模拟降雨对草地贪夜蛾羽化出土的影响

闫三强，吕宝乾，唐继洪，卢 辉，唐 雪，苏 豪，向凯萍

(1. 海南大学林学院，海口 570228; 2. 中国热带农业科学院环境与植物保护研究所/农业农村部热带作物有害生物综合治理重点实验室/海南省热带农业有害生物监测与控制重点实验室，海口 571101;3. 海南大学植物保护学院，海口 570228)

草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda，隶属鳞翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuida灰翅夜蛾属Spodoptera，原产于美洲热带地区(Goergenetetal., 2016)，具有适应性广、繁殖能力强、暴发性为害、防控难度大等特点(郭井菲等，2019)。草地贪夜蛾是联合国粮农组织全球预警的跨国界迁飞性农业害虫(杨普云和常雪艳，2019；Liuetal.，2020)，迅速在北美洲、中美洲、加勒比群岛、南美洲和亚洲地区的100多个国家蔓延扩散，定殖为害(Brévaultetetal., 2017; Toumnouetetal., 2018; Kajugaetetal., 2018; Sharanabasappaetetal., 2018; Albasinietetal., 2020)。自2018年底，我国云南发现草地贪夜蛾幼虫以来，现该虫已扩散到华南、西南、华中和华东地区27个省1 423个县，并已经向我国黄淮海夏玉米产区和北方春玉米产区蔓延(郭井菲等, 2019)，成为严重威胁我国农业生产的重大灾害性害虫。草地贪夜蛾低龄幼虫主要取食玉米的叶片和茎秆，高龄幼虫还会钻蛀玉米的雌穗和雌穗，严重影响作物叶片和果穗的正常发育，从而造成玉米大面积减产(王亚如等, 2020)。

草地贪夜蛾在我国的发生为害具有明显的区域性，西南、华南等周年繁殖区，发生面积占比在80%以上，长江中下游、江淮等迁飞过渡区，发生面积占比为10%～20%，北方重点防范区发生面积占比不足1%(姜玉英等, 2019)。草地贪夜蛾属入侵害虫，抗性相关基因扫描检测发现，入侵我国的草地贪夜蛾本身已经具有较高的抗药性(Zhangetal., 2020)，而且国内长期单一和不合理使用农药，草地贪夜蛾的化学防治效果已经受到影响(王芹芹等, 2019; 李永平等, 2019; 秦梦真等, 2020)。此外，化学药剂的残留对环境和生态的污染和破坏严重，不利于农业的可持续发展(苏湘宁等, 2020)。在这种形势下，探索草地贪夜蛾迁飞监测预警体系和绿色防控体系刻不容缓。草地贪夜蛾的生长发育和田间暴发为害与气象因子密不可分，其中温度是国内外研究较多较深入的一个因子(Du Plessisetal., 2020; 张红梅等, 2020; Sampaioetal., 2021)。而土壤水分条件是昆虫化蛹、羽化和繁殖的重要限制因子，害虫的种群密度与各世代的数量均会受到其影响(Chenetal., 2019)。但国内外针对降雨影响草地贪夜蛾羽化出土的研究甚少。本试验在室内条件下模拟不同级别降雨，研究两种不同质地的土壤在不同模拟降雨量下的水分状况对草地贪夜蛾土中蛹历期和羽化率的影响，为草地贪夜蛾灾变规律、预测预报和绿色防控研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

于海南省儋州市中国热带农业科学院环境与植物保护研究所(下文简称环植所)实验大棚里进行试验。大棚内温度为27.5±2.5℃，光周期为L ∶D=14 ∶10。

1.2 供试材料

1.2.1供试虫源

试验所用草地贪夜蛾由海南省儋州市环植所害虫扩繁实验室提供，饲养条件为温度26℃、光周期L ∶D=14 ∶10、相对湿度70%。

1.2.2供试土壤

供试土壤分为两种，其中干砂土购买于儋州琼西建材市场，砖红壤(土质类型为砂壤土)(杨帆, 2011; 张骏达等, 2015)则收集于海南省儋州市环植所实验楼下玉米地内表层(20 cm)，其中一部分直接用于试验，一部分粉碎过筛后在120℃烘箱中烘干24 h备用。

