通常仅通过评估Dryocosmus kuriphilus引起的虫瘿数量来判断其造成的危害，而未同时考虑相关的枝条腐烂情况。我们提出一种综合损害指数，该指数纳入了枝条最重要的特征，从而实现更真实的损害评估。
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摘要
摘要
Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu 自从进入欧洲以来，已成为 Castanea sativa 的主要害虫。其成瘿活动会导致不同类型虫瘿的形成，并阻碍正常枝条的发育。反复且不受控制的侵袭不仅造成虫瘿产生以及因虫瘿导致的叶面积减少，还会引起枝条结构的逐步破坏，包括枝条部分死亡以及休眠芽激活增加。迄今为止，针对枝条结构损伤的量化研究仍十分有限。此外，目前已有的害虫侵染程度评估方法（MAID）仅关注虫瘿的存在及其丰度。
利用叶面积与边材面积的关系作为绿色生物量的指标，我们在先前的研究中建立了一种损伤综合指数（DCI），该指数考虑了枝条结构特征中最重要的因素，可在整个流行过程中实现真实的损伤评估。
本研究旨在介绍这一新方法，并强调其在损伤描述方面与其他广泛应用的指数之间的差异。结果表明，与MAID相比，DCI在描述枝条损伤方面更为准确，尤其是在虫害流行高峰期，而MAID tends to underestimate it。最后，我们建议如何结合所提出的复合损伤指数、采用经典方法评估的侵染程度以及树冠透明度评价，来全面准确地评估该害虫的整体影响。
引言
栗瘿蜂Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu（膜翅目：瘿蜂科）是全球范围内对Castanea属植物危害最严重的昆虫害虫1,2,3。其反复的成瘿活动会阻碍和抑制枝条的正常发育4,5，导致叶面积逐渐减少，进而造成树木绿色生物量和活力下降5,6、休眠芽重新激活5，以及成虫羽化后枝条死亡率升高7,8。
欧洲的瘿蜂疫情经验表明，不受控制且反复发生的瘿蜂侵袭可能导致欧洲栗（Castanea sativa Mill.）树冠出现严重腐烂。这会造成树冠叶面积损失高达70%，且这种损失既无法通过休眠芽激活后产生的替代性枝叶来弥补，也无法在同一生长季内通过萌发二次新梢来补偿5。
减少害虫种群并使栗树恢复的唯一有效方法是利用其天然拮抗生物——寄生蜂Torymus sinensis Kamijo（膜翅目： Torymidae）进行生物防治9,10。一旦通过天敌实现了生物控制，栗树便开始萌发新的健康嫩芽。如果树木受害程度很高，则新芽可能仅从顶芽处开始生长，因为顶芽通常不受侵染，其形成时间晚于栗瘿蜂产卵活动期4。这意味着在整棵树冠完全恢复之前，需要经历一个漫长的恢复过程5。
为检测栗树经生物防治后的阳性反应 Torymus sinensis 达到该阶段后，为确定是否需要进行森林培育干预（如修剪、疏伐），森林管理者和板栗种植者需要一种方法，以快速、可靠地评估在整个瘿蜂疫情过程中——从害虫初始侵染阶段到其天敌实现生物控制后的恢复阶段——损害程度以及相关枝条结构和叶面积的演变情况。迄今为止，全球已开发并使用了多种评估瘿蜂侵染程度的方法（MAID），例如测量受侵染芽的比例11 或每个芽的平均虫瘿数12. MAID 不能直接测量绿色生物量（例如， 叶面积）、储备结构（如休眠芽）、反应结构（例如， 重新激活的休眠芽和二次萌发，或前一年的损伤（例如， 枯死枝条）作为当前树木活力和生长势的主要代用指标6,13,14此外，大多数MAID仅基于在树枝上发现的虫瘿数量，会低估实际的枝条损害程度，尤其是在害虫暴发高峰期图 1).
