新疆哈密地区枣园昆虫群落结构及多样性分析

李凯亮,张振宇,胡红英

(新疆大学生命科学与技术学院/新疆生物资源基因工程重点实验室,乌鲁木齐 830017)

0 引 言

【研究意义】枣属于鼠李科枣属植物,原产于我国,在亚洲、欧洲和美洲部分地区有少量栽培[1]。2019年,新疆红枣种植面积(44.52×104hm2)、产量(372.77×104t)列全国第一[2]。哈密属典型温带大陆性干旱气候,是新疆红枣主要种植区之一。保护生物多样性是生态农业与农业可持续性发展的前提[3]。昆虫作为自然界种类最多的动物类群,其种群数量庞大,分布广泛,是农业生态系统的重要组成部分[4-5]。因此,摸清哈密枣园昆虫群落结构和多样性对枣园的生态平衡、害虫监测与防控、昆虫传粉、园内三级营养互作关系研究有重要意义。【前人研究进展】近年来对安徽肥东[6]、宁夏灵武和中宁地区[7]和陕西榆林[8]等地的枣园昆虫群落及多样性进行研究,明确了当地枣园昆虫群落结构及主要害虫和天敌类群的发生动态。对于同一省份不同枣区[9-11]、不同枣龄[12]和不同管理模式[13]的枣园昆虫类群进行研究结果表明,其昆虫群落均存在一定的差异。季春辉等[14]在2007～2008年间采用田间观察和昆虫网扫法对和田皮墨垦区枣园昆虫群落多样性进行了研究,确定了1种主要害虫,3种偶发性害虫以及2个优势天敌昆虫种类。其他有关于新疆枣园昆虫的研究倾向于主要害虫的发生与防治[15-17]。有关枣园昆虫的相关研究,其调查方法主要采用网扫法和田间观察获取昆虫标本。而马来氏网作为昆虫最重要的收集工具之一,可进行长时间定点诱集和调查,保证昆虫样本采集时间具有连续性,更有利于分析昆虫种群随时间变化的动态,且采集的样本干净、杂质少。马来氏网采样法在丹参田、花生田和向日葵田等作物田地昆虫群落和多样性调查方面研究分析,为害虫的综合防治和天敌的合理利用提供了依据[18-23]。【本研究切入点】目前,缺乏对哈密地区枣园昆虫群落的系统性调查,且调查方法主要通过定期网扫和田间观察进行,调查对象集中在主要害虫的发生特性研究,而对于其它昆虫和天敌类群缺乏连续性的系统调查。需统计分析新疆哈密地区枣园昆虫群落结构、昆虫多样性状况以及种群时序变化。【拟解决的关键问题】以哈密枣园昆虫群落结构为研究对象,利用马来氏网诱集法结合网扫法进行标本获取,系统分析哈密枣园昆虫多样性状况。分析哈密地区枣园害虫及天敌昆虫发生动态,为该地枣园主要害虫发生预报及害虫防治工作提供重要信息。

1 材料与方法

1.1 材 料

选取新疆哈密市哈密国家农业园区3片红枣种植园(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)作为调查区域,试验田枣树品种均为骏枣,长势良好。于4月中旬开始萌芽,5月下旬进入始花期,6月上旬进入盛花期并且开始结果,6月底进入末花期,直至7月末至8月初依旧有枣花开放。选取枣树开花期至果实成熟期(2021年5月至2021年10月)为调查时间区段。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用网扫法和马来氏网诱集法获得昆虫标本。网扫法:选用网孔孔径约为0.5 mm的捕虫网,采用平行取样法在枣园利用捕虫网在枣树四周挥扫,每隔10 d对3片枣园各网扫1次。将网扫采集的所有标本装入塑封袋,并倒入75%酒精封口保存,记录采集日期、海拔、温度、湿度等生境信息。马来氏网设立在①号枣园中心区域,诱集参照吴琼等[24]方法,注意马来氏网中间黑色阻隔筛网与地面间需保持无缝隙,以便爬行类昆虫的收集。维持马来氏网收集瓶内浓度为75%酒精始终在一半以上,收集瓶每10 d换取1次。获得的昆虫标本带回实验室进行挑拣,运用形态学分类进行物种类群鉴定[25-28],并记录其相关的采集信息和数量等。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 相对丰盛度(Relative abundance)

相对丰盛度(Pi)表示的是昆虫群落中各科丰盛度与总丰盛度的比值。

Pi=Ni/N.

