茶園異質性棲境對狼蛛科蜘蛛群落結構的影響

黎健龍, 唐顥, 周波, 方華春

廣東省農業科學院茶葉研究所/廣東省茶樹資源創新利用重點實驗室, 廣州 510640

茶園異質性棲境對狼蛛科蜘蛛群落結構的影響

黎健龍, 唐顥, 周波, 方華春*

廣東省農業科學院茶葉研究所/廣東省茶樹資源創新利用重點實驗室, 廣州 510640

茶園生態系統中蜘蛛既是重要的天敵類群, 又是改善生態系統服務的指示標志。為更好地保護與利用天敵蜘蛛進行生態防治, 對亞熱帶丘陵地區不同棲境茶園的狼蛛科蜘蛛進行調查, 并對其種類、年齡結構、性別比例等進行分析。結果表明：復雜棲境茶園(JZ)與簡單棲境茶園(CK)間狼蛛科蜘蛛數量特征組成存在顯著差異 (P＜0.001); 狼蛛科蜘蛛優勢種 JZ茶園有 3種, CK茶園有4種; JZ茶園雌蛛、雄蛛和幼蛛個體數分別是CK茶園的4.36倍、3.63倍和7.91倍。JZ茶園狼蛛科的年齡結構、性別比例等數量特征影響較大，總個體數量發生動態顯著高于CK茶園(P＜0.05)。主成分分析表明, JZ茶園明顯向家福穴狼蛛Houa jiafui)、幼豹蛛(Pardosa pusiola)和旋囊脈水狼蛛(Venonia spirocysta)等群落數量分布較多的方向偏移, 而CK茶園則向數量減少方向偏移。研究表明, 基于茶園異質性棲境管理, 采用多樣性種植方式來保持生態平衡, 對保護和利用狼蛛科蜘蛛來增強害蟲自然控制能力有深遠意義, 還有利于成為一種可持續改善茶園生態系統的管理方式。

茶園; 棲境異質性; 狼蛛科; 群落結構

1 前言

蜘蛛是農業生產中的重要天敵, 狼蛛科等地表游獵型蜘蛛是天敵組成中重要類群之一, 對環境變化敏感, 已廣泛用作環境對生物多樣性影響的指示生物[1-2]。棲境特征的改變會對生物多樣產生重要影響, 特別是害蟲暴發、天敵群落改變等[3-4]。已有研究表明, 農田周邊棲境單一種植會使生物多樣性減少, 導致害蟲自然調控失效, 不利于生態環境保護;而傳統農業實施間作套種復合體系模式, 改變棲境特征結構復雜程度, 更有利于生物多樣性的保護和應用[5-6]。因此, 從棲境異質性角度出發, 選擇多樣性種植等管理措施來改善農田生境, 促進環境友好,增加生物多樣性, 減少害蟲發生, 已成為近年來國內外生物農業研究的熱點[7]。

生境變化對狼蛛科影響方面, 羅媛媛等[8]通過對千島湖陸橋島嶼上黑腹狼蛛(Lycosa coelestris)遺傳多樣性及其受生境片段化的影響研究, 結果表明生境片段化初期島嶼面積和形狀是影響黑腹狼蛛種群遺傳多樣性的主要原因。張征田等[9]開展了鎘污染對不同生境狼蛛的影響, 研究表明狼蛛體內鎘的累積是受不同生境影響。此外, 狼蛛生物學特性受不同生境土壤重金屬含量的影響, 可以作為重金屬污染指示生物[10]。生物防治應用方面, 王智等[11]通過對稻田蜘蛛的生態位研究, 確定蜘蛛的生態位寬度值隨害蟲生態位寬度值增減而增減, 其優勢種為狼蛛科。張永強等[12]對玉米蜘蛛群落結構及動態研究, 表明玉米地里狼蛛科種群占優勢。汪波等[13]分析狼蛛對黑腹果蠅捕食數量的PCR檢測, 表明隨著狼蛛捕食數量增多, 其體內含有的黑腹果蠅DNA殘留就越多。綜上所述, 表明狼蛛科蜘蛛作為捕食性天敵, 既容易受生境變化影響, 又在農業生態系統中實施生物防治具有重要作用。雖然生態環境干擾和農田復合間作種植與蜘蛛群落的關系有一些報道[14-15], 但在廣東茶區不施化學農藥下, 針對茶園異質性棲境對狼蛛科蜘蛛群落結構影響卻報道較少。本研究重點調查兩種不同棲境茶園狼蛛科蜘蛛種類, 分析其群落結構、年齡大小、性別比例以及動態規律等影響, 對生物多樣性保護政策的制定和措施的實施具有一定指導意義。

