沙芥田节肢动物群落多样性分析

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  摘要
  为了解沙芥田节肢动物群落的结构组成及其多样性,于2013年5月至2013年8月采用目测法和网捕法对沙芥田节肢动物群落进行了系统研究。记录了该田节肢动物共10目44科74种,共计4 080号。其中半翅目和鳞翅目个体数量较多,占个体总数的70%以上,膜翅目和双翅目的丰富度较高。沙芥田节肢动物季节动态变化和多样性指数的变化说明,6月节肢动物个体数量和物种数最多,8月多样性指数和均匀度最大。将沙芥田节肢动物划分为不同的功能集团,并对其进行了多样性分析,结果表明,天敌集团在时间上的多样性指数较高,而害虫集团的个体数量在沙芥生长期各阶段均比其他集团高。其中,小菜蛾、黄曲条跳甲、桃蚜、萝卜蚜和甘蓝蚜为沙芥田的主要害虫,并在不同时期分别成为该田的优势种。本研究对了解沙芥田生态系统以及沙芥田害虫的综合治理具有重要作用。
  关键词
  沙芥田;节肢动物群落;功能集团;季节动态;多样性
  中图分类号:
  Q 145,Q 968.1
  文献标识码:A
  DOI:10.3969/j.issn.05291542.2015.04.007
  沙芥[Pugionium cornutum(Linn.)Gaertn.]为二年生草本植物,是十字花科沙芥属的模式种,也是我国的特有种[1]。由于沙芥主根深长,侧根密集,耐干耐旱,适合在沙坡上生长,其主要分布于我国宁夏、甘肃、内蒙古、陕西等地。沙芥又名沙盖、山萝卜、山羊沙芥,具有较高的营养价值、药用价值、生态保护作用和饲用价值,已逐渐引起人们的重视[25]。目前对沙芥的研究甚少,仅对其种植有所报道[68],李金莲与徐世才等初步研究了沙芥的主要虫害[910]。沙芥田节肢动物群落组成以及节肢动物多样性的保护和利用方面却未曾报道。我国已经对稻田、桃园、大白菜田等节肢动物群落进行了较全面的研究[1115]。节肢动物群落的结构组成及其多样性直接影响到沙芥大规模种植的效果,并对害虫防治方面有着重要意义。本研究以榆林市神木县乔岔滩乡沙芥田节肢动物作为研究对象,分析其群落组成、季节变化及多样性,对沙芥大规模的开发和利用有推动作用。
  1材料与方法
  1.1试验地概况
  试验地设在原味山野蔬菜食品公司沙芥种植基地,位于榆林市神木县乔岔滩乡。神木县处于陕西省的北端,约在北纬38°13′至39°27′、东经109°40′至110°54′之间,其中51%是风沙草滩区,地势平坦,49%是黄土高原丘陵沟壑区。试验地为半沙质土壤,选取面积667 m2的试验地(东临小路,其他三面种植马铃薯)由原味山野蔬菜食品公司工人管理,施用农家肥500~1 000 kg/667 m2作为基肥,后期不需再追肥,并拉线起高垄,垄高20~25 cm,垄面宽50 cm,垄与垄间距40 cm,4月18日采取破膜穴播的播种方式,每穴留苗2株,保苗14 000株/667 m2左右,其他农事活动正常。
  1.2调查方法
  采用棋盘式取样法,选取1 m×1 m为一个样方,每次调查5个样方。用扫网法(每样地扫网50网,左右扫一次为一网)将样地中上方和具有飞行能力的昆虫捕入网内,再用目测法对网内及未捕入的大中型昆虫进行观察统计。对于个体微小的种类抽样调查,在每个样方内随机取1片叶子,共取5片叶片带回实验室镜检计数。取样时间从2013年5月2日至2013年8月20日,每10 d调查1次,共调查12次。依据国内相关专著进行鉴定,部分样本递交国内相关专家鉴定。常见和重要种类鉴定到种,其他的鉴定到科。
  1.3数据分析
  采取以下参数进行多样性分析[1617]:
  调查采集系统群落的动物总个体数用N表示,群落的丰富度用群落中包含的物种数S表示;
  ShannonWiener 多样性指数:H′=-∑PilnPi;Pi为群落中第i物种个体数占总个体数的比例;
  均匀性指数:E=H′/H′max=H′/lnS; S为群落中的物种数,H′为ShannonWiener 多样性指数;
  优势集中性指数:C=∑P2i=∑(Ni/N)2;Ni为每个科的个体数;
  优势度指数:D=Nmax/N;Nmax为优势种群数量。
  利用Excel作图,后续分析均采用SPSS数据处理软件进行
  2结果与分析
  2.1沙芥田节肢动物群落组成及数量