(1)

式中,群落丰盛度N为昆虫个体总数,Ni为第i个科的丰盛度。

1.2.2.2 群落多样性 (Diversity)

群落多样性采用 Shannon-Wiener 多样性指数(H′)进行表征。

H′=-∑PiLnPi.

(2)

式中,Pi为第i个科的个体数占总数个体数的比例。

1.2.2.3 科级丰富度(Family richness)

科级丰富度(S)表示的是昆虫群落包含的所有科数。

1.2.2.4 群落均匀度(Evenness)

J=H′/Hmax=H′/LnS.

(3)

式中,Hmax为群落的最大多样性指数,即当有S个科数时,若科数种数量相等,其多样性指数值最大。

1.2.2.5 群落生态优势度(Ecological concentration)

群落生态优势度分析利用群落优势集中指数进行,以Simpson集中性指数(C)表示。

C=∑Pi2.

(4)

昆虫群落数量,10%以上为优势类群,1%～10%为常见类群,1%以下为稀有类群。

1.3 数据处理

采用 Excel 2021进行数据统计分析和制表,采用Origin 2022进行制图,运用生态学分析方法进行指标测定[29-33]。

2 结果与分析

2.1 枣园昆虫群落结构

研究表明,调查共获得昆虫样本23 898头,隶属于9目74科。膜翅目昆虫24科,占比总科数的32.43%;双翅目昆虫23科,占比总科数的31.08%;半翅目昆虫9科,占比总科数的12.16%;鞘翅目昆虫7科,占比总科数的9.46%;鳞翅目昆虫6科,占比总科数的8.11%;缨翅目昆虫2科,占比总科数的2.7%;脉翅目、啮虫目和蜻蜓目昆虫各含有1科,均占到总科数的1.35%。昆虫主要以双翅目和膜翅目昆虫为主,个体数量分别占总体数量的39.84%和35.97%。膜翅目多样性指数最高为2.182,半翅目、鳞翅目、鞘翅目和双翅目多样性指数介于1～2,脉翅目、啮虫目和蜻蜓目均为单目单科,多样性指数均为0。表1

表1 哈密枣园昆虫群落组成结构与多样性

2.2 枣园科级昆虫群落结构

研究表明,膜翅目昆虫8 595头,隶属于24科,以蚜茧蜂科(1 997头,23.23%)、赤眼蜂科(1 885头,21.93%)和缨小蜂科(1 542头,17.94%)为膜翅目优势类群,占膜翅目昆虫总数的63.1%,缘腹细蜂科、姬小蜂科、隧蜂科、姬蜂科、蚜小蜂科、茧蜂科、跳小峰科、广腹细蜂科、棒小蜂科和蚁科为膜翅目常见类群。双翅目昆虫9 521头,隶属于23科,以蚤蝇科(4 838头,50.81%)和瘿蚊科(1 250头,13.13%)为双翅目优势类群,占双翅目昆虫总数的63.94%。以蝇科、蠓科、寄蝇科、摇蚊科、潜蝇科、蚊科和眼蕈蚊科为双翅目常见类群。半翅目昆虫1 809头,隶属于9科,以蚜科(984头,54.39%)和粉虱科(540头,29.85%)为半翅目优势类群,占半翅目昆虫总数的84.24%,叶蝉科和盲蝽科为半翅目常见类群。鞘翅目昆虫389头,隶属于7科,以锯谷盗科(206头,52.96%)、隐翅甲科(68头,17.48%)、瓢甲科(47头,12.08%)和豆象科(43头,11.05%)为鞘翅目优势类群,占鞘翅目昆虫总数93.57%,象甲科、吉丁甲科和叩头甲科为鞘翅目常见类群。鳞翅目昆虫267头,隶属于6科,以卷蛾科(111头,41.57%)、夜蛾科(88头,32.96%)和螟蛾科(34头,12.73%)为鳞翅目优势类群,占鳞翅目昆虫总数87.26%,蛀果蛾科、羽蛾科和灰蝶科为鳞翅目常见类群。缨翅目2 681头,隶属于2科,以蓟马科(2 394头,89.3%)为缨翅目优势类群,纹蓟马科为缨翅目常见类群。表2

表2 枣园昆虫群落各类群的相对丰盛度(哈密,2021)

2.3 枣园昆虫群落结构特征值时间动态

2.3.1 枣园昆虫群落的丰盛度时间动态

研究表明,昆虫丰盛度代表每次调查所获取昆虫的总个体数。其丰盛度在7月下旬到9月中旬维持在较高水平,8月中旬达到最高丰盛度(3 484头),其中蚤蝇科1 073头和蓟马科755头,占比总数量52.47%。8月下旬至9月中旬丰盛度处于相对平稳的水平(2 500～2 700头)。图1

