新疆哈密地區(qū)棗園昆蟲群落結(jié)構(gòu)及多樣性分析

李凱亮,張振宇,胡紅英

(新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院/新疆生物資源基因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(chǎn)于我國,在亞洲、歐洲和美洲部分地區(qū)有少量栽培[1]。2019年,新疆紅棗種植面積(44.52×104hm2)、產(chǎn)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(qū)之一。保護(hù)生物多樣性是生態(tài)農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的前提[3]。昆蟲作為自然界種類最多的動(dòng)物類群,其種群數(shù)量龐大,分布廣泛,是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[4-5]。因此,摸清哈密棗園昆蟲群落結(jié)構(gòu)和多樣性對(duì)棗園的生態(tài)平衡、害蟲監(jiān)測與防控、昆蟲傳粉、園內(nèi)三級(jí)營養(yǎng)互作關(guān)系研究有重要意義。【前人研究進(jìn)展】近年來對(duì)安徽肥東[6]、寧夏靈武和中寧地區(qū)[7]和陜西榆林[8]等地的棗園昆蟲群落及多樣性進(jìn)行研究,明確了當(dāng)?shù)貤棃@昆蟲群落結(jié)構(gòu)及主要害蟲和天敵類群的發(fā)生動(dòng)態(tài)。對(duì)于同一省份不同棗區(qū)[9-11]、不同棗齡[12]和不同管理模式[13]的棗園昆蟲類群進(jìn)行研究結(jié)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(wǎng)掃法對(duì)和田皮墨墾區(qū)棗園昆蟲群落多樣性進(jìn)行了研究,確定了1種主要害蟲,3種偶發(fā)性害蟲以及2個(gè)優(yōu)勢天敵昆蟲種類。其他有關(guān)于新疆棗園昆蟲的研究傾向于主要害蟲的發(fā)生與防治[15-17]。有關(guān)棗園昆蟲的相關(guān)研究,其調(diào)查方法主要采用網(wǎng)掃法和田間觀察獲取昆蟲標(biāo)本。而馬來氏網(wǎng)作為昆蟲最重要的收集工具之一,可進(jìn)行長時(shí)間定點(diǎn)誘集和調(diào)查,保證昆蟲樣本采集時(shí)間具有連續(xù)性,更有利于分析昆蟲種群隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài),且采集的樣本干凈、雜質(zhì)少。馬來氏網(wǎng)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(diào)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(jù)[18-23]。【本研究切入點(diǎn)】目前,缺乏對(duì)哈密地區(qū)棗園昆蟲群落的系統(tǒng)性調(diào)查,且調(diào)查方法主要通過定期網(wǎng)掃和田間觀察進(jìn)行,調(diào)查對(duì)象集中在主要害蟲的發(fā)生特性研究,而對(duì)于其它昆蟲和天敵類群缺乏連續(xù)性的系統(tǒng)調(diào)查。需統(tǒng)計(jì)分析新疆哈密地區(qū)棗園昆蟲群落結(jié)構(gòu)、昆蟲多樣性狀況以及種群時(shí)序變化。【擬解決的關(guān)鍵問題】以哈密棗園昆蟲群落結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,利用馬來氏網(wǎng)誘集法結(jié)合網(wǎng)掃法進(jìn)行標(biāo)本獲取,系統(tǒng)分析哈密棗園昆蟲多樣性狀況。分析哈密地區(qū)棗園害蟲及天敵昆蟲發(fā)生動(dòng)態(tài),為該地棗園主要害蟲發(fā)生預(yù)報(bào)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(nóng)業(yè)園區(qū)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(diào)查區(qū)域,試驗(yàn)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(jìn)入始花期,6月上旬進(jìn)入盛花期并且開始結(jié)果,6月底進(jìn)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(shí)成熟期(2021年5月至2021年10月)為調(diào)查時(shí)間區(qū)段。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用網(wǎng)掃法和馬來氏網(wǎng)誘集法獲得昆蟲標(biāo)本。網(wǎng)掃法:選用網(wǎng)孔孔徑約為0.5 mm的捕蟲網(wǎng),采用平行取樣法在棗園利用捕蟲網(wǎng)在棗樹四周揮掃,每隔10 d對(duì)3片棗園各網(wǎng)掃1次。將網(wǎng)掃采集的所有標(biāo)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(wǎng)設(shè)立在①號(hào)棗園中心區(qū)域,誘集參照吳瓊等[24]方法,注意馬來氏網(wǎng)中間黑色阻隔篩網(wǎng)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(wǎng)收集瓶內(nèi)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(biāo)本帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行挑揀,運(yùn)用形態(tài)學(xué)分類進(jìn)行物種類群鑒定[25-28],并記錄其相關(guān)的采集信息和數(shù)量等。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 相對(duì)豐盛度(Relative abundance)