1.3 试验方法

1.3.1模拟降雨量设置

根据国家气象部门对降水量的定义：1 mm降水量相当于于每亩地里增加0.667 m3的水，经过换算有1 mm降水量就等于每1 cm2地里增加0.1 mL的水。试验所用花盆上部面积为200.1 cm2，取不同降水级别一天降雨量的中位数，即可得不同级别的模拟降雨量，详见表1。

表1 模拟降雨量

1.3.2草地贪夜蛾羽化出土观察试验设置

试验分为两次进行，第一次试验的供试土壤为砂土，第二次试验供试土壤为砂壤土。其中第一次试验于2020年7月29日开始，在养虫室选取鲜活的草地贪夜蛾预蛹150头，待预蛹化蛹完成且体色呈淡绿色时，选取120头发育经历一致的鲜活蛹，分置于12个盛有砂土的塑料花盆中，保持蛹上面的覆土厚度在2 cm左右，然后在花盆外罩细眼窗纱并扎紧下缘。第一次试验分为A、B、C和D共计4个处理，每个花盆放置10头蛹作为一个处理，每个处理设置3个重复，对不同处理浇灌相应的模拟降水量。模拟降雨后，用土壤水分测定仪(深圳沁之泉净水设备有限公司)每天定期测定每个处理花盆里0～8 cm土壤相对含水量，每个处理的土壤相对含水量取3个重复的平均值，观察并记录蛹羽化情况。

蛹的羽化出土观察时间为20 d，羽化出土且具备正常生命体征的成虫记为羽化成功。20 d后翻开土壤挖出未能羽化的蛹，体表皱缩或破裂且触碰后腹部暴露蛹壳外的体节无反应的蛹个体以及未正常羽化，体态畸形，不具备飞行能力的个体记为羽化失败。

第二次试验于2020年8月17日开始，采取上述的试验方法，选取150头形态一致的鲜活蛹，分置于15个盛有砂壤土的塑料花盆中。分为A、B、C、D和E共计5个处理，每个处理设置3个重复，其中A、B、C和D处理的供试土壤均为过筛、烘干后的砂壤土，E处理则采用大田砂壤土(土壤相对含水量为66%)，不做模拟降雨处理。

1.4 数据统计分析

数据采用Excel 2019进行统计整理，应用SPSS 23.0 version对数据进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)，以平均值±标准误的形式表示，并采取LSD检验(P<0.05)分析不同级别模拟降雨处理间草地贪夜蛾土中蛹历期和出土羽化率的差异显著性。应用Origin 2019b version软件绘图。

土中蛹历期=羽化出土日-化蛹日

出土羽化率(%)=(羽化出土数/10头)×100

2 结果与分析

2.1 不同级别模拟降雨对草地贪夜蛾土中蛹历期的影响

研究发现，在供试土壤为砂土的情况下，不同级别的模拟降雨对草地贪夜蛾土中蛹历期的影响差异不显著(F=1.064，P=0.3959>0.05)。不同处理下蛹历期排列为：B中雨(7.18±0.18 d)>C大雨(7.00±0.00 d)>A小雨(6.75±0.25 d)>D对照-1(6.50±0.50 d)(图1)。A、B、C和D处理两两之间均无统计学差异(P>0.05)。

在供试土壤为砂壤土的情况下，不同级别的模拟降雨对草地贪夜蛾土中蛹历期的影响差异不显著(F=1.4090，P=0.2435>0.05)。不同处理下蛹历期排列为：C大雨(7.75±0.25 d)>B中雨(7.71±0.36 d)>A小雨(7.35±0.19 d)>D对照-1(7.10±0.23 d)>E对照-2(7.05±0.19 d)。C处理与E处理表现出显著性差异(P<0.05)，与其他处理则均无统计学差异(P>0.05)(图2)。

图1 不同级别模拟降雨处理下草地贪夜蛾砂土中的蛹历期Fig.1 Pupal duration of Spodoptera frugiperda in sandy soil in different grades of simulated rainfal注：A，小雨；B，中雨；C，大雨；D，对照-1。Note:A,Light rain;B，Moderate rain;C,Heavy rain;D,CK-1.

