有害生物四部分有害生物的生态学流行与预测预报PPT课件.ppt

自然条件下病原菌群体的发生规律 1 自然条件下病原菌群体的发生规律 2 有害生物概论第四部分有害生物生态学 流行学及防治 第一章有害生物的生态学 本章主要以昆虫为例进行阐述 3 有害生物生态学 本章研究的是研究有害生物与周围环境关系的科学 它是有害生物预测预报 防治和有益生物利用的理论基础 以往 生态学家仅仅强调环境因素对有害生物的作用 现今 人类已意识到人为因素在有害生物的生态中的重要作用 4 有关生态学的几个概念 生物群落 community 某一区域中的全部种群的集合体 包括该区域中所有生物种群 是生态系统中有生命的部分 生态系统 ecosystem 某一空间中生物群落与非生物环境的集合体 5 1有害生物与环境 环境 environment 总是相对于某一中心事物而言的 环境因中心事物的不同而不同 随中心事物的变化而变化 是指周围所在的条件 对不同的对象和学科来说 环境的内容也不同 6 环境 环境是指在一定的空间范围内 对某一有害生物或种群产生直接或间接影响的所有要素的总和 环境为有害生物提供生存和繁衍的条件 根据范围可以把环境分为 大环境 影响有害生物的分布 化性 种群周期性 小环境 影响有害生物的生存质量和数量变化 7 2生态因素对有害生物的影响 环境条件是由各种生态因素构成的 按自然特征可分为三类 气候因素 土壤因素生物因素每种有害生物均需要适宜的生长环境 以杂草为例 杂草总是生长在适合它生长的地方 人为地改变作物小环境 如灌溉 耕作等 能有效地控制杂草 由于温室效应等因素 地球在变暖 作物在这种气候变化中是脆弱的 竞争力远远低于杂草 8 2 1气候因素 大气候 指由各地气象站观测的气象资料 地方气候 指一定生态环境的气候条件 小气候 指地面上小范围内有害生物生长及栖息场所的气候 主要的气候因素 温度 平均温度 温差 光 光照强度与光照时间 风 对土壤湿度及局部小气候的影响 湿度 季节引起的变化 冰点 霜期等 9 2 1 1温度对有害生物生长发育的影响 昆虫是变温动物 因此温度对昆虫发育速度的影响是比较明显的 杂草与病原菌的生长同样需要适宜的温度有害生物的热能获得 太阳辐射 新陈代谢热能散失 传导 辐射 水分蒸发 10 以温度对昆虫生长发育的影响为例 一 温区的划分 二 适温区内温度与昆虫生长发育速率的关系 三 有效积温法则 四 低温对昆虫的影响及昆虫耐寒性 11 1 昆虫温区的划分一 12 致死高温区 zoneofhighlethaltemperature 范围 45 60 表现 兴奋 死亡 酶系破坏 蛋白质凝固 亚致死高温区 zoneofhighsublethaltemperature 范围 40 45 表现 热昏迷 13 适温区 zoneoffavorabletemperature 范围 8 40 表现 生命活动正常进行 有效温区 1 高适温区 zoneofhighfavorabletemperature 范围 30 40 最高有效温度 2 最适温区 zoneofmostfavorabletemperature 范围 22 30 3 低适温区 zoneoflowfavorabletemperature 范围 8 22 最低有效温度发育起点温度 developmentalzero 8 15 生物学温度 biologicalzero 14 亚致死低温区 zoneoflowsublethaltemperature 范围 10 8 表现 冷昏迷致死低温区 zoneoflowlethaltemperature 范围 40 10 表现 死亡 体液结冰 15 有效积温法则 1 有效积温的概念生物在生长发育过程中须从外界摄取一定的热量 