新疆哈密地區棗園昆蟲群落結構及多樣性分析

李凱亮,張振宇,胡紅英

(新疆大學生命科學與技術學院/新疆生物資源基因工程重點實驗室,烏魯木齊 830017)

0 引 言

【研究意義】棗屬于鼠李科棗屬植物,原產于我國,在亞洲、歐洲和美洲部分地區有少量栽培[1]。2019年,新疆紅棗種植面積(44.52×104hm2)、產量(372.77×104t)列全國第一[2]。哈密屬典型溫帶大陸性干旱氣候,是新疆紅棗主要種植區之一。保護生物多樣性是生態農業與農業可持續性發展的前提[3]。昆蟲作為自然界種類最多的動物類群,其種群數量龐大,分布廣泛,是農業生態系統的重要組成部分[4-5]。因此,摸清哈密棗園昆蟲群落結構和多樣性對棗園的生態平衡、害蟲監測與防控、昆蟲傳粉、園內三級營養互作關系研究有重要意義。【前人研究進展】近年來對安徽肥東[6]、寧夏靈武和中寧地區[7]和陜西榆林[8]等地的棗園昆蟲群落及多樣性進行研究,明確了當地棗園昆蟲群落結構及主要害蟲和天敵類群的發生動態。對于同一省份不同棗區[9-11]、不同棗齡[12]和不同管理模式[13]的棗園昆蟲類群進行研究結果表明,其昆蟲群落均存在一定的差異。季春輝等[14]在2007～2008年間采用田間觀察和昆蟲網掃法對和田皮墨墾區棗園昆蟲群落多樣性進行了研究,確定了1種主要害蟲,3種偶發性害蟲以及2個優勢天敵昆蟲種類。其他有關于新疆棗園昆蟲的研究傾向于主要害蟲的發生與防治[15-17]。有關棗園昆蟲的相關研究,其調查方法主要采用網掃法和田間觀察獲取昆蟲標本。而馬來氏網作為昆蟲最重要的收集工具之一,可進行長時間定點誘集和調查,保證昆蟲樣本采集時間具有連續性,更有利于分析昆蟲種群隨時間變化的動態,且采集的樣本干凈、雜質少。馬來氏網采樣法在丹參田、花生田和向日葵田等作物田地昆蟲群落和多樣性調查方面研究分析,為害蟲的綜合防治和天敵的合理利用提供了依據[18-23]。【本研究切入點】目前,缺乏對哈密地區棗園昆蟲群落的系統性調查,且調查方法主要通過定期網掃和田間觀察進行,調查對象集中在主要害蟲的發生特性研究,而對于其它昆蟲和天敵類群缺乏連續性的系統調查。需統計分析新疆哈密地區棗園昆蟲群落結構、昆蟲多樣性狀況以及種群時序變化。【擬解決的關鍵問題】以哈密棗園昆蟲群落結構為研究對象,利用馬來氏網誘集法結合網掃法進行標本獲取,系統分析哈密棗園昆蟲多樣性狀況。分析哈密地區棗園害蟲及天敵昆蟲發生動態,為該地棗園主要害蟲發生預報及害蟲防治工作提供重要信息。

