食芽象甲成蟲在陜北棗園的空間分布格局

洪 波, 張 鋒, 李英梅, 張淑蓮, 陳志杰

(陜西省生物農業研究所, 西安 710043)

食芽象甲成蟲在陜北棗園的空間分布格局

洪 波, 張 鋒, 李英梅, 張淑蓮, 陳志杰*

(陜西省生物農業研究所, 西安 710043)

為有效防控食芽象甲ScythropusyasumatsuiKnoetMorimoto在陜西榆林地區棗園的危害,在田間調查的基礎上,使用Iwao回歸分析法、Taylor 冪法則和5種常用指標參數,探明了成蟲在不同棗園樣地中的分布格局、理論抽樣數及成蟲的序貫抽樣方法。食芽象甲成蟲在棗樹上的空間格局為聚集型,個體間相互吸引,其聚集性隨密度的增大而增加。對成蟲進行序貫抽樣,當每株成蟲達到30頭,置信水平為1.96時,序貫抽樣進行抽樣的防治下限與上限方程分別為:d0=30n-34.33和d1=30n+34.33,當調查10株棗樹上的蟲數超過409頭時,需要進行防治。食芽象甲成蟲空間分布型及抽樣方法的確定,對于揭示該蟲的種群空間結構動態,提高田間測報準確率及防治效果都具有十分重要的意義。

食芽象甲; Iwao指數; Taylor指數; 序貫取樣; 空間分布; 防治閾值

食芽象甲ScythropusyasumatsuiKnoetMorimoto又名棗飛象,是棗樹上一種重要的食芽害蟲。在全國各棗區均有發生,在我國北方棗產區主要以陜西、山西、甘肅、寧夏、河南、河北等省發生比較普遍[1-6]。食芽象甲在我國1年發生1代,是棗樹上出現最早的災害性害蟲。在陜北棗區主要為4月下旬到5月下旬成蟲上樹為害棗芽和嫩葉,當蟲口密度較大時,可將棗樹嫩芽全部吃光,造成棗樹二次萌芽,開花延遲,果實變小,導致棗果大量減產及品質下降[5-6]。

近年來,有關食芽象甲預測預報與防治方法研究的報道較多[7-10],對于食芽象甲的空間分布型的研究,僅有食芽象甲幼蟲的空間分布格局的研究報道[4,11],而成蟲的空間分布型則未見報道。由于食芽象甲幼蟲主要在棗園的土壤中分布,成蟲主要分布在棗樹上,兩者空間分布差異較大,有完全不同的活動特點,且成蟲為害棗樹嫩芽,是造成棗樹生長緩慢及減產的主要蟲態,因此,對食芽象甲成蟲在棗樹上的空間分布型進行研究,并提出田間防治指標,對于揭示該蟲的種群空間結構動態,提高田間預測預報準確率及防治效果都具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于陜西省榆林市佳縣,該縣在陜西省東北部黃河中游西岸,榆林市東南部,東與陜西臨縣隔黃河相望。屬大陸性半干旱季風氣候區,年均日照時數2 710.7 h,年均氣溫10.2℃,年均降水量386.6 mm。該縣為陜西省紅棗種植面積最大的地區之一,全縣紅棗種植面積超過2.8萬hm2[12]。

1.2 調查方法

于2016 年5月上旬在食芽象甲成蟲為害盛期,選取佳縣佳蘆鎮和通鎮具有代表性的棗園樣地10塊進行調查,每塊樣地面積為4～5 hm2,棗樹品種為當地品種‘木棗’,樹齡約10～20年,樹高2～3 m,栽植株行距為2 m×4 m。調查采用Z字形取樣法,每塊樣地選擇10株樹冠大小一致的棗樹為一樣方,每株棗樹在樹冠下層東、西、南、北四個方向各取50 cm長二次枝1枝,統計樹枝上食芽象甲成蟲數量。

1.3 測定方法

1.3.1 空間分布型

1.3.1.1Iwao回歸分析法

采用Iwao[13]提出的生物種群空間分布方程:m*=α+βm,其中m為平均蟲口密度,m*為種群平均擁擠度;α為分布基本成分的平均擁擠度:當α=0時,分布的基本成分為單個個體;α>0 時,個體間相互吸引,分布的基本成分為個體群;α<0 時,個體間相互排斥。β為基本成分的空間分布型:β>1時為聚集分布;β=1時為隨機分布;β<1時為均勻分布。

