玉米苗喇叭口節(jié)肢動(dòng)物群落與植株冠層信息的RDA分析

摘要：應(yīng)用LAI-2000植物冠層儀和電子溫濕度計(jì)對(duì)0.33 hm2左右玉米地喇叭口期植株葉心處的節(jié)肢動(dòng)物群落和小氣候、作物冠層結(jié)構(gòu)等信息進(jìn)行了調(diào)查，并對(duì)有關(guān)物種的分布與相關(guān)環(huán)境因素作灰色關(guān)聯(lián)度分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了玉米苗喇叭口節(jié)肢動(dòng)物群落與環(huán)境因子的冗余分析（redun dancy analysis，RDA）排序?；疑P(guān)聯(lián)度分析與RDA分析的結(jié)果均表明：玉米冠層信息和喇叭口小氣候信息與各種節(jié)肢動(dòng)物的分布關(guān)聯(lián)性明顯，黃呆薊馬、龜紋瓢蟲(chóng)、三突花蛛等個(gè)體分布與作物長(zhǎng)勢(shì)密切相關(guān)。RDA分析可繪出直觀反映節(jié)肢動(dòng)物群落與各個(gè)環(huán)境因子及樣本信息相關(guān)關(guān)系的二維排序圖，在玉米害蟲(chóng)綜合治理研究中有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：玉米苗；喇叭口；節(jié)肢動(dòng)物群落；玉米冠層；冗余分析（RDA）

中圖分類(lèi)號(hào)： S435.132文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）05-0516-03

我國(guó)北方地區(qū)廣泛發(fā)生的玉米黃呆薊馬（Anaphothrips obscurus Müller） 2014年在豫北地區(qū)玉米三葉期發(fā)生較重，很多地塊由于打藥不及時(shí)出現(xiàn)了斷壟現(xiàn)象。在玉米大小喇叭口期，這種薊馬在植株喇叭口葉心處聚集為害，常吸引來(lái)龜紋瓢蟲(chóng)[Propylea japonica （Thunberg，1781）]、東亞小花蝽（Orius similis Zheng）、三突花蛛[Ebrechtella tricuspidata （Fahricius）]與深點(diǎn)食螨瓢蟲(chóng)（Stethorus punctillum Weise）等天敵昆蟲(chóng)；此外，近年來(lái)還伴生玉米蚜[Rhopalosiphum maidis （Fitch）]和1種薪甲科（Cucujoidea）微型昆蟲(chóng)。目前，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)玉米喇叭口葉心處的節(jié)肢動(dòng)物群落對(duì)作物形態(tài)學(xué)與小氣候因素之間進(jìn)行排序的報(bào)道。因而筆者對(duì)河南科技學(xué)院東側(cè)1處田塊的玉米葉心處的節(jié)肢動(dòng)物、小氣候、作物冠層結(jié)構(gòu)等信息作了調(diào)查，對(duì)有關(guān)動(dòng)物的分布與相關(guān)環(huán)境因素的灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行了測(cè)算對(duì)比，最后利用各個(gè)生物、非生物因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行玉米喇叭口節(jié)肢動(dòng)物群落與環(huán)境因子的冗余分析（redun dancy analysis，RDA）排序分析[1-10]。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與場(chǎng)地

玉米品種為浚單18，玉米苗自油菜倒茬便種植，播種較早，播種1個(gè)月來(lái)未施用過(guò)殺蟲(chóng)劑。

調(diào)查時(shí)間為2014年6月17日，此時(shí)已連續(xù)2周為晴天。調(diào)查地點(diǎn)為河南科技學(xué)院東門(mén)外1 000 m處0.33 hm2左右的小塊玉米地。玉米株距約40 cm，行距約70 cm；因管理粗放，玉米周?chē)s草較多且玉米苗長(zhǎng)勢(shì)不整齊；玉米株高30～60 cm 左右，植株半數(shù)左右為大喇叭口期，其余多為小喇叭口期。該地南側(cè)緊鄰0.33 hm2左右的桃樹(shù)林，周?chē)屑s1.5 m寬的雜草帶與大面積的玉米大田隔離，雜草優(yōu)勢(shì)種為牛筋草、馬唐。由于桃樹(shù)與雜草的緣故，玉米植株上昆蟲(chóng)物種多樣性較周?chē)筇锖谩?.2試驗(yàn)方法

由于成行的桃樹(shù)與所調(diào)查的玉米田壟呈東西向平行排列，目測(cè)與桃樹(shù)遠(yuǎn)近不同的玉米植株喇叭口昆蟲(chóng)密度與種類(lèi)有所差異，因此分別取距桃樹(shù)最近的（南側(cè)）、2 m遠(yuǎn)（中間）、3 m遠(yuǎn)1行玉米（北側(cè)）進(jìn)行抽樣調(diào)查，并對(duì)南側(cè)、中間、北側(cè)3個(gè)位置進(jìn)行栽培位置方面的環(huán)境信息賦值，依次賦值為1、2、3。3行玉米共抽取10個(gè)樣方進(jìn)行調(diào)查，每個(gè)樣方為相鄰排列且株高較接近的6株玉米。