其完成某一发育阶段所摄取的总热量为一常数 N T C KN为完成生长发育期所需的时间 日数或小时 T为该期平均温度K为常数C为发育起点以上的温度 16 1 推测一种昆虫的地理分布界限X K1 KX 1 可能没分布 多年发生一代的昆虫除外 2 推测昆虫在不同地区可能发生的世代数X K1 K X 2 1年可能发生2代 X 5 5 1年可能发生五六代 有效积温的应用 17 例如 已知粘虫卵的发育起点温度为13 1 有效积温为45 3日度 预测产卵后的平均气温为20 则可计算幼虫孵化期 K T C N 即气温为20 时粘虫卵将于6 7d后孵化 45 3 20 13 1 6 56 3 预测害虫发生期 18 有效积温在应用上的局限性 a 有效积温的推算 假定昆虫在适温区内温度与发育速率成正比关系的前提下进行的 T KV C b 一些有效积温的材料是在室内恒温饲养下取得的 但昆虫在自然界的发育处于变温之中 且昆虫实际生活的小气候环境与气象资料不完全相同 c 生理上有滞育或高温下有夏蛰的昆虫 在滞育或夏蛰期间有效积温是不适用的 19 低温对有害生物的影响 1 冬期的低温引起大多数昆虫的大量死亡 A代谢消耗和生理失调B体液结冰体液结冰引起昆虫的死亡 主要是由于原生质失水 不断扩大的冰晶在原生质内形成分割的孔隙 引起原生质膜的破裂 破坏组织和细胞膜的生理结构等 2 低温会使病原菌营养体及繁殖体无法越冬 减小了来年的初始菌量 3 低温会使杂草产生冻害或死亡 20 2 1 2湿度 降水对有害生物的作用 A有害生物对环境湿度要求B湿度对有害生物的影响C降水对有害生物的影响 21 2 1 2 1有害生物对环境湿度要求 昆虫 病原菌及杂草均对环境湿度有一定的要求 水生性昆虫与杂草土栖性昆虫或生活于土中的虫期 土传病害钻蛀于浆果内 茎内的昆虫 寄生性病原菌对湿度的要求裸露生活于植物上的昆虫或虫期例如 东亚飞蝗LocustamigratoriamigratoriaL 在温度30 50 相对湿度35 时不能完成发育45 时发育期为36 43d100 时发育期为25 31d 但成活率较低70 时为适宜湿度 发育期为32 37d 成活率较高 22 2 1 2 2湿度对昆虫的影响湿度对繁殖的影响是比较明显的 多数昆虫产卵时要求高湿度 病原菌产孢及孢子萌发时也需要较高的湿度 在环境湿度偏低的情况下 可能导致 病原孢子失活或不萌发 杂草种子不萌发雌虫不能产卵 幼虫不能孵化 幼虫不能脱皮 成虫不能羽化 羽化出来的成虫不能正常展翅 23 2 1 2 3降水对有害生物的影响 a 降水提高空气湿度 故对有害生物发育发生影响 b 降水影响土壤含水量 对土中生活的有害生物起着重要的作用 c 降水对一些病原菌传播的重要的条件 d 降雪 对土中或土面越冬的有害生物起保护作用 e 降雨也常常成为直接杀死昆虫的一个因素 f 降雨影响昆虫的活动 病原菌的传播 24 2 1 3光在昆虫活动中的意义光是生态体系中能量的主要来源 A辐射热有害生物可从太阳的辐射热中吸取热能 B光的强度一些有害生的活动及分布受到光强的影响 节律 日出型 如蝴蝶 蜻蜓夜出型 如蛾类昼夜型 如蚂蚁弱光型 如蚊子 25 C光的波长昆虫的视觉光区与人的视觉光区不完全相同 不同种类昆虫的视觉光区也有差异 例如蜜蜂的视觉光区为297 650nm 黑光灯 波长365 400nm 26 D光周期 photoperiod 一昼夜中光照与黑暗交替的节律称为光周期 一般用光照时数表示 光周期的年变化 夏至 冬至 春分 秋分同一时间 日照时数因纬度 海拔高度而异 27 生物钟 生物对光周期 日变化及年变化 相适应而形成的节律 光周期的年变化对许多昆虫的反应都非常明显 