图2 不同级别模拟降雨处理下草地贪夜蛾在砂壤土中的蛹历期Fig.2 Pupal duration of Spodoptera frugiperda in sandy loam in different grades of simulated rainfall注：A，小雨；B，中雨；C，大雨；D，对照-1；E，CK-2。Note:A,Light rain;B，Moderate rain;C,Heavy rain;D,CK-1；E，CK-2.

综上可得，不同级别的降雨处理对砂土和砂壤土中草地贪夜蛾蛹历期均无显著性影响，中雨和大雨处理对草地贪夜蛾土中蛹历期有一定的延长作用。

2.2 不同级别模拟降雨对草地贪夜蛾出土羽化的影响

不同级别模拟降雨处理对草地贪夜蛾在砂土中羽化率的影响差异极显著(F=11.619，P=0.003<0.05)。不同处理下蛹的羽化率排列为：B中雨(36.7%±6.7%)>A小雨(13.3%±3.3%)>D对照-1(6.7%±3.3%)>C大雨(3.3%±3.3%)(表 2)。B处理蛹的羽化率显著大于其他处理(P<0.05)，A、C、D处理两两之间均未表现出显著性差异(P>0.05)。砂土中的草地贪夜蛾蛹主要在入土后6～7天羽化出土。分析不同级别模拟降雨处理间砂土的水分状况变化趋势(图3)可知，砂土10 d内水分含量变化幅度较大。A、B、C、和D处理第6～7天的土壤相对含水量分别为0～15%、38%～45%、82%和0(图3)。结合羽化日附近不同土壤相对含水量对应的羽化率分析，草地贪夜蛾蛹在相对含水量为38%～45%的砂土中羽化率最高，土壤相对含水量过大(>80%)和过小(<20%)均极不利于蛹的羽化。

图3 砂土0～8 cm土壤水分变化情况Fig.3 Changes of 0～8 cm water content of sandy soil

表2 不同级别模拟降雨处理下草地贪夜蛾砂土中羽化情况

不同级别模拟降雨处理对草地贪夜蛾在砂壤土中羽化率的影响差异极显著(F=19.115，P=0.000<0.05)。不同处理下蛹的羽化率排列为：E对照-2(70.0%±5.8%)>A小雨(56.7%±8.8%)>D对照-1(33.3%±3.3%)>B中雨(23.3%±3.3%)>C大雨(13.3%±3.3%)(表3)。A处理与E处理蛹的羽化率无显著性差异(P>0.05)且均显著高于D处理、B处理和C处理(P<0.05)。C处理蛹的羽化率最低且与A处理、D处理和E处理均表现出显著性差异(P<0.05)。砂壤土中的草地贪夜蛾蛹主要在入土后6～8 d羽化出土。砂壤土10 d内土壤水分状况相对稳定，A、B、C、D和E处理第6～8天的土壤相对含水量分别为45%～55%，83%～90%，95～100%，0和40%～58%(图4)。结合羽化日附近不同土壤相对含水量对应的羽化率分析，草地贪夜蛾蛹在相对含水量维持在40%～60%的砂壤土中羽化率最高，在干砂壤土中的羽化率次之，在土壤相对含水量大于80%的条件下羽化率极低。

