，胡高教授和他的團隊欲化被動追擊為主動蹲守，化被動戰(zhàn)為主動戰(zhàn)，全面阻擊物種入侵。

追蹤草地貪夜蛾

2019年年初，草地貪夜蛾在我國云南被發(fā)現(xiàn)。研究病蟲害防治的胡高教授得知這個消息后，神經(jīng)一下繃緊了。此前，他一直在關注草地貪夜蛾的最新動向。

草地貪夜蛾的幼蟲呈灰綠色，頭部有倒“Y”形斑，腹部末節(jié)有4個黑斑，呈正方形排列。這是一種非常能吃的害蟲，幼蟲寄生在農(nóng)作物植株上，以農(nóng)作物的葉、莖為食，對玉米、水稻、高粱、甘蔗等十幾種農(nóng)作物危害很大。它們直接在葉片上產(chǎn)卵。幼蟲會切斷種苗和幼小植株的莖，咬掉植物的生長點，造成植株死亡。一個小小的草地貪夜蛾幼蟲能破壞一整株玉米幼苗。遭受蟲害后的作物可能減產(chǎn)20%，嚴重時可導致顆粒無收。

草地貪夜蛾以前只是在西半球活動。2016年草地貪夜蛾在非洲被發(fā)現(xiàn)，證明其已經(jīng)產(chǎn)生了跨大洲的傳播。胡高教授便開始跟蹤研究，他提出要做好草地貪夜蛾入侵亞洲乃至中國的準備。

他的擔心得到了印證。2018年5月，草地貪夜蛾入侵了印度，去年1月就在我國云南出現(xiàn)了。

作為一種典型的遷飛性昆蟲，草地貪夜蛾的成蟲借助風力可以在一夜之間飛行100公里(蒼蠅僅15公里)，這個速度在整個害蟲界是前所未有的。除此以外，草地貪夜蛾的繁殖能力也相當驚人。草地貪夜蛾在25℃左右的條件下，30天左右即可繁殖一代。每次可產(chǎn)卵100-200粒，一生可產(chǎn)卵900-1000粒，一年可繁衍數(shù)代。

在遷飛路徑尚未明確時，及時預判的難度極大。即使國內(nèi)采取了“嚴防死守”的態(tài)勢，2019年草地貪夜蛾依舊波及了全國26個省(區(qū)、市)近1500多個縣市。2019年1月，草地貪夜蛾在云南被發(fā)現(xiàn)，5月遷飛侵入湖北，到了7月山西和甘肅也出現(xiàn)了草地貪夜蛾的幼蟲。

“一旦草地貪夜蛾在我國形成定居，損失不可估量。”胡高教授認為，在現(xiàn)階段，掌握草地貪夜蛾的遷飛路徑，及時預判是重中之重。

構建監(jiān)測網(wǎng)點密切追蹤

時間緊、任務重，最重要的是農(nóng)民的財產(chǎn)損失難以計量和預測。胡高教授表示，這兩年草地貪夜蛾尚未在我國形成定居，一方面是由于全國上下的嚴防死守，另一方面也是由于今年異常的天氣將大量的草地貪夜蛾“牽制”在云南、貴州地區(qū)。

今年才是草地貪夜蛾入侵我國的第二年，今后仍存在大范圍危害的風險。胡高教授和他的團隊便一手抓監(jiān)測，一手抓建模。

借助大量的一手資料，同時根據(jù)已有的草地貪夜蛾類似昆蟲的遷飛資料，胡高教授在短時間內(nèi)建立了數(shù)據(jù)模型，初步確立了草地貪夜蛾的遷徙路線。

與胡高教授的輾轉(zhuǎn)多地考察調(diào)研不同，他的幾位研究生則是長時間在害蟲發(fā)生地駐扎研究、蹲點監(jiān)測，努力收集第一手資料。在云南的鄉(xiāng)間，這些年輕人已經(jīng)駐扎了5個多月。

南京農(nóng)業(yè)大學博士生陳輝就是其中的一員。從今年3月起，陳輝就在云南省元江哈尼族彝族自治縣蹲點監(jiān)測調(diào)研。

他經(jīng)常早上6點就起床，田間實驗、下鄉(xiāng)宣傳、下地捉蟲。天氣雖熱，但他們干起活兒來絕不含糊。晚上是草地貪夜蛾的活動時間，他們常常趕在這個時間段去檢測數(shù)據(jù)，完成相關課題。

云南省元江縣地處低熱河谷地區(qū)，盛夏常常連著40多天不下雨，夏季均溫高達37℃。“一開始我們還穿著長袖、長褲，戴著帽子工作，后來覺得太熱就放棄了。”直到現(xiàn)在，陳輝的手臂上還留著酷暑時節(jié)曬出來的斑點。

