圖們江中游稻田節肢動物群落特征及影響因素研究

田　瑋，　熊　琪，　吳婷婷，　楊　萌，　相恒星，　裴洪淑*

(1.延邊大學理學院，吉林 延吉 133002；2.環保橋(湖南)生態環境修復有限公司，湖南 長沙 410000 )

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圖們江中游稻田節肢動物群落特征及影響因素研究

田瑋1，熊琪2，吳婷婷1，楊萌1，相恒星1，裴洪淑1*

(1.延邊大學理學院，吉林 延吉 133002；2.環保橋(湖南)生態環境修復有限公司，湖南 長沙 410000 )

摘要：以圖們江中游3條典型河流兩側的稻田為研究對象，對節肢動物的群落特征、采樣點的海拔及土壤農殘特征等進行分析的結果表明：圖們江中游稻田節肢動物群落中，同翅目與雙翅目數量最多且離散程度大，總體上同翅目離散程度大于雙翅目離散程度；在檢測的7種農藥中，圖們江中游稻田土壤中主要農殘為甲胺磷和稻瘟靈，不同采樣點之間差異性明顯；基于環境因子與節肢動物群落的冗余分析，表明海拔與甲胺磷是影響節肢動物群落的主要因素，其中，低海拔與低甲胺磷區是鞘翅目、蜘蛛目、蜻蜓目、雙翅目與半翅目的集中區。

關鍵詞：圖們江；稻田節肢動物群落；農殘；海拔

稻田節肢動物群落是稻田生物群落的重要組成部分。稻田節肢動物物種之間存在復雜聯系，如害蟲取食水稻，天敵寄生或捕食害蟲，一些天敵還可能受制于其它種類的天敵[1-2]。稻田節肢動物中除了害蟲與天敵之外，還有中性昆蟲，是稻田節肢動物群落的一個重要組成成分[3]，對稻田中性、捕食性與害蟲進行研究發現，稻田中捕食性天敵亞群落的發生與重建比稻田害蟲亞群落發展快，前者在水稻生長發育前期，主要依賴于稻田中的中性昆蟲重建其亞群落。同時，稻田節肢動物中的昆蟲作為初級消費者，是稻田青蛙等次級消費者主要的食物來源[4]。綜上所述，稻田節肢動物群落對維持稻田生物多樣性平衡起到重要作用。

隨著水稻種植結構調整、種植面積擴大，幾種主要害蟲如稻飛虱、 稻螟蟲等大發生頻率提高，新害蟲的侵入有所增加，水稻害蟲對稻田危害日益猖獗[5]。長期以來，對稻田害蟲防治的主要對策是使用化學農藥[6]，但農藥使用也帶來了一系列問題：1) 容易引起環境污染及水稻安全性問題；2) 導致害蟲抗性增強和稻田用藥成本增加。更嚴重的是，農藥不僅可以大量殺傷害蟲，也大量殺傷天敵，影響天敵的捕食功能，嚴重削減天敵對害蟲的控制作用[7]，由于水稻主要害蟲種群的恢復能力強，在失去自然天敵有效控制的情況下很容易暴發成災[7-8]。有效控制稻田害蟲，保護和利用群落中害蟲的天敵，成為當前稻田害蟲研究的熱點。稻田節肢動物群落的研究是稻田害蟲綜合治理非常重要的基礎工作。

圖們江是我國重要的國際性河流之一，其流域跨中、朝、俄3國，地處北半球中溫帶且晝夜溫差大，非常有利于糧食作物的形成，為水稻的生產提供了優越的自然環境和條件[9]。由于經濟發展對糧食產量要求越來越高，所以農藥的使用也持續不斷，不僅危害節肢動物群落的多樣性，同時還影響糧食安全。本文以圖們江中游為例，研究該區域稻田昆蟲群落結構特征、土壤農殘特征,并基于海拔及農殘探究影響昆蟲群落結構的因素。