2 材料與方法

2.1 試驗茶園栽培管理

本試驗選取2個實驗點, 選擇同一區域內茶園,地理位置(海拔、氣候等)、茶齡等均一致。包括復雜棲境茶園和簡單棲境茶園。每個試驗點生境類型茶園具有相同的坡面, 相同茶樹品種等。該地秋冬季雨量較少, 夏季雨量充足, 年降雨量 1906 mm。茶園土壤類型均為赤紅壤, 屬酸性土茶園, pH 為 4.20—4.38。各個茶園茶樹本身的株行距是 0.3 m×1.5 m。緯度:24°18′09 N; 經度: 113°23′05 E; 海拔: 42—46 m。

復雜棲境茶園, 茶園實施多樣性種植, 四周植物豐富, 茶園生境相對較好, 種植品種為英紅9號。茶園間種有臺灣相思樹(Acacia confusa Merr.)、陰香樹(Cinnamomum burmanni)等多種景觀樹。其中間種臺灣相思樹, 樹齡為 30 多年, 樹高 15—20 m, 種植規格為株距×行距＝8 m×24 m; 茶園遮蔭度較大, 地表周年覆蓋厚度為1—3 cm的凋落物, 夏季溫度為28—35 ℃, 濕度為60%—90%, 光照強度為15200—44300 lux。茶園不使用除草劑, 雜草每年修剪3—4次, 茶園工作道及四周自然生長有狗牙根(Cynodon dactylon)、鬼針草(Bidens bipinnataL.)等草本植物。

簡單棲境茶園, 為純茶園, 種植品種為英紅9號。茶園中心以及工作道沒有間作喬木、高灌木等植物;茶園四周生境相對較差, 缺少遮蔭, 地表覆蓋凋落物較少, 茶樹生長容易受極端天氣影響; 夏季溫度為29—37 ℃, 濕度為58%—82%, 光照強度為19000—75000 lux。茶園不使用除草劑, 雜草每年修剪4—5次, 自然生長有狗牙根(Cynodon dactylon)、狗尾草(Setaria viridis)、鬼針草(Bidens bipinnataL.)等草本植物。此外, 茶園邊界周圍皆無其他喬木樹種。

2.2 標本采集鑒定

采用陷阱法: 把口徑10 cm的一次性紙杯埋入土中, 紙杯中加入福爾馬林溶液, 上面蓋上20 cm左右的一次性紙盤(防止溶液揮發和陷阱被破壞), 每塊茶園選取40個采樣點(4次重復, 每個重復10個點), 記錄下陷阱的地點和收集時間, 最后進行鑒定分析。

采集時間: 分兩年進行, 2010年和2011年, 每年5至10月每半個月采集一次, 11月至次年4月每1個月采集一次。每次將采集到的蜘蛛標本浸泡在75%的酒精中并進行種類鑒定。

2.3 數據分析方法

物種豐富度(S): 每個樣地中出現的物種數。多度(N): 個體數。

優勢種(d): d= Ni /N代表1個物種(或類群)的優勢度, 即第i個物種(或類群)個體數(Ni)占群落總個體數(N)的比例, 當d≥0.1時為優勢種[16]。

采用微軟SAS統計軟件(SAS 8.0 Software, SAS nstitute Inc.)和R(ADE-4)多元數據分析軟件[17]對試驗數據進行整理與分析。主成分分析(Principal Components Analysis)通過在R中導入ADE-4 軟件包,比較不同茶園狼蛛科蜘蛛綜合特征的差異; 多元數據分析結果利用二維空間載荷圖和得分圖直觀而形象地進行反映。

