生境破碎化對苦豆子種子害蟲種群數(shù)量及危害率的影響

張大治, 張圣昕, 馬志芳, 吳光勝

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生境破碎化對苦豆子種子害蟲種群數(shù)量及危害率的影響

張大治*, 張圣昕, 馬志芳, 吳光勝

寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 銀川 750021

苦豆子是一種典型的防風(fēng)固沙先鋒植物, 其生長分布呈典型的斑塊化格局。于2017年6月至9月在寧夏靈武市寧東鎮(zhèn)劉家寨地區(qū)選取了LJZ2017A(01—08斑塊)和LJZ2017B(01—06斑塊)兩個樣地共14個苦豆子植物斑塊, 調(diào)查了各斑塊內(nèi)苦豆子種子害蟲(豆莢螟)的種群數(shù)量及其危害率。結(jié)果表明: 在LJZ2017A樣地斑塊面積平均為1457.79 m2, 種子害蟲數(shù)量平均為0.69只每莢, 密度為0.65只·m-2; 在LJZ2017B樣地斑塊面積平均為949.87 m2, 種子害蟲數(shù)量平均1.46只每莢, 密度為1.30只·m-2。種子害蟲對豆粒的危害率在LJZ2017B樣地為49.91%, 明顯高于LJZ2017A樣地的24.50%。種子害蟲密度與斑塊面積的逐步回歸分析顯示隨著斑塊面積的增大而呈顯著下降趨勢(=16.58,= 0.0015,=0.7617), 對豆粒的危害率隨著生境破碎化程度增加呈增加趨勢(=7.45,=0.0183,=0.6189)。

苦豆子; 生境破碎化; 豆莢螟; 危害率; 斑塊面積

0 前言

生境破碎化使生物多樣性降低的主要原因之一[1–2]。生境破碎化使斑塊數(shù)量增加, 斑塊面積減少, 生境斑塊隔離度增加, 影響物種的繁殖和遷移能力[2–3], 不同的物種對生境破碎化都有其獨特的反應(yīng), 這種反應(yīng)在很大程度上取決于物種自身的生物學(xué)特性[4]。苦豆子()為多年生豆科草本植物, 主要分布于中國西北的荒漠、半荒漠地區(qū)。寧夏苦豆子主要分布在鹽池、紅寺堡、同心、靈武、中寧、中衛(wèi)等縣區(qū)的荒漠半荒漠區(qū)域[5], 其野外種群的生長呈現(xiàn)典型的斑塊化格局。由于其較高的藥用價值和生態(tài)功能, 苦豆子資源的合理保護(hù)與開發(fā)利用越來越引起人們的重視, 寧夏回族自治區(qū)已將苦豆子列入重點保護(hù)的六大地道藥材之一, 納入國家中藥現(xiàn)代化科技產(chǎn)業(yè)行動計劃中[6]。種子繁殖是苦豆子的一種重要繁殖方式, 近些年來, 由于生態(tài)環(huán)境的變化、落地種子不易獲得適宜生長發(fā)育的條件及種子害蟲的危害是造成其種群衰落、稀有的重要原因, 是苦豆子種群發(fā)展的主要瓶頸。豆莢螟()是苦豆子種子的主要害蟲[7], 在苦豆子呈斑塊化的分布格局下, 斑塊面積與種子害蟲的危害率之間存在著怎樣的相關(guān)性？破碎化的生境斑塊格局對苦豆子種子害蟲的發(fā)生是否存在著影響？對該問題的探討, 了解害蟲發(fā)生的規(guī)律與危害特點, 以期為該類害蟲的防治、合理開發(fā)利用苦豆子資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