表3 不同级别模拟降雨处理下草地贪夜蛾砂壤土中羽化情况

图4 砂壤土0～8 cm土壤水分变化情况Fig.4 Changes of 0～8 cm water content of sandy loam

2.3 模拟降雨处理草地贪夜蛾蛹在不同质地土壤中羽化率比较

A处理砂土和砂壤土在草地贪夜蛾羽化日的土壤相对含水量分别为0～15%和40%～55%，蛹在45%～55%的土壤水分条件下的羽化率显著高于0～15%的(P<0.05)。同时也可以发现，A处理和E处理砂壤土在蛹羽化日的土壤相对含水量范围相对一致，分别为45%～55%和40%～58%，而蛹的羽化率在这种土壤水分条件下表现出相对最高的水平，且两者之间无显著性差异(P>0.05)，分别为56.7%±8.8%和70%±5.8%。B处理的土壤相对含水量分别为38%～45%和83%～90%，这两种土壤水分条件下蛹的羽化率未表现出显著性差异(P>0.05)，分别为36.7%±6.7%和23.3%±3.3%。C处理砂土和砂壤土的土壤相对含水量分别为82%和95%～100%，这两种土壤水分条件下蛹的羽化率均相对最低且未表现出显著性差异(P>0.05)，分别为3.3%±3.3%和13.3%±3.3%。D处理蛹羽化日的土壤相对含水量均为0，在这种土壤水分条件下，砂土中蛹的羽化率显著低于砂壤土的(P<0.05)，羽化率分别为6.7%±3.3%和33.3%±3.3%。而在土壤相对含水量相对适中(40%～60%)的条件下，砂土中蛹的羽化率也显著低于砂壤土的(P<0.05)，分别为36.7%±6.7%，56.7%±8.8%和70%±5.8%。

图5 草地贪夜蛾蛹在不同质地土壤中羽化率比较Fig.5 Comparison of emergence rate of Spodoptera frugiperda pupae in different soil textures注：A，小雨；B，中雨；C，大雨；D，对照-1；E，对照-2。Note:A,Light rain;B，Moderate rain;C,Heavy rain;D,CK-1;E,CK-2.

3 结论与讨论

草地贪夜蛾无滞育现象，其生活史可分为卵、幼虫(1～6龄)、蛹和成虫4个阶段。本研究结果发现，草地贪夜蛾的土中蛹历期为6～9 d，且主要集中在第7～8 天羽化出土。不同级别模拟降雨处理，即不同土壤相对含水量对于草地贪夜蛾土中蛹历期无显著性影响。李立坤等(2019)研究发现，不同土壤相对含水量对粘虫Mythimnaseparata(Walker)土中历期无显著影响。这与本研究结果一致。此外，本试验研究发现过大的土壤相对含水量对草地贪夜蛾的蛹历期具有一定程度的延长作用，且这种延长作用在砂壤土中表现出差异性。相关研究认为，昆虫发育进度的快慢在一定程度上反应了其生长环境的优劣。昆虫发育越快，历期越短，表明环境条件越适宜其生长(唐继洪, 2016)。土壤相对含水量过高或过低均延长了粘虫蛹的历期(李立坤等, 2019)。陈法军(2003)研究发现，当土壤相对含水量不大于20%和不小于60%时均能显著延长棉铃虫Helicoverpaarmigera(Hübner)蛹的历期。本研究未发现过低的土壤相对含水量对草地贪夜蛹的历期表现出明显的延长作用，这可能和本试验的供试土壤有关，具体原因有待于进一步分析。同时，这在一定程度上也说明草地贪夜蛾更适合在相对干燥的土壤环境中羽化出土。

