作物景觀結構對旋幽夜蛾種群動態的影響

徐養誠, 王明全, 顧世民, 張 鑫, 馮麗凱, 王 鑫,謝宗銘, 王登元, 呂昭智*

(1. 新疆農業大學農學院, 烏魯木齊 830000; 2. 中國科學院新疆生態與地理研究所, 烏魯木齊 830011; 3. 新疆農墾科學院植物保護研究所, 石河子 832000; 4. 中華全國供銷合作總社天津再生資源研究所, 天津 300191); 5. 新疆農墾科學院生物技術研究所, 石河子 832000)

研究報告
ResearchReports

作物景觀結構對旋幽夜蛾種群動態的影響

徐養誠1,2#, 王明全1,2#, 顧世民2, 張 鑫2, 馮麗凱3, 王 鑫4,謝宗銘5, 王登元1, 呂昭智2*

(1. 新疆農業大學農學院, 烏魯木齊 830000; 2. 中國科學院新疆生態與地理研究所, 烏魯木齊 830011; 3. 新疆農墾科學院植物保護研究所, 石河子 832000; 4. 中華全國供銷合作總社天津再生資源研究所, 天津 300191); 5. 新疆農墾科學院生物技術研究所, 石河子 832000)

農業景觀復雜性對昆蟲種群的影響是目前昆蟲生態學研究的熱點。新疆兵團和地方在土地利用模式及作物景觀上存在著明顯的差異,這可能影響昆蟲種群動態及其管理策略。在兵團和地方的不同試驗點,應用智能測報燈、殺蟲燈誘集監測在地區尺度和區域尺度旋幽夜蛾Scotogrammatrifolii種群動態,結合各樣點作物種類及面積調查,分析旋幽夜蛾種群動態與景觀復雜性之間的關系,研究結果表明:(1)在地區尺度上,簡單景觀條件下旋幽夜蛾誘集量小于復雜景觀,不同調查半徑下旋幽夜蛾誘集量與景觀多樣性指數(Shannon-Wiener)呈顯著正相關(P<0.05);(2)在區域尺度上, 兵團作物體系內,南疆的旋幽夜蛾誘集量小于北疆,并且存在顯著性差異;地方作物體系內南疆的旋幽夜蛾誘集量大于北疆,同樣存在顯著性差異;在南疆地區,兵團和對應地方的誘蛾量均呈現顯著性差異(P<0.05),在北疆地區,兵團與對應的地方之間無顯著性差異(P>0.05),這可能與北疆地區兵團和地方在土地利用模式及其作物布局趨于一致有關。

作物景觀結構; 旋幽夜蛾; 種群動態

作物景觀的空間結構顯著影響了昆蟲的分布和多樣性,其原因主要是基于嵌入型的非作物區域具有昆蟲庇護所作用,并致使昆蟲在不同生境即異質性景觀下來回遷移[1-3]。管理作物和非作物庇護所在景觀水平上的空間布局能有效減輕害蟲的危害[4],但有些研究也表明多樣性的作物景觀增加了一些多食性害蟲的數量和危害[5-7]。

大多數研究認為多食性昆蟲在多樣性景觀中種群數量高于簡單景觀,原因在于隨著季節的變化,多樣性景觀能夠為多食性昆蟲提供更多的花粉等食物來源[8-11],這更有利于草食性昆蟲的繁殖和生存。Andow等發現作物種類多的地區,食草節肢動物的種類和同一種類的密度均高于單一作物種植區[12]。

旋幽夜蛾ScotogrammatrifoliiRottemberg屬鱗翅目,夜蛾科,又叫車軸草切根蟲(clover cutworm)、三葉草夜蛾等,是世界性農業害蟲,食性雜,具有間歇性局部暴發、遷飛等特性[13],寄主作物有棉花、小麥、玉米等共8 科 40 多種,其中作物 20 多種、雜草 20 多種[14-15],在我國新疆、西藏、青海、河北等省、自治區均有分布[16-17]。旋幽夜蛾的多食性和遷飛性加深了與農業景觀之間關系的密切程度,探索農業景觀復雜性與害蟲種群動態的關系對制定IPM相應對策有重要幫助[18-20]。