本次實驗的采樣地設(shè)在寧夏靈武市寧東鎮(zhèn)南的劉家寨, 該地域?qū)偕衬蜕角鹆甑孛? 大部分地段屬固定半固定沙地, 沙生植物苦豆子種群自然生長, 呈大小不一的典型斑塊化分布格局。選擇了兩個樣地(LJZ2017A, LJZ2017B)共14個斑塊, 其中LJZ2017A有8個斑塊, 編號為LJZ2017A01—LJZ2017A08, 地理坐標(biāo)為38°05’20N—38°05’28N, 106°36’47—106° 36’50E, 海拔1224 m—1238 m。LJZ2017B樣地有6個斑塊, 編號為LJZ2017B01—LJZ2017B06, 地理坐標(biāo)為38°05’7N—38°05’12N, 106°36’31—106°36’34E, 海拔1236 m—1244 m。

1.2 野外調(diào)查及室內(nèi)統(tǒng)計飼養(yǎng)方法

于2017年6月至9月期間, 在苦豆子豆莢螟進(jìn)入老熟幼蟲階段前進(jìn)行抽樣調(diào)查, 每隔10天1次, 共調(diào)查3次。對選定的14個斑塊按照五點采樣法, 在每個斑塊內(nèi)設(shè)置5個樣點, 每樣點再選取5個1 m× 1 m的小樣方, 每小樣方內(nèi)取2株苦豆子(用剪刀剪取其整株豆莢), 每樣點共10株苦豆子; 小樣點間距離根據(jù)斑塊面積大小不同而有差異, 1 m—5 m不等。每斑塊共采集50株苦豆子。將采集到的每株豆莢裝入塑料袋, 做好采集記錄標(biāo)簽, 供室內(nèi)統(tǒng)計用。同時測量樣地內(nèi)苦豆子的高度、蓋度等, 記錄斑塊生境情況。

室內(nèi)對采摘的苦豆子豆莢在體視顯微鏡下剝檢, 統(tǒng)計每枚豆莢中的種子害蟲數(shù)、豆莢蛀孔數(shù)(為采摘后莢內(nèi)豆莢螟幼蟲咬破豆莢莢皮逃逸或轉(zhuǎn)莢所留的孔)、莢內(nèi)豆粒總數(shù)、被害豆粒數(shù)等。每個斑塊共統(tǒng)計豆莢750枚。將從莢內(nèi)剝離的苦豆子種子裝入飼養(yǎng)袋, 其余豆莢放入飼養(yǎng)盒中, 繼續(xù)觀察記錄種子害蟲及天敵情況。

1.3 斑塊特征指數(shù)計算

斑塊特征指數(shù)計算按照以下公式[8–11]:

(1)斑塊密度指數(shù)():=/, 式中是某一景觀的斑塊個數(shù),為景觀斑塊的面積。值越大表示破碎化程度越高。

(4)種子害蟲的平均危害率=受害豆粒數(shù)/總豆粒數(shù)×100%。

利用EXCEL2007、DPS(v16.05)[12]統(tǒng)計軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理, 相關(guān)性采用Pearson指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同斑塊內(nèi)苦豆子種子害蟲密度及其危害率

根據(jù)田間調(diào)查數(shù)據(jù), 兩個樣地14個斑塊面積、斑塊中苦豆子種子害蟲的種群密度、對豆莢及豆粒的危害率等見表1。

由表1可以看出, LJZ2017A樣地斑塊面積平均為1457.79 m2, LJZ2017B樣地斑塊面積平均為949.87 m2, 苦豆子蓋度LJZ2017A樣地(61.75%)與LJZ2017B樣地(65.60%)差異不顯著。苦豆子豆莢的每莢平均豆粒數(shù)LJZ2017A樣地(4.75個每莢)與LJZ2017B樣地(4.15個每莢)差異不大, 反應(yīng)出這兩個樣地苦豆子的生長情況基本一致。

種子害蟲豆莢螟的數(shù)量在LJZ2017A樣地為0.22—1.38只每莢之間, 平均0.69只每莢, 密度為0.65只·m-2; LJZ2017B樣地豆莢螟的數(shù)量在0.93—2.11只每莢之間, 平均1.46只每莢, 密度為1.30只·m-2, 約是LJZ2017A樣地的2倍(圖1)。