然而，在田間構建監(jiān)測點，工具不完備讓這位博士生體驗到了“赤腳醫(yī)生”般的窘迫。

這種感覺，在記錄遷飛昆蟲的路線時尤為強烈。

記錄昆蟲遷飛路線，需要用專業(yè)的飛行模擬器。陳輝的實驗室有進口的飛行模擬器，但沒法帶到田里，他只能自己手動做飛行模擬器。

在研制飛行模擬器的過程中，最難的部分是解決如何使用單片機的問題。即在飛行模擬器中的單片機與編碼器是怎么連接，又怎么向電腦傳輸數(shù)據(jù)。“數(shù)據(jù)收集了，無法可視化上傳，也會前功盡棄”。

陳輝專門買了網(wǎng)課，又買了一個51單片機學習機，但是有很多關鍵問題靠自學不行，網(wǎng)課缺少反饋，遇到困難沒地方問。包括胡教授在內(nèi)的實驗室成員都沒有相關經(jīng)驗。機緣巧合，有一天陳輝在刷朋友圈時看到一個朋友轉(zhuǎn)發(fā)了相關知識，他又趕忙與這位朋友聯(lián)系。

最后，陳輝把這個飛行模擬器裝置的單片機部分拿下。這使得他所有收集到的數(shù)據(jù)，最后轉(zhuǎn)化成了可以被研究的圖表與遷飛路徑圖。

在整個過程中，陳輝得到了胡高教授的很多幫助：“他非常支持學生的想法，我做飛行模擬器的時候，他讓我大膽地放開手去做。”

正是胡高教授和他的團隊分駐各地構建的“監(jiān)測網(wǎng)”，才使得數(shù)據(jù)預測成為可能。

化被動滅蟲為主動衛(wèi)田

目前，胡高教授和他的團隊在云南的實驗地區(qū)設置了十幾個試驗小區(qū)，使用誘蟲燈、高光燈、性誘劑等方法捕捉草地貪夜蛾，再進行數(shù)目統(tǒng)計。監(jiān)測點建設好了，將無數(shù)次草地貪夜蛾遷飛的路徑整合在一起，這就是飛行遷徙路線圖。

這是一個漫長而繁瑣的過程。胡高教授介紹說：“數(shù)據(jù)量很大，錄入的次數(shù)頻繁而且數(shù)據(jù)結(jié)構繁雜，一位研究生一個晚上錄入的數(shù)據(jù)修改了9次。”

根據(jù)構建的預測模型顯示，1月，在華南南部包括廣東、廣西、云南、福建、臺灣等省份以及海南島，在當?shù)卮嬖诓莸刎澮苟瓯镜卦蕉N群外，三四月，開始不斷會有境外草地貪夜蛾的蟲源遷入國內(nèi)。而長江以南大部分區(qū)域，3月即可出現(xiàn)成蟲遷入，主遷入期為四五月。江淮、黃淮地區(qū)、華北平原、四川盆地和貴州省大部地區(qū)從四五月開始有長江以南地區(qū)的蟲源零星遷入，主遷入期為五六月。黃河以北的地區(qū)主遷入期為7月，而甘肅省東部，寧夏回族自治區(qū)、陜西、山西和河北等省份的北部，內(nèi)蒙古自治區(qū)南部以及東北地區(qū)，到7月才可能會有成蟲遷入。他們的預測結(jié)果也與最近兩年草地貪夜蛾爆發(fā)的趨勢基本一致，為全國草地貪夜蛾三區(qū)三帶布防方案的制訂提供了有力的理論支撐。

胡高教授認為，華南越冬區(qū)、黃淮海地區(qū)以及西南、西北玉米片區(qū)是防治草地貪夜蛾的重點。在目前草地貪夜蛾尚未在我國形成定居的情況下，一兩年內(nèi)應當建立以化學防治、物理防治、生物防治和農(nóng)業(yè)防治綜合的防治技術體系。基本的防控思路是因地制宜實施分區(qū)治理，提早監(jiān)測和誘殺成蟲，防止草地貪夜蛾的大規(guī)模遷飛，重點防治幼蟲，避免爆發(fā)性危害。

在了解害蟲動態(tài)和遷飛行為的同時，胡高教授基于美國NOAA數(shù)據(jù)庫提供的過去5年氣象數(shù)據(jù)，通過的昆蟲遷飛軌跡算法，將昆蟲自身的飛行能力作為參數(shù)進行數(shù)據(jù)運算與分析，作出準確預測。

胡高教授希望，未來可以通過大數(shù)據(jù)的預測，在害蟲到來之前就做好準備，化被動滅蟲為主動衛(wèi)田。“現(xiàn)在，我們至少可以說，明年草地貪夜蛾襲來的時間和地點都是可預測的。”胡高教授說。

遷飛害蟲與農(nóng)田衛(wèi)士的搏斗，在靜靜的田野上暗潮涌動著。