新疆地處西北邊陲,由于歷史原因兵團和地方獨立的行政單元存在,導致在土地利用模式、作物景觀等方面存在顯著差異。但兵團和地方作物景觀差異可能導致害蟲種群數量變化等方面的科學問題一直沒有得到足夠的關注。因此,以旋幽夜蛾為例分析景觀復雜性與害蟲種群動態關系,以期為基于景觀尺度下的害蟲綜合治理提供科學依據。

1 研究區概況

本研究由阿克蘇地區3個點地區試驗(地區尺度試驗)和南北疆12個點區域試驗(區域尺度試驗)兩部分組成。

1.1 地區尺度試驗

本研究在位于阿克蘇綠洲地區的阿克蘇市(地方)、阿瓦提縣(地方)和阿拉爾市(兵團)進行。該地區屬暖溫帶干旱氣候地區,東經79°40′～ 82°00′,北緯39°30′～ 41°20′,面積約318萬hm2,地勢平坦、土層深厚、水源充足、晝夜溫差大、適宜多種作物種植[21]。其中,復雜農業景觀A是轉基因棉花種植區域,轉基因棉花種植面積占調查面積的28%;復雜農業景觀B是長絨棉種植區域,長絨棉種植面積占調查面積的37%;簡單農業景觀的長絨棉種植面積占調查面積的68%。本試驗的燈光陷阱布設點詳細情況見表1。

1.2 區域尺度試驗

研究在自治區的地方縣區和兵團相對應各選6個樣點,分別為阿瓦提縣(3團)、阿克蘇市(6團)、麥蓋提縣(43團)、精河縣(83團)、烏蘇市(125團)和瑪納斯縣(147團)。

圖1 研究區域示意圖Fig.1 Illustration of the study area

燈號Lightno.GPS位置GPSposition研究地點Site基地類型(景觀類型)Landscapetype作物(植被)類型Croptaxon141°1'34″N,80°16'36″E阿克蘇市四區設施農業基地復雜作物景觀A陸地棉、長絨棉、玉米、棗樹(間作棉花)、核桃樹、蘋果、菜地、林帶、荒灘241°18'10″N,80°6'3″E阿克蘇市三區設施農業基地復雜作物景觀A陸地棉、長絨棉、玉米、棗樹(間作棉花)、核桃樹、蘋果、菜地、林帶、荒灘341°8'20″N,80°16'54″E阿克蘇市良種場設施農業基地復雜作物景觀A陸地棉、長絨棉、玉米、小麥、番茄、棗樹(間作棉花)、核桃樹、蘋果、菜地、林帶、荒灘、設施農業440°48'36″N,80°22'43″E阿瓦提縣拜什艾日克鎮糧棉基地復雜作物景觀B陸地棉、長絨棉、玉米、小麥、番茄、核桃、棗樹(間作棉花)、菜地、林帶、荒灘540°39'33″N,80°18'12″E阿瓦提縣塔木托格拉克鄉糧棉基地復雜作物景觀B陸地棉、長絨棉、玉米、小麥、番茄、核桃、棗樹(間作棉花)、菜地、蘋果、林帶、荒灘640°34'42″N,80°23'42″E阿瓦提縣阿依巴格鄉糧棉基地復雜作物景觀B陸地棉、長絨棉、玉米、小麥、番茄、核桃、棗樹(間作棉花)、菜地、葡萄、林帶、荒灘740°30'59″N,80°50'59″E阿拉爾市16團場棉花基地簡單作物景觀陸地棉、長絨棉、棗樹、水稻、甘草、林帶、荒灘840°36'56″N,81°17'30″E阿拉爾市13團場棉花基地簡單作物景觀陸地棉、棗樹、水稻、菜地、林帶940°36'45″N,81°20'16″E阿拉爾市10團場棉花基地簡單作物景觀陸地棉、長絨棉、棗樹、水稻、蘋果、林帶、荒灘