1材料與方法

1.1材料

圖們江中游地區位于吉林省延邊朝鮮族自治州境內，東經129°16′～129°52′，北緯42°43′～43°03′，稻田沿河流分布且面積較大[10]。在圖們江中游分別選擇圖們江支流的嘎呀河、布爾哈通河、海蘭江河流兩側稻田進行采樣(圖1)。

圖1　圖們江中游稻田采樣點

其中，嘎呀河選取8個樣地(G1，G2，G3，G4，G5，G6，G7，G8)，布爾哈通河選取10個樣地(B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8，B9，B10)，海蘭江選取8個樣地(H1，H2，H3，H4，H5，H6，H7，H8)。采集樣地內節肢動物群落個體數和土壤的同時，記錄采樣點的海拔與經緯度。

1.2樣品采集

1) 節肢動物樣品采集在2014年7月中旬至8月初進行。采用平行跳躍式取樣法，掃網調查。掃網直徑2.6 m，網直徑33 cm，左右掃動1次為1網，采樣過程中盡量保持掃網直徑一致，每次每樣點掃20網，共計60網。用80%的酒精殺死裝于樣品瓶，帶回室內清理、分類鑒定及統計分析。

2) 土壤農殘采樣因為調查稻田農藥使用情況具有一定困難，農藥使用與土壤中農殘具有直接聯系，所以本研究測定土壤中農殘，代表區域農藥的使用情況。即昆蟲調查的同時，隨機采集3份土壤樣品，錫紙包裹，帶回實驗室，測定土壤農殘。

1.3樣品分析

1) 節肢動物的鑒別節肢動物的鑒定主要在顯微鏡下進行，分類到“目”。

2) 土壤農殘測定土壤樣品經冷凍干燥、碾磨過篩、層析柱、超聲萃、氣相色譜等步驟進行處理，測定土壤中的農藥殘留。通過文獻資料調查，選取7種農藥，甲胺磷、氧化樂果、毒死稗、丙溴磷、稻瘟靈、三唑磷、馬拉硫磷進行檢測。

1.4數據處理

標準差分析能反映一個數據集的離散程度，分析節肢動物數量特征。用Canoco 4.5軟件分析環境因子與節肢動物群落的關系，探究影響節肢動物群落結構的主要因素。數據采用origin9.2軟件處理。

2結果與分析

2.1圖們江中游節肢動物群落特征

由圖2可知，布爾哈通河兩岸稻田中屬蛛形綱的蜘蛛目與屬昆蟲綱的蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、纓翅目和半翅目的個體數量小，其均值數量為1～10，標準差小，為2.0～16.5。同翅目均值數量為67，標準差為33.0，而雙翅目均值數量為147，標準差為60.6。海蘭江兩岸稻田中，蜘蛛目、蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、纓翅目、半翅目個體數量小，均值數量為1～8，標準差小，為1.0～14.4。同翅目均值數量為130，標準差為86.9，雙翅目均值數量為177，標準差為56.9。嘎呀河兩岸的稻田中，蜘蛛目、蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、纓翅目、半翅目個體數量小，其數量均值為1～12，標準差小，范圍為1.7～9.6。而同翅目個體數量多，其均值為322，樣地間數量差異較大，標準差達295.1，雙翅目均值數量為227，標準差為69.2。

總體上，圖們江中游稻田中蜘蛛目、蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、纓翅目、半翅目昆蟲個體數量小，且離散程度小。同翅目與雙翅目個體數量最多，且離散程度大，總體上同翅目離散程度>雙翅目離散程度。同翅目標準差表現為：嘎呀河>海蘭江>布爾哈通河。雙翅目標準差表現為：嘎呀河>布爾哈通河>海蘭江。