主要是光周期的年变化是逐日地有规律地增加或有规律的减少的 光周期对许多昆虫冬期滞育的关系非常密切 临界光周期 criticalphotoperiod 引起昆虫种群中50 的个体进入滞育的光周期 临界光照虫态 对光周期敏感的虫态 一般为滞育虫态的前一虫态 28 2 1 4风对有害生物的影响直接影响 1 影响有害生物体内水分的散失 从而对昆虫体温或病原菌 杂草生长产生影响2 影响昆虫有活动 杂草与病原菌的生长3 影响有害生物的地理分布4 影响昆虫的迁移 杂草与病原菌的传播许多昆虫能借风力传播到比较远的地方间接影响 影响环境的湿度 温度 29 2 2土壤因素 据估计 大致有95 的昆虫种类与土壤环境发生或多或少的直接关系 土壤因素2 2 1土壤温度土温的日变化土温的年变化土中生活的昆虫在极端温度下 往往随着土中适温层的变动而改变栖息及活动的深度 30 2 2 2土壤湿度土壤空隙的空气湿度土壤含水量杂草及在土中生活的昆虫与病原菌均要求较高的湿度 土壤含水量与有害生物有密切的关系 2 2 3土壤酸碱度对杂草及其他植物分布有较大的影响 从而间接影响昆虫与病原菌的分面 31 3 有害生物的种群动态 种群 population 栖息于某一空间中同种个体的集合体 是物种存在和进化的基本单位 是生物群落 生态系统的基本组成成分 也是生态学研究的基本单位 32 3 1种群特征 出生率死亡率性别比年龄组配繁殖率平均寿命种群密度 33 3 2有害生物种群增长规律 1ogistic 逻辑斯蒂曲线是一近似于 S 形的曲线 Y K1 ea bx Y为生长发育及扩展速率 x为温度 时间等因素 K为Y值的上限 a b为常数 e为自然对数的底值 e 2 718 34 3 3有害生物的调查 3 3 1调查内容 1 种群分布调查 2 种群动态调查又称系统调查 3 防治效果调查 4 受害程度调查 以虫口 普遍率 严重度等指标表示 或以作物受害损失率表示 35 3 3 2有害生物田间分布型和调查方法 1 田间分布型常见有3种 1 随机分布型 2 核心分布型 3 嵌纹分布型 36 有害生物分布类型 37 3 3 3调查方法 1 取样方式a 五点取样b 对角线取样分单对角线和双对角线两种 c 棋盘式取样d 单行线取样e Z 字形取样 38 昆虫田间调查取样方法1 4 对角线式 表示面积 表示长度 5 Z 形式6 棋盘式7 隔行式8 平行线式 39 2 取样数量 一般取5 10 15或20个样点为宜 3 取样单位 长度 适于条播作物田和树木枝条 面积 适于散播作物田和地表 体积或重量 常适于调查地下害虫 仓库害虫 植株及其部分器官 器械 黑光灯 一般是20W 糖醋酒盆 性诱盆 杨树枝把 谷草把 粘虫板等 时间 40 3 3 4田间虫情或病情的表示方法 以虫口表示以作物受害情况表示 被害率被害指数损失率病害通常以作物受病的普遍率 严重度及反应型来表示 41 第一章有害生物在生态系统中的竞争力 本章主要以杂草为例进行阐述 42 1杂草所处的生态系统 对杂草生态系统的认识是一个渐进的过程 以往 杂草学家在进行杂草防治时 视野仅仅局限在杂草与作物的互作关系上 A 杂草 作物 生态系统B杂草 一切与农业相关的因素的互作关系 在杂草所处的生态系统中 任何生命都不是独立存在的 核心问题是互作关系 43 1 1除草剂的应用一度使杂草控制的含义狭义化 除草剂的应用掩盖了杂草综合防治的重要性 只有全面理解 杂草 作物 生态系统 才能更好地进行杂草防治 杂草控制 及杂草的综合治理 除草剂的应用等诸多因素促使人类对杂草生态系统有进一步的了解 1 对除草剂型敏感的杂草被更难控制的杂草种类取代 2 除草剂抗性品种的产生 一种 数种 3 作物单一栽培中出现难以克服的杂草问题 