小麦―苜蓿邻作带步甲科物种多样性及其时空动态

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 小麦苜蓿邻作带步甲科物种多样 性及其时空动态 摘要：x 取宁夏银川市贺兰山 农牧场小麦-苜蓿邻作带为研究样地， 对步甲科昆虫种类和个体数进行了调查， 研究其邻作界面不同距离的小麦和苜蓿 地步甲昆虫群落多样性及时空动态。结 果表明，共采集步甲昆虫 2 055 头，分 属 20 种，其中毛青步甲（Chlaenius pallipes） 、彩角青步甲（ Chlaenius touzalini） 、谷婪步甲（ Harpalus calceatus）分别占总个体数的 37.81%、21.99%、16.25% ，为该地区的 优势种；步甲的发生具有明显的边缘正 效应；Shannon-Wiener 多样性指数为边 际带小麦带苜蓿带，并随界面距离的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 加大小麦和苜蓿地步甲多样性趋于降低， 距离带间差异显著；丰度和个体数变化 与 Shannon-Wiener 指数变化趋势基本一 致，但在不同距离带间步甲种类和个体 数变化受调查时间的影响更大；优势种 毛青步甲个体数量和群落多样性受农事 操作的影响，麦地灌水主要影响步甲优 势种个体数量的分布，苜蓿刈割影响不 同田块步甲的多样性。本研究提示，利 用农事操作可以限制天敌的转移，控制 害虫爆发。 中国论文网 /8/view-12875890.htm 关键词：步甲；物种多样性；边 缘效应；时空动态；苜蓿-小麦邻作 中图分类号：Q968.1 文献标识 码：A 文章编号：0439-8114（2016） 21-5551-06 DOI：10.14088/ki.issn0439- 8114.2016.21.028 Diversity and Temporal-Spatial Dynamics of Carabidae Community in Wheat-Alfalfa Neighboring -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 Zone ZHANG Yan-rong，HU Wen- chao，L? Miao-miao，HONG Bo，GUAN Xiao-qing，HE Da-han （Agricultural School， Ningxia University， Yinchuan 750021， China） Abstract： Selecting the wheat- alfalfa neighboring zone of Henanshan farm in Yinchuan as research place，the species and quantity of Carabidae were surveyed to study the diversity and temporal-spatial dynamics of Carabidae community in different distance areas of wheat-alfalfa field near the neighboring interface. The results showed that，a total of 2 055 Carabidae belonging to 20 species were collected，in which Chlaenius pallipes，Chlaenius touzalini and Harpalus calceatus were dominant species in the zone，accounting for 37.81%，21.99% and 16.25% of the total -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 number of individuals respectively. There was an obvious variation of positive edge effect in the occurrence of Carabidae. The diversity indices of Shannon-Wiener were arranged as the edge fieldwheat fieldalfalfa field，and the diversity of Carabidae in wheat and alfalfa field was reduced with the increase of interface distance，there were significant differences among edges. The variation trends of abundance，individual number were same as that of Shannon-Wiener index，but the species and individual variation of Carabidae in different distance edge were obviously influenced by the survey time. The temporal