1 材料與方法

1.1 材 料

選取新疆哈密市哈密國家農業園區3片紅棗種植園(①:N:42°48′21.751 2″,E: 93°21′34.214 4″,2.67 hm2;②:N:42°50′23.524 8″,E: 93°21′30.452 4″,3 hm2;③:42°49′31.555 2″,93°21′4.161 6″,2.07 hm2)作為調查區域,試驗田棗樹品種均為駿棗,長勢良好。于4月中旬開始萌芽,5月下旬進入始花期,6月上旬進入盛花期并且開始結果,6月底進入末花期,直至7月末至8月初依舊有棗花開放。選取棗樹開花期至果實成熟期(2021年5月至2021年10月)為調查時間區段。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用網掃法和馬來氏網誘集法獲得昆蟲標本。網掃法:選用網孔孔徑約為0.5 mm的捕蟲網,采用平行取樣法在棗園利用捕蟲網在棗樹四周揮掃,每隔10 d對3片棗園各網掃1次。將網掃采集的所有標本裝入塑封袋,并倒入75%酒精封口保存,記錄采集日期、海拔、溫度、濕度等生境信息。馬來氏網設立在①號棗園中心區域,誘集參照吳瓊等[24]方法,注意馬來氏網中間黑色阻隔篩網與地面間需保持無縫隙,以便爬行類昆蟲的收集。維持馬來氏網收集瓶內濃度為75%酒精始終在一半以上,收集瓶每10 d換取1次。獲得的昆蟲標本帶回實驗室進行挑揀,運用形態學分類進行物種類群鑒定[25-28],并記錄其相關的采集信息和數量等。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 相對豐盛度(Relative abundance)

相對豐盛度(Pi)表示的是昆蟲群落中各科豐盛度與總豐盛度的比值。

Pi=Ni/N.

(1)

式中,群落豐盛度N為昆蟲個體總數,Ni為第i個科的豐盛度。

1.2.2.2 群落多樣性 (Diversity)

群落多樣性采用 Shannon-Wiener 多樣性指數(H′)進行表征。

H′=-∑PiLnPi.

(2)

式中,Pi為第i個科的個體數占總數個體數的比例。

1.2.2.3 科級豐富度(Family richness)

科級豐富度(S)表示的是昆蟲群落包含的所有科數。

1.2.2.4 群落均勻度(Evenness)

J=H′/Hmax=H′/LnS.

(3)

式中,Hmax為群落的最大多樣性指數,即當有S個科數時,若科數種數量相等,其多樣性指數值最大。

1.2.2.5 群落生態優勢度(Ecological concentration)

群落生態優勢度分析利用群落優勢集中指數進行,以Simpson集中性指數(C)表示。

C=∑Pi2.

(4)

昆蟲群落數量,10%以上為優勢類群,1%～10%為常見類群,1%以下為稀有類群。

1.3 數據處理

采用 Excel 2021進行數據統計分析和制表,采用Origin 2022進行制圖,運用生態學分析方法進行指標測定[29-33]。

2 結果與分析

2.1 棗園昆蟲群落結構

研究表明,調查共獲得昆蟲樣本23 898頭,隸屬于9目74科。膜翅目昆蟲24科,占比總科數的32.43%;雙翅目昆蟲23科,占比總科數的31.08%;半翅目昆蟲9科,占比總科數的12.16%;鞘翅目昆蟲7科,占比總科數的9.46%;鱗翅目昆蟲6科,占比總科數的8.11%;纓翅目昆蟲2科,占比總科數的2.7%;脈翅目、嚙蟲目和蜻蜓目昆蟲各含有1科,均占到總科數的1.35%。昆蟲主要以雙翅目和膜翅目昆蟲為主,個體數量分別占總體數量的39.84%和35.97%。膜翅目多樣性指數最高為2.182,半翅目、鱗翅目、鞘翅目和雙翅目多樣性指數介于1～2,脈翅目、嚙蟲目和蜻蜓目均為單目單科,多樣性指數均為0。表1

