【研究团队】作物与害虫气候变化生态学实验室

【研究领域】害虫气候变化生态学与监测预警

1）害虫气候变化生态学：以农作物重大害虫为研究对象，揭示气候变化对昆虫个体和种群的效应和昆虫对气候变暖的行为适应、生理适应和遗传适应，基于种群动态模拟模型预测气候变化条件下害虫种群动态情景。在国际上率先开展气候变化下害虫种群动态及其预测技术研究，开拓了昆虫气候变化生物学领域的技术路线和研究方法，发展了气候变化生态学理论，在昆虫极端高温生物学研究上处于国际第一梯队：(1)针对自然界温度变化莫测，难以实验模拟的问题，创立了一套描述自然界任意变温的特征指标体系。开展了大规模自然温度模拟，系统地研究了害虫对自然变温特征的响应和适应。(2)针对昆虫生态研究中多考虑气候的影响，少考虑生物对气候的适应导致种群预测不准确的问题，研究发现了生物以体温调节、表型可塑性、发育阶段特异性热响应、适应性进化等适应机制缓解极端气候的致命影响。(3)揭示了极端气候对三类代表性害虫，滞育害虫(果树食心虫)、小型害虫(蚜虫)、迁飞性害虫(小菜蛾)的个体和种群的影响。揭示了蚜虫优势种变迁的生态进化机制，构建了小菜蛾越冬模型并预测了全球越冬分布，发现气候变化通过扩展越冬区域促进抗药性发展。

在Annual Review of Entomology, Nature Communications, Global Change Biology, Ecological Monographs, Functional Ecology等期刊发表论文 130 余篇。研究工作被国际同行广泛认可，论文入选 F1000 Prime，著名生态学家Kingsolver在Functional Ecology的 Spotlight 专栏撰文对我们的工作进行了专评；受邀与75 位国际知名生态学家在 Ecological Monographs 联合撰文，发表的论文被国际同行广泛引用，如Kingsolver et al. (2021) 在1篇论文中引用了我们 6 篇文章，Iltis et al. (2021)引用了 9 篇, Yu et al. (2022) 引用了 我们13 篇！截止2023年2月，仅在 Nature, Science, PNAS, Annual Review of Entomology, Trends in Ecology and Evolution, Nature Communication, Science Advances, Global Change Biology, Biological Reviews 等影响因子大于 5 的重要期刊上发表的文章就引用 300 余次。受中国昆虫学会和韩国昆虫学会邀请做大会特邀报告3次，国内《中央电视台》、《新华网》、《科技日报》、《中国科学报》、《农民日报》等对我们的工作做了广泛报道。

2）害虫监测预警与防控：针对小麦、玉米、水稻、果树、蔬菜等主要农作物害虫种类识别、生物学、生态学、监测预警与综合防控技术。在农业部和中国农科院领导下，创建了国家植物保护数据中心，系统制订了我国61种重大病虫害的观测指标体系、详细的标准化观测运行规范。基于这些规范收集了46种重大病虫害30多万条监测数据，开发了小麦蚜虫种群动态预测模型。作为产业体系岗位科学家，公益性行业项目共同首席和国家重点研发课题负责人，针对果树健康问题多诊断难防治难的问题，构建了苹果、梨、桃、葡萄等果树病虫数据集，开发了基于智能深度学习的“葡萄病虫害自动识别系统”，“熊梨小食心虫积温预测模型软件”，研发了基于窗口期的桃园多病虫同步防治核心减药技术。

【科研项目】

1. 2024-2028 国家自然基金重点项目（主持）：非生长季气候变暖的“后遗症”效应导致滞育性昆虫种群下降的生态机制——梨小食心虫为模式 （2024-2028：32330090）215万元（直接经费）

2. 国家现代农业(葡萄)产业技术体系葡萄虫害防控岗位科学家（主持）：（CARS-29-bc4）（2017-现在）312.75万元

3. 常务副主任（主持）：负责国家长期性基础性植保数据中心的组建和运行（Y2017LM10）（2017-现在）。230万元

4. 国家重点研发计划项目(主持)“农林草病虫害数字化精准监测预警技术体系构建与应用”课题一“重大害虫发生为害多源数据库与预测模型构建”（2022YFD1400401）（2022-2025）388/万元

5. 国家重点研发计划项目(主持)“梨树和桃树化肥农药减施技术集成研究与示范”课题二“梨树和桃树农药减施增效关键技术与产品研发”（2018YFD0201400）（2018-2021）393/万元

6. 国家自然科学基金重点国际合作项目（主持）：基于气候变化下个体表型可塑性差异及遗传变异的麦蚜种群动态研究（2017-2021：31620103914）263.4万元