and spatial distribution dynamic of Chlaeniuspallipes individuals and Carabidae Shannon- Wiener diversity showed that the individual number of Chlaeniuspallipes and the diversity of Carabidae Shannon- Wiener were obviously influenced by -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 agricultural activities. Wheat field irrigation mainly effected the distribution of Chlaeniuspallipes individual number，and alfalfa mowing effected the diversity of Carabidae in different plots. It was concluded that using the agriculture activities in different field could control the transfer of natural enemies and the outbreak of pests disaster. Key words： Carabidae； species diversity； edge effect； temporal and spatial dynamic； wheat-alfalfa neighboring crops 作物邻作边缘带是生物演变的区 域之一，该区域存在着较大的生物和非 生物条件的变化，包括食物、栖息地、 繁殖场所等，从而影响嵌块中的有机体 组成1-3 。农业生态系统中，农田边界 对生物多样性和害虫天敌有保护作用， 非农业栖境的保留对维持系统的稳定和 平衡起着重要作用4。与作物相邻的植 被类型和结构能够影响作物害虫及其天 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 敌种群动态，通过提高植物种类多样性 增强天敌控制力，降低植食性害虫暴发 已成为人们的共识5-7。 甲虫作为环境变化的指示物种之 一8-10，12受到人们的广泛关注。刘 云慧等11 ，12研究表明，农田边界步 甲的物种数和个体总数都较高，这可能 是由于农田边界有较丰富的植被所致； 多样化的农田生态系统比单作系统具有 更为丰富和多样的害虫天敌。一些集约 化程度较低的农田作为特殊的开放生境， 能维持自然和半自然生境的步甲多样性。 张旭珠等14 研究指出，农田景观连接 度、半自然生境对步甲及其天敌群落多 样性有较大影响。作物邻作增加了捕食 性天敌，有利于在害虫大发生之前为捕 食者提供充足的替代猎物，从而稳定捕 食性天敌在田间的有效数量15。单一 的植被结构可能使得半自然生境的质量 不足以维持较高的步甲、捕食性步甲的 多样性16。 Ewers 等17通过人工调控 景观尺度增加步甲的多样性。保护农田 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 边界植物，可提供越冬场所，使一些捕 食性昆虫能渡过冬天，增加昆虫的多样 性18。李巧等 19研究土地利用方式 甲虫的群落有强烈影响。步甲群落空 间分布除了受生境类型的影响外还受到 管理措施的影响，不同处理的边界对步 甲群落产生不同的影响20。 近年来，随着农村种植向着多元 化发展，宁夏银川平原地区苜蓿种植面 积不断扩大，小麦-苜蓿邻作种植成为 该地区作物布局的主要种植类型之一。 本研究以小麦-苜蓿邻作边缘带为对象， 对步甲昆虫的丰富度、个体数量和多样 性及时空动态进行调查，以探讨小麦- 苜蓿邻作对步甲昆虫物种多样性及时空 动态的影响，并结合耕作、灌水、刈割 等农事操作分析其动态变化，为农田生 态系统生物多样性保护提出合理化建议。 1 研究地区与研究方法 1.1 试验地概况 试验地位于宁夏银川市平吉堡贺 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 兰山农牧场七队（106.13E，38.48N） ， 属温带干旱地区，日照时数 3 000 h 左 右，无霜期约 160 d，10 以上有效积 温约 3 300 ，平均气温 13 ，降水量 200 mm 左右。种植区有小麦、玉米及 苜蓿。 1.2 试验设计 试验地为小麦田（63 m38 m） 和苜蓿田（63 m38 m）相间排列田块， 根据 Meiners 和 Pickett21及 Heliola 等 22研究边缘效应的原理，按距离梯度 方式进行调查。在设计样点时，每条样 带以苜蓿地与小麦相邻处为中心，分别 向苜蓿地和小麦地延伸 20 m，以每隔 5 m 的距离设置样带（界面处 1 个，苜蓿 地和小麦地各 4 个，距边界分别为 5、10、15 和 20 m） ，计 9 个样带，每 个样带设 5 个诱杯，间距 2 m，平行排 列，共计 45 个诱杯（图 1） 。样区重复 5 次。试验区为春小麦。所有试验田采 用常规播种和管理方法，在作物整个生 育期不施用任何农药，6 月 15 日对苜蓿 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 进行刈割。 