表1 哈密棗園昆蟲群落組成結構與多樣性

2.2 棗園科級昆蟲群落結構

研究表明,膜翅目昆蟲8 595頭,隸屬于24科,以蚜繭蜂科(1 997頭,23.23%)、赤眼蜂科(1 885頭,21.93%)和纓小蜂科(1 542頭,17.94%)為膜翅目優勢類群,占膜翅目昆蟲總數的63.1%,緣腹細蜂科、姬小蜂科、隧蜂科、姬蜂科、蚜小蜂科、繭蜂科、跳小峰科、廣腹細蜂科、棒小蜂科和蟻科為膜翅目常見類群。雙翅目昆蟲9 521頭,隸屬于23科,以蚤蠅科(4 838頭,50.81%)和癭蚊科(1 250頭,13.13%)為雙翅目優勢類群,占雙翅目昆蟲總數的63.94%。以蠅科、蠓科、寄蠅科、搖蚊科、潛蠅科、蚊科和眼蕈蚊科為雙翅目常見類群。半翅目昆蟲1 809頭,隸屬于9科,以蚜科(984頭,54.39%)和粉虱科(540頭,29.85%)為半翅目優勢類群,占半翅目昆蟲總數的84.24%,葉蟬科和盲蝽科為半翅目常見類群。鞘翅目昆蟲389頭,隸屬于7科,以鋸谷盜科(206頭,52.96%)、隱翅甲科(68頭,17.48%)、瓢甲科(47頭,12.08%)和豆象科(43頭,11.05%)為鞘翅目優勢類群,占鞘翅目昆蟲總數93.57%,象甲科、吉丁甲科和叩頭甲科為鞘翅目常見類群。鱗翅目昆蟲267頭,隸屬于6科,以卷蛾科(111頭,41.57%)、夜蛾科(88頭,32.96%)和螟蛾科(34頭,12.73%)為鱗翅目優勢類群,占鱗翅目昆蟲總數87.26%,蛀果蛾科、羽蛾科和灰蝶科為鱗翅目常見類群。纓翅目2 681頭,隸屬于2科,以薊馬科(2 394頭,89.3%)為纓翅目優勢類群,紋薊馬科為纓翅目常見類群。表2

表2 棗園昆蟲群落各類群的相對豐盛度(哈密,2021)

2.3 棗園昆蟲群落結構特征值時間動態

2.3.1 棗園昆蟲群落的豐盛度時間動態

研究表明,昆蟲豐盛度代表每次調查所獲取昆蟲的總個體數。其豐盛度在7月下旬到9月中旬維持在較高水平,8月中旬達到最高豐盛度(3 484頭),其中蚤蠅科1 073頭和薊馬科755頭,占比總數量52.47%。8月下旬至9月中旬豐盛度處于相對平穩的水平(2 500～2 700頭)。圖1

圖1 哈密地區棗園昆蟲群落豐盛度時間動態(2021)

2.3.2 棗園昆蟲群落多樣性指數時間動態

研究表明,昆蟲群落多樣性指數在棗園始花期至末花期都保持在較高水平,最高值出現在6月上旬盛花期(3.01),6月上旬昆蟲總量677頭,屬于52科,出現較高的多樣性指數。之后在7月上旬至9月下旬處于相對平穩的上升趨勢,至9月下旬再次達到小高峰(2.89)后急劇下降,由于10月昆蟲總個體數為888頭,屬于30科,而蚤蠅科昆蟲428頭和粉虱科昆蟲192頭,總占比69.82%,出現多樣性指數低值1.8。圖2

圖2 哈密地區棗園昆蟲群落多樣性時間動態(2021)

2.3.3 棗園昆蟲群落豐富度時間動態

研究表明,棗園昆蟲群落豐富度指數代表一次調查昆蟲的科級數量。在6月中旬出現首個高峰(53),隨后下降,7月上旬到達低谷(44),7月底至8月出現回升,到8月中旬出現第2個高峰(55),此時昆蟲群落豐富度達到最高值,之后逐漸下降,直至10月上旬昆蟲群落豐富度到達最低值(30)。圖3

圖3 哈密地區棗園昆蟲群落豐富度時間動態(2021)

2.3.4 棗園田昆蟲群落均勻度時間動態

研究表明,哈密地區棗園昆蟲群落均勻度指數的變化趨勢與多樣性指數變化趨勢基本一致,多樣性指數低或高時,均勻度指數也相應的低或高。調查期間均勻度指數出現最高值為5月下旬(0.77),最低值為10月上旬(0.53)。圖4

圖4 哈密地區棗園昆蟲群落均勻度時間動態(2021)

