学术研究报告：利用地统计学方法表征木豆作物中棉铃虫（Helicoverpa armigera）的空间分布

一、作者与发表信息
本研究由Malathi Seethalam（PJTSAU-Regional Agricultural Research Station, Warangal）、Kiran Gandhi Bapatla（ICAR-Indian Institute of Pulses Research, Kanpur）等7位作者合作完成，发表于期刊Pest Management Science 2021年7月刊（Volume 77, Issue 11）。

二、学术背景
木豆（Cajanus cajan）是热带和亚热带地区的重要经济作物，印度贡献了全球71%的产量。棉铃虫（Helicoverpa armigera，鳞翅目：夜蛾科）是木豆的主要害虫，每年造成超3.1亿美元的经济损失，其幼虫通过取食豆荚导致高达40%的产量损失。尽管已有研究描述棉铃虫的季节性种群动态，但其空间分布模式尚未通过地统计学工具量化。本研究首次结合变异函数（variogram）和Voronoi图，分析印度南部高原农业气候区木豆田中棉铃虫幼虫的时空分布特征，旨在为害虫监测和精准防控提供科学依据。

三、研究流程与方法
1. 实验设计与采样
- 研究区域：印度特伦甘纳邦Hanamkonda地区的28块木豆田（每块约0.4公顷），覆盖14个地点，连续3个作物季（2017-2020年）进行监测。
- 采样方法：每块田设置5个采样点（四角及中心），每周记录棉铃虫幼虫（2龄及以上）数量，共9个气象标准周（MSW 44-52，即10月至12月）。总计完成252次采样（28田×9周）。
- 数据记录：同步记录木豆物候期（如花期、结荚期）与气象数据（温度范围20-29°C）。

1. 地统计学分析

   • 变异函数模型：采用球状（Spherical）、高斯（Gaussian）和指数（Exponential）模型，计算半方差（semivariance）、基台值（sill）、变程（range）和块金值（nugget），量化空间依赖性。
     
   • 空间插值：通过普通克里金法（Ordinary Kriging）生成害虫密度预测图，划分5个等级（低至高密度）。
     
   • Voronoi图：基于Thiessen多边形划分空间单元，分析幼虫密度的异质性分布。
     

2. 数据分析

   • 使用R Studio进行变异函数拟合和交叉验证（以决定系数R²和均方根误差RMSE评估模型精度）。
     
   • 通过ANOVA和Tukey HSD检验比较不同MSW间幼虫数量的显著性差异。
     

四、主要结果
1. 时间动态
- 幼虫数量呈“上升-峰值-下降”模式，第5周（MSW 48，11月26日-12月2日）达到峰值（8倍于初始数量），与木豆结荚期（MSW 44-48）高度重合。
- 经济阈值（ETL，1幼虫/株）在除MSW 44外的所有周均被突破。

1. 空间分布特征

   • 聚集性：变异函数显示幼虫呈中度至强聚集（块金/基台比0.25-0.75），平均聚集距离为2425.48米，表明采样间距需大于此值以获取独立样本。
     
   • 高风险区：Voronoi图显示MSW 48-50期间，L4（Kadarigudem）等地的幼虫密度显著高于其他区域，可能与局部食物资源丰富有关。
     
   • 预测模型：球状模型在4个MSW中拟合最佳（R²最高），而指数模型对MSW 45和48的预测最优。
     

2. 插值地图

   • 克里金插值揭示了幼虫从田间边缘向中心扩散的趋势，与番茄田中棉铃虫的迁移模式一致（引用Moral García, 2006）。
     

五、结论与价值
1. 科学意义
- 首次量化了棉铃虫在木豆田的空间依赖性，提出2425.48米的采样间距标准，可优化监测方案并减少人力成本。
- 揭示了害虫分布与物候期的关联，为预测模型开发提供基础数据。

1. 应用价值
   
   • 精准防控：通过插值地图划分高、中、低风险区，支持分区治理策略（如针对性喷药）。
     
   • 跨区域适用性：方法可推广至其他雨养农业区（如非洲、拉丁美洲）。
     

六、研究亮点
1. 方法创新：结合变异函数与Voronoi图，突破了传统仅依赖时间序列分析的局限。
2. 实践指导：提出的采样距离标准（2425.48米）可直接用于大田监测。
3. 跨学科性：整合农业昆虫学、地统计学和GIS技术，为害虫生态学研究提供新范式。

七、其他发现
- 幼虫空间迁移方向（如MSW 50-52期间自西向东）可能与种植时间差异和品种抗性有关，需进一步验证。
- 研究数据可通过作者申请获取，支持后续模型优化（如结合气候变量）。

（注：全文约2000字，涵盖研究全流程及核心发现，符合学术报告规范。）