核棉間作對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及自然天敵種群發(fā)生的影響

李海強(qiáng)，王冬梅，劉 建

(農(nóng)業(yè)部西北荒漠綠洲作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部庫(kù)爾勒作物有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】節(jié)肢動(dòng)物群落是連接種群與生態(tài)系統(tǒng)之間的橋梁，是以作物為中心的多種植食性害蟲、天敵等節(jié)肢動(dòng)物組成的復(fù)雜的系統(tǒng)。節(jié)肢動(dòng)物群落特征主要包括群落的相對(duì)豐盛度、物種豐富度、優(yōu)勢(shì)度、優(yōu)勢(shì)集中性、多樣性指數(shù)和均勻度性指數(shù)等特征。棉田節(jié)肢動(dòng)物群落是一個(gè)以棉花栽培為中心的多種害蟲及天敵等節(jié)肢動(dòng)物共同組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1]。2018年新疆棉花種植面積達(dá)到250×104hm2(3 750萬畝)，總產(chǎn)、單產(chǎn)、出口均居全國(guó)第一。新疆農(nóng)民收入的30%來自植棉收入，在主要產(chǎn)棉縣棉花生產(chǎn)收入甚至占農(nóng)民總收入的70%以上[10]。新疆阿克蘇地區(qū)2020年棉花種植面積約為47×104hm2(700萬畝)。阿克蘇地區(qū)也是南疆果樹栽培的主要種植區(qū)之一，紅棗、蘋果、核桃果樹均有栽培。不同類型的果樹和棉花形成了較為普遍的果棉間作模式，果棉間作改變了作物的田間布局，使得田間節(jié)肢動(dòng)物的生存環(huán)境、食物鏈、擴(kuò)散途徑等發(fā)生了相應(yīng)的改變，由于增加了寄主作物，也改變了害蟲發(fā)生和響應(yīng)的程度。不同的作物布局、栽培方式、品種差異等, 對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落的結(jié)構(gòu)與多樣性都會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。研究核棉間作對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落及自然天敵種群的影響，對(duì)分析核棉間作模式中棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及自然天敵種群發(fā)生以及調(diào)控果樹和棉花害蟲與自然天敵有重要意義。【前人研究進(jìn)展】王春義等[2]研究了北疆棉田不同鄰作、灌溉方式對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響表明，不同鄰作方式可以能改變棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)，鄰作小麥增加棉田天敵種類，鄰作玉米增加棉田天敵個(gè)體數(shù)。Men等[3]研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)農(nóng)藥可以增加Bt 棉田和常規(guī)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落和各個(gè)亞群落的多樣性，但這種增加是由于靶標(biāo)害蟲減少使均勻度增加而導(dǎo)致的。陳明等[4]研究發(fā)現(xiàn)，間作或鄰作苜蓿的棉田天敵群落的物種豐富度、豐富度指數(shù)及多樣性指數(shù)均高于常規(guī)單作棉田，表明間作和鄰作苜蓿帶并適時(shí)刈割, 可以提高棉田內(nèi)天敵群落的豐富度和多樣性。雒珺瑜等[5]研究了轉(zhuǎn)Bt基因棉田與非轉(zhuǎn)基因棉田昆蟲群落結(jié)構(gòu)的差異結(jié)果表明，不同品種2種棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)無顯著差異。雒珺瑜[6]研究了不同調(diào)查時(shí)期對(duì)棉田物種結(jié)構(gòu)和生物多樣性的影響表明，不同生育期調(diào)查方法僅對(duì)物種個(gè)體總數(shù)和物種豐富度有影響，而對(duì)多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)無顯著影響。賈永超等[7]研究了玉米單作田、玉米馬鈴薯間作田、玉米馬鈴薯向日葵間作田天敵節(jié)肢動(dòng)物群落的組成和結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)天敵群落多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)均表現(xiàn)為玉米馬鈴薯向日葵間作田、玉米馬鈴薯間作田高于玉米單作田，3種不同間作模式玉米田中以玉米馬鈴薯向日葵間作田天敵節(jié)肢動(dòng)物群落種類最豐富、穩(wěn)定性最強(qiáng)。胡亞輝等[8,9]研究表明，桃李間作對(duì)桃樹上布甲群落的物種組成和豐富度沒有顯著影響，對(duì)整個(gè)天敵群落也無顯著影響。【本研究切入點(diǎn)】不同間作模式對(duì)節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響不相一致。前人對(duì)南疆果棉間作模式下節(jié)肢動(dòng)物群落的研究工作一直較少，相關(guān)結(jié)論也不是很統(tǒng)一。亟需研究比較果樹和棉花間作模式下棉田節(jié)肢動(dòng)物群落組成和關(guān)系。【擬解決的關(guān)鍵問題】2017～2018年在新疆阿克蘇市選擇核桃棉間作模式試驗(yàn)點(diǎn)21個(gè),研究阿克蘇地區(qū)核棉間作對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響，為果棉間作模式下害蟲綜合治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

