核棉间作对棉田节肢动物群落结构及自然天敌种群发生的影响

李海强，王冬梅，刘 建

(农业部西北荒漠绿洲作物有害生物综合治理重点实验室/农业部库尔勒作物有害生物科学观测实验站/新疆农业科学院植物保护研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】节肢动物群落是连接种群与生态系统之间的桥梁，是以作物为中心的多种植食性害虫、天敌等节肢动物组成的复杂的系统。节肢动物群落特征主要包括群落的相对丰盛度、物种丰富度、优势度、优势集中性、多样性指数和均匀度性指数等特征。棉田节肢动物群落是一个以棉花栽培为中心的多种害虫及天敌等节肢动物共同组成的网络结构[1]。2018年新疆棉花种植面积达到250×104hm2(3 750万亩)，总产、单产、出口均居全国第一。新疆农民收入的30%来自植棉收入，在主要产棉县棉花生产收入甚至占农民总收入的70%以上[10]。新疆阿克苏地区2020年棉花种植面积约为47×104hm2(700万亩)。阿克苏地区也是南疆果树栽培的主要种植区之一，红枣、苹果、核桃果树均有栽培。不同类型的果树和棉花形成了较为普遍的果棉间作模式，果棉间作改变了作物的田间布局，使得田间节肢动物的生存环境、食物链、扩散途径等发生了相应的改变，由于增加了寄主作物，也改变了害虫发生和响应的程度。不同的作物布局、栽培方式、品种差异等, 对棉田节肢动物群落的结构与多样性都会产生一定程度的影响。研究核棉间作对棉田节肢动物群落及自然天敌种群的影响，对分析核棉间作模式中棉田节肢动物群落结构及自然天敌种群发生以及调控果树和棉花害虫与自然天敌有重要意义。【前人研究进展】王春义等[2]研究了北疆棉田不同邻作、灌溉方式对棉田节肢动物群落结构和多样性的影响表明，不同邻作方式可以能改变棉田节肢动物群落结构，邻作小麦增加棉田天敌种类，邻作玉米增加棉田天敌个体数。Men等[3]研究发现，化学农药可以增加Bt 棉田和常规棉田节肢动物群落和各个亚群落的多样性，但这种增加是由于靶标害虫减少使均匀度增加而导致的。陈明等[4]研究发现，间作或邻作苜蓿的棉田天敌群落的物种丰富度、丰富度指数及多样性指数均高于常规单作棉田，表明间作和邻作苜蓿带并适时刈割, 可以提高棉田内天敌群落的丰富度和多样性。雒珺瑜等[5]研究了转Bt基因棉田与非转基因棉田昆虫群落结构的差异结果表明，不同品种2种棉田节肢动物群落结构无显著差异。雒珺瑜[6]研究了不同调查时期对棉田物种结构和生物多样性的影响表明，不同生育期调查方法仅对物种个体总数和物种丰富度有影响，而对多样性指数、均匀性指数和优势集中性指数无显著影响。贾永超等[7]研究了玉米单作田、玉米马铃薯间作田、玉米马铃薯向日葵间作田天敌节肢动物群落的组成和结构，发现天敌群落多样性指数、丰富度指数和均匀度指数均表现为玉米马铃薯向日葵间作田、玉米马铃薯间作田高于玉米单作田，3种不同间作模式玉米田中以玉米马铃薯向日葵间作田天敌节肢动物群落种类最丰富、稳定性最强。胡亚辉等[8,9]研究表明，桃李间作对桃树上布甲群落的物种组成和丰富度没有显著影响，对整个天敌群落也无显著影响。【本研究切入点】不同间作模式对节肢动物群落结构的影响不相一致。前人对南疆果棉间作模式下节肢动物群落的研究工作一直较少，相关结论也不是很统一。亟需研究比较果树和棉花间作模式下棉田节肢动物群落组成和关系。【拟解决的关键问题】2017～2018年在新疆阿克苏市选择核桃棉间作模式试验点21个,研究阿克苏地区核棉间作对棉田节肢动物群落结构的影响，为果棉间作模式下害虫综合治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