1.3.1.2Taylor 冪法則

Taylor[14]發現并提出平均蟲口密度(m)與樣本方差(S2)的對數值之間存在如下回歸關系式:lgS2=lgα+βlgm,其中α是一個與樣本大小及計算方法相關的因子,受環境異質性影響;β為聚集特征性指數,表示m增加時S2的增長率。其中,當lgα=0,β=1時,種群在任何密度下均為隨機分布;當lgα>0,β=1時,種群在任何密度下均為聚集分布,但聚集度不因種群密度的改變而變化;當lgα>0,β>1時,種群在任何密度下均為聚集分布,聚集度隨種群密度增加而增大;當lgα>0,β<1時,種群密度越高,分布越均勻。

1.3.1.3聚集度指標

計算每塊棗園樣地的食芽象甲成蟲平均密度m(頭/株)和樣本方差S2,采用以下5種常用指標測定食芽象甲成蟲的空間分布型:聚塊性指標(m*/m)、擴散系數(C=S2/m)、叢生指標(I=S2/m-1)、Cassie指標(CA=(S2-m)/m2)、負二項分布值(K=m2/(S2-m))。各指標取值范圍與分布型的關系如表1所示[15]。

表1聚集度指標取值范圍與空間分布型的關系

Table1Therelationshipsbetweenthevaluerangeofaggregationindicesandspatialdistributionpattern

聚集度指標Aggregationindex指標取值范圍Indices’valuerange聚集分布Aggregateddistribution隨機分布Randomdistribution均勻分布Uniformdistributionm?/m>1=1<1C>1=1<1I>0=0<0CA>0=0<0K>0and<8≥8<0

1.3.2 聚集原因分析

應用Blackith[16]種群聚集均數(λ)來分析食芽象甲成蟲的聚集原因。方程為:λ=mγ/2k,m為食芽象甲成蟲平均密度,k為負二項分布式中K值平均值,γ為χ2分布表中自由度為2k時P=0.5概率值所對應的χ2值。當λ<2時,其聚集是由于環境作用而不是由于昆蟲本身的聚集習性引起;當λ≥2時,其聚集是由于上述兩種原因同時決定,或其中一個原因決定的。

1.3.3 理論抽樣數

理論抽樣數模型采用Iwao提出的理論抽樣數計算公式:n=(t2/D2)[(α+1)/m+β-1],確定不同蟲口密度時的最佳理論抽樣數。其中n為最佳抽樣數,m為平均密度,t為一定概率下的置信水平(當P=95%時,t=1. 96),α、β為Iwao回歸模型中的截距和斜率,D為允許誤差值,通常取值為0.1～0.3。

1.3.4 序貫抽樣模型

采用Iwao提出的序貫抽樣方程:

其中:n為田間抽樣數,m0為防治指標,d0和d1分別為累積蟲數的下限和上限計算值,t為一定概率下的置信水平(當P=95%時,t=1. 96)。

1.4 數據統計分析

試驗所獲數據均由統計分析軟件SPSS(22.0)處理。

2 結果與分析

2.1 食芽象甲成蟲的空間分布型

從食芽象甲的蟲口密度來看,10塊樣地均受到不同程度的成蟲危害,其中樣地1的成蟲密度最高,達到26.3頭/株,樣地2次之,17.8頭/株,密度最低的是樣地7,為1.9頭/株。從棗樹受害株率來看,樣地1和樣地4的受害率最高,達到了100.0%,樣地3、7、9、10的受害率最低,也都達到了70.0%,10塊樣地的棗樹平均受害率為84.0%(表2),說明佳縣棗園受食芽象甲為害非常嚴重。

由表2可知食芽象甲成蟲在10塊樣地中I>0、00、C>1、m*/m>1,由此可以判定食芽象甲成蟲在棗園中為聚集分布。

表2食芽象甲成蟲空間分布聚集度指標

Table2TheaggregationindicesofScythropusyasumatsuiadults

樣地號Plotno．受害率/%InjuryratemS2m?IKCACm?/m空間分布型Spatialdistribution1100．026．3210．8133．327．0163．7490．2678．0161．267聚集Aggregated290．017．8129．5624．086．2792．8350．3537．2791．353聚集Aggregated370．09．185．0917．458．3511．0900．9189．3511．918聚集Aggregated4100．08．941．8912．613．7072．4010．4164．7071．416聚集Aggregated590．03．816．367．113．3051．1500．8704．3051．870聚集Aggregated690．04．917．097．392．4881．9700．5083．4881．508聚集Aggregated770．01．94．893．471．5741．2070．8282．5741．828聚集Aggregated890．03．96．694．620．7155．4520．1831．7151．183聚集Aggregated970．03．46．044．180．7764．3790．2281．7761．228聚集Aggregated1070．02．77．414．441．7441．5480．6462．7441．646聚集Aggregated