2017年調(diào)查核棉間作系統(tǒng)12個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中溫宿縣克孜勒鎮(zhèn)3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，溫宿縣古勒阿瓦提鄉(xiāng)1個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，托普魯克鄉(xiāng)8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；2018年調(diào)查核桃棉花間作系統(tǒng)9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中溫宿縣克孜勒鎮(zhèn)3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，溫宿縣古勒阿瓦提鄉(xiāng)2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，托普魯克鄉(xiāng)4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。在每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，選擇核桃棉間作田和棉花單作田各1塊，每塊田面積大于1 hm2，2塊田間隔距離小于50 m，同時(shí)棉花長(zhǎng)勢(shì)與農(nóng)事管理基本一致。在各試驗(yàn)點(diǎn)，核桃棉間作系統(tǒng)核桃樹齡選擇7～9 a栽培的核桃樹(Juglans regia)，棉花選擇當(dāng)?shù)刂髟躁懙孛奁贩N新陸中68號(hào)。

1.2 方 法

采用手持GPS儀記錄每個(gè)點(diǎn)的經(jīng)緯度。每年6、7、8月中旬，對(duì)每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的間作棉田和單作棉田各開展1次調(diào)查。每次調(diào)查時(shí)，每塊棉田采用5點(diǎn)對(duì)角線取樣，每點(diǎn)調(diào)查20株棉花，利用目測(cè)法系統(tǒng)調(diào)查每個(gè)棉株上節(jié)肢動(dòng)物的種類和數(shù)量，并逐一記錄。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)利用Excel 2013和SAS 9.4軟件計(jì)算處理。昆蟲群落結(jié)構(gòu)指數(shù)參考(Shannon and Weaver, 1949; Simpson et al.,1949; Margalef et al., 1958)等方法計(jì)算[11-13]。多樣性指數(shù)(diversity index, H)采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)表示。群落均勻型指數(shù)(evenness index, J)以多樣性指數(shù)與理論最大多樣性指數(shù)來表示。優(yōu)勢(shì)集中度(dominant concentration,C)用Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)表示。

優(yōu)勢(shì)集中度指數(shù)(C)：

其中，物種豐富度S用群落中的物種數(shù)表示，Pi為第i個(gè)物種數(shù)量占所有物種總數(shù)的比例，N為群落中的總個(gè)體數(shù)，Ni為群落內(nèi)物種的個(gè)體數(shù)量[14-16]。

將每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中每塊棉田(單作或間作棉田)5個(gè)取樣點(diǎn)的每種節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量求和后，按百株蟲量來統(tǒng)計(jì)每個(gè)物種的數(shù)量，在此基礎(chǔ)上計(jì)算群落結(jié)構(gòu)指數(shù)。同一年份內(nèi)，同一種植模式下的不同試驗(yàn)點(diǎn)作為平行重復(fù)，利用單因素方差分析進(jìn)行間作模式與單作模式下節(jié)肢動(dòng)物群落指數(shù)及捕食性天敵種群數(shù)量的差異比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 核棉間作與單作棉田節(jié)肢動(dòng)物群落數(shù)量