采用巴氏罐诱法23，24调查， 在每个样点以一次性塑料口杯（直径 10 cm、高 12 cm，250 mL）作为诱捕器， 诱捕器边缘与地面间保持光滑以便节肢 动物滑落。引诱剂是糖、醋、医用酒精 和水的混合物，重量比为 12120，每个诱杯放引诱剂 4060 mL。引诱剂放入后在液面上方 打孔，防止下雨和灌水时满杯和溢水。 田间调查时间为 20142015 年 5 月上旬至 7 月上旬，每个月收集 2 次， 每次放杯 5 d，共收集 10 次。收集杯中 地表甲虫，更换诱液，标本带回实验室， 清洗、鉴定、统计数量和种类，标本鉴 定到种，不能确定种名的，按不同种统 计种类和个体数量。 1.3 数据处理与分析 在数据分析时，把调查区分 3 大 生境类型，即苜蓿地、边缘地、小麦地。 以每个生境（3 个样带，15 个样点）中 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 的地表甲虫的物种数、个体数量统计， 分析其物种多样性、均匀度及优势度等。 物种多样性（H）分析采用 Shannon-Wiener 多样性指数，H=- PilnPi，其中 Pi=Ni/N，Pi 是第 i 种个 体数占总个体数的比率，Ni 是第 i 种个 体数，N 是总个体数；均匀度（J）采 用 Pielou 均匀度指数，J=H/lnS，S 是 物种数；优势度（C）采用 Simpson 优 势度指数，C= （ni/N ）2；丰富度以物 种数表示。 利用 SPSS16.0 进行处理间的显 著性检验，对服从正态分布或转换后服 从正态分布的数据，采用单因素方差以 及 Tukey 多重比较分析。 边缘效应强度根据王伯荪等 （1986）所组建的测度模型来计算。边 缘效应强度（E）：E=mY/yi，令由 m 个群落所形成的交错区的这一指标为 Y，m 个群落的这一指标为 yi（yi=1，2，3，m） 。再以 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 Shannon-Wiener 多样性指数（H）和 Berger-Parker 优势度指数（C）这两个 定量指标去拟合上述公式，则可得出分 别由 H值和 C 值计算出的边缘效应值 EH和 EC，EH=mH/Hi ，EC=mC/Ci。其 中 H为群落组成的边缘带地表甲虫的多 样性指数；Hi为各群落地表甲虫的生物 多样性指数；C 为群落组成的边缘带地 表甲虫的优势度；Ci 为各个群落地表甲 虫的优势度指数。 空间动态分布模拟采用普通克里 金法（CoKriging） 。以空间自相关性为 基础，利用原始数据和半方差函数的结 构性，对区域化变量的未知采样点进行 无偏估值的插值方法，当属性值的期望 值是未知的，选用普通克里金插值。通 过普通克里金的空间插值，对种群动态 和发生趋势从宏观上进行分析和把握， 准确模拟种群的分布，将分散间断的调 查数据合成连续的分布图。本研究模拟 值以陷阱组为单位，模拟过程以 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 ArcGis10.0 软件包完成。 2 结 果与分析 2.1 步甲科昆虫群落组成及优势 种 试验期间共调查了 10 次，诱集 地表甲虫 57 种，2 947 头。其中步甲昆 虫 2 055 头，分属 20 个种。由表 1 可知， 毛青步甲、彩角青步甲和谷婪步甲个体 数量最多，分别占总个体数的 37.81%、21.99%、16.25% ，为该地区的 优势种。单齿蝼步甲、莱维斯小蝼步甲、 四斑小步甲、赤褐婪步甲、毛婪步甲、 普通暗黑步甲、点胸暗步甲和大暗黑步 甲占总个体数的在 1%10%，为该地 区常见类群。灿丽步甲、中华金星步甲、 短胸暗步甲、直角通缘步甲、考氏肉步 甲、大卫婪步甲、小细胫步甲、赤胸长 步甲和铜绿婪步甲占总个体数的 1%以 下，为该地区稀有类群。 2.2 不同边缘距离步甲昆虫丰富 度与个体数分布 对距边缘不同距离样带的步甲昆 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 虫群落丰富度和个体数量进行比较，结 果见图 2。由图 2 可知，苜蓿地和小麦 地的步甲昆虫丰富度和个体数量在边缘 0m 处最高，其次是距边缘 5 m 处。苜 蓿地个体数量大小依次为 20 m15 m10 m，丰富度大小为 10 m20 m15 m。小麦地个体数量大小依次为 10 m15 m20 m，丰富度大小为 15 m10 m20 m。总体上以苜蓿地的丰富度大 于小麦地，但各样带间差异显著 （F=8.0370，df=8，P=0.020 1） 。个体 数量沿边缘向苜蓿地内部降低，向小麦 地内部先降低后升高，各样带间差异显 著（F=7.8740，df=8，P=0.021 0） 。 2.3 步甲昆虫群落多样性特征及 时空动态 不同生境地步甲昆虫群落多样性 特征见表 2。由表 2 可知，边缘带的个 体数大于小麦地生境和苜蓿地生境，且 差 显著。步甲群落的丰富度：边缘 带苜蓿地生境小麦地生境，边缘带和 小麦地生境步甲丰富度差异显著。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 Shannon-Wiener 多样性变化趋势与丰富 度一致，但 3 种生境间差异不显著。均 匀度以边缘带最大，苜蓿地生境次之， 小麦地生境最低，各生境间差异不显著。 