大氣CO2濃度增加對(duì)蝗蟲的影響

沙威，孫艷麗，倪紅偉*

（1.黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所濕地與生態(tài)保育國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150040；2.國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室）

大氣CO2濃度增加對(duì)蝗蟲的影響

沙威1，孫艷麗2，倪紅偉1*

（1.黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所濕地與生態(tài)保育國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150040；2.國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室）

近些年來全球氣候變暖逐漸受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注，特別是大氣內(nèi)CO2濃度的增加，隨著其濃度的的上升，不僅改變著動(dòng)植物體內(nèi)的化學(xué)含量與組分，更影響著其生長(zhǎng)和發(fā)育。通過對(duì)三個(gè)CO2濃度環(huán)境內(nèi)蝗蟲Locust(Grasshopper)形態(tài)數(shù)據(jù)的比較，結(jié)果得出：蝗蟲的形態(tài)隨著CO2濃度的增加而呈下降趨勢(shì)?？梢姰?dāng)環(huán)境中CO2氣體濃度越大，溫室效應(yīng)越明顯，蝗蟲（當(dāng)前CO2濃度水平，550×10-6,700×10-6）會(huì)通過降低自己的形態(tài)（0.12g，0.047g，0.044g）來適應(yīng)環(huán)境。

CO2；蝗蟲；適應(yīng)

近幾十年來全球溫室氣體的濃度不斷增加已逐漸成為人們關(guān)注的環(huán)境問題[1]，其中大氣中的CO2濃度的增加對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的影響也逐漸引起了人們的關(guān)注[2]。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，昆蟲是重要的組成部分。目前有關(guān)大氣中CO2濃度的升高對(duì)昆蟲升高影響的研究很多[3，4]，但對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)中昆蟲適應(yīng)CO2升高的研究較少。濕地生態(tài)系統(tǒng)是世界三大生態(tài)系統(tǒng)之一，被稱為“地球之腎”，不僅為人類提供了大量的食物、原料和水資源，而且在維持生態(tài)平衡、保持生物多樣性、控制土壤腐蝕等方面均起著重要作用[5]。因此，研究濕地環(huán)境中CO2上升對(duì)昆蟲的影響是當(dāng)前乃至今后對(duì)濕地植被以及經(jīng)濟(jì)作物害蟲防治的重要組成部分。

本研究通過在黑龍江省三江濕地自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的氣室內(nèi)模擬大氣中CO2濃度的增加（350ppm，550ppm，700ppm）研究對(duì)蝗蟲等昆蟲的影響，為濕地特有植物及經(jīng)濟(jì)作物的生長(zhǎng)及保護(hù)提供生態(tài)調(diào)控保護(hù)服務(wù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

昆蟲為三江濕地自然保護(hù)區(qū)內(nèi)實(shí)驗(yàn)基地環(huán)境內(nèi)的昆蟲（主要以蝗蟲和蠅為主）

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

在三江濕地自然保護(hù)區(qū)內(nèi)選擇實(shí)驗(yàn)樣地，其中等距離修建透明開頂式氣室，并分別通入不同濃度CO2氣體，選擇3個(gè)CO2濃度（350ppm，550ppm，700ppm）的氣室，每個(gè)濃度的氣室各3個(gè)。以模擬全球高溫的大氣環(huán)境。從7月份開始每月第二周去定期捕捉，捕捉時(shí)間為上午9：00-12:00，每個(gè)氣室內(nèi)捕捉時(shí)間相同。同時(shí)也在氣室外周圍環(huán)境中進(jìn)行捕捉來作為對(duì)照。

捕捉后的昆蟲帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行烘干處理，后測(cè)量其形態(tài)數(shù)據(jù)（體長(zhǎng)、體重）。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用方差分析（SAS8.2）統(tǒng)計(jì)分析不同濃度CO2對(duì)蝗蟲的生長(zhǎng)形態(tài)的影響。處理間的顯著性差異比較采用T檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

不同濃度CO2環(huán)境對(duì)蝗蟲的生長(zhǎng)形態(tài)的影響，三個(gè)水平二氧化碳濃度下平均干重分別為：350ppm0.122g，550ppm0.047g,700ppm0.044g，（n=20）如表1。

CO2濃度不同可顯著影響蝗蟲的形態(tài)（F=2.16，P＜0.05）如圖1。其中處于350ppmCO2濃度中的蝗蟲，體長(zhǎng)和體重相對(duì)550ppm和700ppm環(huán)境中的蝗蟲有較大差異。