植株冠層信息采集用LAI-2000植物冠層分析儀進(jìn)行。因探頭與最近葉片的距離應(yīng)不低于葉片寬度的4倍，所以將傳感器置于喇叭口中心30 cm高處讀取A值。然后將探頭移至每個(gè)要取樣的玉米植株距根部30 cm處地面，將探頭魚(yú)眼對(duì)準(zhǔn)喇叭口中心位置讀取B值，冠層儀重復(fù)測(cè)定次數(shù)設(shè)定為儀器默認(rèn)值。記錄每個(gè)植株的葉面積指數(shù)（LAI）、葉面積指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤（SEL）、無(wú)截取散射（DIFN）、平均葉傾角（MTA）、平均傾角標(biāo)準(zhǔn)誤（SEM）。用電子溫濕度計(jì)在喇叭口中心處測(cè)定玉米第2張葉片的葉中脈位點(diǎn)的溫度與相對(duì)濕度作為小氣候資料，同時(shí)記錄株高作為作物長(zhǎng)勢(shì)指標(biāo)。記錄玉米苗第1到第4張葉片以?xún)?nèi)喇叭口處的昆蟲(chóng)、蜘蛛種類(lèi)數(shù)與個(gè)體數(shù)。將每個(gè)樣方6株玉米的株高（H）、溫度（T）、濕度（RH%）、葉面積指數(shù)（LAI）、無(wú)截取散射（DIFN）與平均葉傾角（MTA）取平均值，加上栽培位置賦值，作為每個(gè)樣方的環(huán)境因子數(shù)據(jù)。由于10個(gè)樣方為同一地塊，可以認(rèn)為該地塊影響節(jié)肢動(dòng)物分布的氣候、土壤、植被等其他環(huán)境因子相同。鑒定并記錄所調(diào)查的每株玉米第4張葉片背面以上植株上攀附的所有節(jié)肢動(dòng)物種類(lèi)、數(shù)量，將每個(gè)樣方的平均個(gè)體數(shù)作為生物因子數(shù)據(jù)[1-5，9-10]。

灰色關(guān)聯(lián)度分析在DPS 9.5平臺(tái)上進(jìn)行，RDA分析在CANOCO 5.0軟件平臺(tái)上進(jìn)行[6-7]。

2結(jié)果與分析

2.1環(huán)境因子與生物因子調(diào)查結(jié)果

由于三葉期薊馬發(fā)生較多，導(dǎo)致大小喇叭口期龜紋瓢蟲(chóng)密度較大，10個(gè)樣方葉心處沒(méi)有發(fā)現(xiàn)玉米蚜、七星瓢蟲(chóng)的分布。將10個(gè)樣方編號(hào)為sa1至sa10，除sa1記錄小黃家蟻2頭、尖眼蕈蚊2頭，sa2記錄黑腹果蠅1頭，sa6記錄東亞小花蝽1頭，sa7記錄梨木虱成蟲(chóng)1頭外，各個(gè)樣方記錄的優(yōu)勢(shì)種為黃呆薊馬、龜紋瓢蟲(chóng)和1種薪甲，異色瓢蟲(chóng)[Harmonia axyridis （Pallas）]、三突花蛛與食螨小黑瓢蟲(chóng)也較多，因此只對(duì)這6種生物進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。每個(gè)樣方的6組數(shù)據(jù)取平均值，得環(huán)境因子與生物因子的數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表1。

2.2各生物因子對(duì)7個(gè)環(huán)境因子灰色關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果

觀察表1中6種生物因子的分布與7種環(huán)境因子的數(shù)據(jù)可以看出，2者數(shù)量信息有一定聯(lián)系但邏輯關(guān)聯(lián)不完全清晰，此數(shù)據(jù)系統(tǒng)呈現(xiàn)灰色系統(tǒng)的特點(diǎn)。因此，進(jìn)行2組數(shù)據(jù)的群落排序分析前可以先進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，對(duì)環(huán)境因子對(duì)物種分布的數(shù)量關(guān)聯(lián)度進(jìn)行初步判斷。將表1數(shù)據(jù)輸入DPS 9.5的灰色系統(tǒng)分析模塊進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，取6種生物因子數(shù)據(jù)為母序列、7種環(huán)境因子的數(shù)據(jù)為子序列，數(shù)據(jù)變換方式選擇標(biāo)準(zhǔn)化變換，得到了7種環(huán)境因子對(duì)6種生物因子關(guān)聯(lián)度矩陣。DPS生成的7種環(huán)境因子對(duì)各生物因子總的關(guān)聯(lián)度排序見(jiàn)表2。

