海南稻田水生昆蟲生物多樣性研究

周 霞,譚燕華,伍蘇然,楊小亮,唐繼宏,霍姍姍,郭安平

(海南省南繁生物安全與分子育種重點實驗室,中國熱帶農業科學院三亞研究院,海南三亞 572024)

稻田中不僅水面上部水稻植株部分有節肢動物群落,水體中也有豐富的水生昆蟲群落(賈鳳龍等,2002;白耀宇等,2006;桂芳艷等,2015)。水生昆蟲在生態系統中有重要作用。因其水生,遷移能力弱,對環境質量要求高,所以水生昆蟲越來越多地被用作環境質量及其變化的指標生物(Carleetal., 1979;Castellaetal.,1987;Samwaysetal.,1996,2010;Butleretal.,2007;彭士濤等,2014)。

海南省地處亞熱帶和熱帶地區,是我國環境保護最好的地區之一,其熱帶地區的三亞、陵水和樂東是我國主要的南繁育種區。有文獻記載海南稻田中也有多種常見水生昆蟲(韋庚武等,2015;周霞等,2018)。水稻是海南最主要糧食作物,稻田面積為23.89萬hm2(唐清杰等,2015;2018)。南繁區稻田農藥使用次數遠遠高于非南繁區的每季2次(苗期和開花前期),化肥使用也超過非南繁區。南繁區重金屬污染也比非南繁區嚴重(李福燕等,2010)。因為耕作制度改變和農藥化肥過量使用可能會改變當地環境,影響稻田包括水生昆蟲在內的節肢動物群落(Pintoetal.,2012)。因此,明確海南稻田水生昆蟲種類和數量,水生昆蟲種群是否在水稻不同生長期穩定存在,評價海南因為土地使用的改變(例如南繁)對水生昆蟲群落產生的影響是非常重要的。

本研究選擇在5個南繁區和5個非南繁區稻田水生昆蟲種類調查的基礎上,重點研究了南繁區三亞市和非南繁區文昌市稻田各個生長期水生昆蟲成蟲的種類、數量和種群變化情況。可以為在海南南繁區進行南繁對稻田水生昆蟲種群的長期影響監測提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

2021年4月3-8日和6月1-5日在海南水稻第一季和第二季種植期間,分別在南繁區三亞市崖州南濱農場、三亞中廖村中棉所基地、三亞南繁科學技術研究院基地、陵水華中農大南繁基地、樂東縣黃流鎮赤龍村、非南繁區海口市演豐鎮演西村、文昌市三江鎮崑山村、瓊海市中原鎮鳳樓村、澄邁縣金江鎮大塘村、五指山市水滿鄉什滿村進行水生昆蟲種類調查,每地選擇3塊以上稻田,水稻生長期不限定。

2021年在三亞市崖城鎮獨村和非南繁區文昌市新橋鎮平湖村選取地勢低、以河流為水源的稻田(成熟期大部分時間田間也有水),進行不同生長期水生昆蟲種群調查。文昌的稻田施用了2次化學農藥,三亞的稻田施用了3次化學農藥,都施用一次肥料。每個調查地點有3次重復,即3個小區。小區面積400 m2(長20 m,寬20 m)。當地播種時間為2021年2月,田間移栽時間為播種1個月后。

1.2 方法

1.2.1調查方法

2021年4月3-8日和6月1-5日在海南10縣市的稻田水生昆蟲種類調查,每一地選擇3塊稻田進行調查,每塊稻田調查5點,每點調查1 m2(20叢)。捕捉到的水生昆蟲裝到封口透明塑料袋內,帶回室內進行整理和分類鑒定。

南繁區三亞市崖城鎮南濱農場和非南繁區文昌市新橋鎮平湖村在苗期(3月1-3日)、分蘗期(3月10-12日)、花期(4月11-13日)和成熟期(4月19-22日)各調查1次。每次調查時,參照劉雨芳(2015)的方法每處調查5點,每點 1 m2。捕捉到的水生昆蟲裝到封口透明塑料袋內,帶回室內進行分類鑒定和數量記錄。

1.2.2指標計算

計算相關生態學指標:物種多樣性指數H′、均勻性指數J、優勢度指數D、優勢集中性指數C、群落相似系數Cs。計算公式如下:

