田　瑋，　熊　琪，　吳婷婷，　楊　萌，　相恒星，　裴洪淑*

(1.延邊大學(xué)理學(xué)院，吉林 延吉 133002；2.環(huán)保橋(湖南)生態(tài)環(huán)境修復(fù)有限公司，湖南 長沙 410000 )

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圖們江中游稻田節(jié)肢動(dòng)物群落特征及影響因素研究

田瑋1，熊琪2，吳婷婷1，楊萌1，相恒星1，裴洪淑1*

(1.延邊大學(xué)理學(xué)院，吉林 延吉 133002；2.環(huán)保橋(湖南)生態(tài)環(huán)境修復(fù)有限公司，湖南 長沙 410000 )

摘要：以圖們江中游3條典型河流兩側(cè)的稻田為研究對(duì)象，對(duì)節(jié)肢動(dòng)物的群落特征、采樣點(diǎn)的海拔及土壤農(nóng)殘?zhí)卣鞯冗M(jìn)行分析的結(jié)果表明：圖們江中游稻田節(jié)肢動(dòng)物群落中，同翅目與雙翅目數(shù)量最多且離散程度大，總體上同翅目離散程度大于雙翅目離散程度；在檢測的7種農(nóng)藥中，圖們江中游稻田土壤中主要農(nóng)殘為甲胺磷和稻瘟靈，不同采樣點(diǎn)之間差異性明顯；基于環(huán)境因子與節(jié)肢動(dòng)物群落的冗余分析，表明海拔與甲胺磷是影響節(jié)肢動(dòng)物群落的主要因素，其中，低海拔與低甲胺磷區(qū)是鞘翅目、蜘蛛目、蜻蜓目、雙翅目與半翅目的集中區(qū)。

關(guān)鍵詞：圖們江；稻田節(jié)肢動(dòng)物群落；農(nóng)殘；海拔

稻田節(jié)肢動(dòng)物群落是稻田生物群落的重要組成部分。稻田節(jié)肢動(dòng)物物種之間存在復(fù)雜聯(lián)系，如害蟲取食水稻，天敵寄生或捕食害蟲，一些天敵還可能受制于其它種類的天敵[1-2]。稻田節(jié)肢動(dòng)物中除了害蟲與天敵之外，還有中性昆蟲，是稻田節(jié)肢動(dòng)物群落的一個(gè)重要組成成分[3]，對(duì)稻田中性、捕食性與害蟲進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，稻田中捕食性天敵亞群落的發(fā)生與重建比稻田害蟲亞群落發(fā)展快，前者在水稻生長發(fā)育前期，主要依賴于稻田中的中性昆蟲重建其亞群落。同時(shí)，稻田節(jié)肢動(dòng)物中的昆蟲作為初級(jí)消費(fèi)者，是稻田青蛙等次級(jí)消費(fèi)者主要的食物來源[4]。綜上所述，稻田節(jié)肢動(dòng)物群落對(duì)維持稻田生物多樣性平衡起到重要作用。

隨著水稻種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、種植面積擴(kuò)大，幾種主要害蟲如稻飛虱、 稻螟蟲等大發(fā)生頻率提高，新害蟲的侵入有所增加，水稻害蟲對(duì)稻田危害日益猖獗[5]。長期以來，對(duì)稻田害蟲防治的主要對(duì)策是使用化學(xué)農(nóng)藥[6]，但農(nóng)藥使用也帶來了一系列問題：1) 容易引起環(huán)境污染及水稻安全性問題；2) 導(dǎo)致害蟲抗性增強(qiáng)和稻田用藥成本增加。更嚴(yán)重的是，農(nóng)藥不僅可以大量殺傷害蟲，也大量殺傷天敵，影響天敵的捕食功能，嚴(yán)重削減天敵對(duì)害蟲的控制作用[7]，由于水稻主要害蟲種群的恢復(fù)能力強(qiáng)，在失去自然天敵有效控制的情況下很容易暴發(fā)成災(zāi)[7-8]。有效控制稻田害蟲，保護(hù)和利用群落中害蟲的天敵，成為當(dāng)前稻田害蟲研究的熱點(diǎn)。稻田節(jié)肢動(dòng)物群落的研究是稻田害蟲綜合治理非常重要的基礎(chǔ)工作。