本文介绍了 Gehring et al. 20185 提出的损害综合指数（DCI）方法，该方法综合考虑了绿色生物量、休眠芽等储备物质以及树木的反应（如休眠芽再激活和二次萌发）等代理指标，能够在疫情发展的各个阶段实现对损害的现实、可靠且相对快速的评估，特别是当结合 Gehring et al. 201715 提出的评估工作优化策略时。
具体而言，本文的目标是：1）详细描述野外实验方案，包括需要评估的相关枝条特征；2）提出损伤复合指数的计算公式；3）为DCI提出改进的严重程度分级转换方法。
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方案
1. 树木选择与评估设计
- 若可能，通过确定研究区域的流行病到达年份来识别其流行病学阶段 Dryocosmus kuriphilus 和 Torymus sinensis 以及 T. sinensis 利用可靠来源计算寄生率（例如， 科学出版物、林业部门、栗树林管理者知识
- 若无可靠数据来源，可通过计算确定四个主要流行阶段（初期、高峰期、恢复期、生物控制期） T. sinensis 寄生率结合下述田间观察结果。
- 确定阶段为 早期流行 当树冠无明显损伤且冠层透光性不显著，当年生虫瘿稀少时， T. sinensis 寄生率极低或可忽略不计。
- 识别 流行高峰 当树冠透明度较高时，尽管枯枝罕见，但当年的虫瘿数量却很丰富。
- 识别 流行高峰持续时间延长 当当年及往年（最多可至三年前）的虫瘿数量较多时 T. sinensis 寄生化程度仍然很低或尚未发生。树冠仍表现出较高的通透性，冠层中开始出现枯死枝条，为新增的损害特征。
- 识别 早期恢复阶段 当 T. sinensis 寄生率超过75%10损伤仍然较严重，但当年生虫瘿的数量减少，一些枝条开始产生无虫瘿的新梢，尤其是来自顶端芽的新梢。
- 识别 恢复阶段 当 T. sinensis 寄生率持续高于75%，当年生虫瘿罕见，通常仅局限于单株树木，且多数枝条产生无虫瘿的新梢。往年虫瘿存在于较老枝条及枯死枝条上，原因在于 D. kuriphilus 仍可观察到攻击现象。
- 识别 完全恢复阶段 当损伤和虫瘿（当年及往年）稀少或缺失，且树冠已完全恢复时。在严重受损的树木中，仍可观察到一些残留痕迹（例如， 枯死的枝条或往年腐烂的虫瘿 D. kuriphilus 冠部内部仍可能存在侵染。
注：补充文件1展示了每个疫情阶段的典型树冠图片。
- 若无可靠数据来源，可通过计算确定四个主要流行阶段（初期、高峰期、恢复期、生物控制期） T. sinensis 寄生率结合下述田间观察结果。
- 在整个区域内观察栗树，目测评估树间和树内损伤的变异性。在流行初期和恢复期，变异性通常较低（树冠基本健康），在流行高峰期亦然（整个树冠布满虫瘿）。相比之下，在流行中期阶段变异性往往较高，此时因以往感染导致的枯死枝条与存活组织并存 D. kuriphilus 攻击仍然存在。
- 根据1.1和1.2确定需分析的树木数量。遗憾的是，由于田间具体疫情状况和/或研究目标的不同，无法提供关于样本量的具体规则。根据我们十年的经验，对于一个10公顷的样地，建议如下（另见 表1 详情如下：
- 每个采样点至少采集十棵树的样本，无论疫情所处阶段如何。尽管在疫情初期和恢复阶段，采集三棵树的样本可能已足够，但将样本量增加至十棵可提高结果的统计学效力。
- 在疫情初期和恢复阶段，每棵树采集一个枝条样本。
- 在疫情高峰期，若虫瘿在树冠内分布均匀，则每棵树采集一个枝条；若发现树冠某些部位受害更严重，则每棵树采集两个枝条。
- 在其他疫情阶段，根据每棵树树冠受损情况的差异，将枝条数量增加至两个（对于恢复良好的树木）或三个（对于受损较严重的树木）。
2. 野外数据采集
- 准备适当的设备，包括写字板、露营椅、修枝剪、伸缩式树木修枝剪、30米卷尺，以及用于攀爬高于8米树冠的攀树装备 需要进行分析。
- 选择最具代表性的枝条，尽量按比例覆盖树冠内枝条的多样性（健康树木的枝条通常较为相似，而受损树木的枝条可能表现出不同程度的损伤）。例如，若计划每棵树采集三条枝条，则应分别采集受损最严重的枝条、最健康的枝条以及一条处于中间状态的枝条。
- 尽可能仅选择构架枝，避免选择萌蘖枝（主干萌生枝或重复生长枝） 广义上 Hallé16.
