沙芥田節肢動物群落多樣性分析

徐世才, 李 靜, 李丹陽, 李曉梅, 李 信

(延安大學生命科學學院，延安 716000)

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沙芥田節肢動物群落多樣性分析

徐世才, 李 靜, 李丹陽, 李曉梅, 李 信

(延安大學生命科學學院，延安 716000)

為了解沙芥田節肢動物群落的結構組成及其多樣性,于2013年5月至2013年8月采用目測法和網捕法對沙芥田節肢動物群落進行了系統研究。記錄了該田節肢動物共10目44科74種,共計4 080號。其中半翅目和鱗翅目個體數量較多,占個體總數的70%以上,膜翅目和雙翅目的豐富度較高。沙芥田節肢動物季節動態變化和多樣性指數的變化說明,6月節肢動物個體數量和物種數最多,8月多樣性指數和均勻度最大。將沙芥田節肢動物劃分為不同的功能集團,并對其進行了多樣性分析,結果表明,天敵集團在時間上的多樣性指數較高,而害蟲集團的個體數量在沙芥生長期各階段均比其他集團高。其中,小菜蛾、黃曲條跳甲、桃蚜、蘿卜蚜和甘藍蚜為沙芥田的主要害蟲,并在不同時期分別成為該田的優勢種。本研究對了解沙芥田生態系統以及沙芥田害蟲的綜合治理具有重要作用。

沙芥田; 節肢動物群落; 功能集團; 季節動態; 多樣性

沙芥[Pugioniumcornutum(Linn.)Gaertn.]為二年生草本植物,是十字花科沙芥屬的模式種,也是我國的特有種[1]。由于沙芥主根深長,側根密集,耐干耐旱,適合在沙坡上生長,其主要分布于我國寧夏、甘肅、內蒙古、陜西等地。沙芥又名沙蓋、山蘿卜、山羊沙芥,具有較高的營養價值、藥用價值、生態保護作用和飼用價值,已逐漸引起人們的重視[2-5]。目前對沙芥的研究甚少,僅對其種植有所報道[6-8],李金蓮與徐世才等初步研究了沙芥的主要蟲害[9-10]。沙芥田節肢動物群落組成以及節肢動物多樣性的保護和利用方面卻未曾報道。我國已經對稻田、桃園、大白菜田等節肢動物群落進行了較全面的研究[11-15]。節肢動物群落的結構組成及其多樣性直接影響到沙芥大規模種植的效果,并對害蟲防治方面有著重要意義。本研究以榆林市神木縣喬岔灘鄉沙芥田節肢動物作為研究對象,分析其群落組成、季節變化及多樣性,對沙芥大規模的開發和利用有推動作用。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在原味山野蔬菜食品公司沙芥種植基地,位于榆林市神木縣喬岔灘鄉。神木縣處于陜西省的北端,約在北緯38°13′至39°27′、東經109°40′至110°54′之間,其中51%是風沙草灘區,地勢平坦,49%是黃土高原丘陵溝壑區。試驗地為半沙質土壤,選取面積667 m2的試驗地(東臨小路,其他三面種植馬鈴薯)由原味山野蔬菜食品公司工人管理,施用農家肥500～1 000 kg/667 m2作為基肥,后期不需再追肥,并拉線起高壟,壟高20～25 cm,壟面寬50 cm,壟與壟間距40 cm,4月18日采取破膜穴播的播種方式,每穴留苗2株,保苗14 000株/667 m2左右,其他農事活動正常。

1.2 調查方法

采用棋盤式取樣法,選取1 m×1 m為一個樣方,每次調查5個樣方。用掃網法(每樣地掃網50網,左右掃一次為一網)將樣地中上方和具有飛行能力的昆蟲捕入網內,再用目測法對網內及未捕入的大中型昆蟲進行觀察統計。對于個體微小的種類抽樣調查,在每個樣方內隨機取1片葉子,共取5片葉片帶回實驗室鏡檢計數。取樣時間從2013年5月2日至2013年8月20日,每10 d調查1次,共調查12次。依據國內相關專著進行鑒定,部分樣本遞交國內相關專家鑒定。常見和重要種類鑒定到種,其他的鑒定到科。

1.3 數據分析

采取以下參數進行多樣性分析[16-17]:

調查采集系統群落的動物總個體數用N表示,群落的豐富度用群落中包含的物種數S表示;

Shannon-Wiener 多樣性指數:H′=-∑PilnPi;Pi為群落中第i物種個體數占總個體數的比例;

