温度驱动的甘蓝茎跳甲(CSFB)生命周期建模：基于延迟微分方程的过程模型及其在冬季油菜害虫防控中的应用

为解决甘蓝茎跳甲(CSFB)对冬季油菜(OSR)日益严重的危害问题，研究人员开发了首个基于延迟微分方程(DDE)的过程模型，模拟了CSFB六个生命阶段(卵、幼虫、蛹-滞育、产卵前成虫、繁殖成虫和非繁殖成虫)的温度依赖性动态。研究整合了成虫诱捕数据和通用温度时间序列，验证了模型预测与文献记载的发育时序的一致性，并揭示了年平均气温升高和异常暖季对CSFB种群季节动态的影响。该模型为构建决策支持系统奠定了基础，可指导农民优化播种时间和综合害虫管理(IPM)策略。

　　

在全球气候变化背景下，甘蓝茎跳甲(CSFB, Psylliodes chrysocephala)已成为欧洲冬油菜(OSR, Brassica napus)最具破坏性的害虫。随着新烟碱类种子处理剂的禁用和拟除虫菊酯类杀虫剂抗性增强，CSFB导致的作物减产问题日益严峻。英国2018-2019年间抗药性水平从33%激增至56%，迫使许多农民放弃油菜种植。传统化学防治手段的失效，亟需开发基于生态学原理的精准防控策略，而实现这一目标的核心在于深入理解CSFB生命周期与环境温度的动态关系。

英国的研究团队在《Journal of Theoretical Biology》发表了一项开创性研究，首次建立了CSFB的基于过程的生命周期模型。该研究采用延迟微分方程(DDE)框架，通过R软件包stagePop实现了六阶段(卵E、幼虫L、蛹-滞育P、产卵前成虫A_p、繁殖成虫A_R和非繁殖成虫A_N)的动态模拟。研究发现异常温暖的秋季会显著提前幼虫高峰期，而年平均气温每升高1°C可使下一代种群数量增加15-20%，这些发现为预测气候变化下的害虫暴发提供了量化工具。

研究团队整合了多源数据：通过英国农业园艺发展委员会(AHDB)项目收集的2010-2022年成虫诱捕数据，采用正态分布拟合迁移动态；利用DEFRA区域2001-2012年的幼虫监测数据验证模型；基于Irriguide模型生成通用温度时间序列。关键技术包括：1) 建立温度依赖的发育速率方程(如卵发育g_E=max(T-T_b,0)/TDD)；2) 采用阶段结构化模型计算各阶段转换概率；3) 通过热力学日积累模型量化温度对滞育期的影响；4) 使用最小二乘法拟合实验死亡率数据。

【2.1 数据】成虫迁移数据表明CSFB在8月下旬至9月初呈正态分布迁移(μ=262.5 DOY)，地面陷阱与1米高陷阱捕获量差异暗示飞行成虫与定居成虫的行为差异。幼虫监测数据显示11月至次年4月存在双峰分布，12月和3月达到峰值。

【2.2 生命周期模型】模型将CSFB生命周期划分为6个温度敏感阶段，其中幼虫死亡率设定为密度依赖性(D_LL²)，以反映资源限制。关键创新在于将滞育期建模为强制性的时间控制开关，只有当环境温度降至阈值以下才允许发育继续。

【2.3 阶段持续时间】卵发育采用四种文献报道的热力学日模型，比较发现Bonnemaison-Jourdheuil模型预测的孵化期最长。幼虫发育由于缺乏数据，创新性假设其服从T_bL=7°C、TDD_L=250°C·d的关系，敏感性分析显示这是模型最敏感的参数。

【3. 结果】基准模拟成功复现了CSFB的典型生活史：8月成虫迁移→9-3月产卵→10-4月幼虫危害→3-6月化蛹→5-6月新生成虫取食→7-8月滞育。温度升高模拟显示，+3°C使秋季幼虫峰值提前28天，次年种群规模扩大2.3倍。季节性变暖实验揭示秋季温度异常对种群动态影响最大，可使产卵期提前6周。

【4. 讨论】该研究首次实现了CSFB全生命周期的过程建模，其核心价值在于：1) 量化了温度对各阶段发育的差异化影响；2) 揭示了滞育调控在种群动态中的关键作用；3) 为抗药性治理提供了时间精准的防控窗口预测。模型的局限性主要源于幼虫发育数据的缺乏，未来需重点开展：幼虫温度响应实验、土壤温度转换模型、天敌作用量化等研究。

这项研究为构建CSFB区域预警系统奠定了算法基础，其模型架构可扩展至其他具有滞育特性的农业害虫。随着欧盟绿色新政(Green Deal)要求2030年前化学农药使用减半，此类机理模型将成为实现可持续害虫管理的核心技术支撑。研究团队已公开全部代码，为后续研究提供了可扩展的计算框架。