土壤添加生物質炭對黏蟲生長發育和生殖的影響

張 婧，李保平，孟 玲

(南京農業大學植物保護學院/農作物生物災害綜合治理教育部重點實驗室，江蘇南京 210095)

土壤添加生物質炭對黏蟲生長發育和生殖的影響

張 婧，李保平，孟 玲

(南京農業大學植物保護學院/農作物生物災害綜合治理教育部重點實驗室，江蘇南京 210095)

為探究土壤添加生物質炭對植食性咀嚼式口器害蟲的影響，選用黏蟲為研究對象，設0、15、30和50 g·kg-1四個土壤添加生物質炭處理，對盆栽種植的麥苗接初孵黏蟲幼蟲，觀察和分析幼蟲生長發育和成蟲生殖力的變化。結果表明，隨生物質炭施用量的增大，黏蟲幼蟲發育歷期呈線性縮短趨勢，50 g·kg-1生物質炭處理下幼蟲發育歷期為19.0 d，較不添加生物質炭處理下降6.5%。黏蟲蛹鮮重隨生物質炭添加量增大呈線性減小趨勢，其中50 g·kg-1生物質炭處理下雌蟲蛹鮮重為0.28 g，較不添加生物質炭處理下降12.5%。施加生物質炭對黏蟲的化蛹率(平均69.89%)和羽化率(92.08%)無顯著影響。但隨生物質炭施用量的增大，黏蟲產卵量呈線性增大的趨勢，50 g·kg-1生物質炭處理產卵量為605粒，較不添加生物質炭處理下增加近3.3倍。以上結果說明，施用生物質炭有提高黏蟲生殖潛力的作用。

生物質炭；小麥；黏蟲；咀嚼式口器昆蟲；害蟲治理

生物質炭是指由生物質在限氧或無氧條件下低溫熱解而得到的一種細粒度、多孔性的富碳材料。近年來，生物質炭作為一類新型環境功能材料，在土壤改良、保持土壤肥力、提高作物產量等諸多方面[1-4]，以及在溫室氣體減排和環境污染修復等方面都展現出應用潛力[5-6]，已成為當前的研究熱點。

生物質炭對土壤以及部分作物性狀會產生影響。生物質炭大多呈堿性，施用至土壤后，可以降低土壤酸性，并提高部分養分的有效性[7-9]。生物質炭富含碳，因而施用到土壤中可以提高土壤有機碳含量。相對于其他傳統有機肥，生物質炭能夠更加穩定、顯著地提高土壤中有機碳的含量[10-13]。陽離子轉換量可從側面反映土壤肥力[14]，生物質炭有顯著增加土壤陽離子交換量的作用[15]。施用適量的生物質炭對作物株高有一定的增高作用，可促進水稻莖、葉干物質積累，其中低施炭量對莖稈干物質積累的促進作用相對明顯[16]，葉片葉綠素含量隨著生物質炭用量的增加而遞增[17]。

基于生物質炭可以改進土壤理化性質、微生物組成以及改變植物中關鍵營養等眾多研究結果，本研究推測生物質炭可能間接影響植物病原物和植食性害蟲。然而迄今有關生物質炭對植物害蟲影響的研究很少。有研究發現，生物質炭對病原菌有抑制作用，可減輕土傳病菌鐮刀菌(Fusarium)[18-19]和辣椒疫霉菌(PhytophthoracapsiciLeonian)[20]的侵染；生物質炭可減少番茄上螨蟲的侵害[21]，抑制稻飛虱的發育和生殖力[22]。但迄今尚未見有關土壤添加生物質炭對咀嚼式口器植食性害蟲影響的研究報道。