種子害蟲的危害率在LJZ2017A樣地為9.87%—47.12%, 平均為 24.50%; LJZ2017B樣地為27.45%—66.42%, 平均為49.91%。危害率LJZ2017B樣地明顯高于LJZ2017A樣地(圖2)。

2.2 斑塊破碎化與苦豆子種子害蟲危害率的關(guān)系

2.2.1 苦豆子斑塊特征指數(shù)

LJZ2017A樣地和LJZ2017B樣地的斑塊特征指數(shù)與種子害蟲平均危害率情況見表2。LJZ 2017A樣地斑塊平均面積稍大于LJZ2017B樣地, 樣地內(nèi)各斑塊最小距離指數(shù)(斑塊間的中心距離)LJZ2017A樣地稍大于LJZ2017B樣地。從生境的破碎化程度看, LJZ2017B樣地內(nèi)斑塊破碎化程度稍高于LJZ2017A樣地, 種子害蟲的平均危害率LJZ2017B樣地高于LJZ2017A樣地, 表明隨著斑塊破碎化程度的增加, 種子害蟲的危害率也呈增加的趨勢。

表1 斑塊特征指數(shù)及豆莢螟危害情況(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)

圖1 不同斑塊中種子害蟲的數(shù)量

Figure 1 Individuals of seed pest in a pot in different patches

圖2 不同斑塊中苦豆子種子害蟲的危害率

Figure 2 Damage rate of seed pest in different patches

2.2.2 景觀斑塊面積與豆莢螟密度、危害率的關(guān)系

通過對斑塊面積與豆莢螟密度進(jìn)行逐步回歸分析, 得到回歸方程為:=1.59973-0.0005404(=16.58,=0.0015,=0.7617), 表明斑塊內(nèi)豆莢螟的密度與斑塊面積存在顯著的相關(guān)性, 且為典型的負(fù)相關(guān), 即在同等抽樣量下, 豆莢螟的數(shù)量伴隨著斑塊面積的增加而數(shù)量呈下降趨勢。

表2 兩個樣地的景觀破碎化指數(shù)及種子害蟲的危害率

對豆莢螟的危害率與斑塊面積進(jìn)行逐步回歸分析, 得到回歸方程為:=51.54987-0.01303(=7.45,=0.0183,=0.6189), 表明豆莢螟的危害率與斑塊面積存在顯著的負(fù)相關(guān), 小斑塊的苦豆子, 其種子害蟲的危害率相對較為嚴(yán)重, 生境的破碎化增加了種子害蟲的危害率。

3 討論

生境面積和破碎化被公認(rèn)為對種群的豐富度和持久性有重要的影響, 每一個物種對生境破碎化都有其獨特的反應(yīng), 這種反應(yīng)在很大程度上取決于物種自身的生物學(xué)特性和該物種對生境的依賴程度[13]; 在斑塊面積下降時, 景觀內(nèi)資源的互補(bǔ)性可能對某些物種種群密度會產(chǎn)生積極或中立的影響[14]。由于豆莢螟是生境內(nèi)檸條、苦豆子、沙冬青等豆科植物種子的共有害蟲, 幼蟲具有轉(zhuǎn)莢習(xí)性, 成蟲具有一定的遷飛能力。通過本實驗反應(yīng)了苦豆子豆莢螟種群數(shù)量的發(fā)生與苦豆子斑塊的面積、破碎化程度存在著一定的相關(guān)關(guān)系, 但是這種相關(guān)可能還受到其他景觀要素的影響, 景觀廊道、豆莢螟寄主植物資源的互補(bǔ)性等可能也有一定的影響, 因為在LJZ2017A樣地, 斑塊周邊多為小路或溝渠, 形成典型的景觀廊道, 在一定程度上限制了周邊環(huán)境中豆莢螟的遷入; 而在LJZ2017B樣地, 苦豆子斑塊周邊存在著其他的荒漠沙生植物, 特別是零星散布著的檸條、甘草等其他豆科植物, 且斑塊間的距離較近, 有利于周邊環(huán)境及斑塊間豆莢螟的遷移。當(dāng)然, 在一個局部生境破碎化的景觀基質(zhì)中, 景觀內(nèi)豆莢螟可利用資源的互補(bǔ)性、斑塊面積及格局及豆莢螟的擴(kuò)散能力對其種群的發(fā)生依賴程度等方面對還有待于進(jìn)一步的研究。

