周 霞,譚燕華,伍蘇然,楊小亮,唐繼宏,霍姍姍,郭安平

(海南省南繁生物安全與分子育種重點實驗室,中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院三亞研究院,海南三亞 572024)

稻田中不僅水面上部水稻植株部分有節(jié)肢動物群落,水體中也有豐富的水生昆蟲群落(賈鳳龍等,2002;白耀宇等,2006;桂芳艷等,2015)。水生昆蟲在生態(tài)系統(tǒng)中有重要作用。因其水生,遷移能力弱,對環(huán)境質(zhì)量要求高,所以水生昆蟲越來越多地被用作環(huán)境質(zhì)量及其變化的指標生物(Carleetal., 1979;Castellaetal.,1987;Samwaysetal.,1996,2010;Butleretal.,2007;彭士濤等,2014)。

海南省地處亞熱帶和熱帶地區(qū),是我國環(huán)境保護最好的地區(qū)之一,其熱帶地區(qū)的三亞、陵水和樂東是我國主要的南繁育種區(qū)。有文獻記載海南稻田中也有多種常見水生昆蟲(韋庚武等,2015;周霞等,2018)。水稻是海南最主要糧食作物,稻田面積為23.89萬hm2(唐清杰等,2015;2018)。南繁區(qū)稻田農(nóng)藥使用次數(shù)遠遠高于非南繁區(qū)的每季2次(苗期和開花前期),化肥使用也超過非南繁區(qū)。南繁區(qū)重金屬污染也比非南繁區(qū)嚴重(李福燕等,2010)。因為耕作制度改變和農(nóng)藥化肥過量使用可能會改變當?shù)丨h(huán)境,影響稻田包括水生昆蟲在內(nèi)的節(jié)肢動物群落(Pintoetal.,2012)。因此,明確海南稻田水生昆蟲種類和數(shù)量,水生昆蟲種群是否在水稻不同生長期穩(wěn)定存在,評價海南因為土地使用的改變(例如南繁)對水生昆蟲群落產(chǎn)生的影響是非常重要的。

本研究選擇在5個南繁區(qū)和5個非南繁區(qū)稻田水生昆蟲種類調(diào)查的基礎上,重點研究了南繁區(qū)三亞市和非南繁區(qū)文昌市稻田各個生長期水生昆蟲成蟲的種類、數(shù)量和種群變化情況。可以為在海南南繁區(qū)進行南繁對稻田水生昆蟲種群的長期影響監(jiān)測提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

2021年4月3-8日和6月1-5日在海南水稻第一季和第二季種植期間,分別在南繁區(qū)三亞市崖州南濱農(nóng)場、三亞中廖村中棉所基地、三亞南繁科學技術研究院基地、陵水華中農(nóng)大南繁基地、樂東縣黃流鎮(zhèn)赤龍村、非南繁區(qū)?？谑醒葚S鎮(zhèn)演西村、文昌市三江鎮(zhèn)崑山村、瓊海市中原鎮(zhèn)鳳樓村、澄邁縣金江鎮(zhèn)大塘村、五指山市水滿鄉(xiāng)什滿村進行水生昆蟲種類調(diào)查,每地選擇3塊以上稻田,水稻生長期不限定。

2021年在三亞市崖城鎮(zhèn)獨村和非南繁區(qū)文昌市新橋鎮(zhèn)平湖村選取地勢低、以河流為水源的稻田(成熟期大部分時間田間也有水),進行不同生長期水生昆蟲種群調(diào)查。文昌的稻田施用了2次化學農(nóng)藥,三亞的稻田施用了3次化學農(nóng)藥,都施用一次肥料。每個調(diào)查地點有3次重復,即3個小區(qū)。小區(qū)面積400 m2(長20 m,寬20 m)。當?shù)夭シN時間為2021年2月,田間移栽時間為播種1個月后。

1.2 方法

1.2.1調(diào)查方法

2021年4月3-8日和6月1-5日在海南10縣市的稻田水生昆蟲種類調(diào)查,每一地選擇3塊稻田進行調(diào)查,每塊稻田調(diào)查5點,每點調(diào)查1 m2(20叢)。捕捉到的水生昆蟲裝到封口透明塑料袋內(nèi),帶回室內(nèi)進行整理和分類鑒定。

南繁區(qū)三亞市崖城鎮(zhèn)南濱農(nóng)場和非南繁區(qū)文昌市新橋鎮(zhèn)平湖村在苗期(3月1-3日)、分蘗期(3月10-12日)、花期(4月11-13日)和成熟期(4月19-22日)各調(diào)查1次。每次調(diào)查時,參照劉雨芳(2015)的方法每處調(diào)查5點,每點 1 m2。捕捉到的水生昆蟲裝到封口透明塑料袋內(nèi),帶回室內(nèi)進行分類鑒定和數(shù)量記錄。