圖們江是我國重要的國際性河流之一，其流域跨中、朝、俄3國，地處北半球中溫帶且晝夜溫差大，非常有利于糧食作物的形成，為水稻的生產(chǎn)提供了優(yōu)越的自然環(huán)境和條件[9]。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)糧食產(chǎn)量要求越來越高，所以農(nóng)藥的使用也持續(xù)不斷，不僅危害節(jié)肢動(dòng)物群落的多樣性，同時(shí)還影響糧食安全。本文以圖們江中游為例，研究該區(qū)域稻田昆蟲群落結(jié)構(gòu)特征、土壤農(nóng)殘?zhí)卣?并基于海拔及農(nóng)殘?zhí)骄坑绊懤ハx群落結(jié)構(gòu)的因素。

1材料與方法

1.1材料

圖們江中游地區(qū)位于吉林省延邊朝鮮族自治州境內(nèi)，東經(jīng)129°16′～129°52′，北緯42°43′～43°03′，稻田沿河流分布且面積較大[10]。在圖們江中游分別選擇圖們江支流的嘎呀河、布爾哈通河、海蘭江河流兩側(cè)稻田進(jìn)行采樣(圖1)。

圖1　圖們江中游稻田采樣點(diǎn)

其中，嘎呀河選取8個(gè)樣地(G1，G2，G3，G4，G5，G6，G7，G8)，布爾哈通河選取10個(gè)樣地(B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8，B9，B10)，海蘭江選取8個(gè)樣地(H1，H2，H3，H4，H5，H6，H7，H8)。采集樣地內(nèi)節(jié)肢動(dòng)物群落個(gè)體數(shù)和土壤的同時(shí)，記錄采樣點(diǎn)的海拔與經(jīng)緯度。

1.2樣品采集

1) 節(jié)肢動(dòng)物樣品采集在2014年7月中旬至8月初進(jìn)行。采用平行跳躍式取樣法，掃網(wǎng)調(diào)查。掃網(wǎng)直徑2.6 m，網(wǎng)直徑33 cm，左右掃動(dòng)1次為1網(wǎng)，采樣過程中盡量保持掃網(wǎng)直徑一致，每次每樣點(diǎn)掃20網(wǎng)，共計(jì)60網(wǎng)。用80%的酒精殺死裝于樣品瓶，帶回室內(nèi)清理、分類鑒定及統(tǒng)計(jì)分析。

2) 土壤農(nóng)殘采樣因?yàn)檎{(diào)查稻田農(nóng)藥使用情況具有一定困難，農(nóng)藥使用與土壤中農(nóng)殘具有直接聯(lián)系，所以本研究測定土壤中農(nóng)殘，代表區(qū)域農(nóng)藥的使用情況。即昆蟲調(diào)查的同時(shí)，隨機(jī)采集3份土壤樣品，錫紙包裹，帶回實(shí)驗(yàn)室，測定土壤農(nóng)殘。

1.3樣品分析

1) 節(jié)肢動(dòng)物的鑒別節(jié)肢動(dòng)物的鑒定主要在顯微鏡下進(jìn)行，分類到“目”。

2) 土壤農(nóng)殘測定土壤樣品經(jīng)冷凍干燥、碾磨過篩、層析柱、超聲萃、氣相色譜等步驟進(jìn)行處理，測定土壤中的農(nóng)藥殘留。通過文獻(xiàn)資料調(diào)查，選取7種農(nóng)藥，甲胺磷、氧化樂果、毒死稗、丙溴磷、稻瘟靈、三唑磷、馬拉硫磷進(jìn)行檢測。

1.4數(shù)據(jù)處理

標(biāo)準(zhǔn)差分析能反映一個(gè)數(shù)據(jù)集的離散程度，分析節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量特征。用Canoco 4.5軟件分析環(huán)境因子與節(jié)肢動(dòng)物群落的關(guān)系，探究影響節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要因素。數(shù)據(jù)采用origin9.2軟件處理。