4 经济因素制约除草剂的使用 5 环境因素同样制约除草剂的使用 44 2020 1 7 45 1 2人类对杂草生态的影响 对杂草而言 人类自身就是矛盾的组合体 主观上 人类要控制杂草 为作物创造良好的生存空间 客观上 人类对通过各种活动传播杂草 如旅行 行军 驱赶动物 以及通过作物种子 农业具等形成人为杂草传播 例 A许多美洲地区的杂草可以追溯至欧洲 B人类对自然资源的利用影响杂草的分布C人类对农作物的布局等因素同样影响杂草的分布 46 2环境因素在杂草生态中的作用 环境因素主要包括 气候 土壤与生物 A杂草与气候气候因素包括 光 光照强度与光照时间 温度 平均温度 温差 风 对土壤湿度及局部小气候的影响 湿度 季节引起的变化 冰点 霜期等 杂草总是生长在适合它生长的地方 人为地改变作物小环境 如灌溉 耕作等 能有效地控制杂草 由于温室效应等因素 地球在变暖 作物在这种气候变化中是脆弱的 竞争力远远低于杂草 47 B土壤因素 影响杂草分布的土壤因素 土壤中的水份 松软度 土温 PH 肥力 肥源 耕作 土壤类型对杂草的分布影响很小 对杂草分布影响最大的土壤因素 土壤的酸碱度与盐份 如 用海水控制杂草的成功案例 相比较而言 土壤肥力对杂草分布的影响较小 48 C杂草与其它生物的关系 生物间的互作关系是整个生态系统的核心问题 互作 竞争 协生竞争 种内竞争 种间竞争竞争 直接竞争 异株克生 异株克生也叫化感作用 指植物产生的次生代谢产物 化感化合物 在植物生长过程中 通过信息抑制其他植物的生长 发育并加以排除的现象就称为异株克生 植物释放化学物质的部位主要有根系 茎 叶 花和残体等 释放的方式有分泌 挥发 雨水淋洗和残体腐烂等 生态平衡是各种生物间竞争与协生的平衡 大自然有自动协调能力 以维持生态平衡 千百年来的人类活动以严重破坏了生态平衡 49 C杂草与作物的关系 竞争力大小决定杂草与作物的生长及分布状况 影响杂草竞争力的主要因素 1种子的相似性2种子萌发与形成的时间3耕作 收割等农事操作 50 D生态持续 生态持续是一个自然的 有序的持续过程 农业生产破坏了生态平衡自然力量在修复农业生产中的不持续农业生产造成垄断性杂草的出现 当这种垄断性杂草被取缔时 新的杂草种类又会出现 杂草控制是一项永恒的工程 51 3生物竞争 生物间的竞争是生态学的一个重要组成部分 影响生物竞争的因素A对养份的竞争B对水份的竞争C对光的竞争D竞争性不强的方面 空间 氧 热 52 3 1植物特征与竞争力 3 1 1具有以下特征的植物具有更强的竞争力 1 能快速长高 叶片遮光力强的植物 2 叶片水平伸展的植物 3 具有C4代谢途径的植物 4 叶子结构具有较好的受光能力的植物 5 具有缠绕生长习性的植物 53 植物特征与竞争力 3 1 2植物的地下部分对养份的竞争同样激烈竞争力强的植物通常具有以下根部特征 1 在土壤中具有强大的穿透力 2 单位土壤中的根量多 3 单位根长上的根芽多 4 单位根重的根长 5 生长力强的根的比例 6 较长的与较多的毛芽 7 能较高程度地保存营养与水份 54 3 2影响植物竞争力的重要因素 1植物对光强度的反应2植物对温度的反应3植物对氧的反应4光呼吸作用的强弱5固定CO2的方式6光合产物形成的速率 55 读物 光呼吸作用的强弱 植物细胞进行有氧呼吸时不需要光的照射 有氧呼吸无论白天或黑夜都在植物体的活细胞内进行着 所以 有氧呼吸也叫暗呼吸 但是 绿色植物体内含有叶绿体的细胞 在进行光合作用的同时 还利用氧分解一部分光合作用的中间产物 并且释放出二氧化碳 绿色植物体内这种由光照引起的呼吸作用叫做光呼吸 光呼吸在绿色植物中是普遍存在的 不同的绿色植物 光呼吸的强弱是不同的 具体地说 