3 結果與分析

3.1 茶園狼蛛科蜘蛛種類組成

對狼蛛科蜘蛛種類及數量進行調查和分析(圖1和表1), 共采集鑒定的種類有7種, 主要包括有旋囊脈水狼蛛(Venonia spirocysta)、幼豹蛛(Pardosa pusiola)、家福穴狼蛛(Houa jiafui)、溝渠豹蛛Pardosa laura)、脈媧蛛(Wadicosa venatrix)、蘇門答臘豹蛛(Pardosa sumatrana)、黑腹狼蛛(Lycosa coelestris Schenkel)。從種類上看, 復雜棲境茶園(JZ)有7種; 而簡單棲境茶園(CK)有6種, 缺少的種類為脈媧蛛。復雜棲境茶園(JZ)有優勢種3種, 分別為幼豹蛛、旋囊脈水狼蛛和蘇門答臘豹蛛, 多度為242、149和76, 分別占49.09%、30.22%和15.42%。簡單棲境茶園有優勢種4種, 以幼豹蛛、旋囊脈水狼蛛個體數量最多, 多度為49和28, 分別占42.24%和24.14%。與復雜棲境茶園相比, 幼豹蛛和旋囊脈水狼蛛多度比簡單棲境茶園(CK)增加3.94倍和4.32倍; 說明茶園棲境實行間作樹木增加生物多樣性管理, 可改變蜘蛛群落組成和結構并有利于狼蛛科蜘蛛的種類、多度以及優勢種的不斷變化。

圖1 兩種茶園狼蜘科種類基本組成Fig. 1 Species composition of wolf spider in two tea plantations

表 1 兩種茶園狼蜘科蜘蛛優勢種類Tab.1 Dominant species in two tea plantations

3.2 茶園狼蛛科蜘蛛性別和年齡特征

在蜘蛛群落數量特征上(如表2和表3), 不同種植模式茶園間的差異達到極顯著水平(F=16.25,P＜0.001) , 總體上, 復雜棲境茶園個體數量是簡單棲境茶園個體數量的4.23倍; 可見, 茶園棲境復雜、間作樹木對狼蛛科數量增長是有益的。兩類茶園在年齡結構、性別比例方面存在顯著差異(F=5.73, P＜0.05)。從年齡結構上看, 復雜棲境茶園實行間作樹木后幼蛛個體數增加是最多, 是簡單棲境茶園個體數量的7.91倍。從性別比例上看, 雌蛛、雄蛛個體數量是簡單棲境茶園個體數量的4.36倍和3.63倍。此外,雌蛛個體數中, 以旋囊脈水狼蛛的最多, 與簡單棲境茶園(CK)的個體數比例為1: 0.21; 在雄蛛和幼蛛個體數中, 均以幼豹蛛的個體數最多; 幼豹蛛在復雜棲境茶園與簡單棲境茶園(CK)的性比, 雄蛛比為1: 0.24, 幼蛛比為1: 0.04。說明復雜棲境茶園模式不僅影響蜘蛛群落結構數量大小, 還對狼蛛科年齡結構、性別比例等影響較大。

表2 兩種茶園狼蛛科蜘蛛性別和年齡組成特征Tab.2 Quantitative characteristics of wolf spider guild in two tea plantations

表3 兩種茶園狼蛛科蜘蛛年齡性比Tab.3 Sex ratio of wolf spider guild in two tea plantations

3.3 茶園狼蛛科不同性別數量動態

狼蛛科蜘蛛群落動態個體數高峰時期從2010年夏季之后呈不斷下降的趨勢, 同時對兩類茶園群落特征數量發生動態分別進行單因素方差分析。蜘蛛個體總數發生動態(圖2), 從2010—2011年, 復雜棲境茶園蜘蛛總個體數量的活動密度, 大部分時期高于簡單棲境茶園(F=5.83, P ＜0.05)。雄蛛個體數發生動態(圖3), 復雜棲境茶園雄蛛個體數量的活動密度,除2010年的9月30日—12月29日和2011年的4月26日、5月11日外, 絕大部分時期均顯著高于簡單棲境茶園(F=7.39, 0.001＜ P ＜0.01)。此外, 雌蛛和幼蛛個體數發生動態(圖4和圖5), 兩類茶園個體數量的活動密度差異不顯著(F=3.77 ns 和 F=4.11 ns)。