- 确保枝条长度至少为50 cm 长度至少为10个芽。
- 将卷尺的起始端固定在伸缩式修枝剪刀片附近，以测量切割点处枝条距地面的高度。
- 使用伸缩修枝剪截取枝条，记录其截取高度、方位以及类型（结构枝或再发枝），并用修枝剪进一步修剪，仅保留用于分析的部分。
- 为该分支分配唯一编号，并记录其年龄及其最大长度（从第一个分枝点到顶端），以供基本信息使用。
- 快速观察整个枝条，以初步了解其生长历史和当前状况（是否遭受严重侵害），并在以下帮助下识别出所有对计算DCI至关重要的组成部分和特征 图2 和 图3.
3. 分支特征定义
以下定义部分或全部经Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2017许可，摘自Gehring et al. 20185。
- 将萌枝（在枝条上）定义为在当前生长季中从枝条上的已发育芽新形成的萌芽。
- 将枝条定义为相对于采样日期前一个生长季所形成的萌芽（例如，采样季节 = 2017年，枝条 = 2016年生长的萌芽）。该枝条可以是死亡的或存活的。
- 将死亡枝条（Sd）定义为因D. kuriphilus侵袭或自然原因死亡的枝条。
- 将存活枝条（As）定义为活着的枝条，不应与重新激活的休眠芽相混淆。
- 将重新激活的休眠芽（Bdor）定义为在当前生长季中从多年生枝段上比现有枝条更老的休眠芽新形成的萌芽。
- 将枝条上的虫瘿（Gons）定义为在萌芽基部或沿其轴线发育形成的虫瘿。从技术上讲，这些应称为"萌芽上的虫瘿"，但为了与现有文献保持一致，我们将其称为"枝条上的虫瘿"。
注：图2 和 图3 展示了部分枝条特征的示例。更详细和完整的描述（超出本文范围）可参见 Gehring 等 20185 以及 Maltoni 等 20124。
4. 分支分析
- 统计并记录所有存活的枝条（活枝条）。
- 统计并记录所有死亡的枝条。
- 统计并记录所有重新激活的休眠芽。
- 统计并记录枝条上所有的虫瘿。
注：补充文件2展示了一个田间采样表的示例，补充文件3展示了填写完成的采样表。
5. 损伤综合指数的计算
- 通过死亡枝条数量除以枝条总数（死亡枝条 + 存活枝条），计算死亡枝条的比例（Sd）。
- 通过重新激活的休眠芽数量除以存活枝条总数（BdoR + 存活枝条），计算重新激活的休眠芽比例（BdoR）。
- 通过枝条上的虫瘿数量除以存活枝条数量（BdoR + 存活枝条），计算枝条上平均虫瘿数（Gons）。
- 使用公式 DCI = (Sd × 0.479 + BdoR × 0.525 + Gons × 0.120) × 100 计算 DCI。
- 使用 表2 评估损害严重程度。
注意：补充编码文件1中提供了包含DCI函数的R脚本，其说明见补充文件4。
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结果
2013年至2016年间，为建立覆盖所有栗瘿蜂疫情阶段的时间梯度，共对瑞士提契诺州的25个地点进行了考察。总共采集并分析了5个处于疫情初期地点的94根枝条（害虫刚入侵且树木损伤刚开始）、5个处于疫情高峰期地点的200根枝条（因D. kuriphilus侵袭程度高导致中度至重度损伤）、5个处于恢复期地点的200根枝条（T. sinensis生物防治已起效且树木开始逐步恢复），以及5个过去4-5年内害虫水平极低地点的54根枝条。对每根枝条均计算了DCI及两种MAID指标（“每芽平均虫瘿数”（GB）12和“受害芽比例”（AB）11）。由于这三个指数的量纲不同，采用1至9的标准严重度等级（1 = 损伤极低，9 = 损伤极重）进行比较。DCI根据Gehring et al. 20185进行重新标度，GB根据Sartor et al. 2015
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讨论