本項目試驗區(qū)由于治沙工程的實施, 沙生植物形成了“生境島嶼”, “生境島嶼”的面積影響著植物的多樣性及其分布格局[15], 同樣也影響著島嶼內(nèi)植食性害蟲及其天敵的多樣性和格局。最小生存面積是評價景觀斑塊格局與結(jié)構(gòu)對害蟲和天敵影響力的重要手段之一, 也是探素利用景觀因素達(dá)到進(jìn)行害蟲生物防治的重要途徑之一。空間變小、連通性降低、空間及集合群落過度破碎化等都不利于獵物—捕食者系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)[16]。本實驗獲得苦豆子種子害蟲的一些寄生性天敵, 這些天敵對豆莢螟種群可能起到了一定控制的作用, 因為通過對斑塊面積與種子害蟲的危害率、天敵的數(shù)量回歸分析顯示, 苦豆子植物斑塊的破碎化程度增加、斑塊面積減小, 種子害蟲天敵的數(shù)量減少了, 而種子害蟲的危害率增加了。至于天敵對苦豆子種子害蟲的控害率、獵物—捕食者系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)性在多大斑塊面積上發(fā)揮作用, 需要進(jìn)一步探討。

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Effects of habitat fragmentation on seed pest populations and damage rate of

ZHANG Dazhi*, ZHANG Shengxin, MA Zhifang, WU Guangsheng

School of Life Science, Ningxia University, Yinchuan 750021, China

mainly distributes in the desert regions of Northwest China as a highly adversity-resistant perennial officinal plant. It is a windbreak and fixation sand pioneer plant. A total of 14 patches offrom LJZ2017A (01-08 patches) and LJZ2017B (01-06 patches) were selected.was seed pest of.The damage rate, density and individual ofwere investigated from June to September 2017 in Liujiazhai region of Ningdong Town, Lingwu City, Ningxia. The results showed that in LJZ2017A plot, the average area of patches was 1457.79 m2, the average number of seed pests per pod was 0.69, and the average density was 0.65 individual per square meter. In LJZ2017B plot, the average area of patches was 949.87 m2, the average number of seed pests per pod was 1.46, and the average density was 1.30 individual per square meter. The seed damage rate was 49.91% in LJZ2017B plot, which was significantly higher than 24.50% in LJZ2017A plot. The stepwise regression analysis of seed pest density and patch area showed that the density of seed pests decreased significantly with increasing patch area (= 16.58,= 0.0015,= 0.7617), and the seed damage rate increased with increasing degree of habitat fragmentation (= 7.45,= 0.0183,= 0.6189).

;habitat fragmentation;; damage rate; patch area

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.005

Q968

A

1008-8873(2019)02-031-05

2018-03-11;

2018-06-05

國家自然科學(xué)基金項目(31560611, 31860619)

張大治(1970—), 男, 寧夏西吉人, 博士, 教授, 主要從事動物生態(tài)與動物資源研究, E-mail: zdz313@nxu.edu.cn

張大治

張大治, 張圣昕, 馬志芳, 等. 生境破碎化對苦豆子種子害蟲種群數(shù)量及危害率的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(2): 31-35.

ZHANG Dazhi, ZHANG Shengxin, MA Zhifang, et al. Effects of habitat fragmentation on seed pest populations and damage rate of[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 31-35.