相對(duì)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(gè)體總數(shù),Ni為第i個(gè)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(shù)(H′)進(jìn)行表征。

H′=-∑PiLnPi.

(2)

式中,Pi為第i個(gè)科的個(gè)體數(shù)占總數(shù)個(gè)體數(shù)的比例。

1.2.2.3 科級(jí)豐富度(Family richness)

科級(jí)豐富度(S)表示的是昆蟲群落包含的所有科數(shù)。

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(shù),即當(dāng)有S個(gè)科數(shù)時(shí),若科數(shù)種數(shù)量相等,其多樣性指數(shù)值最大。

1.2.2.5 群落生態(tài)優(yōu)勢度(Ecological concentration)

群落生態(tài)優(yōu)勢度分析利用群落優(yōu)勢集中指數(shù)進(jìn)行,以Simpson集中性指數(shù)(C)表示。

C=∑Pi2.

(4)

昆蟲群落數(shù)量,10%以上為優(yōu)勢類群,1%～10%為常見類群,1%以下為稀有類群。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和制表,采用Origin 2022進(jìn)行制圖,運(yùn)用生態(tài)學(xué)分析方法進(jìn)行指標(biāo)測定[29-33]。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗園昆蟲群落結(jié)構(gòu)

研究表明,調(diào)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(shù)的32.43%;雙翅目昆蟲23科,占比總科數(shù)的31.08%;半翅目昆蟲9科,占比總科數(shù)的12.16%;鞘翅目昆蟲7科,占比總科數(shù)的9.46%;鱗翅目昆蟲6科,占比總科數(shù)的8.11%;纓翅目昆蟲2科,占比總科數(shù)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(shù)的1.35%。昆蟲主要以雙翅目和膜翅目昆蟲為主,個(gè)體數(shù)量分別占總體數(shù)量的39.84%和35.97%。膜翅目多樣性指數(shù)最高為2.182,半翅目、鱗翅目、鞘翅目和雙翅目多樣性指數(shù)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(shù)均為0。表1

表1 哈密棗園昆蟲群落組成結(jié)構(gòu)與多樣性

2.2 棗園科級(jí)昆蟲群落結(jié)構(gòu)

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(yōu)勢類群,占膜翅目昆蟲總數(shù)的63.1%,緣腹細(xì)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(xì)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(yōu)勢類群,占雙翅目昆蟲總數(shù)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(yōu)勢類群,占半翅目昆蟲總數(shù)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(yōu)勢類群,占鞘翅目昆蟲總數(shù)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(yōu)勢類群,占鱗翅目昆蟲總數(shù)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(yōu)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(duì)豐盛度(哈密,2021)

2.3 棗園昆蟲群落結(jié)構(gòu)特征值時(shí)間動(dòng)態(tài)

2.3.1 棗園昆蟲群落的豐盛度時(shí)間動(dòng)態(tài)

研究表明,昆蟲豐盛度代表每次調(diào)查所獲取昆蟲的總個(gè)體數(shù)。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(dá)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(shù)量52.47%。8月下旬至9月中旬豐盛度處于相對(duì)平穩(wěn)的水平(2 500～2 700頭)。圖1

圖1 哈密地區(qū)棗園昆蟲群落豐盛度時(shí)間動(dòng)態(tài)(2021)