研究表明，2017年核棉間作模式下，12個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)節(jié)肢動(dòng)物個(gè)體總數(shù)為41 711頭，其中害蟲37 781頭、天敵3 930頭；單作模式下節(jié)肢動(dòng)物為88 712頭，其中害蟲76 762頭、天敵11 950頭。2018年間作模式節(jié)肢動(dòng)物個(gè)體總數(shù)為23 927頭，其中害蟲21 363頭、天敵2 564頭；單作模式下節(jié)肢動(dòng)物個(gè)體總數(shù)為64 485頭，其中害蟲56 739頭、天敵7 746頭。表1

表1 核棉間作和棉花單作節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù)Table 1 The characteristic index of arthropod community in -cotton intercropping and cotton monocrop fields

2.2 核棉間作模式對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響

研究表明，間作模式與單作模式的群落多樣性指數(shù)(2017,F= 0.59,df= 1, 22,P= 0.451;2018,F= 1.10,df= 1, 16,P= 0.310)、群落均勻性指數(shù)(2017,F= 0.025,df= 1, 22,P= 0.876;2018,F= 0.134,df= 1, 16,P= 0.719)以及優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)(2017,F= 1.83,df= 1, 22,P= 0.298; 2018,F= 2.84,df= 1, 16,P= 0.111)均無顯著差異。

對(duì)害蟲亞群落，間作模式與單作模式的群落多樣性指數(shù)(2017,F= 0.13,df= 1, 22,P= 0.726; 2018,F= 0.003,df= 1, 16,P= 0.956)、群落均勻性指數(shù)(2017,F= 0.13,df= 1, 22,P= 0.726;2018,F= 4.09,df= 1, 22,P= 0.055)以及優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)(2017,F= 0.10,df= 1, 22,P= 0.761;2018,F= 0.20,df= 1, 16,P= 0.659)均無顯著差異。

對(duì)天敵亞群落，間作模式與單作模式的群落多樣性指數(shù)(2017,F= 0.12,df= 1, 16,P= 0.729;2018,F= 0.32,df= 1, 16,P= 0.579)、群落均勻性指數(shù)(2017,F= 0.29,df= 1, 22,P= 0.599;2018,F= 0.28,df= 1, 22,P= 0.607)以及優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)(2017,F= 0.03,df= 1, 22,P= 0.876;2018,F= 0.55,df= 1, 16,P= 0.469)均無顯著差異。表2

2.3 核棉間作模式對(duì)棉田捕食性天敵發(fā)生量的影響

研究表明，2017年6月核棉間作棉田捕食性天敵的種群數(shù)量達(dá)到了全年的高峰期。6月核棉間作田捕食性天敵數(shù)量為166頭/百株，單作捕食性天敵數(shù)量為162頭/百株。7月核棉間作捕食性天敵種群數(shù)量有一定下降，捕食性天敵的種群數(shù)量為143頭/百株。單作棉田捕食性天敵的種群數(shù)量達(dá)到了全年的高峰期捕食性天敵的種群數(shù)量為200頭/百株。8月核棉間作和棉花單作田捕食性天敵發(fā)生數(shù)量較少，種群數(shù)量均最低。6月、7月和8月核棉間作棉田與棉花單作田捕食性天敵種群數(shù)量差異不顯著(6月，t= -0.22,df= 44,P= 0.830 6；7月，t= 1.32,df= 44,P= 0.193 6；8月，t= -0.97,df= 44,P= 0.336 3)。全年核棉間作田和棉花單作田捕食性天敵數(shù)量差異不顯著(P> 0.05)。