3.4 不同種植管理茶園對狼蛛科生物學特征總體影響

對狼蛛科蜘蛛群落數量結構分布的各變量進行多元統計分析結果顯示(圖6): 由于第一主成分和第二主成分的累計貢獻率達57.66%, 第一主成分的貢獻率為37.93%, 蜘蛛數量分布受狼蛛科的家福穴狼蛛、幼豹蛛和旋囊脈水狼蛛等影響最大。第二主成分貢獻率為19.73%, 其主要與狼蛛科的黑腹狼蛛、蘇門答臘豹蛛和溝渠豹蛛緊密聯系。復雜棲境茶園與簡單棲境茶園樣點隨第一主成分屬性進行空間分布, 二者清晰的被劃分在第二主成分坐標軸的兩邊,復雜棲境茶園位置明顯向家福穴狼蛛、幼豹蛛和旋囊脈水狼蛛等地面狼蛛科蜘蛛群落數量分布較多的方向偏移, 而簡單棲境茶園則數量減少方向偏移,這一現象是由茶園棲境異質性所造成的。

圖2 兩種茶園蜘蛛總個體數量發生動態變化Fig. 2 Dynamic changes of spider guild populations in two tea plantations

圖3 兩種茶園雄蛛數量發生動態變化Fig. 3 Dynamic changes of male spider populations in two tea plantations

圖4 兩種茶園雌蛛數量發生動態變化Fig. 4 Dynamic changes of female spider populations in two tea plantations

圖5 兩種茶園幼蛛數量發生動態變化Fig. 5 Dynamic changes of immature spider populations in two tea plantations

圖6 兩種茶園蜘蛛群落主成分分析Fig. 6 Principal component analysis of the spider guild of two tea plantations

4 討論與結論

農田生境多樣性種植對天敵棲息影響較大, 生境物種多樣化與環境相對穩定, 可以提供天敵多樣性與穩定性[18-19]。以往研究很少從棲境異質性去探討, 只是側重在蜘蛛對不同氣候環境和化學農藥適應性方面開展, 例如王定鋒等[20]通過開展茶園蜘蛛群落結構的研究, 結果表明蜘蛛群落多樣性受氣象因子的影響, 濕度過高會對地面游獵型的蜘蛛產生影響。韓寶瑜[21]對茶園蜘蛛群落組成及動態差異進行調查分析, 研究發現有機茶園蜘蛛種類和個體數最多。而本次研究立足于目前農業關注化學農藥減施的焦點, 從發展生態農業角度出發, 針對容易受到氣候變化和農作物安全保障等問題所采取的措施; 利用復合間作模式改善棲境有效性, 特別是不施化學農藥下實現害蟲自然調控等均體現了重要的生態農業方式。由于蜘蛛對種植管理、人為干擾以及生態環境變化敏感, 能夠很好地反映環境變化過程及其對生物多樣性的影響[22]。所以, 探討從狼蛛科蜘蛛群落變化過程來反映生態技術對改善茶園環境的友好變化過程, 亦是衡量實施生態農業技術措施對生物多樣性影響的指示標志。本次試驗研究共采集鑒定的狼蛛科有7個種, 復雜棲境茶園與簡單棲境茶園對狼蛛科蜘蛛群落數量特征組成存在明顯差異, 影響達到極顯著(P＜0.001 ); 復雜棲境茶園優勢種合計3種, 其雌蛛、雄蛛和幼蛛個體數是明顯增加。究其原因, 復雜棲境茶園, 實行多樣性種植,從多方面實現環境友好, 而且茶園周圍邊界結構植物豐富, 為天敵提供棲息和食物來源, 有效促進狼蛛科蜘蛛群落結構特征數量的增加, 并使其年齡結構和性別比例得到合理調整。