優勢度指數:D=Nmax/N;Nmax為優勢種群數量。

利用Excel作圖,后續分析均采用SPSS數據處理軟件進行

2 結果與分析

2.1 沙芥田節肢動物群落組成及數量

共采集標本4 080號,包括節肢動物74種,分屬10目44科,見表1。其中,害蟲集團為17科27種3 540號標本,占捕獲總數的86.76%;天敵集團為22科41種445號標本,占10.91%;中性集團節肢動物5科6種95號標本,占捕獲總數的2.33%。

按個體數量排序,半翅目(Hemiptera)、鱗翅目(Lepidoptera)、鞘翅目(Coleoptera)個體數量分別占捕獲總個體數的65.56%、13.14%、8.19%,共計86.89%,是沙芥田的優勢類群。蜘蛛目(Araneae)、雙翅目(Diptera)、膜翅目(Hymenoptera)、直翅目(Orthoptera)和蜻蜓目(Odonata)分別占總捕獲量的3.75%、3.65%、2.84%、1.18%、0.83%,屬于常見類群。其余的纓翅目(Thysanoptera)及螳螂目(Mantodea)為稀有類群,個體數量合計僅占總捕獲量的0.86%。

按節肢動物物種數排序,膜翅目(Hymenoptera)、雙翅目(Diptera)、半翅目(Hemiptera)、鞘翅目(Coleoptera)、蜘蛛目(Araneae)及直翅目(Orthoptera)的種類最多,分別占總物種量的14.86%、14.86%、13.51%、13.51%、13.51%和12.17%;其次為鱗翅目(Lepidoptera)和蜻蜓目(Odonata),分別占8.11%和5.41%;物種數量最少的是螳螂目和纓翅目,分別占總物種量的2.70%和1.35%。

從科級水平來看,其中4科的個體數最多,為優勢科,分別是菜蛾科(Plutellidae)、葉甲科(Chrysomelidae)、蝽科(Pentatomidae)和蚜科(Aphididae),優勢科共有標本3 324號,占標本總數的81.47%;其中,蚜科最多,占標本總數59.07%。常見類群為粉蝶科(Pieridae)、蝗科(Acrididae)、葉蟬科(Cicadellidae)等17科520種,占標本總數的12.75%。其余21科236種為少見類群,占標本總數的5.78%。

表1 沙芥田節肢動物群落組成

沙芥田節肢動物群落功能團的組成見圖1,無論是科級水平與種級水平上,還是個體水平上,沙芥田節肢動物群落中害蟲集團與天敵集團明顯多于中性集團,尤其害蟲集團的個體數達到總個體數的80%以上,處于優勢地位。這類昆蟲可以為更高級營養層生物提供豐富的食物資源,因此在生態系統食物網中占有重要的地位。其次是天敵,其個體數占總個體數的10%左右,雖然其個體數較少,但其在生態系統中發揮著十分重要的作用,能在一定程度上抑制害蟲的發生。中性集團個體數量相較害蟲集團與天敵集團來說最小。天敵集團在種數和科數上略高于害蟲集團,分別占總物種數和總科數的55%和50%左右。害蟲集團的物種數和科數占總物種數和總科數的36%和38%左右。

2.2 沙芥田節肢動物群落的季節動態

對沙芥田不同時期節肢動物群落的個體數(N)、豐富度(S)、多樣性指數(H′)、均勻度(E)進行調查統計,見表2。

圖1 沙芥田節肢動物群落功能團組成Fig.1 The composition of arthropod community’s functional groups in the Pugionium cornutum field

沙芥田節肢動物群落個體數量呈先增加后減少的趨勢,在6月出現高峰,出現這一結果與該時期蚜蟲大暴發有關。沙芥田節肢動物群落的物種豐富度、多樣性指數和均勻度都有上升趨勢。其中,多樣性指數和均勻度都于8月初達到頂峰,物種豐富度在7月達到頂峰并趨于平穩,這應與該時期的植被比較豐富有關。多樣性指數與均勻度的變化基本一致,5月上旬與中旬多樣性指數和均勻度較大,由于這一時期物種豐富度較小且個體數較少;5月下旬多樣性指數及均勻度急劇降低,這與該時期蚜蟲大暴發有關。隨后,隨著膜翅目、鞘翅目、蜘蛛目等天敵集團數量的逐漸增加,多樣性指數和均勻度也相應增大。