圖2　圖們江中游節肢動物群落特征

2.2稻田土壤農殘特征

由表1可知，在檢測的7種農藥中，圖們江中游稻田土壤中甲胺磷與稻瘟靈的檢出率為100%，其他5種農藥檢出率為0。其中，甲胺磷含量在嘎呀河兩岸稻田土壤中為32.3～293.4 ng/kg，布爾哈通河兩岸稻田土壤中為33.8～659.9 ng/kg，海蘭江兩岸稻田土壤中為101.8～369.4 ng/kg，離散程度表現為布爾哈通河(標準差176.5)>海蘭江(標準差112.2)>嘎呀河(標準差93.8)。稻瘟靈含量在嘎呀河兩岸稻田土壤中為20.1～113.8 ng/kg，布爾哈通河兩岸稻田土壤中為41.1～121.7 ng/kg，海蘭江兩岸稻田土壤中為52.7～109.2 ng/kg，離散程度表現為嘎呀河(標準差30.4) >布爾哈通河(標準差24.3)>海蘭江(標準差22.6)。

表1　土壤農殘特征

2.3節肢動物群落的影響因素分析

本研究基于調查樣地的海拔信息與土壤中檢出的2種農殘作為環境因子，采用冗余分析(RDA)方法，對稻田節肢動物群落與環境因子關系進行分析(圖3)。

物種與環境因子夾角<90°，表示正相關，而夾角>90°，表示負相關，刻度表示環境因子與排序軸的相關系數。elevation-海拔，DYL-稻瘟靈，JAL-甲胺磷，Araneida:蜘蛛目，Odonata-蜻蜓目，Coleoptera-鞘翅目，Thysanoptera-纓翅目，Homoptera-同翅目，Diptera-雙翅目，Orthoptera-直翅目，Hemiptera-半翅目，Hymenoptera-膜翅目

由表2可知，排序軸1和排序軸2共解釋了91.4%物種與環境因子的關系，其中，排序軸1解釋了56.7%，排序軸2解釋了34.7%。同時，甲胺磷與排序軸1相關性為0.414，海拔與排序軸2相關性為0.462，表明甲胺磷與海拔是影響節肢動物群落的主要因素。

表2　物種與環境關系表

注：表2為圖3的解釋量表.

物種與環境因子間的關系表明，直翅目、同翅目及膜翅目節肢動物與海拔之間呈正相關，即隨著海拔的升高，其個體數量增加，其余則呈負相關(圖3)。根據研究區分布特征發現，B8、B10、G5、G6、G8、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8采樣點節肢動物群落主要受高海拔控制(圖4)。而甲胺磷含量與膜翅目和纓翅目呈正相關，即隨著土壤中甲胺磷濃度的增加，膜翅目和纓翅目個體數量呈增加的趨勢，其余節肢動物則呈負相關(圖3)。B2、B4、B6、B7、B8、G6、G8、H3、H4、H7、H8采樣點節肢動物群落主要受甲胺磷控制(圖5)。G1、G2、G3、G4、G7、B1、B3、B4、B7是鞘翅目、蜘蛛目、雙翅目及半翅目群落集中區。

圖4　采樣點海拔特征

物種與環境因子間的關系表明,直翅目、同翅目及膜翅目節肢動物與海拔之間呈正相關，即隨著海拔的升高，其個體數量增加，其余則呈負相關(圖3)。根據研究區分布特征發現,B8、B10、G5、G6、G8、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8采樣點節肢動物群落主要受高海拔控制(圖4)。而甲胺磷含量與膜翅目和纓翅目呈正相關，即隨著土壤中甲胺磷濃度的增加，膜翅目和纓翅目個體數量呈增加的趨勢，其余節肢動物則呈負相關(圖3)。B2、B4、B6、B7、B8、G6、G8、H3、H4、H7、H8采樣點節肢動物群落主要受甲胺磷控制(圖5)。G1、G2、G3、G4、G7、B1、B3、B4、B7是鞘翅目、蜘蛛目、雙翅目及半翅目群落集中區。

圖5　采樣點土壤農殘特征

3討論與結論

稻田節肢動物群落分布特征受海拔因素影響，根據采樣點海拔特征(圖4)發現，在圖們江中游地區海拔>240 m以上的稻田，采樣點的節肢動物群落具有相似性。研究表明，溫度是影響昆蟲生長、發育、存活、生殖及分布的重要因素[11]，而海拔又是影響溫度變化的重要因素。