H′=-∑Piln(Pi),Pi為第i個種在全體物種中的重要性比例,ni為第i個種的個體數量,N為總個體數量,Pi=ni/N。

J=H′/lnS,S為物種總數。

D=(Nmax/N)×100%,Nmax為數量最優勢種個體數量,N為總個體數。

C=∑Pi2

1.3 數據處理

采用SPSS 16.0軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 海南南繁區和非南繁區稻田水生昆蟲成蟲種類

通過2021年兩季初步調查,在南繁區和非南繁區稻田生態系統中共捕捉到4目10科29種水生昆蟲(表1),雙翅目搖蚊科3類、水蠅科1種、蚊科3類,半翅目有仰蝽科2種,劃蝽科2種,黽蝽科1種,蝎蝽科1種,鞘翅目有龍虱科2種和水龜蟲科4種,蜻蜓目包括蟌科4種和蜻科7種(王俊才等,2011;張浩淼,2012)。其中雙翅目和蜻蜓目水中生活的是幼蟲(稚蟲),半翅目和鞘翅目包括幼蟲(若蟲)和成蟲。中性種類只有9種,雙翅目搖蚊科3類、水蠅科1種、蚊科3類,半翅目劃蝽科2種,占比31%;捕食性種類20種,包括鞘翅目、蜻蜓目和半翅目的大部分種類,所有水生昆蟲種類中占比69%。

2.2 三亞和文昌稻田水生昆蟲種類和優勢度分析

在三亞、文昌稻田生態系統中共捕捉到4目10科20種(表2),雙翅目搖蚊科3類、水蠅科1種、蚊科2類,半翅目有仰蝽科1種,劃蝽科1種,黽蝽科1種,蝎蝽科1種,鞘翅目有龍虱科1種和水龜蟲科2種,蜻蜓目包括蟌科4種和蜻科3種(王俊才等,2011;張浩淼,2012)。中性種類只有7種,雙翅目搖蚊科3類、水蠅科1種、蚊科2類,劃蝽科1種,占比35%;捕食性種類13種,所有水生昆蟲種類中占比65%。

表2 2021年三亞和文昌稻田水生昆蟲的的種類和優勢度

水生昆蟲群落在海南地區三亞和文昌水稻不同生長期都穩定存在(表2)。按優勢度10%≤D、5%≤D<10%、1%≤D<5%(劉雨芳等,2005)分別將物種稱為群落的優勢種、豐盛種、常見種。普小仰蝽在三亞和文昌各個生長期都是優勢種。

2.3 文昌和三亞水生昆蟲成蟲群落指數分析

三亞和文昌二者共有物種18種(類),群落物種相似度為0.944,優勢種相似度為1.000。

三亞水生昆蟲多樣性指數為2.384～2.581,均勻性指數為0.725～0.924,優勢集中性指數為0.092～0.123;文昌水生昆蟲多樣性指數為2.100～2.354,均勻性指數為0.726～0.899,優勢集中性指數為0.105～0.137(表3)。

表3 文昌和三亞水生昆蟲群落結構參數

2.4 文昌和三亞稻田不同生長期水生昆蟲種類和數量分析

文昌和三亞稻田水生昆蟲種類最少的時期都是水稻成熟期,分別為17種和15種;文昌稻田種類最多的時期為分蘗期,為19種,而三亞稻田苗期、分蘗期和花期都是16種(圖1)。

圖1 2021年三亞(a)和文昌(b)稻田水生昆蟲的的種類和數量

文昌和三亞稻田水生昆蟲數量變化有相同趨勢,水生昆蟲數量最少的時期為水稻成熟期,分別為13±0.3和12.7±0.7;數量最多的時期為分蘗期,分別為29.7±0.7和33.3±1.0(圖1)。