表2 沙芥田節肢動物群落多樣性指數

2.3 沙芥田不同功能團節肢動物群落多樣性指數及季節動態

2.3.1 沙芥田不同功能團節肢動物群落多樣性指數

經統計調查將不同功能團的多樣性參數列于表3。天敵集團的多樣性指數H′高,其次為害蟲集團。中性集團的均勻度E較高,其次為天敵集團。害蟲集團的優勢集中性指數C和優勢度D較高,優勢明顯,天敵的優勢集中性指數C和優勢度D較低。與害蟲類群相比較,盡管天敵集團具有較高的豐富度S和多樣性指數H′,但數量較高的害蟲集團仍為該群落的優勢類群,由此可見,群落的優勢類群與類群的豐富度或者多樣性指數并非正相關,而與類群的個體數量相關。中性集團中的雙翅目占明顯優勢,所以該類群的均勻度E和優勢集中性指數C較高。

2.3.2 沙芥田節肢動物群落各功能團的季節動態

沙芥田節肢動物群落各功能團個體數量季節動態見圖2。不同功能團的個體數隨時間的變化較一致。天敵集團的變化趨勢隨著害蟲集團和中性集團的增加而增加。由圖2可見,害蟲集團的個體數量遠遠高于天敵集團與中性集團。5月下旬到6月,害蟲集團數量達到頂峰,天敵集團數量隨之增加,直至7月,由于天敵集團數量的增加,害蟲集團個體數量開始下降,中性集團個體數呈下降趨勢。由此可以看出,天敵集團對害蟲集團的昆蟲數量有較強的控制作用。中性集團個體數量呈鋸齒形變化,但整體趨勢仍受天敵集團數量的影響。在沙芥生長初期,中性集團數量相對較多,為天敵集團的入侵起著重要的作用。

表3 沙芥田各功能團節肢動物群落多樣性指數

圖2 沙芥田節肢動物群落各功能團個體數量季節動態Fig.2 The dynamics of seasonal quantities of arthropod community’s functional groups in the Pugionium cornutum field

沙芥田節肢動物群落各功能團多樣性指數季節動態見圖3。天敵集團多樣性指數較高,隨季節波動較明顯,在沙芥生長初期,天敵集團多樣性急劇增加,這與該時期害蟲集團數量迅速增加有關。害蟲集團多樣性指數比較穩定,波動幅度不大。中性集團在7月份以前多樣性指數比較穩定,7月份以后多樣性變化較明顯,這與天敵集團數量在該時期達到峰值且害蟲集團數量減少有關。

圖3 沙芥田節肢動物群落各功能團多樣性指數季節動態Fig.3 The seasonal dynamics of diversity index of arthropod community’s functional groups in the Pugionium cornutum field

2.4 沙芥田主要害蟲和天敵的季節消長動態

經統計調查,沙芥田主要害蟲消長情況見圖4。小菜蛾(Plutellaxylostella)、黃曲條跳甲(Phyllotretastriolata)、桃蚜(Myzuspersicae)、蘿卜蚜(Lipaphiserysimi)和甘藍蚜(Brevicorynebrassicae)的種群數量較大,是沙芥田的主要害蟲。桃蚜、蘿卜蚜和甘藍蚜的種群數量從沙芥生長初期到成熟期比較高,桃蚜和蘿卜蚜的種群數量分別在6月上旬和6月下旬達到峰值,甘藍蚜種群數量在6月中旬達到峰值。到沙芥生長后期,蚜蟲數量緩慢下降,小菜蛾的種群數量變化趨勢與蚜蟲相似,也呈下降趨勢,但從7月初開始,它的數量明顯下降,這與此時氣溫升高密切相關,此時不利于小菜蛾的生長。黃曲條跳甲在沙芥生長初期數量較少,隨著時間推延其種群數量逐漸增加,到8月初達到高峰,成為沙芥田優勢害蟲。

由沙芥田主要害蟲季節消長動態可以看出:桃蚜、蘿卜蚜、小菜蛾和甘藍蚜為沙芥生長初期的優勢害蟲;蘿卜蚜、桃蚜、小菜蛾和黃曲條跳甲為中期的優勢害蟲;黃曲條跳甲、蘿卜蚜、桃蚜為后期的優勢害蟲。雖然蚜蟲的數量較高,但由于其個體小,且取食量較少,所以從危害程度上看,小菜蛾為沙芥生長初期及中期的優勢害蟲,黃曲條跳甲為沙芥生長中期和后期的優勢害蟲。