本研究表明，殺蟲劑對稻田有益節肢動物有嚴重或中等程度的損害作用[7]，甲胺磷是一種殺蟲劑，雖已被國家禁止使用多年，但其分解速率慢，在本次檢測中仍被檢測到較低濃度的存在。甲胺磷與蜻蜓目、蜘蛛目、鞘翅目、半翅目、雙翅目、同翅目、直翅目呈負相關，表明殺蟲劑對絕大多數的節肢動物起抑制作用。此外，甲胺磷與膜翅目和纓翅目呈正相關，其中，膜翅目中除少數為植食性害蟲外，大多數為天敵，而纓翅目中害蟲居多，原因可能是由于長時間施藥，部分害蟲已經對農藥產生了抗性，進一步分析表明，海蘭江、布爾哈通河與嘎呀河周圍稻田中膜翅目數量小于纓翅目(圖2)，雖然膜翅目與纓翅目呈正相關，但由于膜翅目數量較少，表明天敵對害蟲控制作用有限。化學農藥廣泛、長時間作用，導致害蟲對農藥的抗性不斷增強[12]，很有可能導致害蟲爆發，所以該區域的稻田害蟲防治應引起廣泛重視。稻瘟靈是殺菌劑，有抑制病菌生長的作用，除此之外還有抑制稻褐飛虱、白背飛虱密度的效果[12]，本研究中雖然稻瘟靈對大多數節肢動物群落影響較小，但是與同翅目呈負相關，由于稻褐飛虱與白背飛虱都屬于同翅目，本研究結論與上述結果一致。由于氧化樂果降解速率比較快，半衰期為2～3 d[13]，所以并未檢測出來，因此在此文中未能探討節肢動物與氧化樂果之間的關系。

由于海拔與農藥共同作用區的差異，導致節肢動物群落具有一定分布特征(圖3)，B1、B3、B4、B7、G1、G2、G3、G4、G7采樣點中蜻蜓目、蜘蛛目、雙翅目、鞘翅目、半翅目的數量豐富，結合圖4、圖5發現，G1、G2、G3、G4、G7采樣點屬于低海拔與低甲胺磷使用區，而B1、B3、B4、B7屬于中海拔與低甲胺磷使用區，表明海拔低與甲胺磷低的區域為鞘翅目、蜘蛛目、蜻蜓目、雙翅目與半翅目集中區。

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收稿日期：2016-03-20基金項目:國家自然科學基金(41361015); 吉林省發展和改革委員會項目(2016C062)；延邊大學自然科學基金項目[延大科合字(2013)第19號]

作者簡介：田瑋(1990—)女，吉林臨江人，在讀碩士，研究方向為濕地生態及生物多樣性。裴洪淑為通信作者， E-mail: hshpei@ybu.edu.cn

文章編號：1004-7999(2016)02-0099-06

DOI:10.13478/j.cnki.jasyu.2016.02.002

中圖分類號：S511;S185

文獻標識碼：A

The characteristics and influencing factors of arthropod communities in paddy fields of the middle reaches of Tumen River

TIAN Wei1,XIONG Qi2,WU Tingting1,YANG Meng1,XIANG Hengxing1,PEI Hongshu1*

(1.GeographyDepartment，SciencesCollegeofYanbianUniversity,YanjiJinlin133002,China；2.ClimateBridge(Hunan)Eco-environmentalRemediationCo.Ltd,ChangshaHunan410000,China)

Abstract：Based on the study of the characteristics of arthropod community, the elevation of sampling points and the characteristics of pesticide residues in soil near three typical rivers in the middle reaches of Tumen River, we got the following results: the number of Homoptera and Diptera were higher, which indicated a low dispersion degree than other arthropod community in this area. In the detection of 7 kinds of pesticide residue，we found that the methamidophos and isoprothiolane were the main pesticide residues in paddy soil, which were different among the sampling points. Redundancy Analysis (RDA) showed that methamidophos and elevation were the main factors in driving the arthropod community, and the Hemiptera, Odonata, Araneid , Coleoptera and Diptera community was abundant while the elevation and the content of methamidophos were low.

Key words:Tumen River Basin; arthropod community in rice field ;pesticide residue; elevation