捕食性天敵6月發(fā)生，7月達(dá)到了本年度的高峰期。核棉間作棉田6月的捕食性天敵數(shù)量為59頭/百株，單作棉田捕食性天敵的種群數(shù)量為62頭/百株。7月核棉間作田捕食性天敵數(shù)量為86頭/百株，單作棉田捕食性天敵的種群數(shù)量為114頭/百株。8月核棉間作和單作捕食性天敵數(shù)量較7月又有一定數(shù)量的下降。6、7和8月核棉間作棉田與棉花單作田捕食性天敵種群數(shù)量差異不顯著(6月，t= -0.63,df= 32,P= 0.535 7； 7月，t= 0.75,df= 32,P= 0.458；8月，t= 0.47,df= 32,P= 0.641 8)。全年核棉間作田和棉花單作田捕食性天敵數(shù)量差異不顯著(P> 0.641 8)。圖1，表3

圖1 2017年、2018年核棉間作棉田和單作棉田捕食性天敵種群數(shù)量變化Fig.1 Population of the predators on cotton plant in walnut-cotton intercropping and cotton monocrop systems 2017 and 2018

表2 核棉間作和棉花單作節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù)Table 2 The characteristic index of arthropod community in walnut-cotton intercropping and cotton monocrop fields

表3 核棉間作棉田和單作棉田捕食性天敵數(shù)量變化Table 3 Statistics from mixed effect linear model the predators populationsin walnut-cotton intercropping and cotton monocrop systems

2.4 核棉間作模式對(duì)棉田僵蚜密度的影響

研究表明，2017年6月核棉間作和棉花單作田僵蚜密度發(fā)生數(shù)量較少，種群數(shù)量均最低。7月核棉間作、單作棉田僵蚜密度均達(dá)到了全年的高峰期。7月核棉間作田僵蚜密度為171頭/百株，單作僵蚜密度為443頭/百株。8月核棉僵蚜密度有一定下降，為137頭/百株。6月、7月和8月核棉間作棉田與棉花單作田僵蚜密度差異不顯著(6月，t= -2.2,df= 44,P= 0.033 2；7月，t= 0.86,df= 44,P= 0.393 7；8月，t= 0.83,df= 44,P= 0.412 3)。全年核棉間作田和棉花單作田僵蚜密度差異不顯著(P> 0.05)。

棉蚜僵蚜密度發(fā)生量與捕2017年發(fā)生規(guī)律較為一致。6月少量發(fā)生，7月達(dá)到了高峰期，8月僵蚜密度又有所下降。核棉間作棉田6月的僵蚜密度為60頭/百株，單作棉田僵蚜密度為29頭/百株。7月核棉間作田僵蚜密度為171頭/百株，單作僵蚜密度為443頭/百株。8月，核棉間作和單作僵蚜密度較7月又有一定數(shù)量的下降。6、7和8月核棉間作棉田與棉花單作田僵蚜密度差異不顯著(6月，t= -1.36,df= 32,P= 0.184 3； 7月，t= 1.03,df= 32,P= 0.310 5；8月，t= 0.06,df= 32,P= 0.953 8)。全年核棉間作田和棉花僵蚜密度差異不顯著(P> 0.05)。圖2，表4

圖2 2017年、2018年核棉間作棉田和單作棉田僵蚜密度變化Fig.2 Effect of the mummy aphids on cotton plant in walnut-cotton intercropping and cotton monocrop systems

表4 核棉間作棉田和單作棉田僵蚜密度變化Table 4 Statistics from mixed effect linear modeanalysisof the predators populationsin walnut-cotton intercropping and cotton monocrop systems