2017年调查核棉间作系统12个试验点，其中温宿县克孜勒镇3个试验点，温宿县古勒阿瓦提乡1个试验点，托普鲁克乡8个试验点；2018年调查核桃棉花间作系统9个试验点，其中温宿县克孜勒镇3个试验点，温宿县古勒阿瓦提乡2个试验点，托普鲁克乡4个试验点。在每个试验点，选择核桃棉间作田和棉花单作田各1块，每块田面积大于1 hm2，2块田间隔距离小于50 m，同时棉花长势与农事管理基本一致。在各试验点，核桃棉间作系统核桃树龄选择7～9 a栽培的核桃树(Juglans regia)，棉花选择当地主栽陆地棉品种新陆中68号。

1.2 方 法

采用手持GPS仪记录每个点的经纬度。每年6、7、8月中旬，对每个试验点的间作棉田和单作棉田各开展1次调查。每次调查时，每块棉田采用5点对角线取样，每点调查20株棉花，利用目测法系统调查每个棉株上节肢动物的种类和数量，并逐一记录。

1.3 数据处理

数据利用Excel 2013和SAS 9.4软件计算处理。昆虫群落结构指数参考(Shannon and Weaver, 1949; Simpson et al.,1949; Margalef et al., 1958)等方法计算[11-13]。多样性指数(diversity index, H)采用Shannon-Wiener多样性指数表示。群落均匀型指数(evenness index, J)以多样性指数与理论最大多样性指数来表示。优势集中度(dominant concentration,C)用Simpson优势度指数表示。

优势集中度指数(C)：

其中，物种丰富度S用群落中的物种数表示，Pi为第i个物种数量占所有物种总数的比例，N为群落中的总个体数，Ni为群落内物种的个体数量[14-16]。

将每个试验点中每块棉田(单作或间作棉田)5个取样点的每种节肢动物数量求和后，按百株虫量来统计每个物种的数量，在此基础上计算群落结构指数。同一年份内，同一种植模式下的不同试验点作为平行重复，利用单因素方差分析进行间作模式与单作模式下节肢动物群落指数及捕食性天敌种群数量的差异比较。

2 结果与分析

2.1 核棉间作与单作棉田节肢动物群落数量

研究表明，2017年核棉间作模式下，12个试验点节肢动物个体总数为41 711头，其中害虫37 781头、天敌3 930头；单作模式下节肢动物为88 712头，其中害虫76 762头、天敌11 950头。2018年间作模式节肢动物个体总数为23 927头，其中害虫21 363头、天敌2 564头；单作模式下节肢动物个体总数为64 485头，其中害虫56 739头、天敌7 746头。表1

表1 核棉间作和棉花单作节肢动物群落结构特征指数Table 1 The characteristic index of arthropod community in -cotton intercropping and cotton monocrop fields

2.2 核棉间作模式对棉田节肢动物群落结构的影响

研究表明，间作模式与单作模式的群落多样性指数(2017,F= 0.59,df= 1, 22,P= 0.451;2018,F= 1.10,df= 1, 16,P= 0.310)、群落均匀性指数(2017,F= 0.025,df= 1, 22,P= 0.876;2018,F= 0.134,df= 1, 16,P= 0.719)以及优势集中性指数(2017,F= 1.83,df= 1, 22,P= 0.298; 2018,F= 2.84,df= 1, 16,P= 0.111)均无显著差异。

对害虫亚群落，间作模式与单作模式的群落多样性指数(2017,F= 0.13,df= 1, 22,P= 0.726; 2018,F= 0.003,df= 1, 16,P= 0.956)、群落均匀性指数(2017,F= 0.13,df= 1, 22,P= 0.726;2018,F= 4.09,df= 1, 22,P= 0.055)以及优势集中性指数(2017,F= 0.10,df= 1, 22,P= 0.761;2018,F= 0.20,df= 1, 16,P= 0.659)均无显著差异。