黏蟲具有季節遷飛習性，食性廣泛，危害小麥、玉米等一百多種農作物[23]，其對作物造成的危害較大，具有短時間內暴發性危害的特點。現階段常采取低齡幼蟲期噴灑藥劑與物理誘殺成蟲相結合對其進行防治[24]。隨著生物質炭的大規模施用，土壤和作物性狀也在發生著改變。因此，有必要研究生物質炭對黏蟲生活史特征的影響。本研究以黏蟲Mythimnaseparata(Walker)(鱗翅目Lepidoptera、夜蛾科Noctuidae)為研究對象，觀察土壤添加生物質炭處理下其取食小麥后發育和生殖力的變化，探究土壤添加生物質炭對植食性咀嚼式口器害蟲的影響，以期為此類害蟲的防治提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試土壤取自南京市東郊一塊閑置農田，為紅棕壤，采樣深度0～15 cm。土壤pH值為7.30，全氮含量為0.09%，有機碳含量為1.17%。將土壤自然風干、粉碎，過2 mm網篩備用。供試生物質炭原料為玉米秸稈(南京勤豐秸稈研發有限公司生產)。供試小麥品種為南農0686(南京農業大學細胞遺傳研究所提供)。供試黏蟲由河北省農科院植物保護研究所提供，在25±1 ℃、相對濕度60%±10%和光暗時間14 h/10 h的養蟲室內飼養，用主要成分為玉米葉粉等制成的半人工飼料[25]飼喂幼蟲，以10%的蜂蜜水供成蟲補充營養，室內繁殖多代，選用初孵幼蟲用于試驗。

1.2 方 法

參考大田生物質炭推薦施用量(20～40 t·hm-2)，設4個生物質炭添加量處理，即每千克土壤干重添加0、15、30和50 g，以不添加(添加量0 g·kg-1)為對照。將土壤與生物質炭混勻后裝盆(直徑6 cm，高10 cm)，小麥種子催芽后播種，置于人工智能氣候箱(光周期16L/8D，相對濕度60%～70%，晝夜溫度分別為26和24 ℃)內生長，每2 d澆水1次，生長8 ～11 d后接試蟲。挑選同一天孵化的初孵幼蟲單頭移至麥苗葉片上，然后用塑料杯罩住麥苗以防治幼蟲逃逸。每處理重復60次。麥苗每2 d澆水1次；每24 h觀察1次。當麥苗被食約3/4后，將幼蟲移至另一盆麥苗的葉片上，如此飼養至6齡幼蟲鉆入土中化蛹為止。幼蟲化蛹后按性別單頭稱鮮重(Mittler XS105 Dual Range 分析天平)，然后將蛹轉移至試管中等待成蟲羽化，逐日觀察成蟲羽化情況。為測定雌蟲的終身生殖力，將雌、雄蛾配對飼養于塑料杯(直徑6 cm、高10 cm)中，杯口用黑色紗布覆蓋，杯內懸掛塑料繩供雌蟲產卵，每天提供10%的蔗糖溶液飼喂成蟲，直至成蟲死亡。收集塑料繩并計數卵量。

1.3 數據分析

用趨勢方差分析(trend ANOVA)的正交對比法(orthogonal contrasts)分別分析各生長發育和生殖參數隨生物質炭添加量增大的變化趨勢(線性或二次曲線)。對比率變量分析采用二項分布誤差，對整數數據用Poisson分布誤差的廣義線性回歸模型進行分析，對連續數值變量用一般線性模型分析。數據分析使用R統計軟件(R version 3.2.4)[26]。

2 結果與分析

2.1 生物質炭對黏蟲生長發育的影響

生物質炭處理對黏蟲幼蟲發育歷期有顯著影響(Poisson模型，似然比測驗χ2= 16.57，P<0.001)，黏蟲幼蟲發育歷期隨生物質炭添加量增大呈線性縮短的趨勢(t=-4.07，P<0.001)，從不添加生物質炭處理下的20.33±0.16 d縮短到添加高濃度50 g·kg-1處理下的19.00±0.20 d，下降6.5%(圖1)。