按照Iwao 法,m*-m的回歸方程式為m*=α+βm,根據10塊樣地統計結果求得回歸方程式:m*=1.453+1.259 1m(R2=0.968 7)。式中,α=1.453>0,表明食芽象甲成蟲個體間相互吸引,分布的基本成分為個體群;β=1.259 1>1,表明其基本成分呈聚集分布,且符合負二項分布(圖1)。 按照Taylor冪法則lgS2=lgα+βlgm,求得回歸方程式:lgS2=0.146 2+1.580 3lgm(R2=0.932 3)。式中,lgα=0.146 2, 則α=1.40,β=1.580 3>1, 說明成蟲為聚集分布, 聚集強度隨種群密度升高而增加(圖2)。

圖1 食芽象甲成蟲平均密度m和平均擁擠度m*之間的關系Fig.1 Relationships between population density (m) and mean crowding (m*) of Scythropus yasumatsui adults

圖2 食芽象甲成蟲蟲口密度m和方差S2之間的關系Fig.2 Relationships between population density (m) and variance (S2) of Scythropus yasumatsui adults

2.2 食芽象甲成蟲聚集因素分析

利用1.3.2中方程計算出10塊樣地的種群聚集均數及平均值,如表3所示。各樣地的聚集均數與成蟲密度變化一致,除樣地7外,其他樣地λ都大于2,表明食芽象甲成蟲種群聚集分布特征是由它自身聚集習性和環境因素兩種因素共同作用引起的。當成蟲密度在2頭/株以下時,其聚集由環境因素決定,分析原因可能由于棗樹處于萌芽階段,食芽象甲成蟲傾向于在萌芽量較大的枝條上活動,所以其聚集原因主要與棗芽的空間分布有關。

表3食芽象甲成蟲種群聚集均數

Table3PopulationaggregationvalueofScythropusyasumatsuiadults

指標Index樣地號Plotno．12345678910m26．317．89．18．93．84．91．93．93．42．72k7．505．672．184．802．303．942．4110．908．763．10γ6．955．151．724．301．833．451．9510．308．192．62λ24．3816．187．177．973．034．291．533．693．182．28

2.3 食芽象甲成蟲在棗園的水平分布

棗樹樹冠不同方位食芽象甲成蟲每株蟲量與所占百分率見表4。由表4可知,食芽象甲在調查樣地的棗樹樹冠東、南、西、北4個方位的分布差異不顯著。棗樹樹冠南面蟲量分布最多,蟲口密度為24.3頭/樣方,所占百分率達到29.4%,東面次之,百分比為26.1%,北面蟲量最少,只占21.6%?？梢娛逞肯蠹拙哂汹吂庑?光照因素對其在棗園的水平分布聚集有一定影響。

2.4 食芽象甲成蟲理論抽樣數

分別將Iwaom*-m回歸模型中2個系數α和β帶入最適理論抽樣數模型中,得出棗園食芽象甲成蟲最適理論抽樣公式為:N=t2(2.453/m+0.259 1)/D2。將t=1.96代入公式,可求得食芽象甲成蟲在棗園中不同密度(m)下的理論抽樣數。在同一允許誤差值下,隨著成蟲平均蟲口密度增大,所需抽樣數逐漸減少(表5)。

表4棗樹不同方位食芽象甲成蟲蟲口密度及所占百分率1)

Table4PopulationdensityandpercentageofScythropusyasumatsuiadultsindifferentdirectionsofjujubetrees

樹冠方位Crowndirection成蟲密度/頭·樣方-1Populationdensity占比/%Percentage東East21．6a26．1南South24．3a29．4西West18．9a22．9北North17．9a21．6

1) 表中同列數據后標有相同小寫字母表示差異不顯著(Duncan’s 多重比較法,P>0.05)。

Data in the same column followed by the same lowercase letters indicate no significant difference at 0.05 level by Duncan’s multiple range test (P>0.05).