2結(jié)果與分析

2.1圖們江中游節(jié)肢動(dòng)物群落特征

由圖2可知，布爾哈通河兩岸稻田中屬蛛形綱的蜘蛛目與屬昆蟲綱的蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、纓翅目和半翅目的個(gè)體數(shù)量小，其均值數(shù)量為1～10，標(biāo)準(zhǔn)差小，為2.0～16.5。同翅目均值數(shù)量為67，標(biāo)準(zhǔn)差為33.0，而雙翅目均值數(shù)量為147，標(biāo)準(zhǔn)差為60.6。海蘭江兩岸稻田中，蜘蛛目、蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、纓翅目、半翅目個(gè)體數(shù)量小，均值數(shù)量為1～8，標(biāo)準(zhǔn)差小，為1.0～14.4。同翅目均值數(shù)量為130，標(biāo)準(zhǔn)差為86.9，雙翅目均值數(shù)量為177，標(biāo)準(zhǔn)差為56.9。嘎呀河兩岸的稻田中，蜘蛛目、蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、纓翅目、半翅目個(gè)體數(shù)量小，其數(shù)量均值為1～12，標(biāo)準(zhǔn)差小，范圍為1.7～9.6。而同翅目個(gè)體數(shù)量多，其均值為322，樣地間數(shù)量差異較大，標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)295.1，雙翅目均值數(shù)量為227，標(biāo)準(zhǔn)差為69.2。

總體上，圖們江中游稻田中蜘蛛目、蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、纓翅目、半翅目昆蟲個(gè)體數(shù)量小，且離散程度小。同翅目與雙翅目個(gè)體數(shù)量最多，且離散程度大，總體上同翅目離散程度>雙翅目離散程度。同翅目標(biāo)準(zhǔn)差表現(xiàn)為：嘎呀河>海蘭江>布爾哈通河。雙翅目標(biāo)準(zhǔn)差表現(xiàn)為：嘎呀河>布爾哈通河>海蘭江。

圖2　圖們江中游節(jié)肢動(dòng)物群落特征

2.2稻田土壤農(nóng)殘?zhí)卣?/p>

由表1可知，在檢測的7種農(nóng)藥中，圖們江中游稻田土壤中甲胺磷與稻瘟靈的檢出率為100%，其他5種農(nóng)藥檢出率為0。其中，甲胺磷含量在嘎呀河兩岸稻田土壤中為32.3～293.4 ng/kg，布爾哈通河兩岸稻田土壤中為33.8～659.9 ng/kg，海蘭江兩岸稻田土壤中為101.8～369.4 ng/kg，離散程度表現(xiàn)為布爾哈通河(標(biāo)準(zhǔn)差176.5)>海蘭江(標(biāo)準(zhǔn)差112.2)>嘎呀河(標(biāo)準(zhǔn)差93.8)。稻瘟靈含量在嘎呀河兩岸稻田土壤中為20.1～113.8 ng/kg，布爾哈通河兩岸稻田土壤中為41.1～121.7 ng/kg，海蘭江兩岸稻田土壤中為52.7～109.2 ng/kg，離散程度表現(xiàn)為嘎呀河(標(biāo)準(zhǔn)差30.4) >布爾哈通河(標(biāo)準(zhǔn)差24.3)>海蘭江(標(biāo)準(zhǔn)差22.6)。

表1　土壤農(nóng)殘?zhí)卣?/p>

2.3節(jié)肢動(dòng)物群落的影響因素分析

本研究基于調(diào)查樣地的海拔信息與土壤中檢出的2種農(nóng)殘作為環(huán)境因子，采用冗余分析(RDA)方法，對(duì)稻田節(jié)肢動(dòng)物群落與環(huán)境因子關(guān)系進(jìn)行分析(圖3)。

物種與環(huán)境因子夾角<90°，表示正相關(guān)，而夾角>90°，表示負(fù)相關(guān)，刻度表示環(huán)境因子與排序軸的相關(guān)系數(shù)。elevation-海拔，DYL-稻瘟靈，JAL-甲胺磷，Araneida:蜘蛛目，Odonata-蜻蜓目，Coleoptera-鞘翅目，Thysanoptera-纓翅目，Homoptera-同翅目，Diptera-雙翅目，Orthoptera-直翅目，Hemiptera-半翅目，Hymenoptera-膜翅目

由表2可知，排序軸1和排序軸2共解釋了91.4%物種與環(huán)境因子的關(guān)系，其中，排序軸1解釋了56.7%，排序軸2解釋了34.7%。同時(shí)，甲胺磷與排序軸1相關(guān)性為0.414，海拔與排序軸2相關(guān)性為0.462，表明甲胺磷與海拔是影響節(jié)肢動(dòng)物群落的主要因素。

表2　物種與環(huán)境關(guān)系表

注：表2為圖3的解釋量表.