  共采集标本4 080号,包括节肢动物74种,分属10目44科,见表1。其中,害虫集团为17科27种3 540号标本,占捕获总数的86.76%;天敌集团为22科41种445号标本,占10.91%;中性集团节肢动物5科6种95号标本,占捕获总数的2.33%。
  按个体数量排序,半翅目(Hemiptera)、鳞翅目(Lepidoptera)、鞘翅目(Coleoptera)个体数量分别占捕获总个体数的65.56%、13.14%、8.19%,共计86.89%,是沙芥田的优势类群。蜘蛛目(Araneae)、双翅目(Diptera)、膜翅目(Hymenoptera)、直翅目(Orthoptera)和蜻蜓目(Odonata)分别占总捕获量的3.75%、3.65%、2.84%、1.18%、0.83%,属于常见类群。其余的缨翅目(Thysanoptera)及螳螂目(Mantodea)为稀有类群,个体数量合计仅占总捕获量的0.86%。
  按节肢动物物种数排序,膜翅目(Hymenoptera)、双翅目(Diptera)、半翅目(Hemiptera)、鞘翅目(Coleoptera)、蜘蛛目(Araneae)及直翅目(Orthoptera)的种类最多,分别占总物种量的14.86%、14.86%、13.51%、13.51%、13.51%和12.17%;其次为鳞翅目(Lepidoptera)和蜻蜓目(Odonata),分别占8.11%和5.41%;物种数量最少的是螳螂目和缨翅目,分别占总物种量的2.70%和1.35%。   从科级水平来看,其中4科的个体数最多,为优势科,分别是菜蛾科(Plutellidae)、叶甲科(Chrysomelidae)、蝽科(Pentatomidae)和蚜科(Aphididae),优势科共有标本3 324号,占标本总数的81.47%;其中,蚜科最多,占标本总数59.07%。常见类群为粉蝶科(Pieridae)、蝗科(Acrididae)、叶蝉科(Cicadellidae)等17科520种,占标本总数的12.75%。其余21科236种为少见类群,占标本总数的5.78%。
  沙芥田节肢动物群落功能团的组成见图1,无论是科级水平与种级水平上,还是个体水平上,沙芥田节肢动物群落中害虫集团与天敌集团明显多于中性集团,尤其害虫集团的个体数达到总个体数的80%以上,处于优势地位。这类昆虫可以为更高级营养层生物提供丰富的食物资源,因此在生态系统食物网中占有重要的地位。其次是天敌,其个体数占总个体数的10%左右,虽然其个体数较少,但其在生态系统中发挥着十分重要的作用,能在一定程度上抑制害虫的发生。中性集团个体数量相较害虫集团与天敌集团来说最小。天敌集团在种数和科数上略高于害虫集团,分别占总物种数和总科数的55%和50%左右。害虫集团的物种数和科数占总物种数和总科数的36%和38%左右。
  2.2沙芥田节肢动物群落的季节动态
  对沙芥田不同时期节肢动物群落的个体数(N)、丰富度(S)、多样性指数(H′)、均匀度(E)进行调查统计,见表2。
  沙芥田节肢动物群落个体数量呈先增加后减少的趋势,在6月出现高峰,出现这一结果与该时期蚜虫大暴发有关。沙芥田节肢动物群落的物种丰富度、多样性指数和均匀度都有上升趋势。其中,多样性指数和均匀度都于8月初达到顶峰,物种丰富度在7月达到顶峰并趋于平稳,这应与该时期的植被比较丰富有关。多样性指数与均匀度的变化基本一致,5月上旬与中旬多样性指数和均匀度较大,由于这一时期物种丰富度较小且个体数较少;5月下旬多样性指数及均匀度急剧降低,这与该时期蚜虫大暴发有关。随后,随着膜翅目、鞘翅目、蜘蛛目等天敌集团数量的逐渐增加,多样性指数和均匀度也相应增大。
  2.3沙芥田不同功能团节肢动物群落多样性指数及季节动态
  2.3.1沙芥田不同功能团节肢动物群落多样性指数
  经统计调查将不同功能团的多样性参数列于表3。天敌集团的多样性指数H′高,其次为害虫集团。中性集团的均匀度E较高,其次为天敌集团。害虫集团的优势集中性指数C和优势度D较高,优势明显,天敌的优势集中性指数C和优势度D较低。与害虫类群相比较,尽管天敌集团具有较高的丰富度S和多样性指数H′,但数量较高的害虫集团仍为该群落的优势类群,由此可见,群落的优势类群与类群的丰富度或者多样性指数并非正相关,而与类群的个体数量相关。中性集团中的双翅目占明显优势,所以该类群的均匀度E和优势集中性指数C较高。
  2.3.2沙芥田节肢动物群落各功能团的季节动态