3 討 論

研究節(jié)肢動(dòng)物群落組成及動(dòng)態(tài)進(jìn)一步明確群落及其組分在時(shí)間序列上發(fā)生、發(fā)展的變化過程[17]。群落多樣性是群落穩(wěn)定性的一個(gè)重要尺度，是生物群落的重要特征多樣性不僅反映了群落的豐富度、變異程度，而且在不同程度上也反映了不同的自然地理?xiàng)l件與群落發(fā)展的關(guān)系。群落多樣性的參數(shù)值越大，其反饋系統(tǒng)也就越強(qiáng)大，對(duì)于環(huán)境的變化或來自群落內(nèi)部種群波動(dòng)的緩沖作用越強(qiáng)，這樣的節(jié)肢動(dòng)物群落優(yōu)勢(shì)種就不太突出，害蟲也就不容易大發(fā)生[18]。

Risch[19]對(duì)已報(bào)道的150篇間作對(duì)植食性害蟲種群影響的文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述表明，間作導(dǎo)致了53%的害蟲發(fā)生減輕，18%間作田的害蟲種群間作田是增加的，9%間作田和單作田害蟲種群數(shù)量是相同的，20%是不確定的。Akbulut等[20]以雜交白楊樹行間分別種植玉米、大豆、南瓜為處理，無種植作物的白楊樹林以及遠(yuǎn)離林木種植種作物的田塊為對(duì)照，研究了田籬間作對(duì)林木、農(nóng)作物以及節(jié)肢動(dòng)物群落的影響表明，在采集到的節(jié)肢動(dòng)物標(biāo)本中，在整個(gè)復(fù)合農(nóng)林系統(tǒng)樣地采集到118個(gè)科，在無林木的對(duì)照樣地采集到57個(gè)科，在白楊樹的對(duì)照樣地收集到44個(gè)科，各樣地之間除多樣性指數(shù)外，均勻性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)集中度指數(shù)均無差異。研究表明，核棉間作對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)集中度指數(shù)與單作棉田相比均無顯著性差異。核棉間作對(duì)捕食性天敵及僵蚜密度無顯著的差異。

不同的時(shí)間序列對(duì)群落的組成及結(jié)構(gòu)有顯著的影響。陶正良等[21]通過對(duì)桔園生草區(qū)、除草區(qū)內(nèi)的節(jié)肢動(dòng)物群落組成進(jìn)行了研究表明，桔園生草區(qū)節(jié)肢動(dòng)物群落多樣性、均勻性顯著的高于桔園除草區(qū)。整個(gè)桔園生態(tài)系統(tǒng)冬季的多樣性指數(shù)最低，春季逐漸回升，夏季達(dá)到最高，秋季又下降。孫夢(mèng)瀟等[22]研究了間作羅勒對(duì)蘋果園節(jié)肢動(dòng)物群落及功能群落時(shí)序特征的影響表明，隨著蘋果樹的生長(zhǎng)，節(jié)肢動(dòng)物群落的豐度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，豐富度呈現(xiàn)先上升保持相對(duì)穩(wěn)定后下降的趨勢(shì)；多樣性指數(shù)呈先上升后下降再上升再下降的趨勢(shì)，均勻度呈先下降后緩慢上升的趨勢(shì)，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)呈先快速上升再下降再上升的趨勢(shì)；不同功能群落呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，間作羅勒使植食性昆蟲豐度降低，捕食性昆蟲、寄生性昆蟲豐度升高。

4 結(jié) 論

新疆南疆核棉間作棉田節(jié)肢動(dòng)物群落多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)集中度指數(shù)與單作棉田相比均無顯著性差異；自然天敵種群數(shù)量間作和單作相比也無顯著行差異。棉田主要捕食性天敵以瓢蟲類、草蛉類、食蟲蝽類為主，核棉間作棉田與棉花單作田捕食性天敵種群數(shù)量無顯著性差異(P=0.42 > 0.05)。核棉間作對(duì)棉蚜僵蚜密度也無顯著影響(P=0.076 > 0.05)。核桃棉花間作模式對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及自然天敵的種群數(shù)量沒有明顯影響。