优势度则与均匀度变化相反，同样差异 不显著。 边缘效应强度是对边缘效应的强 弱进行测量的定量指标。据王伯荪等 （1986）所组建的测度模型来计算， EH=1.091，EC=0.92（变换成倒数为 1.071） ，可以看出这种边缘类型呈正 的边缘效应。 图 3 是步甲昆虫物种多样性在调 查区分布的时间动态变化。从图 3 可以 看出，生境界面是捕食性天敌活动的重 要区域之一，不同界面距离带中步甲昆 虫物种多样性分布差异很大，且时间动 态变化较大。在调查期内，整体上步甲 物种的多样性边缘带小麦地生境苜蓿 地生境。随时间推移，步甲的多样性逐 渐增大。5 月上旬和下旬苜蓿地步甲的 多样性沿邻作边缘逐渐降低，而小麦地 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 在邻作边缘处相对较高，5 月下旬小麦 地的步甲有向边缘带迁移的趋势，这可 能与当地的小麦地灌水有关。到 6 月上 旬步甲的种群开始向苜蓿和小麦地内部 扩散；6 月下旬苜蓿地步甲有向小麦地 迁移的趋势，这跟苜蓿刈割有很大的关 系。到 7 月上旬两个生境的甲虫多样性 都达到最大，且分布都相对较广，小麦 地从边缘带向内部逐渐减少。 2.4 毛青步甲个体数的时空动态 从图 4 中可以看出，小麦-苜蓿 邻作麦田中毛青步甲的个体数量大于苜 蓿地。5 月上旬到下旬苜蓿地的毛青步 甲分布扩大且向边缘带迁移，而小麦地 也向边缘带迁移分布减小，这可能是受 5 月中旬小麦地灌水影响有关。5 月下 旬到 6 月上旬，苜蓿地的毛青步甲呈不 均匀分布，且向小麦地迁移，小麦地的 毛青步甲在临近界面处向内部逐渐减少。 6 月上旬到下旬苜蓿地毛青步甲向邻作 小麦地迁移，基本上在邻作处分布，而 小麦地的毛青步甲分布均匀。这种迁移 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 16 是由于 6 月中旬苜蓿刈割后天敌向邻作 小麦地迁移的缘故。7 月上旬苜蓿地和 小麦地毛青步甲的分布均匀，但苜蓿地 在邻作处最多，而小麦地在内部较高， 毛青步甲逐渐向较远的地方迁移。 3 小结与讨论 本研究表明，苜蓿-小麦地邻作 带步甲昆虫物种组成表现为边缘地苜 蓿地小麦地，不同生境差异显著，但 几乎所有的物种在边缘带都被采集到， 这与步甲地面爬行迁移的习性有关。大 多数步甲种类喜在不同生境中寻找食物， 在界面活动较多。苜蓿-小麦地边缘带 步甲个体数量沿边缘向苜蓿地内部减少， 沿边缘向小麦地内部先减少后增加，各 样带间差异显著。这与刘文惠等25研 究的苜蓿-小麦邻作可明显提高地表步 甲和蜘蛛的物种丰度、种群密度及多样 性的结果一致。 本研究表明，Shannon-Wiener 多 样性和均匀度边缘带最高，苜蓿地生境 略高于小麦地生境，而优势度和均匀度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 17 的变化趋势与 Shannon-Wiener 多样性相 反，说明苜蓿地与小麦地的步甲群落组 成有一定的差异。 边缘效应强度分析 EH值大于 1，说明这种边缘类型呈正边缘效应。 杨贵军等26 研究苜蓿-荒漠草地边缘带 步甲昆虫群落边缘效应强度为正效应。 本研究样地苜蓿地 6 月中旬刈割，与此 同时小麦地正在进行灌溉、施肥、除草 等农事操作，所以人为干扰强度的差异 也会影响边缘带地表昆虫群落多样性水 平。 从优势种毛青步甲个体数量和步 甲昆虫群落多样性空间分布的时间动态 可以看出，5 月中旬受小麦地灌水、施 肥的影响，小麦地毛青步甲大量向边缘 带迁移，向苜蓿地扩散，但对甲虫的多 样性影响不显著，主要影响其数量分布。 6 月中旬受苜蓿刈割影响毛青步甲向小 麦地迁移，大量分布在边缘带，且向小 麦地内部扩散。这说明苜蓿刈割有利于 步甲向小麦迁徙，增加天敌数量，有利 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 18 于小麦地生态系统的稳定性。本研究提 示，可以利用不同田块的农事操作，限 制天敌的转移，控制害虫爆发。雒B 瑜等20研究指出，在不影响农业生产 的同时，采取合理的农业措施，保护生 态环境的多样性和生物多样性很有必要。 Kieijn 等27 ， 28研究认为，合理利用 作物间作、套作、轮作、混作，增加昆 虫群落的多样性，从而使农田生态系统 更稳定，可有效控制害虫的爆发。Thies 等29研究表明，多作物耕作模式通过 调节农田天敌资源，为捕食性和寄生性 天敌提供合适的越冬场所和食物，进而 更有效地抑制有害生物。本研究对苜蓿 -小麦邻作模式下的步甲群落的多样性 和边缘效应的试验表明，可通过种植模 式和不同农事操作来增强田间自然天敌 对害虫的控制能力。 嘉南 祝 1 杨 芳，贺达汉.生境破碎化 对生物多样性的影响J.生态科学， 2006，25（6）：564-567. -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 19 2 GEHIHAUSEN S M，SCHWARTZ M W，AUGSPURGERC K.Vegetation and microclimatic edge effects in two mixed- mesophytic forest fragmentsJ. 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