由表2看出，玉米株高（X4）與薪甲、異色瓢蟲(chóng)、深點(diǎn)食螨瓢蟲(chóng)的分布關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，而葉心濕度（X6）與黃呆薊馬及其最重要天敵龜紋瓢蟲(chóng)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。葉片的茂盛程度（X1，葉面積與天空面積比）與三突花蛛這種葉叢中躲藏生活的綠蜘蛛數(shù)量關(guān)聯(lián)度最高。此外，如果選擇黃呆薊馬的最重要天敵龜紋瓢蟲(chóng)為唯一的母序列，其余14個(gè)環(huán)境因子全為子序列，則各因子對(duì)龜紋瓢蟲(chóng)的關(guān)聯(lián)度排序?yàn)椋寒惿跋x(chóng)>黃呆薊馬>薪甲>X6 >X4>…（環(huán)境因子大小排序同表2）。這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明，生物因子特別是食物因素與生態(tài)位有重疊的競(jìng)爭(zhēng)者也影響有關(guān)動(dòng)物的分布，如果要全面分析各種環(huán)境因子對(duì)生物個(gè)體的影響，有必要進(jìn)行群落排序分析[1-5，10]。

2.3RDA分析結(jié)果

先將表1中6種節(jié)肢動(dòng)物的物種信息輸入CANOCO 5.0軟件進(jìn)行節(jié)肢動(dòng)物群落的物種去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析（DCA分析）。物種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換選擇“Log transformation”對(duì)話(huà)框進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，其余設(shè)置選擇DCA分析模塊默認(rèn)設(shè)置。DCA分析結(jié)果顯示，Lengths of gradient的第1軸的大小為1.267。因?yàn)榈?軸梯度小于3，所以群落與環(huán)境因子排序分析時(shí)線(xiàn)性模型要好于單峰模型，即RDA排序的結(jié)果要好于典范對(duì)應(yīng)分析（CCA）排序。

將7個(gè)變量的環(huán)境因子與生物因子同時(shí)輸入CANOCO，進(jìn)行節(jié)肢動(dòng)物群落與環(huán)境因子的RDA分析。分析時(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換同樣選Log轉(zhuǎn)換，“Focus scaling on”對(duì)話(huà)框選擇物種信息與環(huán)境信息都關(guān)注。最后得到RDA分析4個(gè)排序軸的4種RDA分析指標(biāo)以及4個(gè)軸與各因子各樣方的關(guān)聯(lián)矩陣，其中第1軸至第4軸的RDA指標(biāo)見(jiàn)表3。

由圖1中各散點(diǎn)向量的大小與夾角可以直觀看出各節(jié)肢動(dòng)物物種、各環(huán)境因子與10個(gè)樣方的權(quán)重大小與其相關(guān)關(guān)系。其中物種與環(huán)境因子的相關(guān)度基本與灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果一致，但信息更豐富。DIFN與三突花蛛夾角近180°，說(shuō)明2者呈顯著負(fù)相關(guān)；異色瓢蟲(chóng)與薪甲和H夾角近0°，顯示2者分布與株高關(guān)系密切。圖中H與MTA對(duì)各種節(jié)肢動(dòng)物的分布在權(quán)重方面有著很大的影響，說(shuō)明作物長(zhǎng)勢(shì)影響動(dòng)物個(gè)體的小氣候、躲避空間與食物條件，與節(jié)肢動(dòng)物分布關(guān)聯(lián)密切。sa7、sa5、sa4沿T向量方向由高到低排列，顯示3個(gè)樣方由于朝向與作物長(zhǎng)勢(shì)等原因，葉心溫度從高到低逐次排開(kāi)[1，8，10]。

3討論

雖然對(duì)玉米害蟲(chóng)的單純化學(xué)防治在很多地區(qū)還是經(jīng)濟(jì)效益好且節(jié)約勞動(dòng)力的一種簡(jiǎn)單化做法，但是長(zhǎng)此以往易造成害蟲(chóng)的抗藥性，還殺死了害蟲(chóng)的天敵，易出現(xiàn)害蟲(chóng)再次猖獗，此外也污染了大氣、水域、土壤。因此，農(nóng)業(yè)防治、生物防治與化學(xué)防治兼顧的綜合防治策略才是玉米害蟲(chóng)防治的根本策略。此措施需要通過(guò)玉米大田生物種群的多層次立體配置、空間立體利用來(lái)改善生態(tài)系統(tǒng)的空間生態(tài)位，充分利用各種生物與非生物因素抑制害蟲(chóng)發(fā)生以提高經(jīng)濟(jì)效益。本研究利用RDA分析對(duì)豫北地區(qū)玉米喇叭口期的重要節(jié)肢動(dòng)物分布的環(huán)境特點(diǎn)作了定量描述，因此對(duì)玉米害蟲(chóng)的綜合防治有一定的指導(dǎo)意義。雖然玉米大小喇叭口期的栽培管理特別是病蟲(chóng)害防治工作對(duì)玉米產(chǎn)量影響特別大，但是三葉期與穗期的節(jié)肢動(dòng)物信息也是重要的，因此對(duì)玉米田節(jié)肢動(dòng)物群落與環(huán)境要素對(duì)應(yīng)關(guān)系的進(jìn)一步深入研究很有必要[10]。

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