对天敌亚群落，间作模式与单作模式的群落多样性指数(2017,F= 0.12,df= 1, 16,P= 0.729;2018,F= 0.32,df= 1, 16,P= 0.579)、群落均匀性指数(2017,F= 0.29,df= 1, 22,P= 0.599;2018,F= 0.28,df= 1, 22,P= 0.607)以及优势集中性指数(2017,F= 0.03,df= 1, 22,P= 0.876;2018,F= 0.55,df= 1, 16,P= 0.469)均无显著差异。表2

2.3 核棉间作模式对棉田捕食性天敌发生量的影响

研究表明，2017年6月核棉间作棉田捕食性天敌的种群数量达到了全年的高峰期。6月核棉间作田捕食性天敌数量为166头/百株，单作捕食性天敌数量为162头/百株。7月核棉间作捕食性天敌种群数量有一定下降，捕食性天敌的种群数量为143头/百株。单作棉田捕食性天敌的种群数量达到了全年的高峰期捕食性天敌的种群数量为200头/百株。8月核棉间作和棉花单作田捕食性天敌发生数量较少，种群数量均最低。6月、7月和8月核棉间作棉田与棉花单作田捕食性天敌种群数量差异不显著(6月，t= -0.22,df= 44,P= 0.830 6；7月，t= 1.32,df= 44,P= 0.193 6；8月，t= -0.97,df= 44,P= 0.336 3)。全年核棉间作田和棉花单作田捕食性天敌数量差异不显著(P> 0.05)。

捕食性天敌6月发生，7月达到了本年度的高峰期。核棉间作棉田6月的捕食性天敌数量为59头/百株，单作棉田捕食性天敌的种群数量为62头/百株。7月核棉间作田捕食性天敌数量为86头/百株，单作棉田捕食性天敌的种群数量为114头/百株。8月核棉间作和单作捕食性天敌数量较7月又有一定数量的下降。6、7和8月核棉间作棉田与棉花单作田捕食性天敌种群数量差异不显著(6月，t= -0.63,df= 32,P= 0.535 7； 7月，t= 0.75,df= 32,P= 0.458；8月，t= 0.47,df= 32,P= 0.641 8)。全年核棉间作田和棉花单作田捕食性天敌数量差异不显著(P> 0.641 8)。图1，表3

图1 2017年、2018年核棉间作棉田和单作棉田捕食性天敌种群数量变化Fig.1 Population of the predators on cotton plant in walnut-cotton intercropping and cotton monocrop systems 2017 and 2018

表2 核棉间作和棉花单作节肢动物群落结构特征指数Table 2 The characteristic index of arthropod community in walnut-cotton intercropping and cotton monocrop fields

表3 核棉间作棉田和单作棉田捕食性天敌数量变化Table 3 Statistics from mixed effect linear model the predators populationsin walnut-cotton intercropping and cotton monocrop systems

2.4 核棉间作模式对棉田僵蚜密度的影响

研究表明，2017年6月核棉间作和棉花单作田僵蚜密度发生数量较少，种群数量均最低。7月核棉间作、单作棉田僵蚜密度均达到了全年的高峰期。7月核棉间作田僵蚜密度为171头/百株，单作僵蚜密度为443头/百株。8月核棉僵蚜密度有一定下降，为137头/百株。6月、7月和8月核棉间作棉田与棉花单作田僵蚜密度差异不显著(6月，t= -2.2,df= 44,P= 0.033 2；7月，t= 0.86,df= 44,P= 0.393 7；8月，t= 0.83,df= 44,P= 0.412 3)。全年核棉间作田和棉花单作田僵蚜密度差异不显著(P> 0.05)。