2.3.2 棗園昆蟲群落多樣性指數(shù)時(shí)間動(dòng)態(tài)

研究表明,昆蟲群落多樣性指數(shù)在棗園始花期至末花期都保持在較高水平,最高值出現(xiàn)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(xiàn)較高的多樣性指數(shù)。之后在7月上旬至9月下旬處于相對(duì)平穩(wěn)的上升趨勢,至9月下旬再次達(dá)到小高峰(2.89)后急劇下降,由于10月昆蟲總個(gè)體數(shù)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(xiàn)多樣性指數(shù)低值1.8。圖2

圖2 哈密地區(qū)棗園昆蟲群落多樣性時(shí)間動(dòng)態(tài)(2021)

2.3.3 棗園昆蟲群落豐富度時(shí)間動(dòng)態(tài)

研究表明,棗園昆蟲群落豐富度指數(shù)代表一次調(diào)查昆蟲的科級(jí)數(shù)量。在6月中旬出現(xiàn)首個(gè)高峰(53),隨后下降,7月上旬到達(dá)低谷(44),7月底至8月出現(xiàn)回升,到8月中旬出現(xiàn)第2個(gè)高峰(55),此時(shí)昆蟲群落豐富度達(dá)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(dá)最低值(30)。圖3

圖3 哈密地區(qū)棗園昆蟲群落豐富度時(shí)間動(dòng)態(tài)(2021)

2.3.4 棗園田昆蟲群落均勻度時(shí)間動(dòng)態(tài)

研究表明,哈密地區(qū)棗園昆蟲群落均勻度指數(shù)的變化趨勢與多樣性指數(shù)變化趨勢基本一致,多樣性指數(shù)低或高時(shí),均勻度指數(shù)也相應(yīng)的低或高。調(diào)查期間均勻度指數(shù)出現(xiàn)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(qū)棗園昆蟲群落均勻度時(shí)間動(dòng)態(tài)(2021)

2.3.5 棗園田昆蟲群落優(yōu)勢集中指數(shù)時(shí)間動(dòng)態(tài)

研究表明,哈密地區(qū)棗園昆蟲群落優(yōu)勢集中指數(shù)在整個(gè)調(diào)查期間都維持在一個(gè)較低水平,除10月上旬以外優(yōu)勢集中指數(shù)均在0.2以下。棗樹生長期內(nèi)昆蟲種類豐富,在6月上旬優(yōu)勢集中指數(shù)達(dá)最低(0.08),在10月上旬優(yōu)勢集中指數(shù)達(dá)到最高(0.29),由于10月上旬哈密地區(qū)強(qiáng)降雨降溫,導(dǎo)致昆蟲數(shù)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(shù)量69.82%,使其優(yōu)勢集中指數(shù)發(fā)生較大變化。圖5

圖5 哈密地區(qū)棗園昆蟲群落優(yōu)勢集中指數(shù)時(shí)間動(dòng)態(tài)(2021)

2.4 棗園主要昆蟲類群發(fā)生動(dòng)態(tài)

2.4.1 主要害蟲類群發(fā)生動(dòng)態(tài)

研究表明,調(diào)查地棗園內(nèi)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(xiàn)1次峰值(315頭),在6月中旬至7月中旬蟲口數(shù)量較多,8月中旬至10月上旬?dāng)?shù)量極少,均在10頭以內(nèi)。粉虱科害蟲在7月下旬首次發(fā)現(xiàn),至9月下旬達(dá)到峰值(203頭)。薊馬科害蟲第1次出現(xiàn)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(xiàn)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(diào)查結(jié)束再無癭蚊科害蟲出現(xiàn)。圖6

圖6 哈密地區(qū)棗園主要害蟲群落發(fā)生動(dòng)態(tài)(2021)

2.4.2 主要天敵類群發(fā)生動(dòng)態(tài)

