麦田地面的杂草种群动态

麦田地面的杂草种群动态

单一品种作物的长期种植降低了农业遗传多样性和生态系统稳定性，大量病虫害和天敌减少，给农业和害虫带来了感染（董文霞等，2013）。应用生物多样性与生态平衡的原理,进行农作物遗传多样性、物种多样性及农田生态系统多样性的优化布局,增加农田的物种多样性和农田生态系统的稳定性,有效减轻作物虫害的危害,已成为农业害虫防治的发展趋势(赵紫华等,2013)。大量的研究表明采用合理的间作、套作、混体等多样性种植模式可以有效控制植食性昆虫的种群,减轻作物的受害程度(董文霞等,2013),针对麦田昆虫与天敌群落多样性与种群动态的研究亦不少(蒋樟法等,1996;牟少敏等,2001;高书晶等,2006;王万磊等,2008)。但这些研究其调查样点较少,范围较小,尚不足反应昆虫与天敌大大尺度空间分布动态,从大尺度景观结构的基础上研究麦田昆虫与天敌群落多样性与种群动态的报道则很少。步甲和蜘蛛是农田生态系统中对大尺度景观因子影响较为敏感的类群之一,是最好的环境变化指示种之一(Burel,1989)。为此,本文通过对不同大区域景观结构下麦田步甲与蜘蛛的调查,进行大尺度环境特征对麦田步甲与蜘蛛多样性影响作用的研究,旨在探讨景观基础上的环境特征和作物多样性对害虫和天敌的作用机理及其调控机制,维护农田生态系统的可持续发展。1材料和方法1.1优质生产基地的选择研究区域设在宁夏银川平原,属于温带干旱地区,日照充足,日照时数3000h左右,无霜期约160d,10℃以上有效积温约3300℃。气温日较差大,平均达13℃,降水量200mm左右,小麦种植历史较长,是小麦的优质生产基地。调查选4个研究区域(图1):(1)平吉堡农场,为复杂景观区,种植区高度异质化,大量种植有小麦、玉米、大豆等粮食作物,也有着大面积的人工苜蓿草地,都呈条带状种植。小麦占地面积近200hm1.2样地与引诱剂的设置在上述4个地区,每个地区取半径r=500m的圆为调查样区,构成4种景观结构(图1),在每个景观中由不同的斑块组成。每个景观中调查样区按小麦田块特征在东、南、西、北、中5个方位,以棋盘式五点式取样法进行调查。样地设计:一共4种景观,每种景观中5个样地,共20个样地,每个样地设5个样点(10m×10m的样点),每样点设3个陷集杯,共计300个陷阱杯。引诱剂是糖、醋、医用酒精和水的混合物,重量比为1︰2︰1︰20,每个诱杯放引诱剂40~60mL。诱杯为250mL一次性塑料口杯,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。每区域选5~6调查样区(赵紫华等,2010,2011)。2013年4月下旬—7月上旬期,每隔10d,收集诱导杯中的地表甲虫和蜘蛛标本,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空间分布模拟甲虫和蜘蛛多样性采用物种多样性指数和优势种个体数量表示,分析其时间和空间动态。物种多样性指数为Shannon-Wiener多样性指数公式H′=-∑(P景观多样性指数主要采用Shannon-Wiener多样性指数公式H′=-∑(P显著性检验方法:采用多重比较方法中的Duncan’s新复极差法进行显著性检验。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,准确的模拟种群的分布,将分散间断的调查数据合成连续的分布图(赵紫华等,2012)。本文以观测点为单位(10m×10m),统计种类和个体数,计算单位面积物种多样性和种群密度指数,用克里金插值法模拟4个研究区域中优势种的空间分布,整个模拟过程以ArcGis10.0软件包完成。2结果与分析2.1相对复杂农业景观,相对简单农业景观针对4个区域,选取20块麦田斑块,其中相对复杂农业景观(图1:C,D)各5块,相对简单农业景观(图1:A,B)10块,平均面积为1032.81m2.2蛛属种的种类经调查,共诱集到麦田生境中地表甲虫和蜘蛛17科,92种,5683头。蜘蛛、步甲类群个体数量分别占总个体数的15.61%、31.15%(表2)。2.3麦田昆虫和蜘蛛的生物多样性2.3.1物种多样性的自然影响如图2所示,景观结构较为复杂的平吉堡农场和贺兰红星一队调查区内,麦田地表甲虫和蜘蛛物种多样性表现的较高些,其他2个景观结构较为简单的调查区物种多样性较低。宁夏大学实验农场景观格局中,物种多样性指数最低,出现这种现象的原因可能是本调查区位于人居密集区,周边非作物设施面积影响较大,加之植被和作物相对较为单一,景观多样性较低所致。