表5食芽象甲成蟲不同蟲口密度最適抽樣數

Table5OptimumsamplingnumberofScythropusyasumatsuiadultsatdifferentpopulationdensities

允許誤差DOppositedifference不同密度下最適抽樣數/頭Populationdensityofadults5頭/株10頭/株15頭/株20頭/株25頭/株30頭/株35頭/株40頭/株45頭/株50頭/株0．12881941621471371311261231201180．2724841373433323130300．332221816151514141313

2.5 食芽象甲成蟲序貫抽樣及防治指標

3 討論

昆蟲的空間分布格局是昆蟲種群的重要屬性之一,由昆蟲的生物學特性和環境條件所決定,能夠反映昆蟲在寄主植物和非生物環境影響下空間需求的內在生物學特性[17]。研究昆蟲種群空間格局有助于了解昆蟲的種群特性和環境因素對其的影響,揭示種群個體在空間的分布狀況,為確定抽樣技術、種群消長趨勢、預測預報及害蟲綜合防治策略提供理論依據[13-14]。本研究結果表明,食芽象甲成蟲的空間分布型為聚集分布,個體間相互吸引,分布的基本成分為個體群,其聚集性隨密度的增大而增加,這與其幼蟲的空間分布格局是一致的[4,11],也與稻水象甲成蟲[18]、茶麗紋象甲成蟲[19]、稻象甲成蟲[20-21]等象甲科成蟲相同,證明象甲本身具有聚集習性。

表6食芽象甲成蟲序貫抽樣表

Table6SequentialsamplingtableofScythropusyasumatsuiadults

m0/頭·株-1m0不同調查株數的累積蟲口數/頭 Accumulatednumberofadults123456789105d0d1013022030337644951135716642070237710d0d10240406541268198126943310741119481325614415d0d10343571278229832118431375415666174781929021020d0d104467418102321284615461179762049122910725312327725d0d10549912412641159601907822298252117 283 13731315734330d0d106411109 31149511897322796264119 301 143 337 167373191409

通過研究表明,不同樣地的食芽象甲成蟲發生為害程度差異較大,這與不同樣地的環境差異有關。我們通過實地調查發現,在如下幾種條件下食芽象甲成蟲的密度具有明顯差異:(1)在山地棗園的向陽面處由于光熱條件較好,棗樹發芽較早,食芽象甲成蟲的蟲口密度較背陰面高;(2)食芽象甲成蟲具有一定的順風遷移習性,因而在山地迎風坡處成蟲易聚集;(3)成蟲在山地棗園的蟲口密度高于黃河灘地棗園,可能與山地地勢高燥、空氣濕度較低有關;(4)成蟲具有取食棗樹嫩芽的習性,在樹齡10～20年的棗樹上蟲口密度較大,而在樹齡超過50年的棗樹上為害較輕。這些調查結果表明,食芽象甲成蟲的空間分布是由成蟲本身的習性和溫度、光照、濕度、地形等多種環境因素共同作用的[22],這也與本研究得出的成蟲種群聚集均數λ>2的結果相一致。根據往年調查經驗表明,食芽象甲成蟲在垂直方位上的分布差異不大,即成蟲在棗樹樹冠上層和中層各水平方位上蟲口數量與下層相比沒有顯著差異,因此僅通過調查棗樹樹冠下層枝條上的成蟲數量即可代表整個樹冠上成蟲的分布情況。通過研究食芽象甲成蟲在不同方位的水平分布特征可以得出結論,食芽象甲成蟲具有一定的趨光性,其在東、南方位的分布數量多于西、北方位,關于其他環境因子對食芽象甲成蟲空間分布的具體作用,仍需今后進一步研究。

目前,防治食芽象甲的適期一般在成蟲期,因此確定成蟲的空間分布型和抽樣方法對于害蟲的預測預報及防治非常必要。本研究通過Iwao理論抽樣數和序貫抽樣模型,確定了食芽象甲成蟲的最適理論抽樣數、序貫抽樣方程及防治指標。研究結果表明,在同一允許誤差值下,食芽象甲成蟲在棗園中不同密度(m)下的理論抽樣數隨著成蟲平均蟲口密度增大,所需抽樣數逐漸減少。因此,可在調查抽樣前估計棗園成蟲蟲口密度,根據蟲口密度判斷需要抽樣的棗樹株數。使用建立好的序貫抽樣模型,可以計算出不同防治指標所需調查成蟲數量的上下限,用于指導食芽象甲成蟲的防治,可節約大量人力物力,提高防治效果,這對于食芽象甲的田間測報及防治策略的制定具有重要意義。

[1] 白崗栓,蔡英,楊寶生,等.棗芽象甲的綜合防治[J].山西果樹,2009(2): 51-52.

[2] 張華普,沈瑞清,康萍芝.食芽象甲在寧夏棗園的發生危害及風險分析[J].中國果樹,2015(2): 80-82.

[3] 張澤勇,閆春艷.棗樹食芽象甲在河北獻縣的發生規律與防治技術[J].果樹實用技術與信息,2011(2): 35.