Dryocosmus kuriphilus 在栗树芽内产卵，春季诱导虫瘿形成。反复且不受控制的 D. kuriphilus 侵袭除导致虫瘿形成外，还会引起枝条普遍腐烂，包括大量嫩枝死亡以及绿色光合作用叶面积显著减少5。树木通常通过激活休眠芽以产生替代性嫩枝的方式进行应答。因此，尤其是在疫情高峰期和恢复阶段，传统的 MAID（仅基于虫瘿数量）往往低估了 D. kuriphilus 造成的实际损害，而 DCI 不仅考虑虫瘿数量，还纳入了死亡嫩枝和重新激活的休眠芽，因而能更准确地反映实际损害程度及枝条结构改变的程度。事实上，MAID 更侧重于 D. kuriphilus 的种群水平，而非树木受损程度。例如，在疫情初期或最终恢复阶段，当枝条损害较轻且虫瘿数量较少时，MAID 和 DCI 均显示极低值。然而，在疫情高峰期或经历多年 D. kuriphilus 侵袭后，严重受损的枝条可能表现出大量枯死部分，但仅有少量甚至没有虫瘿。根据两种指数的评价标准，这种情况将导致 DCI 值较高（严重损害），而 MAID 值...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者感谢提契诺州林业局和瑞士联邦环境办公室（FOEN）对本研究的部分资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 材料/设备名称 | 公司 | 目录编号 | 备注 |
| 文件夹板 | 任意品牌 | ||
| 野营椅 （可折叠且轻便的椅子） | 任意品牌 | 公司：Kelty、Campz、Half-Ton。 | |
| Felco 9 修枝剪 （单手操作修枝剪） | Felco | 其他公司：Bahco。 | |
| AP-5M-铝合金杆 （伸缩式树木修枝杆） | Bahco | 8152079 | 其他公司：Spear & Jackson、Kingfisher、Hortex、Fiskars。 |
| P34-37 顶部修枝头 （伸缩式树木修枝头） | Bahco | 8002787 | |
| 100 英尺玻璃纤维长卷尺 （30 米测量卷尺） | Stanley | 34-790 | 其他公司：Tjima、Freemans、Astor、Lux。 |
| Parallel 10.5mm （低延展性绳芯绳套绳，柔韧轻便，适用于绳索作业） | Petzl | R077AA03 | 攀树的基本装备 （如需要）。根据具体情况和操作人员的个人偏好，可采用多种其他装备配置进行攀树。我们使用的是 Petzl 的装备，但许多其他公司也提供类似产品（例如 Edelrid、Notch、Climbing technologies、DMM 等）。如需全面了解相关装备和公司，建议在 Google "tree climbing gear" 中以该词作为关键词进行搜索。请注意：攀树活动应仅由专业人员进行，并须遵守各国相应的法规规定。 |
| Avao Sit （用于工作定位和悬吊的安全带） | Petzl | C69AFA 2 | |
| Rig （紧凑型自锁下降器） | Petzl | D21A | |
| Ascension （带手柄的绳索夹，用于绳索上升） | Petzl | B17ALA | |
| Eclipse （抛绳存储装置） | Petzl | S03Y | |
| Airline （抛绳） | Petzl | R02Y 060 | |
| Jet （抛绳袋） | Petzl | S02Y 300 | |
| Vertex best （适用于高空作业和救援的舒适头盔） | Petzl | A10BYA | |
| Zillon （适用于树木养护的可调节工作定位绳） | Petzl | L22A 040 | |
| Ok （轻质椭圆形挂环） | Petzl | M33A SL |
参考文献
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