图1 哈密地区枣园昆虫群落丰盛度时间动态(2021)

2.3.2 枣园昆虫群落多样性指数时间动态

研究表明,昆虫群落多样性指数在枣园始花期至末花期都保持在较高水平,最高值出现在6月上旬盛花期(3.01),6月上旬昆虫总量677头,属于52科,出现较高的多样性指数。之后在7月上旬至9月下旬处于相对平稳的上升趋势,至9月下旬再次达到小高峰(2.89)后急剧下降,由于10月昆虫总个体数为888头,属于30科,而蚤蝇科昆虫428头和粉虱科昆虫192头,总占比69.82%,出现多样性指数低值1.8。图2

图2 哈密地区枣园昆虫群落多样性时间动态(2021)

2.3.3 枣园昆虫群落丰富度时间动态

研究表明,枣园昆虫群落丰富度指数代表一次调查昆虫的科级数量。在6月中旬出现首个高峰(53),随后下降,7月上旬到达低谷(44),7月底至8月出现回升,到8月中旬出现第2个高峰(55),此时昆虫群落丰富度达到最高值,之后逐渐下降,直至10月上旬昆虫群落丰富度到达最低值(30)。图3

图3 哈密地区枣园昆虫群落丰富度时间动态(2021)

2.3.4 枣园田昆虫群落均匀度时间动态

研究表明,哈密地区枣园昆虫群落均匀度指数的变化趋势与多样性指数变化趋势基本一致,多样性指数低或高时,均匀度指数也相应的低或高。调查期间均匀度指数出现最高值为5月下旬(0.77),最低值为10月上旬(0.53)。图4

图4 哈密地区枣园昆虫群落均匀度时间动态(2021)

2.3.5 枣园田昆虫群落优势集中指数时间动态

研究表明,哈密地区枣园昆虫群落优势集中指数在整个调查期间都维持在一个较低水平,除10月上旬以外优势集中指数均在0.2以下。枣树生长期内昆虫种类丰富,在6月上旬优势集中指数达最低(0.08),在10月上旬优势集中指数达到最高(0.29),由于10月上旬哈密地区强降雨降温,导致昆虫数量及种类急剧下降,共采集888头昆虫隶属于30科,而蚤蝇科和粉虱科昆虫占比总数量69.82%,使其优势集中指数发生较大变化。图5

图5 哈密地区枣园昆虫群落优势集中指数时间动态(2021)

2.4 枣园主要昆虫类群发生动态

2.4.1 主要害虫类群发生动态

研究表明,调查地枣园内主要害虫为半翅目蚜科和粉虱科、缨翅目蓟马科和双翅目瘿蚊科昆虫。蚜科害虫在7月上旬出现1次峰值(315头),在6月中旬至7月中旬虫口数量较多,8月中旬至10月上旬数量极少,均在10头以内。粉虱科害虫在7月下旬首次发现,至9月下旬达到峰值(203头)。蓟马科害虫第1次出现小高峰为6月上旬(92头),第2次高峰为8月中旬(755头),至10月上旬获得蓟马科昆虫仅3头。瘿蚊科害虫主要以枣叶瘿蚊为主,占比瘿蚊科昆虫84.8%。瘿蚊科害虫出现3次峰值,分别为6月中旬,7月上旬,8月上旬,最高的峰值为8月上旬(356头)。至9月上旬仅获得1头瘿蚊科害虫,此后至调查结束再无瘿蚊科害虫出现。图6

图6 哈密地区枣园主要害虫群落发生动态(2021)

2.4.2 主要天敌类群发生动态

研究表明,哈密地区枣园天敌昆虫主要类群为蚜茧蜂科、赤眼蜂科、缨小蜂科、缘腹细蜂科、姬小蜂科和草蛉科。其中膜翅目寄生性天敌占比膜翅目科级种群70.83%,数量占比93.04%。蚜茧蜂科6月上旬开始出现,仅有1次高峰在7月下旬(774头),在7月中旬至8月上旬期间的个体数量均大于300头。赤眼蜂科仅在9月中旬出现1次峰值(613头),9月中上旬数量占比调查期间赤眼蜂数量59.68%。缨小蜂科个体数量的峰值出现在8月下旬(509头),在8月下旬至9月中旬期间的数量均大于351头,其余调查阶段天敌数量均小于110头。缘腹细蜂科在调查期间出现两次小高峰,第1次为6月中旬(51头),第2次为9月中旬(154头)。姬小蜂科在调查期间个体数量出现2次小高峰,第1次为5月下旬(96头),第2次为8月上旬(58头)。草蛉科为捕食性天敌,出现3次峰值,分别为6月中旬、8月中旬和10月上旬,最高值为8月中旬(90头)。图7