研究表明,哈密地區(qū)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(xì)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(jí)種群70.83%,數(shù)量占比93.04%。蚜繭蜂科6月上旬開始出現(xiàn),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(gè)體數(shù)量均大于300頭。赤眼蜂科僅在9月中旬出現(xiàn)1次峰值(613頭),9月中上旬?dāng)?shù)量占比調(diào)查期間赤眼蜂數(shù)量59.68%。纓小蜂科個(gè)體數(shù)量的峰值出現(xiàn)在8月下旬(509頭),在8月下旬至9月中旬期間的數(shù)量均大于351頭,其余調(diào)查階段天敵數(shù)量均小于110頭。緣腹細(xì)蜂科在調(diào)查期間出現(xiàn)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(diào)查期間個(gè)體數(shù)量出現(xiàn)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(xiàn)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(qū)棗園主要天敵群落發(fā)生動(dòng)態(tài)(2021)

3 討 論

3.1昆蟲是典型的變溫動(dòng)物,受氣候環(huán)境溫度變化的影響極為顯著[34-35]。研究結(jié)果表明,昆蟲群落結(jié)構(gòu)變化與調(diào)查采集時(shí)間關(guān)聯(lián)性最大,而不同的調(diào)查時(shí)間氣候環(huán)境變化較為明顯,其中10月上旬隨著哈密地區(qū)出現(xiàn)大幅度降雨降溫等環(huán)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(duì)該時(shí)間段內(nèi)昆蟲群落變化影響最為明顯。資源植物存在的方式會(huì)影響昆蟲群落的構(gòu)成,如不同間作模式的農(nóng)作物田地、同一城市不同街道植被類型和轉(zhuǎn)基因植物對(duì)昆蟲群落均存在較大程度的影響。哈密地區(qū)由于地理位置和氣候環(huán)境的影響導(dǎo)致棗園植被種類單一,園內(nèi)間作植物和雜草極少,周邊主要農(nóng)作物大致相同,因此研究調(diào)查數(shù)據(jù)受植被類型的影響較小。由于哈密地區(qū)棗園管理模式存在不同程度的差異性,數(shù)據(jù)分析來源于不同調(diào)查樣地昆蟲數(shù)量的總和,未研究管理模式的不同對(duì)昆蟲群落結(jié)構(gòu)的影響,可在后續(xù)研究中重點(diǎn)關(guān)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(shù)量在7月下旬到達(dá)峰值,而蚜科害蟲的爆發(fā)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(shù)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(fā)集中于7月下旬至8月中旬,其驗(yàn)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(hù)工作的重要組成部分,為今后科學(xué)利用生物多樣性對(duì)主要害蟲進(jìn)行監(jiān)測及綠色防控提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.3馬來氏網(wǎng)誘集昆蟲法具有操作簡單、收集昆蟲標(biāo)本受損小、可持續(xù)收集、外界干擾因素小等優(yōu)點(diǎn),已作為近年來研究農(nóng)田昆蟲群落結(jié)構(gòu)和多樣性的重要使用工具,但同時(shí)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(wǎng)誘集昆蟲時(shí),應(yīng)將每個(gè)部位的繩索拉緊,并將中間的黑色阻隔篩網(wǎng)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(yīng)及時(shí)檢查馬來氏網(wǎng)是否受損,各部位繩索是否有松動(dòng)等情況。其次針對(duì)鱗翅目昆蟲收集后標(biāo)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(shí)間取出鱗翅目昆蟲進(jìn)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(cè)重性和局限性。如馬來氏網(wǎng)主要通過攔截具有向光性的飛行昆蟲,并引導(dǎo)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(shù)量較多,而對(duì)其他昆蟲類群的誘集效果就相對(duì)弱一些,網(wǎng)掃法主要通過在植物附近揮動(dòng)使昆蟲受到驚嚇起飛后收集到捕蟲網(wǎng)內(nèi)。研究采用的2種收集方法對(duì)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(qiáng)或飛行能力較弱的昆蟲收集還存在一定的缺陷,今后對(duì)于昆蟲類群的調(diào)查、監(jiān)測時(shí),還應(yīng)科學(xué)地綜合使用不同類別的工具。

4 結(jié) 論

調(diào)查區(qū)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(fā)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(fā)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(xì)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(qū)棗園昆蟲群落多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)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(wěn)定性。