表1 三個(gè)CO2水平下蝗蟲的平均體重和體長(zhǎng)

3 討論

大氣中CO2濃度升高對(duì)昆蟲的影響可分為直接影響和間接影響。直接影響主要表現(xiàn)為通過高濃度的CO2對(duì)昆蟲體內(nèi)一些酶的生理活動(dòng)和對(duì)昆蟲呼吸代謝的影響[6]。但在一定CO2濃度范圍內(nèi)(一般為550-750μl/L，CO2濃度對(duì)昆蟲的影響甚微[7]。CO2濃度的增加使許多植物的含氮量降低，C：N比增大[8]，這些植物化學(xué)成分的改變可以通過食物鏈間接的作用于植食性害蟲。不同食性的植食性昆蟲對(duì)CO2濃度增加的響應(yīng)不同，其中研究最多的是咀嚼性昆蟲，該類昆蟲主要通過增加取食以補(bǔ)償高CO2濃度下植物含氮量下降而造成的營(yíng)養(yǎng)下降[9]?；认x屬昆蟲綱直翅目，咀嚼型口器，植食性昆蟲，主要以禾本科植物葉片為食，早期是稻作的重大害蟲。在實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)大部分為禾本科植物，為蝗蟲的主要食物，因此在三個(gè)不同CO2濃度的氣室內(nèi)禾本植物的C：N比也將發(fā)生改變，這也直接影響了蝗蟲的取食以及體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)成分的改變，隨著CO2濃度的增加，植物體內(nèi)C：N比增大，對(duì)于以此為食的昆蟲來說更多的攝入將意味著體內(nèi)含氮量下降以及更多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺失，因此隨著CO2濃度的增加，相同環(huán)境內(nèi)的蝗蟲體內(nèi)的含氮量也會(huì)隨之減少，在逐漸適應(yīng)環(huán)境的過程中，體型小的蝗蟲由于相對(duì)表面積較小，所以受到的影響較體型大的蝗蟲小，因此，隨著CO2濃度上升，蝗蟲體型呈下降趨勢(shì)。

此外，大氣中CO2濃度升高與其他環(huán)境因子配合也可能對(duì)蝗蟲的形態(tài)造成影響。CO2是主要的溫室氣體之一，預(yù)計(jì)未來大氣中的CO2濃度將會(huì)與全球的氣溫同步增加[10]。目前有關(guān)溫度與CO2聯(lián)合作用對(duì)“植物—害蟲”關(guān)系的影響較多[11]。溫度直接影響著昆蟲的生長(zhǎng)、發(fā)育、存活以及分布[12]。溫室氣體濃度的改變也會(huì)引起局部小環(huán)境溫度的改變，這也可能對(duì)蝗蟲的形態(tài)產(chǎn)生影響，因此，在未來的研究中應(yīng)該從宏觀和微觀方面去研究CO2濃度升高對(duì)蝗蟲的影響，宏觀方面應(yīng)該引入溫度因子，微觀方面可從植物對(duì)不同濃度CO2的響應(yīng)以及攝食后蝗蟲的體內(nèi)元素變化。

圖1 三個(gè)氣室ABC內(nèi)蝗蟲的質(zhì)量

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Effects of Elevated Atmospheric CO2Concentration on Grasshopper

SHA Wei et al
(Institute of Natural Resources and Ecology,HAS.National and Provincial Joint Engineering Laboratory of Wetlands and Ecological Conservation,Harbin 150040,China)

In recent years,the global warming has been paid more and more attention both at home and abroad,especially with the increase of atmospheric CO2concentration.With the increase ofitsconcentration,notonlythechemicalcontentand composition of plantsandanimals,butalsoitsgrowthand development.Theresultsshowedthatthelocustmorphology decreased with the increase of CO2concentration.It can be seen that the greenhouse effect is more obvious when the concentration of CO2is higher in the environment.The locust(current CO2concentration level,550×10-6,700×10-6)can adapt to the environment by reducing its own form(0.12g,0.047g,0.044g).

CO2;Locust;Adaptation

Q968

A

沙威（1986-），男，碩士，主要研究方向?yàn)閯?dòng)物生態(tài)學(xué)。通訊作者：倪紅偉。

（2016-08-14收稿S編輯）

1003-7853（2016）05-0084-02

國(guó)家自然科學(xué)基金（3140019）；黑龍江省科學(xué)院青年創(chuàng)新基金（SW2016-1）