你知道气候变化可能加剧害虫抗药性、威胁粮食安全吗？气候变化威胁全球粮食安全和食品安全；农药的大量使用给人类健康和生态环境带来风险。这两个看似不相关事件，其实息息相关。气候变化通过扩大害虫越冬存活范围，改变全球害虫的分布，增强害虫抗药性。这些变化将严重降低当前害虫防治工作效果，并造成经济损失。气候变化加上近年来罕见的蝗虫和草地贪夜蛾等生物灾害严重威胁全球粮食安全。2020年，蝗虫灾害侵袭非洲，造成非洲、中东、印度等国家和地区粮食减产或绝收，可见粮食安全风险与治理是全世界共同面临的问题。中国农业科学院植物保护研究所首次发现气候变化可通过扩大害虫的越冬分布范围增强害虫抗药性。农业生产正遭受因气候变化带来的害虫分布范围扩大和农药抗性增强的双重打击，害虫防治难度进一步加大。该研究成果在《自然通讯》（Nature Communications）在线发表。

解析关键气候因子 构建低温日度模型

        过去50年，小菜蛾的越冬范围在欧洲、美国、中国、日本等地区和国家已经扩大了约240万平方公里。预测结果表明，这一范围受气候变化影响还将继续扩大，未来平均气温每上升1℃，其越冬分布范围将扩大220万平方公里左右。预测气候变化如何影响物种分布是一个挑战。传统的方式是通过分析现有的分布模式及其所处的气候条件，对未来气候变化的影响进行初步预测，但这往往不能推断出限制一个物种生态位的条件和机制。为了克服这一缺点，中国农业科学院研究员马春森研究团队运用由实验室控制和野外实验验证得出的机制模型，确定了限制物种生理和种群冬季生存的关键因素。小菜蛾冬季存活和越冬范围不仅取决于冬季温度和宿主植物的可用性，还可能受到其他气候和生物因素的影响，如降雨、降雪、害虫天敌等。为准确预测气候变化条件下小菜蛾的越冬范围，研究团队解析出制约小菜蛾越冬的关键气候因子，即低温积温（冬季日均温11°C以下的积温），并构建了低温日度模型。马春森介绍，在自然界复杂气候环境下，低温日度模型能解释62.1%的存活率，这远远超过以往的低温存活模型。这主要得益于该模型较准确地模拟了小菜蛾低温死亡过程，即长期低温损伤导致的冷死过程，而不是在极低温度下的冻死过程。实验获得的冬季条件下小菜蛾存活的数据，为越冬存活模型的构建和验证提供了支持。“模型构建中，基于前期对小菜蛾越冬依赖的气候知识和气象部门大数据分析，我们开发了小菜蛾积温计算程序，提高了研究中对中国甚至全球近50年冬季温度大数据的计算和分析效率。”国家气象信息中心高级工程师杨和平说。

调整管理策略 增强害虫防治效果

        近年来，小菜蛾每年对全球十字花科作物造成超过40亿美元的损失。小菜蛾防治难，源于其抗药性强，据统计它至少能抵抗97种杀虫剂。研究建立了抗药性与低温积温日度关系的模型，预测出中国及全球各地Top15%抗药性分布。高水平抗药性事件发生在越冬区的比例(26.0%)比非越冬区(5.2%)高4倍。团队对1806份已发表的全球抗药性进行大数据分析，结果表明即便在考虑了生长季节的气候条件下，小菜蛾的抗药性与其在当地的越冬类型显著相关，并且越冬区抗药性比非越冬区高出158倍。在非越冬区，冬季种群要么死亡，要么迁出到更温暖的地区。第二年春季种群变成了混合种群，这些个体从使用不同类型杀虫剂的多个地区迁入，因此在当地无法跨季节累积进化形成抗药性基因。相反，越冬区种群全年发生，可以快速积累抗药性基因。总的来说，气候变暖是抗药性发展的一个重要驱动因素，因为它扩大了害虫全年累积发生的区域。马春森表示，以往气候变化与生物进化方面的研究通常集中在与温度相关特征上。研究发现气候变暖还会导致抗药性的进化。随着温度的升高，农户田间管理时打药会更多更频繁，这将增加害虫抗药性等位基因的选择压力。这是由于在温暖的生长季节中，害虫的数量更多，危害时间更长。另外，温度升高还可以增加害虫发生世代数，从而加快其抗药性进化的速度。许多常见农业害虫，包括黏虫、飞虱、卷叶螟和蚜虫等，在南方温暖地区全年入侵，春季时向北迁移到非越冬地区。这些生态和进化上的变化将严重降低当前害虫防治工作的效果，并造成更大的经济损失。该项研究为气候变化下害虫冬季存活和越冬分布研究提供了样板。生产过程中应调整害虫管理策略来适应不同地区害虫冬季存活的差异。马春森说，自然界冬季温度是变化的，特别是在气候变化的条件下，需要更精细的越冬存活模 拟试验以及高分辨率的温度时空数据。