2 材料與方法

2.1 試驗設計

地區尺度試驗:每個試驗點設置1臺佳多牌智能測報燈(型號為JDA0-III)作為燈誘陷阱,9個試驗點,共設置27臺,兩兩之間的距離大于3 km。使用測報燈自帶光控開關控制燈管的開啟和關閉。

旋幽夜蛾種群的收集方法:6月5日開始至9月5日每月5、15、25日開燈,于次日清晨收集前1天晚上誘集到的所有昆蟲,統計其中旋幽夜蛾成蟲數量。

區域尺度試驗:每個觀測點(縣區/團場)設置27個燈光陷阱(佳多牌頻振式殺蟲燈,型號PS-15-2)。其中9個設置在棉花種植較少的區域(以陷阱為中心,半徑200 m內棉花種植面積為25%及以下);9個設置在棉花種植較多的區域(以陷阱為中心,半徑200 m內棉花種植面積為50%左右);9個設置在棉花種植最多的區域(以陷阱為中心,半徑200 m內棉花種植面積為75%及以上的區域)。12個樣點共324個燈光陷阱,且布點之間距離不小于400 m。每天定時開關燈,對應的團場和縣區的開關燈時間一致(晚20:00開燈,早08:00關燈)。6月到8月每月15日、25日采集2次,每次采集1天內掉入陷阱中的昆蟲。每月的14日清空燈下收集袋,15日清晨收取收集袋中昆蟲;24日清空燈下收集袋,25日清晨收取收集袋中昆蟲,每個樣點共收集6次。將收集到的蛾類昆蟲裝入塑封袋中,寫好標簽放入冰柜保存,實驗室分類統計。

2.2 分析方法

2.2.1 作物群落結構調查

利用Google Earth對試驗樣點進行定位,結合實際調查,獲得半徑2 km內作物種植情況,統計每種作物所占調查面積的比例,計算物種多樣性指數(Shannon-Wiener)。

多樣性指數(Shannon-Wiener):

式中,Pi為種i的個體數占群落中總個體數的比例或種i的相對重要值,S為群落中種的總數。

2.2.2 景觀數據的分析

實驗室內用邊長為1 cm的正方形將每一張作物結構調查圖分成網格圖,統計出所有正方形的數量和每一種作物類型占正方形的數量。采用Pearson相關系數來表征作物比例與旋幽夜蛾種群數量之間的關系,計算公式為:

式中,x為作物群落結構特征參數;y為旋幽夜蛾的種群數量的ln值。利用Microsoft Excel 2103軟件對原始數據進行統計、回歸分析,Origin 8.0軟件繪圖和SPSS 19.0 進行廣義線性模型(generalized linear model)分析。

3 結果與分析

3.1 地區尺度的不同農業景觀中旋幽夜蛾發生動態

不同農業景觀中旋幽夜蛾的種群發生動態見圖2。3種景觀(景觀類型見表2)中旋幽夜蛾累計誘集量:復雜景觀A>復雜景觀B>簡單景觀,但三者間差異性不顯著。7月5日到8月15日,旋幽夜蛾種群數量整體較低,單燈數量在10頭左右。簡單景觀中旋幽夜蛾種群數量在6月26日到7月5日和7月25日到8月15日之間數量極低。7月25日簡單景觀的旋幽夜蛾的種群數量顯著少于復雜景觀(P<0.05),在9月5日,復雜景觀A的旋幽夜蛾的種群數量顯著高于其他兩種景觀(P<0.05);其他日期三種景觀中旋幽夜蛾的種群數量之間沒有顯著性差異。

表2 不同農業景觀的生物多樣性指數

Table 2 Biodiversity indices of different agricultural landscapes

生物多樣性指標Biologicaldiversityindex多樣性指數(H')Diversityindex復雜農業景觀AComplexagriculturallandscapeA復雜農業景觀BComplexagriculturallandscapeB簡單農業景觀Simpleagriculturallandscape作物種類Cropspecies141310景觀多樣性指數Landscapediversityindex2.181.861.11景觀均勻度指數Landscapeevennessindex0.630.500.30景觀生態優勢度指數Landscapeecologicaldominanceindex0.280.370.73