3 結論與討論

水生昆蟲水生,很多是幼蟲(若蟲),離開水體無法生存,水質影響其種類和數量。現在水生昆蟲中的搖蚊類、半翅目水生蝽和蜻蜓目稚蟲和成蟲已被用作環境質量綜合評價及污染程度評價的指標生物(彭士濤等,2014)。有關水生昆蟲在溫帶和熱帶地區不同地區發生情況的研究很多。人類活動導致水生昆蟲的物種變化是主要研究內容之一。造成水生昆蟲種類下降的原因往往是使用土地方式的變化、污染或其它各種人類活動(Akifumietal.,2010;Pintoetal.,2012;Duetal.,2018;Samueletal.,2018)。影響農田環境水生昆蟲種類和數目的原因是多方面的,如有機污染、生境退化和殺蟲劑的大量使用等(李金國等,2005;Norbertetal.,2005)。毒死蜱對于搖蚊等6種水生節肢動物均屬于劇毒(徐吉洋等,2014)。重金屬也會影響水生雙翅目昆蟲的種群和個體數量的變化(薛建等,2008)。

我國亞熱帶的湖北省、廣東省和四川省稻田也有水生昆蟲發生的研究報道(賈鳳龍等,2002:白耀宇等,2006;桂芳艷等,2015)。但對其在水稻不同時期群落發展的研究還不多。水生中性昆蟲攝取水體中的植物碎屑等有機物質,同時本身也是捕食性水生昆蟲的食物。稻田中的有機物的碎屑、中性水生昆蟲和捕食性水生昆蟲組成稻田水體中的食物鏈,其群落組成對稻田生態系統中的生物多樣性、能量流動及營養循環起著重要作用(彭士濤等,2014),因此,對海南稻田水生昆蟲群落結構組成和變化的研究非常重要。

2021年調查結果表明,與華中地區和華南地區稻田相同,海南省稻田水生昆蟲包括蜻蜓目稚蟲、半翅目和鞘翅目水生種類、雙翅目幼蟲等。海南省稻田中水生昆蟲共有29種,與華中地區和華南地區的種類有很大不同(賈鳳龍等,2002;白耀宇等,2006;桂芳艷等,2015)。其中幼蟲(若蟲或稚蟲)絕大多數種類為海南省稻田常見種的幼蟲(若蟲或稚蟲)(周霞等,2018)。其中捕食性種類20種,中性種類只有9種。

本研究選擇在三亞和文昌地勢低洼的稻田進行實驗,水稻成熟期大部分時間稻田仍然有水。所以稻田有水的條件下,水生昆蟲在海南南繁區三亞和非南繁區文昌兩地水稻不同生長期都可以穩定存在,兩地共捕捉到4目10科20種。數量為12.7±0.72～33.3±0.3頭/m2。水生昆蟲群落多樣性指數為2.100～2.581,均勻性指數為0.726～0.924,優勢集中性指數為0.092～0.137。二者共有物種18種,群落物種相似度為0.944,優勢種相似度為1.000。

三亞和文昌稻田各生長期水生昆蟲種類變化不大,每生長期種類為16～19種。因為各種水生昆蟲成蟲在苗期就到水中產卵或生活。其中中性水生昆蟲在稻田早期數量多,隨著捕食性水生昆蟲數量的增加,中性水生昆蟲數量降低。

海南稻田捕食性水生昆蟲種類多,體型比中性水生昆蟲大,取食量也很大。三亞和文昌的調查結果顯示,捕食性種類數量在整個生長期都比較多,其中普小仰蝽在整個生長期都是優勢種。

海南南部的南繁區稻田農藥使用次數遠遠高于非南繁區的每季2次,為了提高制種的產量,化肥使用也超過非南繁區。南繁區重金屬污染也非南繁區嚴重(李福燕等,2010)。本研究顯示雖然非南繁區的文昌的稻田使用了2次化學農藥,南繁區的三亞的稻田使用了3次化學農藥,三亞和文昌稻田水生昆蟲群落的物種組成與結構、群落的多樣性、優勢種的組成以及群落均勻性沒有顯著的差別。但在海南10地的調查中發現截斑脈蜻稚蟲和真龍虱在非南繁區稻田水體存在,而在南繁區沒有發現,文獻顯示它們喜歡棲息在沼澤等受人工影響比較少的地方(韋庚武等,2015),具體與南繁帶來的稻田哪種影響因子有關有待進一步研究。

本研究證明水生昆蟲在海南稻田不同生長期都有水情況下穩定存在,其群落組成和數量在不同生長期有一定的變化規律。稻田環境變化和污染通過食物鏈可能影響水生昆蟲種類,所以對海南稻田水生昆蟲群落的監測和水生昆蟲種群變化機理有待進一步的研究。