7. 国家自然科学基金项目（主持）：气候变化条件下中国小菜蛾冬季存活和越冬分布研究（2015-2018：31471764）85万元

8. 国家自然科学基金项目（主持）：气候变暖对麦长管蚜避热行为的影响及其后续生态效应的模拟实验研究（2013-2016：31272035）83万元

9. 国家公益性行业专项（共同首席）：北方果树食心虫综合防控技术研究与示范推广（2011-2 015：201103024）3788 万元

1. Wang XJ, Ma CS* 2023. Can laboratory-reared aphid populations reflect the thermal performance of field populations in studies on pest science and climate change biology? Journal of Pest Science 96: 509-522 (Top 1区，IF₅ =5.00).

2. Zhu L, Xue Q, Ma G, Ma CS* 2023 Climate warming exacerbates plant disease through enhancing commensal interaction of co-infested insect vectors. Journal of Pest Science 96: 945–959 (Top 1区，IF₅ =5.00).

3. Harvey JA, Tougeron K, Gols R, Heinen R, Abarca M, Abram PK, Basset Y, Berg M, Boggs C, Brodeur J, Cardoso P, Boer JG, De Snoo GR, Deacon C, Dell JE, Desneux N, Dillon ME, Duffy GA, Dyer LA, Ellers J, Espíndola A, Fordyce J, Forister ML, Fukushima C, Gage MJG, García-Robledo C, Gely C, Gobbi M, Hallmann C, Hance T, Harte J, Hochkirch A, Hof C, Hoffmann AA, Kingsolver JG, Lamarre GPA, Laurance WF, Lavandero B, Leather SR, Lehmann P, Le Lann C, López-Uribe MM, Ma CS, Ma G, Moiroux J, Monticelli L, Nice C, Ode PJ, Pincebourde S, Ripple WJ, Rowe M, Samways MJ, Sentis A, Shah AA, Stork N, Terblanche JS, Thakur MP, Thomas MB, Tylianakis JM, Van Baaren J, Van de Pol M, Van der Putten WH, Van Dyck H, Verberk WCEP, Wagner DL, Weisser WW, Wetzel WC, Woods HA, Wyckhuys KAG, Chown SL. 2022. Scientists' Warning on Climate Change and Insects. Ecological Monographs 93(1): e1553. (IF₅ =8.70 全球 70 位领域知名科学家合作，Altmetric Score 650, 全球关注度 Top 0.1%)

4. Wang XJ, Ma CS* 2022. Challenge generality of prediction based on Jensen’s inequality: Moderate and large temperature fluctuations can lead to opposite performance deviation at high mean temperature. Entomologia Generalis 42: 681–689. (Top 1区，IF =6.90)

5. Ma CS*, Ma G, Pincebourde S 2021. Survive a warming climate: insect responses to extreme high temperatures. Annual Review of Entomology, 66: 163-184. (IF₅ = 22.34, Altmetric Score 102, 全球关注度 Top 1.4%)

6. Ma CS*, Zhang W*, Peng Y, Zhao F, Chang XQ, Xing K, Zhu L, Ma G, Yang HP, Rudolf VHW. 2021. Climate warming promotes pesticide resistance through expanding overwintering range of a global pest. Nature Communications, 2021, 12, 5351. (IF₅ =17.76, Featured article)

7. Zhu L, Hoffmann A, Li SM, Ma CS* 2021. Extreme climate shifts pest dominance hierarchy through thermal evolution and transgenerational plasticity. Functional Ecology, 2021, 35:1524-1537 (IF₅ =6.61, 创新性受到期刊副主编 Caroline Williams 高度评价，著名生态学家 Kingsolver 在该刊的 Spotlight 栏目进行长篇专评)

8. Ma G, Bai CM, Rudolf VHW, Ma CS* 2021. Night warming alters mean warming effects on predator-prey interactions by modifying predator demographics and interaction strengths. Functional Ecology, 2021, 35:2094-2107. (IF₅ =6.61)

9. Ma G, Rudolf VHW, Ma CS* 2015. Extreme temperature events alter demographic rates, relative fitness, and community structure. Global Change Biology, 2015, 21: 1794-1808. (IF₅ =9.03, Highlight article)

10. Zhao F, Zhang W, Hoffmann AA, Ma CS* 2014. Night warming on hot days produces novel impacts on development, survival and reproduction in a small arthropod. Journal of Animal Ecology, 2014, 83(4): 769-778. (Top 1区，IF₅ = 5.25, 作为“新发现”入选 F1000 Prime)