茶園生態系統服務應用生物多樣性, 是茶園害蟲生態控制的發展方向[23]。以往研究表明農業生態系統中, 作物多樣性種植有利于生物多樣性保護[24-25]和提高蜘蛛群落的多樣性[26]。固此, 復雜棲境茶園, 減少農藥施用量, 是農業保護和利用生物多樣性的重要體現。本研究系統分析了地面狼蛛科蜘蛛群落對復雜棲境茶園的反應; 研究表明, 茶園應用棲境異質性管理措施后, 狼蛛個體數量的活動密度顯著高于簡單棲境茶園。此外, 茶園棲境異質性對狼蛛科生物學特征影響較大, 主成分分析表明貢獻率達57.66%。因此, 建議茶園以生態農業理念為導向, 廣泛建立人與生態的和諧系統; 從農業耕作措施上盡量減免化學農藥使用, 保護蜘蛛等物種的棲息地; 構建健康生態系統服務, 實現害蟲可持續控制。

致謝:感謝湖北大學對蜘蛛標本鑒定。

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Effects of varying habitat heterogeneity on the wolf spider (Araneae:Lycosidae) communities in tea plantations

LI Jianlong, TANG Hao, ZHOU Bo, FANG Huachun*
Tea Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences; Guangdong Provincial Key Laboratory of Tea Plant Resources Innovation and Utilization, Guangzhou 510640, China

Spiders can play an important ecological role in agricultural ecosystems, and they can also serve as indicators of improved ecosystem services. We examined the community-level responses of the wolf spider (Araneae: Lycosidae) in terms of its species composition, structure, and diversity by collecting samples from subtropical hilly tea plantations subjected to two types of production management: complex habitat management (JZ) and routine management (CK). The results showed that there were three dominant species n plantation JZ, and four dominant species in CK. The quantitative characteristics of community composition were significantly richer in plantation JZ than in CK (P＜0.001). Specifically, the numbers of females, males, and immature wolf spiders in plantation JZ were 4.36-,3.63-, and 7.91-fold higher than those in CK. In plantation JZ, the characteristics of spider age, gender, and number of functional clusters were much higher than those in CK (P＜ 0.05), including the male and immature individuals total dynamic. Principal component analysis howed that distribution of community orientation offsets to the number of wolf spiders of the three species Houa jiafui, Pardosa pusiola,and Venonia spirocysta was higher in plantation JZ than in CK. Taken together, the results demonstrate that the complex habitat management of tea plantations is conducive to preserving the diversity of wolf spider species. In addition, to enhance natural pest control, such a management approaches may contribute further towards the sustainable improvement of agricultural ecosystems.

tea plantations; habitat heterogeneity; Lycosidae; community structure

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.03.023

S435.711; Q959.226+.2

A

1008-8873(2017)03-160-06

黎健龍, 唐顥, 周波, 等. 茶園異質性棲境對狼蛛科蜘蛛群落結構的影響[J]. 生態科學, 2017, 36(3): 160-165.

LI Jianlong, TANG Hao, ZHOU Bo, et al. Effects of varying habitat heterogeneity on the wolf spider (Araneae: Lycosidae) communities in tea plantations [J]. Ecological Science, 2017, 36(3): 160-165.

2016-08-18;

2016-10-12

國家自然科學基金項目(31600559); 廣東省自然科學基金項目(2015A030313563); 廣東省科技計劃項目(2013B060500062, 2014A070713014,2014A020208054, 2015A070710012); 廣東省農業科學院院長基金(201630)

黎健龍(1982—), 男, 廣東廣州人, 助理研究員, 主要從事茶樹生態栽培與植保研究, E-mail: skylong.41@163.com

*通信作者:方華春, 男, 高級農藝師, E-mail: fanghc@126.com