气候变化下蝗虫在纬度与海拔梯度上的迁移扩散差异——以中国新疆伊犁河流域为例

本文系统研究了中国新疆伊犁河流域蝗虫群落对气候变化的响应模式，通过比较历史（1986–1988）与近期（2022–2023）数据，发现蝗虫以年均1.45 km速度北迁，并在海拔1158 m处出现热适应与冷适应物种的分化迁移。研究创新性运用物种温度指数（STI）和群落温度指数（CTI）量化了蝗虫对气候变暖的生态适应策略，为草原蝗灾精准监测提供了重要科学依据。

　　

2 材料与方法

2.1 研究区域

新疆伊犁河流域（42°14′16″–44°53′30″ N, 80°09′42″–84°56′50″ E）地貌类型多样，包含高山、丘陵河谷、冲积平原和洪积平原，海拔梯度显著（531–5728 m）。该区域分布着8种主要草原类型，总面积达3.4×10⁴ km²，包括高寒草甸、山地草甸、温性草甸草原、温性草原、温性荒漠草原、温性荒漠、低地草甸和平原沼泽。作为温带大陆性半干旱气候区，年平均气温10.04°C，年降水量200–500 mm（山区可达800 mm），年日照时数2700–3000小时。特殊的气候与地形条件使其成为蝗虫物种多样性研究的理想区域，蝗虫种类丰富且呈现明显的垂直分布特征。

2.2 数据来源

历史期数据（1986–1988）由新疆维吾尔自治区草原生物灾害控制中心提供，采用1 m×1 m×1m样方框在30个代表性样地进行调查。近期数据（2022–2023）通过对历史样地的重新采样获得，采用梅花五点法布置采样点，每个样点设置5条等距样线，使用手持扫网进行180°往复扫网调查。共完成750条样线调查，记录内容包括经纬度、海拔、地形地貌、蝗虫物种及密度、植被物种及覆盖度等关键生态参数。物种鉴定主要依据《中国动物志》和《新疆昆虫彩色图鉴》。

海拔梯度划分标准：<1000 m为低海拔，1000–1400 m为中海拔，≥1400 m为高海拔。纬度梯度划分：<43.5°N为低纬度，43.5–43.9°N为中纬度，≥43.9°N为高纬度。

2.3 样地选择原则

为保证数据的可比性与科学性，样地选择遵循四大原则：（1）两期调查样地位置偏差不超过1000 m；（2）样地需覆盖所有海拔、纬度、草原类型和地形地貌类型，相邻样地间隔至少10 km；（3）每个样地需具备完整的蝗虫物种组成、植被特征和地理信息记录；（4）样地远离人类活动干扰（距道路>500 m）。最终筛选出22个符合标准的样地进行对比分析。

2.4 气候数据来源

历史期气候数据来源于中国气象强迫数据集（CMFD），未来情景数据源自NASA的NEX-GDDP-CMIP6全球每日降尺度预报。通过可靠性集合平均法（REA）、日尺度偏差校正法（DBC）和薄板样条插值法（ANUSPLIN）进行降尺度处理，获得空间分辨率为0.1°×0.1°（10 km×10 km）的气象栅格数据。利用ArcGIS 10.8.1的多值提取至点工具提取样地生长季（6–8月）的日平均温度数据。

2.5 数据分析方法

物种温度指数（STI）计算基于物种出现样地的平均温度，群落温度指数（CTI）为样地内所有物种STI的平均值。通过线性拟合分析CTI与纬度、海拔的关系，采用独立样本T检验和Wilcoxon方法评估两期温度、STI和CTI的差异性。纬度变化与距离的换算遵循1°纬度差相当于111 km的标准。

3 结果

3.1 不同时期伊犁河流域蝗虫主要物种分析

两期调查共鉴定到6科13属18种蝗虫。历史期记录4科8属11种，近期记录4科10属16种。其中9种为两期共有种，包括意大利蝗（Calliptamus italicus）、西伯利亚蝗（Gomphocerus sibiricus）等；2种仅见于历史期（Asiotmethis zacharjini和Pyrgomorpha conica）；7种为近期新增种，如红胚小车蝗（Oedipoda miniata）和蓝胫束颈蝗（Sphingonotus coerulipes）等。物种组成的变化反映了气候变暖背景下蝗虫群落的适应性演变。

3.2 不同时期蝗虫STI与CTI变化对比分析

独立样本T检验显示，近期样地生长季平均温度较历史期降低0.73±0.23°C，但变化不显著（p=0.379）。CTI分析表明近期较历史期增加0.01±0.12°C，变化同样不显著（p>0.05）。然而，温度与CTI的线性关系揭示重要规律：温度每升高1°C，近期CTI增加0.148，历史期增加0.086，说明近期蝗虫群落对温度变化的响应更为敏感， thermophilic（喜热）与psychrophilic（喜冷）物种的相对组成发生显著改变。

3.3 不同纬度与海拔梯度蝗虫群落组成及迁移扩散变化

CTI与纬度呈显著正相关（p<0.01）。线性拟合显示：纬度每增加1°，近期CTI增加1.129，历史期增加0.657。换算为距离，近期物种北迁125.3 km，历史期北迁72.9 km。基于36年时间间隔，推算蝗虫北迁速率约1.45 km/年。

CTI与海拔呈显著负相关（p<0.01）。在1158 m海拔处，两期CTI值无变化；<1158 m区域，近期CTI高于历史期，表明 thermophilic 物种向中海拔迁移；>1158 m区域，近期CTI低于历史期，表明 psychrophilic 物种向高海拔迁移。海拔每升高1000 m，近期CTI下降1.4（k=-0.0014），历史期下降0.9（k=-0.0009），再次证实近期蝗虫对海拔变化的响应更强烈。

4 讨论

4.1 气候变化背景下伊犁河流域蝗虫优势种变化

物种组成变化与温度适应性密切相关。例如意大利蝗适温27–30°C，耐高温达42°C，而西伯利亚蝗适温仅21–24°C，最高耐温33°C。这种热适应性差异导致 thermophilic 物种在气候变暖背景下更具竞争优势。此外，降雨量也是影响蝗虫分布的关键因子，未来需加强降雨对蝗虫群落分布影响的研究。

4.2 不同纬度海拔梯度蝗虫迁移扩散差异及其监测防控意义

纬度梯度上1.45 km/年的北迁速率与全球物种迁移趋势一致。海拔梯度上1158 m成为物种迁移的生态临界点：低海拔区 thermophilic 物种向中海拔迁移，高海拔区 psychrophilic 物种向上迁移。中海拔区（1000–1400 m）作为迁移交汇带，拥有最丰富的物种多样性，这与该区域逆温层带来的高降水、高湿度和旺盛植被生长密切相关。

宿主植物分布是影响蝗虫迁移的另一关键因素。不同蝗虫对宿主植物有特异性偏好，如意大利蝗喜食菊科和藜科旱生植物，竹蝗（Ceracris kiangsu）专食竹类。宿主植物的扩散能力限制了蝗虫的迁移范围，形成生态约束。

监测防控建议：沙漠草原需重点关注蓝胫束颈蝗等 thermophilic 物种；高海拔区应加强西伯利亚蝗等 psychrophilic 物种监控；中海拔温性荒漠草原作为意大利蝗、亚洲小车蝗等优势种分布区，需实施重点防控。本研究为伊犁河流域蝗虫精准监测提供了理论依据和数据支撑，但样地数量有限且未考虑纬度-海拔交互效应，需进一步深入研究。