2.3.5 棗園田昆蟲群落優勢集中指數時間動態

研究表明,哈密地區棗園昆蟲群落優勢集中指數在整個調查期間都維持在一個較低水平,除10月上旬以外優勢集中指數均在0.2以下。棗樹生長期內昆蟲種類豐富,在6月上旬優勢集中指數達最低(0.08),在10月上旬優勢集中指數達到最高(0.29),由于10月上旬哈密地區強降雨降溫,導致昆蟲數量及種類急劇下降,共采集888頭昆蟲隸屬于30科,而蚤蠅科和粉虱科昆蟲占比總數量69.82%,使其優勢集中指數發生較大變化。圖5

圖5 哈密地區棗園昆蟲群落優勢集中指數時間動態(2021)

2.4 棗園主要昆蟲類群發生動態

2.4.1 主要害蟲類群發生動態

研究表明,調查地棗園內主要害蟲為半翅目蚜科和粉虱科、纓翅目薊馬科和雙翅目癭蚊科昆蟲。蚜科害蟲在7月上旬出現1次峰值(315頭),在6月中旬至7月中旬蟲口數量較多,8月中旬至10月上旬數量極少,均在10頭以內。粉虱科害蟲在7月下旬首次發現,至9月下旬達到峰值(203頭)。薊馬科害蟲第1次出現小高峰為6月上旬(92頭),第2次高峰為8月中旬(755頭),至10月上旬獲得薊馬科昆蟲僅3頭。癭蚊科害蟲主要以棗葉癭蚊為主,占比癭蚊科昆蟲84.8%。癭蚊科害蟲出現3次峰值,分別為6月中旬,7月上旬,8月上旬,最高的峰值為8月上旬(356頭)。至9月上旬僅獲得1頭癭蚊科害蟲,此后至調查結束再無癭蚊科害蟲出現。圖6

圖6 哈密地區棗園主要害蟲群落發生動態(2021)

2.4.2 主要天敵類群發生動態

研究表明,哈密地區棗園天敵昆蟲主要類群為蚜繭蜂科、赤眼蜂科、纓小蜂科、緣腹細蜂科、姬小蜂科和草蛉科。其中膜翅目寄生性天敵占比膜翅目科級種群70.83%,數量占比93.04%。蚜繭蜂科6月上旬開始出現,僅有1次高峰在7月下旬(774頭),在7月中旬至8月上旬期間的個體數量均大于300頭。赤眼蜂科僅在9月中旬出現1次峰值(613頭),9月中上旬數量占比調查期間赤眼蜂數量59.68%。纓小蜂科個體數量的峰值出現在8月下旬(509頭),在8月下旬至9月中旬期間的數量均大于351頭,其余調查階段天敵數量均小于110頭。緣腹細蜂科在調查期間出現兩次小高峰,第1次為6月中旬(51頭),第2次為9月中旬(154頭)。姬小蜂科在調查期間個體數量出現2次小高峰,第1次為5月下旬(96頭),第2次為8月上旬(58頭)。草蛉科為捕食性天敵,出現3次峰值,分別為6月中旬、8月中旬和10月上旬,最高值為8月中旬(90頭)。圖7

圖7 哈密地區棗園主要天敵群落發生動態(2021)

3 討 論

3.1昆蟲是典型的變溫動物,受氣候環境溫度變化的影響極為顯著[34-35]。研究結果表明,昆蟲群落結構變化與調查采集時間關聯性最大,而不同的調查時間氣候環境變化較為明顯,其中10月上旬隨著哈密地區出現大幅度降雨降溫等環境的變化(9月下旬平均氣溫17.1℃,10月上旬平均氣溫8.4℃。10月上旬有7 d最低溫度小于等于0℃),對該時間段內昆蟲群落變化影響最為明顯。資源植物存在的方式會影響昆蟲群落的構成,如不同間作模式的農作物田地、同一城市不同街道植被類型和轉基因植物對昆蟲群落均存在較大程度的影響。哈密地區由于地理位置和氣候環境的影響導致棗園植被種類單一,園內間作植物和雜草極少,周邊主要農作物大致相同,因此研究調查數據受植被類型的影響較小。由于哈密地區棗園管理模式存在不同程度的差異性,數據分析來源于不同調查樣地昆蟲數量的總和,未研究管理模式的不同對昆蟲群落結構的影響,可在后續研究中重點關注。