图7 哈密地区枣园主要天敌群落发生动态(2021)

3 讨 论

3.1昆虫是典型的变温动物,受气候环境温度变化的影响极为显著[34-35]。研究结果表明,昆虫群落结构变化与调查采集时间关联性最大,而不同的调查时间气候环境变化较为明显,其中10月上旬随着哈密地区出现大幅度降雨降温等环境的变化(9月下旬平均气温17.1℃,10月上旬平均气温8.4℃。10月上旬有7 d最低温度小于等于0℃),对该时间段内昆虫群落变化影响最为明显。资源植物存在的方式会影响昆虫群落的构成,如不同间作模式的农作物田地、同一城市不同街道植被类型和转基因植物对昆虫群落均存在较大程度的影响。哈密地区由于地理位置和气候环境的影响导致枣园植被种类单一,园内间作植物和杂草极少,周边主要农作物大致相同,因此研究调查数据受植被类型的影响较小。由于哈密地区枣园管理模式存在不同程度的差异性,数据分析来源于不同调查样地昆虫数量的总和,未研究管理模式的不同对昆虫群落结构的影响,可在后续研究中重点关注。

3.2蚜茧蜂科和蚜小蜂科作为蚜科害虫的主要寄生蜂,其种群数量在7月下旬到达峰值,而蚜科害虫的爆发期为7月上旬;赤眼蜂科和缨小蜂科作为鳞翅目害虫的主要寄生蜂,其种群数量在8月下旬至9月中旬处于较高水平,而鳞翅目害虫的爆发集中于7月下旬至8月中旬,其验证了寄生蜂的跟随作用和寄生效能。研究作为哈密枣园生物多样性保护工作的重要组成部分,为今后科学利用生物多样性对主要害虫进行监测及绿色防控提供了数据基础。

3.3马来氏网诱集昆虫法具有操作简单、收集昆虫标本受损小、可持续收集、外界干扰因素小等优点,已作为近年来研究农田昆虫群落结构和多样性的重要使用工具,但同时存在收集昆虫具有偏向性和鳞翅目昆虫易受损等问题[18,24,36-37]。因此,在利用马来氏网诱集昆虫时,应将每个部位的绳索拉紧,并将中间的黑色阻隔筛网与地面之间无缝隙,保证部分爬行类昆虫的成功诱集。遇到恶劣天气后应及时检查马来氏网是否受损,各部位绳索是否有松动等情况。其次针对鳞翅目昆虫收集后标本易受损问题,可以提高换取诱集瓶的频率,并且在每次换取后第一时间取出鳞翅目昆虫进行鉴定或另行加以保存。最后由于各种昆虫收集工具都具有一定的侧重性和局限性。如马来氏网主要通过拦截具有向光性的飞行昆虫,并引导其向上爬入收集瓶来完成诱集,收集膜翅目和双翅目昆虫数量较多,而对其他昆虫类群的诱集效果就相对弱一些,网扫法主要通过在植物附近挥动使昆虫受到惊吓起飞后收集到捕虫网内。研究采用的2种收集方法对部分鞘翅目类、螨类、蜘蛛类、粉蚧和蚧壳虫等在植物表面附着能力强或飞行能力较弱的昆虫收集还存在一定的缺陷,今后对于昆虫类群的调查、监测时,还应科学地综合使用不同类别的工具。

4 结 论

调查区域共获得昆虫23 898头,隶属于9目74科。枣园的主要害虫有半翅目蚜科和粉虱科、缨翅目蓟马科、双翅目瘿蚊科枣叶瘿蚊,以上4类害虫主要爆发期分别为7月上旬、9月下旬、8月中旬和8月上旬。次要害虫有双翅目潜蝇科、半翅目叶蝉科和盲蝽科、鞘翅目锯谷盗科、鳞翅目卷蛾科和夜蛾科以及缨翅目纹蓟马科,以上7科害虫主要爆发期分别为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。主要寄生性天敌为蚜茧蜂科、赤眼蜂科、缨小蜂科、缘腹细蜂科和姬小蜂科,主要的捕食性天敌为草蛉科。主要传粉昆虫为膜翅目隧蜂科。新疆哈密地区枣园昆虫群落多样性指数、均匀度指数和丰富度指数较高,三者呈一致趋势,新疆哈密枣园昆虫群落资源丰富并具有较高稳定性。