而军马场农场的景观格局中物种多样性指数较低的原因可能是调查区麦田种植面积比例很低,非作物设施面积比例较大,麦田斑块过于分散,影响昆虫扩散活动所致。2.3.2动态平衡对不同发育时期物种多样性的影响从图3可以看出,步甲在5月上旬多样性指数最大,随后出现先降后升的趋势;而蜘蛛在6月下旬多样性指数最大,之后一直呈现下降趋势。整个小麦生育期二者物种多样性随季节变化呈现动态平衡下的波动。但随季节变化,步甲物种多样性指数波动幅度较蜘蛛物种多样性指数波动明显较大。如在5月中旬和6月下旬步甲和蜘蛛多样性指数出现二次较大幅度的下降。分析其原因这与调查期的2次人为的灌水紧密联系。同时,步甲物种多样性下降幅度较大的原因可能与二者生活习性有关,蜘蛛在麦田生境中存在麦株间结网型的和地表游猎型的,调查所得步甲几乎都是在地表爬行的种类。为此步甲活动受灌水的影响更大。2.4毛绿步a和星豹物种数量的季节动态和区域分布2.4.1毛青步甲和星生长分类从图4可以看出,毛青步甲种群数量在5月上旬时最小,至5月下旬后,表现出先升后降的趋势,6月下旬以后呈现升高的趋势。在6月上旬毛青步甲Chlaeniuspallipes和星豹蛛Pardosaastrigera个体数量同时呈现最大值,5月下旬至6月上旬,星豹蛛个体数量先降后升,6月上旬后先降后升。优势种的物种密度出现这样大周期波动原因可能受人为的灌水所致。在6月上旬毛青步甲和星豹出现最大幅度上升的波动可能是部分田块受邻近苜蓿的刈割导致迁移所致。2.4.2星蚤蛛和毛青步甲由图5,图6可以看出,毛青步甲和星豹蛛的在4种景观格局中的麦田的空间分布各不相同。毛青步甲在平吉堡和贺兰红星研究区域的景观格局中分布比较多;而星豹蛛的分布较为广泛,在4个区优势种的分布都很典型,尤其在平吉堡、军马场和贺兰红星区域内。在宁夏大学实验农场的景观格局中,不管是毛青步甲,还是星豹蛛,个体数都表现的很低。出现这种现象的原因是因为在宁夏大学实验农场的景观格局中植被比较单一,受人为影响很大。植被多样性的单一导致物种密度也较少,而其他的3个景观格局中种植的作物比较丰富,景观格局也较复杂,受人为因素小,因此物种密度较大。3物种多样性的季节变化3.1调查所得银川平原4种不同景观结构下麦田生境中地表甲虫和蜘蛛17科,92种,总数量为5683头。蜘蛛、步甲类群数量占的比较多,分别占总个体数的15.61%、31.15%。3.2运用物种多样性指数对不同景观结构下地表甲虫和蜘蛛物种多样性的田间分布和时间动态进行模拟,得出景观结构较为复杂的平吉堡区域内和贺兰红星一队区域内生物物种多样性表现的较高些,其他2个景观结构较为简单的区域生物物种多样性较低。出现这种现象的原因是简单景观格局的宁夏大学实验农场农田植被比较单一,且受非作物生境面积大、人为影响较大有关。而贺兰军马场的景观格局中物种多样性指数较低,主要原因除了作物单一,还因为麦田的种植面积比例很低,田块相对分散所致。时间动态分布表明,步甲在5月上旬多样性指数最大,随后出现先降后升的趋势;而蜘蛛在6月下旬多样性指数最大,之后一直呈现下降趋势。多样性指数出现这样大周期波动,主要是因为在小麦的生长期内,人为进行灌水引起的。从而影响到甲虫和蜘蛛的活动力减少,使调查种类和数量降低。由于蜘蛛种群在麦田生境中存在麦株间结网型的和地表游猎型的,而步甲类全都是在地表爬行的。因此步甲种群比蜘蛛种群受灌水的影响大。3.3毛青步甲的种群数量在5月上旬时最小,至5月下旬,数量表现出先升后降的趋势,6月下旬后呈现升高的趋势。在6月上旬毛青步甲和星豹蛛种群数量同时呈现最大值,5月上旬至6月上旬,星豹蛛个体数量先降后升,6月上旬之后先降后升。6月上旬毛青步甲和星豹出现最大幅度上升的波动是因为邻近麦田生境中苜蓿的刈割导致麦田数量大幅度增加。不同景观结构下麦田步甲和蜘蛛优势种种群数量分布明显不同。毛青步甲在平吉堡和贺兰红星研究区域的景观格局中分布比较多,而星豹蛛的分布较为广泛,在4个区的分布较为均匀,尤其在平吉堡、军马场和贺兰红星区域内都有较多分布。而在宁夏大学实验农场景观格局中,由于本调查区的景观较简单和人为的影响,导致不管是毛青步甲,还是星豹蛛的个体数和整个节肢动物群落的多样性指数都很低。实验表明,景观复杂性导致物种多样性的升高。如Schmidt等(2004,2005,2008)通过多年的系统调查研究,发现农业景观格局能够强烈的影响麦蚜以及天敌的种群动态。Thies等(2005,2008)观察到年度间的景观格局变化能够影响蚜茧蜂的寄生率,且随着景观中麦田比例的增加,蚜茧蜂的寄生率呈下降趋势。赵紫华等(2010,2011a,2012a)通过多年的大田研究表明,农业景观中各种不同景观因子在生物控害作用中都发挥着一定的作用和功能,草地