C3植物的光呼吸很强 这类绿色植物通过光呼吸释放出的二氧化碳 常常达到它们进行光合作用所固定二氧化碳的30 左右 所以 C3植物又叫光呼吸植物或高光呼吸植物 C4植物的光呼吸很弱 有的几乎测量不出来 所以 C4植物又叫非光呼吸植物或低光呼吸植物 科学家发现 对于C3植物来说 适当提高空气中二氧化碳的浓度 既增加了光合作用的原料 又适当降低了光呼吸的强度 从而使C3植物的光合作用效率得到提高 例如 科学家将温室内二氧化碳的相对含量由0 03 提高到0 24 可以使水稻的产量明显提高 科学家还发现 适当喷施亚硫酸钠溶液等光呼吸抑制剂 可以使水稻 小麦等C3植物的子粒更加饱满 从而提高产量 56 3 3高效能植物与低效能植物 高效能植物生长迅速 竞争力强 几乎所有的杂草均为高效能植物 A植物吸收CO2的能力与光强度的关系B植物吸收CO2的能力与温度的关系 57 植物固定CO2的方式 根据光合作用中固定CO2的方式 将植物分为三种类型 C3植物 卡尔文循环C4植物 二羧酸循环CAM植物 景天酸代谢途径型 58 C4植物的重要生理特性 1磷酸烯醇丙酮酸羧化酶与CO2很强的亲和性 能产生CO2浓缩效应 2缺乏光呼吸作用 C4植物净光合速率高 生长迅速 3光合 呼吸比率高 能更有效地利用水分与氮 4光合作用需要的温度较高 光饱和范围广 59 阅读材料 C4植物 人们根据光合作用碳素同化的最初光合产物的不同 把高等植物分成两类 1 C3植物 这类植物的最初产物是3 磷酸甘油酸 三碳化合物 这种反应途径称C3途径 如水稻 小麦 棉花 大豆等大多数植物 2 C4植物 这类植物以草酰乙酸 四碳化合物 为最初产物 所以称这种途径为C4途径 如甘蔗 玉米 高粱等 一般来说 C4植物比C3植物具有较强的光合作用 从分类学上来区分C4植物多集中在单子叶植物的禾本科中 约占C4植物总数的75 其次为莎草科 双子叶植物中C4植物较少 它多分布于藜科 大戟科 苋科和菊科等十几个科中 豆科植 十字花科 蔷薇科 茄科和葫芦科未发现C4植物 60 杂草中的C4植物 杂草中的C4植物比例明显较高 全世界18种恶性杂草中 C4植物有14种占78 在全世界16种主要作物中 只有玉米 谷子 高梁等是C4植物 不到20 C4植物由于光能利用率高 CO2补偿点和光补偿点低 其饱和点高 蒸腾系数低 而净光合速率高 因而能够充分利用光能 CO2和水进行有机物的生产 所以 杂草要比作物表现出较强的竞争能力 这就是为什么C3作物田中C4杂草疯长成灾的原因 61 4杂草密度与作物产量损失间的关系 1杂草竞争的数学模型组建2边际分析原理3经济损害允许水平4经济阈值5杂草防治的生态经济阈值 62 5杂草竞争的数学模型组建举例 本研究菵草与移栽油菜间的竞争关系 结果表明 菵草与油菜竞争光能 田间光照强度随菵草密度的增加而降低 移栽油菜在菵草的竞争干扰下 单株分枝数 角果数 千粒重及产量均随菵草密度增加而逐渐降低 油菜减产主要与菵草密度增大引起单株角果数减少有关 油菜产量损失与菵草密度之间的关系可用 y 0 0003x2 0 2269x 4 7638的数学模型来模拟 油菜田菵草的经济危害允许水平为3 24 其防除阈值为8株 m2 63 6边际分析在有害生物防治中的应用 边际分析法是把追加的支出和追加的收入相比较 二者相等时为临界点 也就是投入的资金所得到的利益与输出损失相等时的点 如果组织的目标是取得最大利润 那么当追加的收入和追加的支出相等时 这一目标就能达到 64 7经济损害水平与经济阈值 经济损害水平 economicinjurylevel 即经济损害允许水平和经济损害允许的害虫密度 也就是说超过这一允许水平和密度 经济就要受损害 人们就不可以接受 