生物質炭處理對黏蟲蛹重具有顯著影響(一般線性模型，F=13.16，P<0.001)，且與黏蟲性別無關(F=0.09，P=0.77)。隨生物質炭添加量的增大，黏蟲蛹重呈線性縮短的趨勢(t=-3.63，P<0.001)。黏蟲雌性和雄性蛹重從不添加生物質炭處理的0.320±0.010和 0.323±0.011 g 分別減至高濃度50 g·kg-1處理的生物質炭處理對黏蟲幼蟲至成蟲羽化的歷期有顯著影響(Poisson模型，似然比測驗χ2=26.07，P=0.013)，且與黏蟲性別有關(χ2=4.88，P=0.027)。黏蟲發育歷期隨生物質炭添加量的增大呈線性縮短的趨勢(t=-2.463，P=0.015)，雌、雄蟲歷期從不添加生物質炭處理的31.81±0.32 d和32.39±0.23 d分別縮短到高濃度50 g·kg-1處理下的30.53±0.67 和30.93± 0.44 d，分別縮短了4.02%和4.51% (圖3)。黏蟲的性別對歷期有顯著影響(t=2.209，P=0.027)，雄蟲平均歷期(31.73±0.20 d)比雌蟲平均歷期(30.83±0.32 d)延長了0.90 d。

0.278±0.017 和0.279±0.010 g，分別下降13.1%和13.6%(圖2)。

菱形點代表均值，豎柄代表標準誤。

Diamond point and bar are mean±standard error.

圖1黏蟲幼蟲發育歷期隨生物質炭添加量增加的變化趨勢

Fig.1Trendinlarvalduration(egg-to-pupatime)ofMythimnaseparataacrosstheincreasinglevelsofbiocharapplication

菱形點代表均值，豎柄代表標準誤。 Diamond point and bar are mean±standard error.

生物質炭處理對黏蟲幼蟲化蛹率沒有影響(Logistic模型，似然比測驗χ2= 4.76，P=0.19)(圖4)，對黏蟲羽化率也無顯著影響(Logistic回歸模型，似然比測驗χ2= 1.11，P=0.78)(圖5)。

菱形點代表均值，豎柄代表標準誤。 Diamond point and bar are mean±standard error.

圖4 黏蟲化蛹率隨生物質炭添加量增加的變化趨勢

圖5 黏蟲羽化率隨生物質炭添加量增加的變化趨勢

2.2 生物質炭對黏蟲產卵量的影響

生物質炭處理對黏蟲產卵量有顯著影響(Poisson模型，似然比測驗χ2= 11.13，P<0.001)。黏蟲產卵量隨生物質炭添加量的增大呈線性增大趨勢(t=3.258，P=0.003)，從不添加生物質炭處理下的142±45粒增加到高濃度50 g·kg-1處理下的605±68粒，增加了326.3%(圖6)。

菱形點代表均值，豎柄代表標準誤。

Diamond point and bar are mean±standard error.

圖6黏蟲終身產卵量隨生物質炭添加量增加的變化趨勢

Fig.6Trendinlifetimefecundity(numberofeggslaidperfemaleinalifetime)ofMythimnaseparataacrosstheincreasinglevelsofbiocharapplication

2 討 論

本研究發現，隨生物質炭添加量增大，黏蟲幼蟲發育歷期表現出縮短的趨勢，蛹重呈減輕的趨勢，但雌成蟲產卵量呈明顯的增大趨勢。這些表現與刺吸式口器昆蟲稻飛虱的表現相反，后者在高水平添加生物質炭處理下幼蟲生長和成蟲生殖力均明顯降低[22]。昆蟲幼蟲期是積累營養的階段，其發育歷期長短受多種因素影響而變化。從營養方面看，當食物營養質量高時，生長速率提高，發育歷期縮短；當食物品質較差時，生長速率緩慢，發育歷期延長。由此推測，生物質炭處理下小麥營養質量對黏蟲幼蟲而言得到了提高，進而縮短幼蟲歷期，而且這種效應隨生物質炭量增大而增強。但當幼蟲期面臨生存風險時，昆蟲會縮短發育歷期，提前變態為成蟲以完成生殖。例如，土壤干旱脅迫可導致黏蟲發育歷期縮短[27]。Elad 等[21]推測生物質炭可能誘導植物的系統抗性，故而也可能導致黏蟲幼蟲歷期縮短。所以，若要理解為何生物質炭處理導致黏蟲發育歷期縮短，有必要進一步研究生物質炭影響昆蟲的生理生化機理。