棉蚜僵蚜密度发生量与捕2017年发生规律较为一致。6月少量发生，7月达到了高峰期，8月僵蚜密度又有所下降。核棉间作棉田6月的僵蚜密度为60头/百株，单作棉田僵蚜密度为29头/百株。7月核棉间作田僵蚜密度为171头/百株，单作僵蚜密度为443头/百株。8月，核棉间作和单作僵蚜密度较7月又有一定数量的下降。6、7和8月核棉间作棉田与棉花单作田僵蚜密度差异不显著(6月，t= -1.36,df= 32,P= 0.184 3； 7月，t= 1.03,df= 32,P= 0.310 5；8月，t= 0.06,df= 32,P= 0.953 8)。全年核棉间作田和棉花僵蚜密度差异不显著(P> 0.05)。图2，表4

图2 2017年、2018年核棉间作棉田和单作棉田僵蚜密度变化Fig.2 Effect of the mummy aphids on cotton plant in walnut-cotton intercropping and cotton monocrop systems

表4 核棉间作棉田和单作棉田僵蚜密度变化Table 4 Statistics from mixed effect linear modeanalysisof the predators populationsin walnut-cotton intercropping and cotton monocrop systems

3 讨 论

研究节肢动物群落组成及动态进一步明确群落及其组分在时间序列上发生、发展的变化过程[17]。群落多样性是群落稳定性的一个重要尺度，是生物群落的重要特征多样性不仅反映了群落的丰富度、变异程度，而且在不同程度上也反映了不同的自然地理条件与群落发展的关系。群落多样性的参数值越大，其反馈系统也就越强大，对于环境的变化或来自群落内部种群波动的缓冲作用越强，这样的节肢动物群落优势种就不太突出，害虫也就不容易大发生[18]。

Risch[19]对已报道的150篇间作对植食性害虫种群影响的文献进行了综述表明，间作导致了53%的害虫发生减轻，18%间作田的害虫种群间作田是增加的，9%间作田和单作田害虫种群数量是相同的，20%是不确定的。Akbulut等[20]以杂交白杨树行间分别种植玉米、大豆、南瓜为处理，无种植作物的白杨树林以及远离林木种植种作物的田块为对照，研究了田篱间作对林木、农作物以及节肢动物群落的影响表明，在采集到的节肢动物标本中，在整个复合农林系统样地采集到118个科，在无林木的对照样地采集到57个科，在白杨树的对照样地收集到44个科，各样地之间除多样性指数外，均匀性指数、优势集中度指数均无差异。研究表明，核棉间作对棉田节肢动物群落多样性指数、均匀性指数和优势集中度指数与单作棉田相比均无显著性差异。核棉间作对捕食性天敌及僵蚜密度无显著的差异。

不同的时间序列对群落的组成及结构有显著的影响。陶正良等[21]通过对桔园生草区、除草区内的节肢动物群落组成进行了研究表明，桔园生草区节肢动物群落多样性、均匀性显著的高于桔园除草区。整个桔园生态系统冬季的多样性指数最低，春季逐渐回升，夏季达到最高，秋季又下降。孙梦潇等[22]研究了间作罗勒对苹果园节肢动物群落及功能群落时序特征的影响表明，随着苹果树的生长，节肢动物群落的丰度呈现先上升后下降的趋势，丰富度呈现先上升保持相对稳定后下降的趋势；多样性指数呈先上升后下降再上升再下降的趋势，均匀度呈先下降后缓慢上升的趋势，优势度指数呈先快速上升再下降再上升的趋势；不同功能群落呈现不同的变化趋势，间作罗勒使植食性昆虫丰度降低，捕食性昆虫、寄生性昆虫丰度升高。

4 结 论

新疆南疆核棉间作棉田节肢动物群落多样性指数、均匀性指数和优势集中度指数与单作棉田相比均无显著性差异；自然天敌种群数量间作和单作相比也无显著行差异。棉田主要捕食性天敌以瓢虫类、草蛉类、食虫蝽类为主，核棉间作棉田与棉花单作田捕食性天敌种群数量无显著性差异(P=0.42 > 0.05)。核棉间作对棉蚜僵蚜密度也无显著影响(P=0.076 > 0.05)。核桃棉花间作模式对棉田节肢动物群落结构及自然天敌的种群数量没有明显影响。