林分主要因子与花布灯蛾危害关系的研究

王志明，张 亮，迮兴业，赵思萌，王选遥，史丽雯，张 健

(1.长春科技学院，吉林 长春 130600；2.吉林省乾安县林业局第三机械林场，吉林 松原 131400；3.吉林农业大学，吉林 长春 130118；4.长春师范大学，吉林 长春 130031；5.长春医学高等专科学校，吉林 长春 130013；6.吉林省林业科学研究院，吉林 长春 130031)

花布灯蛾[Camptolomainteriorata(Walker)]是蒙古栎(Quercusspp.)的重要害虫，在中国南方和北方都曾爆发成灾[1-13]。在中国东北区域，该虫主要危害蒙古栎(QuercusmongolicaFisch. ex Ledeb.)芽苞和叶片。在吉林省发生年份中，林分内蒙古栎被害率可达90 %以上。尽管在花布灯蛾发生时，各级主管部门予以高度重视，调动一切可能资源给予扑灭，但所有措施均为灾情过程的处理，实质为治虫于临时。近30年来经验表明，花布灯蛾属食叶性突发物种，对其缺少预警措施，是目前防控该虫的最大短板。

害虫的发生除与其内禀性相关外，尚与林分因子关系密切。林分因子对于林内害虫既有提供生存条件，又有制约增殖的作用。林分因子包括树种组成、林龄、胸径、树高、郁闭度等因子。总体来看，害虫的爆发，其所居的林分因子应是发生的基础因素以及成灾的主导因子之一。

截至目前，有关花布灯蛾预报方面的研究极少报道，更无有关其发生危害与林分因子关系方面的研究报道。笔者从林分因子与花布灯蛾发生危害的关系为切入点，试图分析出利于花布灯蛾的发生主要因子，为今后深入研究防治花布灯蛾技术提供支撑。

在本文内容研究时，笔者曾用传统的生物统计分析方法分析数据，但囿于数据难于满足生物统计的要求，未获成功。后改用粗糙集理论分析，取得较好结果。

粗糙集理论是1982年由波兰数学家Pawlak教授提出的一种研究不完整、不确定知识和数据的表达、学习、归纳的方法。其主要思想是在保持分类能力不变的前提下，通过知识简约而得到问题的分类规则和决策规则[14]。由于其具有只利用数据本身而不需要任何先验知识的特点，故在很多领域得到成功应用[15-17]。

1 研究方法

1.1数据来源

依据花布灯蛾在吉林省最近一次规模发生情况(2011年)档案记载，在吉林省东丰县、辉南县、梅河口市、磐石市等4县(市)区域内，以小班为单位，收集花布灯蛾发生程度和相应林分各项因子，包括树种构成、郁闭度、平均胸径、平均树高、林龄和林分面积。

1.2 危害指标与指标评分

经对上述4县(市)161个小班样本收集，以《吉林省森林病虫鼠调查技术规程》规定的花布灯蛾危害程度，按幼虫虫口密度(虫苞/株)划分：

0 <轻度发生(低)< 0.08

0.09 <中度发生(中)< 0.14

0.15 <重度发生(高)

最终将各林分因子指标含量及受害程度划分为“高”“中”“低”三档。各林分因子指标等级划分、评分规则见表1。

表1 林分因子指标评分规则

2 结果与分析

2.1决策表构建

根据现场调查，以林分因子指标为条件属性，以受害程度等级为决策属性构建决策表，其中论域U={1,2,3……,120}，条件属性集C={C1C2C3C4C5C6}，决策属性集D={d}，其中C1为蒙古栎所占组分，C2为林分郁闭度，C3为林分平均胸径，C4为林分平均树高，C5为林分平均林龄，C6林分面积，d林分受害程度等级。离散化处理林因分子指标数据，再将属性值进行约简，同时删去属性值相同的数据，得到简化的决策表，见表2。

表2 属性值约简后林分因子评价决策

序号条件属性C1C2C3C4C5C6决策属性d37101037101033810107710733910103773240101033372411073333342107333324310771010101441073331014510333310146103777314710710107714810310101073491037771015073333103517333373523333310253733333254737773255103333725633737315773333715873337315910333371601033333161103101073362373333363773337364107333736510777373661033373267107337326810771071026910771077270103377327137333101723733331

