害虫越冬期种群动态的再思考：基于滞育过程的葡萄浆果蛾(Lobesia botrana)阶段结构模型构建与验证

本研究针对农业害虫管理中种群动态预测的挑战，提出了一种整合滞育过程的Von Foerster阶段结构模型。研究团队以地中海地区重要葡萄害虫L. botrana为对象，创新性地将滞育(diapause)作为独立生命阶段建模，构建了包含发育速率vi (t)、死亡率mi (t)和繁殖力b(t,x)的动力学方程。通过两年期模拟验证，发现种群密度依赖的繁殖调节机制能有效稳定系统，而滞育过程显著影响秋季种群峰值。该模型为精准预测害虫季节性暴发提供了新工具，代码已开源共享。

　　

在葡萄园病虫害防治领域，准确预测害虫种群动态始终是农业生态学的核心挑战。传统防治策略往往依赖经验性观察，而随着气候变化加剧，害虫物候特征发生显著改变，使得基于历史数据的预测模型频频失效。地中海地区最重要的葡萄害虫——葡萄浆果蛾(Lobesia botrana)因其复杂的滞育特性和多世代重叠，成为种群动态研究的典型模型生物。

针对这一科学问题，中国农业科学院的研究团队在《Journal of Theoretical Biology》发表了创新性研究成果。他们突破传统模型局限，首次将滞育过程作为独立生命阶段纳入Von Foerster阶段结构模型，构建了包含4个发育阶段（卵、幼虫、蛹、成虫）的动力学方程组。通过整合温度依赖的发育速率vⁱ
(t)、基于Brière函数的死亡率mⁱ
(t)和年龄特异性繁殖力b(t,x)，该研究实现了对害虫完整生活史的数学描述。

研究团队采用三组关键技术：1) 基于特征线法的偏微分方程离散化技术，处理发育速率时变特性；2) 温度响应函数参数化方法，将实验室发育数据转化为vⁱ
(T)和mⁱ
(T)的数学表达；3) 滞育触发机制建模，通过光周期和温度双阈值控制滞育进出。所有模拟均基于地中海地区实际气象数据，代码已在GitHub开源。

【模型构建】
研究将传统Von Foerster方程扩展为包含滞育项的改进形式：
??ⁱ
/?t + vⁱ
(t)??ⁱ
/?x + mⁱ
(t)?ⁱ
= Sⁱ
(t)
其中滞育个体ψ(t,x)满足独立方程：?ψ/?t + μψ = ν?^k
，创新性地将滞育过程量化为可计算的生物过程。

【温度响应】
发育速率采用分段线性模型：
vⁱ
(T) = (T-T_min
ⁱ
)/Dⁱ
(T_min
ⁱ
<>_M
)
其中卵期T_min
¹
=9.61°C，蛹期T_min
³
=11.5°C，与田间观测高度吻合。

【密度调节】
研究发现当繁殖力σ设为总种群密度函数时，系统会收敛至稳态；而仅依赖成虫密度时则出现周期性振荡，这一发现为生物防治提供了理论依据。

【滞育效应】
模拟显示滞育使秋季蛹和成虫峰值密度降低37%，且越冬存活率与滞育启动时的温度累积量呈负相关(R²
=0.82)。

这项研究的重要意义在于：1) 首次建立了包含完整滞育过程的害虫阶段结构模型，突破了传统模型对越冬期处理的简化假设；2) 提出的死亡率函数构建方法(mⁱ
(T)=-Rⁱ
(T)ln[1-U(T)])为缺乏实验数据时的参数估计提供了新思路；3) 开源模型代码可直接整合到农业决策支持系统。该成果不仅为L. botrana的精准预测提供了工具，其建模框架也可推广至其他具有滞育特性的农业害虫，标志着理论生态学向实际应用的重大跨越。