圖2 不同作物景觀中旋幽夜蛾成蟲的發生動態Fig.2 The clover cutworm adult population dynamics with different landscapes

3.2 地區尺度農業景觀多樣性指數(Shannon-Wiener)與旋幽夜蛾種群數量的關系

半徑2 km內旋幽夜蛾總數與不同調查半徑景觀多樣性指數(Shannon-Wiener)呈顯著正相關。其中景觀多樣性指數與旋幽夜蛾誘集量在半徑0.5、1和2 km呈現極顯著相關關系(P<0.01),在半徑1.5 km呈顯著相關關系(P<0.05),如圖3。

圖3 不同半徑景觀多樣性指數與旋幽夜蛾種群數量的關系Fig.3 Relationships between landscape diversity and the clover cutworm population at different radii

3.3 區域尺度不同土地利用模式下旋幽夜蛾種群動態

對南北疆兵團(S.C, N.C)與地方(S.L, N.L)的3種棉花比例的旋幽夜蛾誘集量進行Wald卡方檢驗,結果顯示南疆兵團與地方之間呈現極顯著差異(P<0.01),北疆兵團與地方沒有顯著性差異;南疆和北疆誘蟲總量并無顯著性差異(P>0.05)。如圖4及表3。

圖4 南北疆兵團、地方蛾量示意圖Fig.4 Amounts of moths in Production and Construction Corps and local areas from southern and northern Xinjiang

區域&農場類型Area﹠farmingtype單燈誘蛾量/頭AmountofmothsS.C(0.69±1.56)cS.L(2.24±1.56)aN.C(1.18±1.56)bN.L(1.30±1.56)b

1) Wald卡方檢驗df=3,P<0.01。 Wald Chi square test,df=3,P<0.01.

圖5 不同棉花種植比例下南北疆兵團與地方合計誘蟲量Fig.5 Total amounts of trapped adults in different planting proportions of cotton from corps and local areas of southern and northern Xinjiang

圖5所示,南疆兵團與地方在3種棉花比例下,兵團的誘集量均少于地方的誘集量,75%、50%和25%三種棉花種植比例兵團和地方誘集量均呈現極顯著性差異(P<0.01),而且在兵團和地方各次內部的不同的棉花比例下,也存在極顯著性差異(P<0.01);北疆兵團與地方誘集量與棉花種植比例沒有一致性的規律,并且對應的兵團與地方不存在顯著性差異(P>0.05)。

4 討論

地區尺度上,三種景觀下景觀復雜程度越高,旋幽夜蛾的誘集量越大,但相互之間差異不顯著,簡單景觀的誘集量在誘集期間總體表現出波動性大于復雜景觀的現象,可能與旋幽夜蛾的多食性與遷飛有關;其中6月下旬至7月上旬以及7月下旬至8月中旬簡單景觀下旋幽夜蛾誘集量顯著少于復雜景觀可能與寄主植物可獲得有關。

旋幽夜蛾是典型的多食性昆蟲,呂昭智等[24]研究表明多食性的棉鈴蟲種群數量與作物景觀多樣性呈正相關,多樣性的作物結構更有利于多食性的昆蟲種群的增長。本研究在半徑在0.5～2 km 范圍旋幽夜蛾誘集量與作物景觀多樣性均呈正相關;表明景觀復雜程度越高,越有助于多食性昆蟲種群的繁殖力提高和種群數量的增加[25]。