3.2蚜繭蜂科和蚜小蜂科作為蚜科害蟲的主要寄生蜂,其種群數量在7月下旬到達峰值,而蚜科害蟲的爆發期為7月上旬;赤眼蜂科和纓小蜂科作為鱗翅目害蟲的主要寄生蜂,其種群數量在8月下旬至9月中旬處于較高水平,而鱗翅目害蟲的爆發集中于7月下旬至8月中旬,其驗證了寄生蜂的跟隨作用和寄生效能。研究作為哈密棗園生物多樣性保護工作的重要組成部分,為今后科學利用生物多樣性對主要害蟲進行監測及綠色防控提供了數據基礎。

3.3馬來氏網誘集昆蟲法具有操作簡單、收集昆蟲標本受損小、可持續收集、外界干擾因素小等優點,已作為近年來研究農田昆蟲群落結構和多樣性的重要使用工具,但同時存在收集昆蟲具有偏向性和鱗翅目昆蟲易受損等問題[18,24,36-37]。因此,在利用馬來氏網誘集昆蟲時,應將每個部位的繩索拉緊,并將中間的黑色阻隔篩網與地面之間無縫隙,保證部分爬行類昆蟲的成功誘集。遇到惡劣天氣后應及時檢查馬來氏網是否受損,各部位繩索是否有松動等情況。其次針對鱗翅目昆蟲收集后標本易受損問題,可以提高換取誘集瓶的頻率,并且在每次換取后第一時間取出鱗翅目昆蟲進行鑒定或另行加以保存。最后由于各種昆蟲收集工具都具有一定的側重性和局限性。如馬來氏網主要通過攔截具有向光性的飛行昆蟲,并引導其向上爬入收集瓶來完成誘集,收集膜翅目和雙翅目昆蟲數量較多,而對其他昆蟲類群的誘集效果就相對弱一些,網掃法主要通過在植物附近揮動使昆蟲受到驚嚇起飛后收集到捕蟲網內。研究采用的2種收集方法對部分鞘翅目類、螨類、蜘蛛類、粉蚧和蚧殼蟲等在植物表面附著能力強或飛行能力較弱的昆蟲收集還存在一定的缺陷,今后對于昆蟲類群的調查、監測時,還應科學地綜合使用不同類別的工具。

4 結 論

調查區域共獲得昆蟲23 898頭,隸屬于9目74科。棗園的主要害蟲有半翅目蚜科和粉虱科、纓翅目薊馬科、雙翅目癭蚊科棗葉癭蚊,以上4類害蟲主要爆發期分別為7月上旬、9月下旬、8月中旬和8月上旬。次要害蟲有雙翅目潛蠅科、半翅目葉蟬科和盲蝽科、鞘翅目鋸谷盜科、鱗翅目卷蛾科和夜蛾科以及纓翅目紋薊馬科,以上7科害蟲主要爆發期分別為8月中旬、7月下旬、5月下旬、9月上旬、8月中旬、8月中旬和8月中旬。主要寄生性天敵為蚜繭蜂科、赤眼蜂科、纓小蜂科、緣腹細蜂科和姬小蜂科,主要的捕食性天敵為草蛉科。主要傳粉昆蟲為膜翅目隧蜂科。新疆哈密地區棗園昆蟲群落多樣性指數、均勻度指數和豐富度指數較高,三者呈一致趨勢,新疆哈密棗園昆蟲群落資源豐富并具有較高穩定性。