经济阈值 economicthreshold 应当采取防治措施以预防害虫种群增长 到造成的经济损失超过其防治消耗的害虫密度 也叫行动阈值 actionthreshold 防治阈值 controlthreshold 65 经济阈值 经济阈值 economicthreshold 应当采取防治措施以预防害虫种群增长 到造成的经济损失超过其防治成本的害虫密度 有害动物种群的波动 平均密度和经济阈值的关系是 1 如害虫的平均密度和波动最高值都低于经济阈值 表示该种群无经济危害 2 平均密度虽低于经济阈值 但种群波动最高值有时超过经济阈值 表示偶有危害的种群 3 平均密度低于经济阈值 其种群波动最高值经常地超过经济阈值 则表示经常有危害的种群 4 平均密度已在经济阈值以上为严重危害的种群 综合防治的要点不是消灭有害生物 而是采取多种措施 把其种群数量控制在经济阈值以下 这样有利于保存其天敌 并保持生态系统的相对稳定 66 8杂草防治的生态经济阈值 1 投资 总费用 收益 总收益 边际收益 2 杂草密度 损失阈值 经济损害水平 防治费用 防治效益 纯效益 67 第三章有害生物的发生发展与流行 本章主要以植物病害流行为例 68 一病害循环 病害循环 以特定寄主与病原物的组合为对象 阐述病害的发生 发展和延续 包括病原物与寄主植物的接触 侵入寄主 建立寄生关系 表现症状 病原物的生长和繁殖 病原物的传播以及病原物的越冬和越夏 69 70 病害循环 每一种侵染性病害都要经历几个不同的发展阶段 使病害和病原物得以发展和延续 病害循环 diseasecycle 是指病害从一个生长季节开始 到下一个生长季节开始发生的整个过程 病害循环可划分为四个阶段 A病害发生的前阶段B病害在寄主植物个体中的发展阶段C病害在寄主植物群体中的发展阶段D病害或病原物的延续阶段 71 一 病害发生的前阶段 病害发生的前阶段是病原物越冬越夏以及病原物从越冬越夏场所传播到寄主植物体表的阶段 1病原物的越冬 越夏场所 A种子和无性繁殖材料B病株残体C田间的病株D土壤 粪肥E昆虫F温室内或贮藏窖内 72 病害发生的前阶段 2病原物越冬 越夏的方式A休眠 诸如卵孢子 厚垣孢子 菌核等休眠体 B腐生 在病株残体及各种有机物中腐生 C寄生 只能在活的寄主上越冬与越夏 如病毒在杂草 媒介昆虫活体内 如CMV TMV MDMV在宿根性杂草上越冬 陇南小麦条锈病菌以夏孢子在高海拔的山上小麦越夏 3影响病原物越冬 越夏的因素A有利于作物越冬的温度 湿度 雨水 积雪等均有利于病原物越冬 B夏季的高温 潮湿可减少越夏的病原物 73 病害发生的前阶段 4越冬 越夏后病原物的传播A人为传播B气流传播C昆虫传播D雨水与流水传播注 病原物的越冬 越夏是病害循环中薄弱的一环 控制或消灭越冬 越夏菌源是预防病害发生的有效措施 74 二 病害在寄主植物个体中的发展阶段 病害发生的前阶段包括侵入 扩展与发病三个阶段 病程 指病原物一次侵染发病的过程 从病原物与寄主接触开始 经侵入后在寄主体内扩展蔓延 引起一系列病变直到寄主表现症状 病原物开始释放传播体为止的这个连续的动态变化过程 称侵染过程 简称 病程 1侵入与抗侵入主要影响因素 A不同病原物侵入寄主植物的途径与特点B环境条件 水分 温度与湿度 C寄主的抗侵入 寄主固有的形态 生理特性 75 侵入途径和方式 1 直接侵入 直接穿透角质层和细胞壁 如真菌 线虫和寄生性种子植物 2 自然孔口侵入 植物的很多孔口 如气孔 皮孔 水孔 蜜腺 柱头等都可成为病原物的侵入孔口 许多真菌和细菌可从自然孔口侵入 3 伤口侵入 如剪伤 锯伤 虫伤 碰伤及其他机械伤害 大多数真菌和细菌靠伤口侵入 病毒靠微伤 肉眼不可见 侵入 76 病害在