1.2.2指標計算

計算相關生態(tài)學指標:物種多樣性指數(shù)H′、均勻性指數(shù)J、優(yōu)勢度指數(shù)D、優(yōu)勢集中性指數(shù)C、群落相似系數(shù)Cs。計算公式如下:

H′=-∑Piln(Pi),Pi為第i個種在全體物種中的重要性比例,ni為第i個種的個體數(shù)量,N為總個體數(shù)量,Pi=ni/N。

J=H′/lnS,S為物種總數(shù)。

D=(Nmax/N)×100%,Nmax為數(shù)量最優(yōu)勢種個體數(shù)量,N為總個體數(shù)。

C=∑Pi2

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結果與分析

2.1 海南南繁區(qū)和非南繁區(qū)稻田水生昆蟲成蟲種類

通過2021年兩季初步調(diào)查,在南繁區(qū)和非南繁區(qū)稻田生態(tài)系統(tǒng)中共捕捉到4目10科29種水生昆蟲(表1),雙翅目搖蚊科3類、水蠅科1種、蚊科3類,半翅目有仰蝽科2種,劃蝽科2種,黽蝽科1種,蝎蝽科1種,鞘翅目有龍虱科2種和水龜蟲科4種,蜻蜓目包括蟌科4種和蜻科7種(王俊才等,2011;張浩淼,2012)。其中雙翅目和蜻蜓目水中生活的是幼蟲(稚蟲),半翅目和鞘翅目包括幼蟲(若蟲)和成蟲。中性種類只有9種,雙翅目搖蚊科3類、水蠅科1種、蚊科3類,半翅目劃蝽科2種,占比31%;捕食性種類20種,包括鞘翅目、蜻蜓目和半翅目的大部分種類,所有水生昆蟲種類中占比69%。

2.2 三亞和文昌稻田水生昆蟲種類和優(yōu)勢度分析

在三亞、文昌稻田生態(tài)系統(tǒng)中共捕捉到4目10科20種(表2),雙翅目搖蚊科3類、水蠅科1種、蚊科2類,半翅目有仰蝽科1種,劃蝽科1種,黽蝽科1種,蝎蝽科1種,鞘翅目有龍虱科1種和水龜蟲科2種,蜻蜓目包括蟌科4種和蜻科3種(王俊才等,2011;張浩淼,2012)。中性種類只有7種,雙翅目搖蚊科3類、水蠅科1種、蚊科2類,劃蝽科1種,占比35%;捕食性種類13種,所有水生昆蟲種類中占比65%。

表2 2021年三亞和文昌稻田水生昆蟲的的種類和優(yōu)勢度

水生昆蟲群落在海南地區(qū)三亞和文昌水稻不同生長期都穩(wěn)定存在(表2)。按優(yōu)勢度10%≤D、5%≤D<10%、1%≤D<5%(劉雨芳等,2005)分別將物種稱為群落的優(yōu)勢種、豐盛種、常見種。普小仰蝽在三亞和文昌各個生長期都是優(yōu)勢種。

2.3 文昌和三亞水生昆蟲成蟲群落指數(shù)分析

三亞和文昌二者共有物種18種(類),群落物種相似度為0.944,優(yōu)勢種相似度為1.000。

三亞水生昆蟲多樣性指數(shù)為2.384～2.581,均勻性指數(shù)為0.725～0.924,優(yōu)勢集中性指數(shù)為0.092～0.123;文昌水生昆蟲多樣性指數(shù)為2.100～2.354,均勻性指數(shù)為0.726～0.899,優(yōu)勢集中性指數(shù)為0.105～0.137(表3)。

表3 文昌和三亞水生昆蟲群落結構參數(shù)

2.4 文昌和三亞稻田不同生長期水生昆蟲種類和數(shù)量分析

文昌和三亞稻田水生昆蟲種類最少的時期都是水稻成熟期,分別為17種和15種;文昌稻田種類最多的時期為分蘗期,為19種,而三亞稻田苗期、分蘗期和花期都是16種(圖1)。

圖1 2021年三亞(a)和文昌(b)稻田水生昆蟲的的種類和數(shù)量

文昌和三亞稻田水生昆蟲數(shù)量變化有相同趨勢,水生昆蟲數(shù)量最少的時期為水稻成熟期,分別為13±0.3和12.7±0.7;數(shù)量最多的時期為分蘗期,分別為29.7±0.7和33.3±1.0(圖1)。