區域尺度上,南疆兵團與對應地方樣點間誘集量差異顯著;而北疆兵團與對應地方樣點間誘集量差異不顯著。這一結果可能與南北疆兵團與地方之間農業種植結構和管理模式有關[26],說明北疆兵團和地方農業中土地利用模式和作物景觀趨于一致,但南疆兵團和地方的作物景觀差異十分明顯。從景觀進化角度講,北疆農業模式特別是地方性小戶農場的農業景觀結構更接近于兵團連片種植、分區栽培的作物種植模式,使得北疆地區的農業景觀結構顯得更加簡單和統一,導致北疆地區旋幽夜蛾誘集量少于南疆地方。因此在害蟲防治中應認識到農業景觀異質及其進化對害蟲防治的影響。

在新疆其他多食性害蟲如棉鈴蟲、地老虎等在地方和兵團也存在類似現象,共性的因素是景觀多樣性的增加,在時間和空間尺度上為這些多食性的害蟲提供了連續的食物譜,有利于這些害蟲的繁殖和為害。所以在新疆兵團和地方在制定害蟲綜合治理策略需要考慮兵團和地方的作物景觀差異對害蟲種群動態的影響。

通過對地區尺度不同景觀復雜度條件下旋幽夜蛾誘集量的調查可知,復雜景觀條件下旋幽夜蛾的誘集量要大于簡單景觀,旋幽夜蛾誘集量與景觀多樣性指數呈顯著正相關。區域尺度上,南疆與北疆總體呈現顯著性差異;南疆種群數量無論在兵團還是地方均大于北疆,因此需要加強在南疆地區旋幽夜蛾的種群監測和綜合治理。

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(責任編輯：田 喆)

Effects of crop landscape structure on the population dynamics of the clover cutwormScotogrammatrifolii

Xu Yangcheng1,2, Wang Mingquan1,2, Gu Shimin2, Zhang Xin2, Feng Likai3, Wang Xin4,Xie Zongming5, Wang Dengyuan1, Lü Zhaozhi2

(1.CollegeofAgronomy,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830000,China; 2.XinjiangInstituteofEcologyandGeography,ChineseAcademyofSciences,Urumqi830011,China; 3.InstituteofPlantProtection,XinjiangAcademyofAgriculturalandReclamationSciences,Shihezi832000,China; 4.TianjinRecyclableResourcesInstitute,All-ChinaFederationofSupplyandMarketingCooperatives,Tianjin300191,China; 5.BiotechnologyResearchInstitute,XinjiangAcademyofAgriculturalandReclamationSciences,Shihezi832000,China)

The effect of the complexity of the agricultural landscape on insect population is the focus of insect ecology at present. There are contrasting difference in the agricultural landscape and crop planting structure between Xinjiang Production and Construction Corps (broad-acre farming) and Local agriculture (small-holder farming), which may influence the population dynamics of insect pests. The population of the clover cutwormScotogrammatrifoliiin different collection scales (region scale and district scale) in both farming systems were monitored by the intelligent monitoring lamps. Moreover, crop type and area investigations in each sampling sites were surveyed, and our results showed that: (1) At the region scale, moths trapped in simple landscape were less than in complex landscape; the amount of clover cutworm had a significant positive correlation with the landscape diversity index (Shannon-Wiener) (P<0.05) at different radii surrounding the survey sites; (2) At the district scale in broad-acre farming, the abundance of moths in southern Xinjiang was less than that in northern Xinjiang, and there was a significant difference between southern and northern Xinjiang. At the same time, there had a significant difference within small-holder farms (southern Xinjiang and northern Xinjiang), but the abundance of moths in southern Xinjiang was larger than that in northern Xinjiang. The amount of moths showed a significant difference (P<0.05) between corresponding broad-acre farming and small-holder farming at the same area in southern Xinjiang, while northern Xinjiang had no significant difference (P>0.05) between the corresponding broad-acre farming and small-holder farming at the same area, which may be related to the fact that there was a a relatively consistent land use pattern and crop distribution between broad-acre farming and small-holder farming in northern Xinjiang.

crop landscape; clover cutworm; population dynamics

2016-03-10

2016-03-29

國際科技合作項目(2011DFA32170)；國家國際合作課題(Y266021001)

Q 968

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.01.005

* 通信作者 E-mail: zhaozhi@ms.xjb.ac.cn

#并列第一作者