圖4 沙芥田主要害蟲消長情況Fig.4 The growth and decline trends of the main pests in the Pugionium cornutum field

圖5 沙芥田主要天敵消長情況Fig.5 The growth and decline trends of natural enemies in the Pugionium cornutum field

沙芥田主要天敵消長情況見圖5,小菜蛾絨繭(Cotesiaplutellae)、螞蟻、擬水狼蛛(Piratasubparaticus)、七星瓢蟲(Coccinellaseptempunctata)和草間鉆頭蛛(Hylyphantesgraminicola)的種群數量較大,為沙芥田的主要天敵。擬水狼蛛、螞蟻和小菜蛾絨繭蜂的種群數量隨時間的推延逐漸增加,7月達到高峰由圖可以看出,七星瓢蟲和小菜蛾絨繭蜂的波動比較明顯,但在沙芥的整個生長期中,七星瓢蟲與小菜蛾絨繭蜂的個體數量遠遠高于擬水狼蛛、螞蟻和草間鉆頭蛛的數量,這是由于受到害蟲種類和數量變化的影響,表現出明顯的伴隨關系。

由沙芥田主要天敵消長動態可以看出:草間鉆頭蛛和七星瓢蟲為沙芥生長初期的主要天敵;小菜蛾絨繭蜂、螞蟻、擬水狼蛛、七星瓢蟲和草間鉆頭蛛均為沙芥生長中后期的主要天敵。

3 結果與討論

沙芥田節肢動物群落種類組成非常豐富,共包括10目44科74種,根據郝樹廣等人的方法將沙芥田節肢動物群落在結構上分為不同的營養層、功能團和類群[18]。結果表明:害蟲集團在數量上占絕對優勢,其中以半翅目、鱗翅目和鞘翅目為主,如小菜蛾、黃曲條跳甲、桃蚜、蘿卜蚜和甘藍蚜為沙芥田的主要害蟲;天敵集團主要以鞘翅目、膜翅目和蜘蛛目為主,如小菜蛾絨繭蜂、螞蟻、擬水狼蛛、七星瓢蟲和草間鉆頭蛛為沙芥田的主要天敵;中性集團幾乎全部為雙翅目,如綠頭麗蠅、家蠅、蚊子等。

就多樣性指數而言,天敵集團的多樣性指數較大,這一調查結果表明,個體數量較多的類群不一定就比數量相對較少的類群有更大的多樣性,這一研究結果與王建芳等對寧夏水洞溝濕地昆蟲群落多樣性分析與評價時的觀點一致[19]。所以,在沙芥田害蟲防治方面,應注重天敵多樣性的保護利用,以免天敵多樣性下降引起害蟲集團數量增加,從而影響沙芥的生長。

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(責任編輯：田 喆)

Analysis of arthropod community diversity inPugioniumcornutumfields

Xu Shicai, Li Jing, Li Danyang, Li Xiaomei, Li Xin

(School of Life Science,Yan’an University, Yan’an 716000, China)

To understand the arthropod community structure and diversity ofPugioniumcornutum, the arthropod community diversity inP.cornutumfields were investigated with visual method and net method from May to August of 2013. The results showed that there were 4 080 individuals belonging to 74 species in 44 families of 10 orders. Individuals of Hemiptera and Lepidoptera were more numerous than other orders, accounting for more than 70% of the total number; the species numbers of Hymenoptera and Diptera were the richest. The seasonal dynamics of arthropod community and the change of diversity index indicated that the highest number of individuals and species occurred in June, and the diversity index and evenness index were high in August. By dividing these species into different functional groups, the results of diversity analysis showed that the group of natural enemies had high indices of diversity in time, while the group of pests had higher number of individuals during different growing stages. Among them,Plutellaxylostella,Phyllotretastriolata,Myzuspersicae,LipaphiserysimiandBrevicorynebrassicaewere the main pests, and became the dominant species in the field during different periods. This study might be helpful for understanding the ecological system ofP.cornutumand the integrated management of the pest.

Pugioniumcornutum; arthropod community; functional group; seasonal dynamics; diversity

2014-06-01

2014-08-31

陜西省科技廳農業攻關項目(2012 K02-10-02)；陜西省教育廳專項基金項(14JK1837)；國家自然科學基金項目(31370541)；陜西省高水平大學建設專項資金生態學(2012SXTS03)；陜西省大學生創新訓練計劃項目(1252)

Q 145，Q 968.1

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.04.007

* 通信作者 E-mail:shicaixu@163.com