序号条件属性C1C2C3C4C5C6决策属性d7377710771747733310175773773176777107317777333317810777371791077733180107777718110771073182103377718331031010738471077732851033373186310373718771037310188101033331891033377190101033332917103333192337107739333101010101943371010101953771010739637710103397377107103983771077399377101010310037771010310177710101031023771010721033777101011043777107110531071010731063107101010310731010101073108310101010103

序号条件属性C1C2C3C4C5C6决策属性d1093107710103110310771073111710710101031123101010101021133107710101114310771071115710771010111671010101010311771010101073118710101010102119101010101010212031010101071

2.2 等价类划分

定义1：设关系R为论域U上的等价关系，则称U/IND(R)为U上的划分，其中，

IND(R)={(x,y)∈U×U|∀a∈C∪D,f(x,a)=f(y,a)}

对于表2中的数据论域分别按照和进行等价类划分得：

|U/IND(C)|=104

|U/IND(D)|=3

依次减去C中的条件属性Ci，i=1,2,3,4,5,6,再将表2中的数据论域进行等价类划分得：

|U/IND(C-C1)|=69

|U/IND(C-C2)|=70

|U/IND(C-C3)|=95

|U/IND(C-C4)|=86

|U/IND(C-C5)|=87

|U/IND(C-C6)|=62

2.3 权重确定

定义2：令C′为条件属性集C的一个子集，则决策属性集D的确定域，PosC′(D)={x∈U,[x]C′⊆D}是指论域U中那些在现有的条件属性集C′下能够确定地归入D的元素的集合。

定义3：令C′为条件属性集C的一个子集，则决策属性集D对C′的依赖度γC′(D)定义如下：

定义4：令C′为条件属性集C的一个子集，则C′关于决策属性集D的重要度SigD(C′)可定义如下：

SigD(C′)=γC(D)-γC′(D)

C′的权重ϖ(C′)定义为：

按照给定定义2、定义3和定义4可得各条件属性下的决策属性的确定域：

|PosC(D)|=88

|PosC-C1(D)|=53

|PosC-C2(D)|=60

|PosC-C3(D)|=76

|PosC-C4(D)|=68

|PosC-C5(D)|=69

|PosC-C6(D)|=49

各条件属性关于决策属性的依赖度：

各条件属性关于决策属性的重要度：

SigD(C1) =γC(D)-γC-C1(D)

SigD(C2)=γC(D)-γC-C2(D)

SigD(C3)=γC(D)-γC-C3(D)

SigD(C4)=γC(D)-γC-C4(D)

SigD(C5)=γC(D)-γC-C5(D)

SigD(C6)=γC(D)-γC-C6(D)

各条件属性关于决策属性的权重：

ϖ(C1)=0.228

ϖ(C2)=0.183

ϖ(C3)=0.078

ϖ(C4)=0.131

ϖ(C5)=0.124

ϖ(C6)=0.255

各评价指标权重及排序结果见表3。

表3 各林分因子的权重及排序

从表3中影响花布灯蛾爆发的林分因子评价指标权重排序上看，林分面积因子和蒙古栎百分比构成因子对花布灯蛾发生具有重要影响，其次为林分郁闭度因子、平均树高因子和林龄因子对于花布灯蛾发生的影响大致相同。

3 结论与讨论

对花布灯蛾发生危害程度与相关林分因子的关系进行分析，需要考虑多个不直接相关指标属性，但为达到这个目标，运用传统、常用的生物统计方法很难进行。为此，笔者几经探讨，最终选定利用粗糙集理论和方法在消除冗余信息和处理不确定性信息等方面的优势，将林分因子指标权重确定转化为粗糙集中的属性重要性评价，从而确定花布灯蛾危害的林分因子评价指标权，有效地减少其计算主观性，做到模糊性和精准性的统一。

应用粗糙集理论判定林分因子与花布灯蛾发生相关性，首先遵循原则是尽可能提高精准及确定因子是否对提供的信息有用。在诸多林分因子中，对花布灯蛾危害成灾起重要作用的当属林分面积因子和林分所占蒙古栎百组分因子。在长白林区，蒙古栎多以大面积次生阔叶林存在。其林分内，蒙古栎所占比例通常高达50 %以上。事实表明，花布灯蛾爆发危害均是大面积突发，没有在1个或几个小班的小面积成灾。究其原因，林分环境对花布灯蛾影响有紧密关系。大面积林分可以保持森林小气候远优于小面积林分。森林小气候特点为光照低、风速小、湿度大、最高气温低和最低气温高，林中空间和林地温度日变化和年变化都比较小，对林内温度、湿度、光照、水分、风和空气的稳定和优化具有促进作用，特别是连片林分，利于花布灯蛾发育和繁殖。在较大面积林分内，既稳定和强化了环境因子对花布灯蛾的物理生存条件，也为花布灯蛾种群基数积累提供帮助，更为花布灯蛾居群的林间基因交换和信息交流提供保证。