  沙芥田节肢动物群落各功能团个体数量季节动态见图2。不同功能团的个体数随时间的变化较一致。天敌集团的变化趋势随着害虫集团和中性集团的增加而增加。由图2可见,害虫集团的个体数量远远高于天敌集团与中性集团。5月下旬到6月,害虫集团数量达到顶峰,天敌集团数量随之增加,直至7月,由于天敌集团数量的增加,害虫集团个体数量开始下降,中性集团个体数呈下降趋势。由此可以看出,天敌集团对害虫集团的昆虫数量有较强的控制作用。中性集团个体数量呈锯齿形变化,但整体趋势仍受天敌集团数量的影响。在沙芥生长初期,中性集团数量相对较多,为天敌集团的入侵起着重要的作用。
  沙芥田节肢动物群落各功能团多样性指数季节动态见图3。天敌集团多样性指数较高,随季节波动较明显,在沙芥生长初期,天敌集团多样性急剧增加,这与该时期害虫集团数量迅速增加有关。害虫集团多样性指数比较稳定,波动幅度不大。中性集团在7月份以前多样性指数比较稳定,7月份以后多样性变化较明显,这与天敌集团数量在该时期达到峰值且害虫集团数量减少有关。
  2.4沙芥田主要害虫和天敌的季节消长动态
  经统计调查,沙芥田主要害虫消长情况见图4。小菜蛾(Plutella xylostella)、黄曲条跳甲(Phyllotreta striolata)、桃蚜(Myzus persicae)、萝卜蚜(Lipaphis erysimi)和甘蓝蚜(Brevicoryne brassicae)的种群数量较大,是沙芥田的主要害虫。桃蚜、萝卜蚜和甘蓝蚜的种群数量从沙芥生长初期到成熟期比较高,桃蚜和萝卜蚜的种群数量分别在6月上旬和6月下旬达到峰值,甘蓝蚜种群数量在6月中旬达到峰值。到沙芥生长后期,蚜虫数量缓慢下降,小菜蛾的种群数量变化趋势与蚜虫相似,也呈下降趋势,但从7月初开始,它的数量明显下降,这与此时气温升高密切相关,此时不利于小菜蛾的生长。黄曲条跳甲在沙芥生长初期数量较少,随着时间推延其种群数量逐渐增加,到8月初达到高峰,成为沙芥田优势害虫。
  由沙芥田主要害虫季节消长动态可以看出:桃蚜、萝卜蚜、小菜蛾和甘蓝蚜为沙芥生长初期的优势害虫;萝卜蚜、桃蚜、小菜蛾和黄曲条跳甲为中期的优势害虫;黄曲条跳甲、萝卜蚜、桃蚜为后期的优势害虫。虽然蚜虫的数量较高,但由于其个体小,且取食量较少,所以从危害程度上看,小菜蛾为沙芥生长初期及中期的优势害虫,黄曲条跳甲为沙芥生长中期和后期的优势害虫。
  沙芥田主要天敌消长情况见图5,小菜蛾绒茧(Cotesia plutellae)、蚂蚁、拟水狼蛛(Pirata subparaticus)、七星瓢虫(Coccinella septempunctata)和草间钻头蛛(Hylyphantes graminicola)的种群数量较大,为沙芥田的主要天敌。拟水狼蛛、蚂蚁和小菜蛾绒茧蜂的种群数量随时间的推延逐渐增加,7月达到高峰由图可以看出,七星瓢虫和小菜蛾绒茧蜂的波动比较明显,但在沙芥的整个生长期中,七星瓢虫与小菜蛾绒茧蜂的个体数量远远高于拟水狼蛛、蚂蚁和草间钻头蛛的数量,这是由于受到害虫种类和数量变化的影响,表现出明显的伴随关系。   由沙芥田主要天敌消长动态可以看出:草间钻头蛛和七星瓢虫为沙芥生长初期的主要天敌;小菜蛾绒茧蜂、蚂蚁、拟水狼蛛、七星瓢虫和草间钻头蛛均为沙芥生长中后期的主要天敌。
  3结果与讨论
  沙芥田节肢动物群落种类组成非常丰富,共包括10目44科74种,根据郝树广等人的方法将沙芥田节肢动物群落在结构上分为不同的营养层、功能团和类群[18]。结果表明:害虫集团在数量上占绝对优势,其中以半翅目、鳞翅目和鞘翅目为主,如小菜蛾、黄曲条跳甲、桃蚜、萝卜蚜和甘蓝蚜为沙芥田的主要害虫;天敌集团主要以鞘翅目、膜翅目和蜘蛛目为主,如小菜蛾绒茧蜂、蚂蚁、拟水狼蛛、七星瓢虫和草间钻头蛛为沙芥田的主要天敌;中性集团几乎全部为双翅目,如绿头丽蝇、家蝇、蚊子等。
  就多样性指数而言,天敌集团的多样性指数较大,这一调查结果表明,个体数量较多的类群不一定就比数量相对较少的类群有更大的多样性,这一研究结果与王建芳等对宁夏水洞沟湿地昆虫群落多样性分析与评价时的观点一致[19]。所以,在沙芥田害虫防治方面,应注重天敌多样性的保护利用,以免天敌多样性下降引起害虫集团数量增加,从而影响沙芥的生长。
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  (责任编辑:田喆)
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