昆蟲蛹重通常作為其適合度的正相關特征。Leuck等[28]認為，鱗翅目昆蟲的蛹重是衡量其適應性的間接指標，蛹越小，昆蟲的適應性越差。由此推測，隨添加生物質炭量的增大，黏蟲蛹重的緩慢減輕意味著生物質炭對黏蟲造成微弱的不利影響，且對雌性黏蟲的影響比雄性略明顯。由于不同處理在重復間具有較大的變異，需進一步通過增大重復數及控制好重復間的其他干擾因素進行試驗，以揭示生物質炭對黏蟲蛹的影響。

本研究觀察到生物質炭可促進黏蟲生殖力，需引起關注。此前研究發現，稻飛虱生殖力在大量添加生物質炭處理下大幅降低，可能與生物質炭促進水稻對硅的吸收而增強抗蟲性有關[22]，因為土壤添加生物質炭可提高水稻植株的硅含量[29]，而稻株硅含量的增大可阻礙飛虱對植物細胞的刺吸行為[30]。然而，本研究認為，增加生物質炭刺激黏蟲發育歷期縮短、成蟲生殖力提高的原因有待探究。一種解釋可能是由于生物質炭對植物的有益作用，從而促進了黏蟲的生殖，類似施氮肥促進植食性昆蟲的生殖那樣[31]。許多研究發現，施用生物質炭可促進植物對多種營養元素的吸收而提高產量[32-33]。故據此推測，土壤添加生物質炭可能通過促進小麥對某種營養元素(如氮)的吸收而促進黏蟲的生殖。因此，有必要進一步通過研究生物質炭對小麥營養吸收和利用的影響，進而分析對黏蟲的營養代謝生理生化過程的影響。

致謝：南京農業大學資源和環境學院潘根興、李戀卿和劉曉雨等提供生物質炭及其生產應用信息，特此致謝。

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EffectsofBiocharAmendmenttoSoilsonImmatureGrowthandAdultReproductionoftheOrientalArmywormMythimnaseparata(Lepidoptera:Noctuidae)

ZHANGJing,LIBaoping,MENGLing

(College of Plant Protection/Key Laboratory of Integrated Management of Crop Diseases and Insect Pest, Ministry of Education, Nanjing Agricultural University, Nanjing, Jiangsu 210095, China)

To explore the potential of biochar amendment to soils in influencing chewing insect pests, laboratory experiments were conducted using the oriental armywormMythimnaseparata(Lepidoptera: Noctuidae) as a model species. Biochar was added at the levels of 0, 15, 30 and 50 g·kg-1to soils in the pots planted with wheat. Neonate larvae were individually transferred onto potted wheat seedlings and observed throughout their development. Larval duration showed a linear downward trend across the increasing levels of biochar application, with a decrease rate of 6.5% to 19.0 d at the highest biochar-added level. Additionally, pupal weight showed a linear downward trend across the increasing levels of biochar application, from 0.32 g in the control by a decrease rate of 12.5% to 0.28 g at the highest biochar-added level. Larval pupation rate(92.08%) and adult eclosion rate(69.89%) did not change across the biochar amendment levels. However, lifetime fecundity demonstrated a linear upward trend across the increasing levels of biochar application, from 142 eggs laid per female in the control to 605 eggs at the highest biochar-added level. It is suggested that biochar amendment to soils may improve the reproduction ofM.separata.

Biocharcol; Wheat;Mythimnaseparata; Chewing insects; Pest control

時間：2017-11-14

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20171114.1028.030.html

2017-03-29

2017-05-24

國際重點研發計劃資助(編號2017YFD0201000)

E-mail：2014102073@njau.edu.cn

孟 玲(E-mail：ml@njau.edu.cn)

S512.1；S435.122

A

1009-1041(2017)11-1512-06