物種與環(huán)境因子間的關(guān)系表明，直翅目、同翅目及膜翅目節(jié)肢動(dòng)物與海拔之間呈正相關(guān)，即隨著海拔的升高，其個(gè)體數(shù)量增加，其余則呈負(fù)相關(guān)(圖3)。根據(jù)研究區(qū)分布特征發(fā)現(xiàn)，B8、B10、G5、G6、G8、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8采樣點(diǎn)節(jié)肢動(dòng)物群落主要受高海拔控制(圖4)。而甲胺磷含量與膜翅目和纓翅目呈正相關(guān)，即隨著土壤中甲胺磷濃度的增加，膜翅目和纓翅目個(gè)體數(shù)量呈增加的趨勢，其余節(jié)肢動(dòng)物則呈負(fù)相關(guān)(圖3)。B2、B4、B6、B7、B8、G6、G8、H3、H4、H7、H8采樣點(diǎn)節(jié)肢動(dòng)物群落主要受甲胺磷控制(圖5)。G1、G2、G3、G4、G7、B1、B3、B4、B7是鞘翅目、蜘蛛目、雙翅目及半翅目群落集中區(qū)。

圖4　采樣點(diǎn)海拔特征

物種與環(huán)境因子間的關(guān)系表明,直翅目、同翅目及膜翅目節(jié)肢動(dòng)物與海拔之間呈正相關(guān)，即隨著海拔的升高，其個(gè)體數(shù)量增加，其余則呈負(fù)相關(guān)(圖3)。根據(jù)研究區(qū)分布特征發(fā)現(xiàn),B8、B10、G5、G6、G8、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8采樣點(diǎn)節(jié)肢動(dòng)物群落主要受高海拔控制(圖4)。而甲胺磷含量與膜翅目和纓翅目呈正相關(guān)，即隨著土壤中甲胺磷濃度的增加，膜翅目和纓翅目個(gè)體數(shù)量呈增加的趨勢，其余節(jié)肢動(dòng)物則呈負(fù)相關(guān)(圖3)。B2、B4、B6、B7、B8、G6、G8、H3、H4、H7、H8采樣點(diǎn)節(jié)肢動(dòng)物群落主要受甲胺磷控制(圖5)。G1、G2、G3、G4、G7、B1、B3、B4、B7是鞘翅目、蜘蛛目、雙翅目及半翅目群落集中區(qū)。

圖5　采樣點(diǎn)土壤農(nóng)殘?zhí)卣?/p>

3討論與結(jié)論

稻田節(jié)肢動(dòng)物群落分布特征受海拔因素影響，根據(jù)采樣點(diǎn)海拔特征(圖4)發(fā)現(xiàn)，在圖們江中游地區(qū)海拔>240 m以上的稻田，采樣點(diǎn)的節(jié)肢動(dòng)物群落具有相似性。研究表明，溫度是影響昆蟲生長、發(fā)育、存活、生殖及分布的重要因素[11]，而海拔又是影響溫度變化的重要因素。