[4] 黃維正,李東成.棗飛象越冬幼蟲空間分布格局的研究[J].昆蟲知識,1993(6): 348-350.

[5] 賈增波,劉啟雄,劉鴻源. 棗芽象甲生活習性初步觀察及其防治[J].甘肅林業科技,1991(2): 49-50.

[6] 唐學亮,趙宏志,張學武.陜北棗樹食芽象甲防治技術研究[J].陜西林業科技,2013(4): 131-132.

[7] 胡維平,梁廷康. 棗飛象的預測預報及防治[J]. 山西農業,2008(1):41.

[8] 張鋒,洪波,李英梅,等. 棗食芽象甲測報與防治[J].西北園藝,2016(10): 32-33.

[9] 任登州,齊向英. 陜北地區棗食芽象甲防治初探[J].河北農業科學,2009,13(6): 40-41.

[10] 張鋒,洪波,申健,等.不同殺蟲劑對棗食芽象甲室內毒力和田間防治效果[J].陜西農業科學,2015,61(12): 56-58.

[11] 閻雄飛,李剛,劉永華,等. 棗食芽象甲越冬幼蟲空間分布型和抽樣技術研究[J].中國農學通報,2014, 30(31): 285-289.

[12] 佳縣地方志編纂委員會.佳縣志[M].西安:陜西旅游出版社,2008:35-36.

[13] Iwao S.Application of the M*—M method to the analysis of spatial patterns by changing the quadrat size [J].Researches on Population Ecology, 1972(14): 97-128.

[14] Taylor L R, Woiwod I P, Perry J N.The density-dependence of spatial behavior and the rarity of randomness [J].Journal of Animal Ecology, 1978(47): 383-406.

[15] 蘭星平.種群聚集度指標回歸模型群在檢驗昆蟲種群空間分布型中的應用[J].貴州林業科技,1995,23(1): 40-52.

[16] Blackith R E.Nearest-neighbour distance measurements for the estimation of animal populations [J].Ecology, 1958(39): 147-150.

[17] 李哲,季榮,謝寶瑜,等.論昆蟲空間生態學研究[J].昆蟲知識,2004,40(1): 1-6.

[18] 曲輝,李騰友,江冬,等. 遼寧省稻水象甲成蟲的空間分布型及抽樣方法的研究[J].沈陽農業大學學報,1998,29(1): 30-33.

[19] 朱俊慶,商建農,郭敏明.茶麗紋象甲空間分布型及抽樣技術的研究[J].昆蟲知識,1988(5): 277-280.

[20] 周崇和,魏余煌.稻象甲成蟲空間格局參數特征及其應用[J].昆蟲知識,1990(5): 271-274.

[21] 黃水金,章根平,裴潤根,等.稻象甲成蟲空間分布型的研究[J].江西農業學報,2000,12(4): 30-35.

[22] 丁巖欽.昆蟲種群學生態學原理與方法[M].北京:科學出版社,1980: 22-57.

(責任編輯： 田 喆)

SpatialdistributionofScythropusyasumatsuiKnoetMorimotoadultsinjujubeorchardofNorthernShaanxi

Hong Bo, Zhang Feng, Li Yingmei, Zhang Shulian, Chen Zhijie

(Bio-AgricultureInstituteofShaanxi,Xi’an710043,China)

To effectively control the damage caused byScythropusyasumatsuiKnoetMorimoto in jujube orchards of Yulin, Shaanxi Province, the spatial distribution pattern, sequential sampling and theoretical sampling number of adults in different plots were analyzed by using Iwao’s regression analysis, Taylor’s power law and five aggregation indices through field investigation. The adults were of aggregative distribution pattern in jujube trees with an individual fundamental component, and their aggregation increased as the population density of adults grew. Below the control threshold of adults with 30 individual / plant and the confidence level with 1.96, the lower limit and upper limit formula of sequential sampling wasd0=30n-34.33andd1=30n+34.33, respectively. Measures needed to be taken if the amount of adults was over 409 in 10 jujube trees. The spatial distribution and sampling technique of adults could have significant implications for clearing the weevil’s space structure and improving the prediction and prevention effects.

Scythropusyasumatsui; Iwao’s index; Taylor’s index; sequential sampling; spatial distribution; control threshold

2017-03-07

2017-04-10

陜西省科技統籌創新工程項目(2013KTZB-03-01);陜西省科學院重大科技項目(2013K-02)

* 通信作者 E-mail：zhijiechen68@sina.com

S 436.629

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.06.018