3 結論與討論

水生昆蟲水生,很多是幼蟲(若蟲),離開水體無法生存,水質(zhì)影響其種類和數(shù)量。現(xiàn)在水生昆蟲中的搖蚊類、半翅目水生蝽和蜻蜓目稚蟲和成蟲已被用作環(huán)境質(zhì)量綜合評價及污染程度評價的指標生物(彭士濤等,2014)。有關水生昆蟲在溫帶和熱帶地區(qū)不同地區(qū)發(fā)生情況的研究很多。人類活動導致水生昆蟲的物種變化是主要研究內(nèi)容之一。造成水生昆蟲種類下降的原因往往是使用土地方式的變化、污染或其它各種人類活動(Akifumietal.,2010;Pintoetal.,2012;Duetal.,2018;Samueletal.,2018)。影響農(nóng)田環(huán)境水生昆蟲種類和數(shù)目的原因是多方面的,如有機污染、生境退化和殺蟲劑的大量使用等(李金國等,2005;Norbertetal.,2005)。毒死蜱對于搖蚊等6種水生節(jié)肢動物均屬于劇毒(徐吉洋等,2014)。重金屬也會影響水生雙翅目昆蟲的種群和個體數(shù)量的變化(薛建等,2008)。

我國亞熱帶的湖北省、廣東省和四川省稻田也有水生昆蟲發(fā)生的研究報道(賈鳳龍等,2002:白耀宇等,2006;桂芳艷等,2015)。但對其在水稻不同時期群落發(fā)展的研究還不多。水生中性昆蟲攝取水體中的植物碎屑等有機物質(zhì),同時本身也是捕食性水生昆蟲的食物。稻田中的有機物的碎屑、中性水生昆蟲和捕食性水生昆蟲組成稻田水體中的食物鏈,其群落組成對稻田生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性、能量流動及營養(yǎng)循環(huán)起著重要作用(彭士濤等,2014),因此,對海南稻田水生昆蟲群落結構組成和變化的研究非常重要。

2021年調(diào)查結果表明,與華中地區(qū)和華南地區(qū)稻田相同,海南省稻田水生昆蟲包括蜻蜓目稚蟲、半翅目和鞘翅目水生種類、雙翅目幼蟲等。海南省稻田中水生昆蟲共有29種,與華中地區(qū)和華南地區(qū)的種類有很大不同(賈鳳龍等,2002;白耀宇等,2006;桂芳艷等,2015)。其中幼蟲(若蟲或稚蟲)絕大多數(shù)種類為海南省稻田常見種的幼蟲(若蟲或稚蟲)(周霞等,2018)。其中捕食性種類20種,中性種類只有9種。

本研究選擇在三亞和文昌地勢低洼的稻田進行實驗,水稻成熟期大部分時間稻田仍然有水。所以稻田有水的條件下,水生昆蟲在海南南繁區(qū)三亞和非南繁區(qū)文昌兩地水稻不同生長期都可以穩(wěn)定存在,兩地共捕捉到4目10科20種。數(shù)量為12.7±0.72～33.3±0.3頭/m2。水生昆蟲群落多樣性指數(shù)為2.100～2.581,均勻性指數(shù)為0.726～0.924,優(yōu)勢集中性指數(shù)為0.092～0.137。二者共有物種18種,群落物種相似度為0.944,優(yōu)勢種相似度為1.000。

三亞和文昌稻田各生長期水生昆蟲種類變化不大,每生長期種類為16～19種。因為各種水生昆蟲成蟲在苗期就到水中產(chǎn)卵或生活。其中中性水生昆蟲在稻田早期數(shù)量多,隨著捕食性水生昆蟲數(shù)量的增加,中性水生昆蟲數(shù)量降低。

海南稻田捕食性水生昆蟲種類多,體型比中性水生昆蟲大,取食量也很大。三亞和文昌的調(diào)查結果顯示,捕食性種類數(shù)量在整個生長期都比較多,其中普小仰蝽在整個生長期都是優(yōu)勢種。

海南南部的南繁區(qū)稻田農(nóng)藥使用次數(shù)遠遠高于非南繁區(qū)的每季2次,為了提高制種的產(chǎn)量,化肥使用也超過非南繁區(qū)。南繁區(qū)重金屬污染也非南繁區(qū)嚴重(李福燕等,2010)。本研究顯示雖然非南繁區(qū)的文昌的稻田使用了2次化學農(nóng)藥,南繁區(qū)的三亞的稻田使用了3次化學農(nóng)藥,三亞和文昌稻田水生昆蟲群落的物種組成與結構、群落的多樣性、優(yōu)勢種的組成以及群落均勻性沒有顯著的差別。但在海南10地的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)截斑脈蜻稚蟲和真龍虱在非南繁區(qū)稻田水體存在,而在南繁區(qū)沒有發(fā)現(xiàn),文獻顯示它們喜歡棲息在沼澤等受人工影響比較少的地方(韋庚武等,2015),具體與南繁帶來的稻田哪種影響因子有關有待進一步研究。

本研究證明水生昆蟲在海南稻田不同生長期都有水情況下穩(wěn)定存在,其群落組成和數(shù)量在不同生長期有一定的變化規(guī)律。稻田環(huán)境變化和污染通過食物鏈可能影響水生昆蟲種類,所以對海南稻田水生昆蟲群落的監(jiān)測和水生昆蟲種群變化機理有待進一步的研究。