其次，与花布灯蛾成灾有关的林分因子为林分郁闭度。根据FAO(联合国粮农组织)规定，郁闭度≥0.70的林分为密林，郁闭度0.20～0.69的林分为中度郁闭林，郁闭度<0.20以下为疏林。林分在不同郁闭度下，由于小气候等物理因素影响，林内生物结构将发生相应变化。花布灯蛾在中国辽南以北区域，以3龄幼虫在树干基部的枯枝落叶中的虫苞内越冬，蛹期也是在树根基附近的枯枝落叶层中[3,10,11]。幼虫期和蛹期的隐蔽度和生存条件极为重要。调查结果已知，花布灯蛾发生的林分大多在中度郁闭林分以上，且集中在密林。这些因素的单个或综合作用直接影响到花布灯蛾对不同郁闭度条件下微环境适应性，从而产生对不同郁闭度林生存规律的差异。调查表明，在适当范围内，花布灯蛾种群数量会随着林分郁闭度增加而上升，这或许与郁闭度带来的对于林分条件改变有关。更深层次的研究有待今后进一步进行。

上述3项属性指标占整个6项属性指标2/3，客观上基本反映出林分主要因子对花布灯蛾影响程度。其余平均树高因子和林龄因子对花布灯蛾爆发的影响大致相同，而平均胸径因子对花布灯蛾爆发影响最弱。

从结果上来看，应用粗糙集理论判定林分因子与花布灯蛾发生相关性符合实际情况，其研究结果丰富了传统的分析害虫相关因子方法，且计算简单、方便，结果合理。

[1]陈天璘.花布灯蛾(CamptolomainteriorataWalker)生活习性及防治的研究[J].林业科学,1963，8(1)：74-77.

[2]席惠兰.花布灯蛾的初步观察[J].沈阳农业大学学报，1986，17(4)：81-83.

[3]侯彬.花布灯蛾观察初报[J].吉林林业科技, 1988,(5)：30-32.

[4]徐璞，韩英材，徐少风.花布灯蛾防治对策[J].吉林林业科技, 1989,(4)：30.

[5]徐和光,李东军,秦绪兵,等.花布灯蛾生物学特性与防治技术报告[J].山东林业科技，1998，(5)：32-34.

[6]席忠诚. 花布灯蛾生物学特性及综合防治技术[J].甘肃林业科技，1999，(2)：35-37.

[7]殷吉龙，史金富，戈文达，等.花布灯蛾的生物学特性及人工防治技术研究[J].经济技术协作信息,2006，(13)：63.

[8]郑文云，高德三.柞树害虫花布灯蛾生物学特性的研究[J].林业科技，2001，26(4)：22-25.

[9]王卫平，李贵波，宋书利，等.宽甸县柞蚕场花布灯蛾危害及防治[J].辽宁丝绸，2009，(2)：38-39.

[10]娄杰，张铁利，郑柏华，等. 花布灯蛾生物学特性及防治[J].辽宁林业科技，2010，(4)：46-47.

[11]房立新，陈连正，张联合，等. 花布灯蛾生物学特性及综合防治技术[J]. 吉林林业科技， 2012，41(4)：53-54.

[12]赵瑞兴,邢礼国,李素梅. 辽宁省花布灯蛾发生的原因分析和防治对策[J].辽宁林业科技2011，(6)：32-33.

[13]贾中鹏，张晓军，张健.花布灯蛾生物学特性及综合防治技术[J].吉林农业，2013，(3)：64-64.

[14]Pawlak Z.RoughSets:TheoreticalAspectsofReasoningaboutData[M].Dordrecht：Kluwer Academic Publishsers,1991.

[15]张文修，吴伟志，梁吉业，等.粗糙集理论与方法[M].北京：科学出版社，2001.

[16]王禹萌，邹春红，吕晗,等. 基于粗糙集理论的长白山火山泥石流影响因子权重分析[J].防灾减灾学报，2013,29(2)：28-32.

[17]叶回春，张世文，黄元仿，等.粗糙集理论在土壤肥力评价指标权重确定中的应用[J].中国农业科学,2014，47(4)：710-717.