草地贪夜蛾常在2～8 cm深的土壤中化蛹，有时也在果穗或叶腋处化蛹。相关研究表明，完全变态昆虫的羽化率会受到土壤含水量的显著影响(韩云等, 2015)，且土壤相对含水量小于或等于20%有利于棉铃虫的羽化出土，土壤相对含水量大于或等于40%的对其羽化出土不利，100%土壤相对含水量则会造成棉铃虫蛹大量死亡，羽化失败率高达90%(陈法军等, 2003)。小菜蛾Plutellaxylostella(Linnaeus)在土壤相对含水量(换算后)30.0%、37.2%、74.4%和100%条件下，羽化率分别为53.33%±5.75%、6.67%±0.57%、3.33%±0.45%和0.00±0.00(周福才等，2012)。李立坤等(2019)研究发现，粘虫羽化出土的适宜土壤相对含水量为60%，0%和100%的土壤相对含水量都不利于粘虫正常的羽化出土。刘茂松等(2012)研究表明，羽化期间降雨显著影响杨小舟蛾Micromelalophatroglodyta(Graeser)蛹的存活，土壤湿度越大，蛹羽化和存活率越低。本试验结果表明，蛹期模拟降雨处理对草地贪夜蛾的羽化率影响显著，蛹期土壤相对含水量维持在40%～60%的范围内有利于草地贪夜蛾的羽化出土，土壤相对含水量过低(<20%)和过高(>80%)均极不利于草地贪夜蛾的出土羽化。可以看出，不同种类完全变态昆虫羽化出土的最适土壤水分含量有所差异，但过大的土壤水分含量对上述昆虫的羽化出土均极其不利。有学者研究表明，蛹末期到羽化前期是完全变态昆虫发育阶段的脆弱时期，此时昆虫体内进行着剧烈的生理代谢活动，并伴随着组织的解离和再生，更易受到外界环境变化的影响(陈法军等, 2003)。杨燕涛(2000)研究发现，土壤遇雨后棉铃虫蛹死亡的主要机制是土壤中过大的水分含量会恶化通气，导致蛹窒息而亡；其次是雨后导致蛹室和羽化通道的坍塌从而影响棉铃虫的羽化出土。本试验发现小雨处理的砂土出现板结的情况，且部分蛹破裂或呈现“半羽化”的状态，其原因可能是本试验供试砂土经过高温烘干，导致了土壤有机质的散失，土壤结构的破环和土料的分散，较低的模拟降雨量加之砂土较差的保水性使得土壤中的水分很快蒸发流失，从而导致土壤在蛹羽化前板结，一定程度上阻塞了蛹羽化出土的通道，使得昆虫难以破蛹而出或羽化但难以出土(杨燕涛, 2000；党志浩和陈法军, 2011)。这说明土壤的板结也会影响昆虫蛹的羽化出土。

入土化蛹昆虫的羽化在一定程度上也受到土壤质地的影响(韩云等, 2015)。本试验研究发现，在土壤相对含水量过低(<20%)、适中(40%～60%)和过高(>80%)的情况下，草地贪夜蛾蛹在砂壤土中的羽化率均高于在砂土中的，从而在一定程度上说明砂壤土相对于砂土有利于草地贪夜蛾蛹的羽化出土。这与砂壤土最适宜豆大蓟马Megalurothripsusitatus羽化的结论一致(韩云等, 2015)，而与桑椹瘿蚊Cotarinasp.在砂土中的羽化率显著高于砂壤土的结论不同(任杰群等, 2018)。完全变态昆虫在不同质地土壤中羽化率表现出差异的原因尚不明晰，可能受到土壤质地和昆虫生理特性的共同影响(陈法军等, 2003)。

不同质地土壤的特性不同，砂土孔隙性好，但水稳性差，水分渗透和蒸发速度快，难以维持土壤含水量。砂壤土兼具砂土和壤土的特性，通气透水性和保水性均相对较好(苏杨等, 2013)。结合大田环境下的自然降雨分析，蛹期频繁降雨一定程度上有利于砂质土壤维持相对适宜的土壤含水量，适宜蛹的羽化出土，而干旱条件下土壤含水量过低则不利于蛹的羽化出土；壤土或砂壤土的田间持水量较大，加之其相对较好的水稳性，土壤含水量可以较长时间保持在一定范围内，在干旱条件下更适合草地贪夜蛾蛹的羽化出土，在雨水充足的条件下则不利于其羽化出土(任杰群等, 2018)。鉴于我国玉米产区的种植用土以砂壤土居多，则草地贪夜蛾在相对干旱的大田环境下暴发为害的可能性更大，须对此加以防控。土壤水分含量过大对草地贪夜蛾蛹羽化出土的影响是毁灭性的，在实际生产中适时进行大田漫灌，营造高湿土壤环境可有效降低草地贪夜蛾蛹的羽化率，从而可达到防治目的。

土壤湿度对草地贪夜蛾出土成虫的生产力、繁殖力和交配力是否有影响？土壤有机质含量、腐殖质含量和pH等化学特性是否也是影响昆虫蛹羽化出土的因素？上述问题有待于深入研究。