本研究表明，殺蟲劑對(duì)稻田有益節(jié)肢動(dòng)物有嚴(yán)重或中等程度的損害作用[7]，甲胺磷是一種殺蟲劑，雖已被國家禁止使用多年，但其分解速率慢，在本次檢測中仍被檢測到較低濃度的存在。甲胺磷與蜻蜓目、蜘蛛目、鞘翅目、半翅目、雙翅目、同翅目、直翅目呈負(fù)相關(guān)，表明殺蟲劑對(duì)絕大多數(shù)的節(jié)肢動(dòng)物起抑制作用。此外，甲胺磷與膜翅目和纓翅目呈正相關(guān)，其中，膜翅目中除少數(shù)為植食性害蟲外，大多數(shù)為天敵，而纓翅目中害蟲居多，原因可能是由于長時(shí)間施藥，部分害蟲已經(jīng)對(duì)農(nóng)藥產(chǎn)生了抗性，進(jìn)一步分析表明，海蘭江、布爾哈通河與嘎呀河周圍稻田中膜翅目數(shù)量小于纓翅目(圖2)，雖然膜翅目與纓翅目呈正相關(guān)，但由于膜翅目數(shù)量較少，表明天敵對(duì)害蟲控制作用有限?；瘜W(xué)農(nóng)藥廣泛、長時(shí)間作用，導(dǎo)致害蟲對(duì)農(nóng)藥的抗性不斷增強(qiáng)[12]，很有可能導(dǎo)致害蟲爆發(fā)，所以該區(qū)域的稻田害蟲防治應(yīng)引起廣泛重視。稻瘟靈是殺菌劑，有抑制病菌生長的作用，除此之外還有抑制稻褐飛虱、白背飛虱密度的效果[12]，本研究中雖然稻瘟靈對(duì)大多數(shù)節(jié)肢動(dòng)物群落影響較小，但是與同翅目呈負(fù)相關(guān)，由于稻褐飛虱與白背飛虱都屬于同翅目，本研究結(jié)論與上述結(jié)果一致。由于氧化樂果降解速率比較快，半衰期為2～3 d[13]，所以并未檢測出來，因此在此文中未能探討節(jié)肢動(dòng)物與氧化樂果之間的關(guān)系。

由于海拔與農(nóng)藥共同作用區(qū)的差異，導(dǎo)致節(jié)肢動(dòng)物群落具有一定分布特征(圖3)，B1、B3、B4、B7、G1、G2、G3、G4、G7采樣點(diǎn)中蜻蜓目、蜘蛛目、雙翅目、鞘翅目、半翅目的數(shù)量豐富，結(jié)合圖4、圖5發(fā)現(xiàn)，G1、G2、G3、G4、G7采樣點(diǎn)屬于低海拔與低甲胺磷使用區(qū)，而B1、B3、B4、B7屬于中海拔與低甲胺磷使用區(qū)，表明海拔低與甲胺磷低的區(qū)域?yàn)榍食崮?、蜘蛛目、蜻蜓目、雙翅目與半翅目集中區(qū)。

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收稿日期：2016-03-20基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(41361015); 吉林省發(fā)展和改革委員會(huì)項(xiàng)目(2016C062)；延邊大學(xué)自然科學(xué)基金項(xiàng)目[延大科合字(2013)第19號(hào)]

作者簡介：田瑋(1990—)女，吉林臨江人，在讀碩士，研究方向?yàn)闈竦厣鷳B(tài)及生物多樣性。裴洪淑為通信作者， E-mail: hshpei@ybu.edu.cn

文章編號(hào)：1004-7999(2016)02-0099-06

DOI:10.13478/j.cnki.jasyu.2016.02.002

中圖分類號(hào)：S511;S185

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The characteristics and influencing factors of arthropod communities in paddy fields of the middle reaches of Tumen River

TIAN Wei1,XIONG Qi2,WU Tingting1,YANG Meng1,XIANG Hengxing1,PEI Hongshu1*

(1.GeographyDepartment，SciencesCollegeofYanbianUniversity,YanjiJinlin133002,China；2.ClimateBridge(Hunan)Eco-environmentalRemediationCo.Ltd,ChangshaHunan410000,China)

Abstract：Based on the study of the characteristics of arthropod community, the elevation of sampling points and the characteristics of pesticide residues in soil near three typical rivers in the middle reaches of Tumen River, we got the following results: the number of Homoptera and Diptera were higher, which indicated a low dispersion degree than other arthropod community in this area. In the detection of 7 kinds of pesticide residue，we found that the methamidophos and isoprothiolane were the main pesticide residues in paddy soil, which were different among the sampling points. Redundancy Analysis (RDA) showed that methamidophos and elevation were the main factors in driving the arthropod community, and the Hemiptera, Odonata, Araneid , Coleoptera and Diptera community was abundant while the elevation and the content of methamidophos were low.

Key words:Tumen River Basin; arthropod community in rice field ;pesticide residue; elevation