中哈邊境蝗區(qū)蝗蟲孳生和發(fā)生地的重要生態(tài)學(xué)特征

劉 瓊，何立志，張永軍，ROMAN Jashenko，季 榮*

(1. 新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆特殊環(huán)境物種保護與調(diào)控生物學(xué)實驗室，中亞區(qū)域跨境有害生物聯(lián)合控制國際研究中心，烏魯木齊 830054；2. 哈薩克斯坦共和國教育科學(xué)部動物研究所，阿拉木圖 050060，哈薩克斯坦)

中哈邊境蝗區(qū)蝗蟲孳生和發(fā)生地的重要生態(tài)學(xué)特征

劉 瓊1，何立志1，張永軍1，ROMAN Jashenko2，季 榮1*

(1. 新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆特殊環(huán)境物種保護與調(diào)控生物學(xué)實驗室，中亞區(qū)域跨境有害生物聯(lián)合控制國際研究中心，烏魯木齊 830054；2. 哈薩克斯坦共和國教育科學(xué)部動物研究所，阿拉木圖 050060，哈薩克斯坦)

中哈邊境蝗蟲跨境遷飛為害常造成嚴(yán)重損失，明確蝗蟲遷出和遷入?yún)^(qū)生態(tài)條件異同是提高監(jiān)測預(yù)警水平的基礎(chǔ)。本研究采用野外調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，比較了中國新疆塔城邊境蝗區(qū)和哈薩克斯坦境內(nèi)阿拉湖蝗區(qū)生態(tài)特征的異同。研究發(fā)現(xiàn)，塔城邊境與阿拉湖蝗區(qū)地勢平坦，平均海拔無明顯差異；兩蝗區(qū)主要植被和蝗蟲群落結(jié)構(gòu)相似；阿拉湖蝗區(qū)土壤的pH值、含鹽量、有機質(zhì)含量均顯著低于塔城邊境蝗區(qū)；除Ca2+和CO32-外，阿拉湖蝗區(qū)土壤中Cl-、SO42-、K+、Na+、Mg2+、HCO3-含量均明顯低于塔城邊境蝗區(qū)；兩蝗區(qū)20 a(1980-1999年)年均氣溫和降水量無差異顯著，而年、季節(jié)平均氣溫和降水量5 a滑動趨勢差異顯著。哈薩克斯坦境內(nèi)阿拉湖蝗區(qū)的植被種類、較低的土壤pH值和含鹽量及有機質(zhì)、季節(jié)的溫度和降水量均適合蝗蟲產(chǎn)卵，是蝗蟲的重要孳生地；我國境內(nèi)塔城邊境蝗區(qū)內(nèi)大面積撂荒地增加了適宜蝗蟲發(fā)生的環(huán)境。中哈邊境蝗區(qū)生態(tài)條件的相似性和差異性表明蝗蟲跨境為害仍將是塔城邊境蝗災(zāi)發(fā)生的重要特點，研究結(jié)果對于指導(dǎo)中哈邊境蝗區(qū)的監(jiān)測和防控有重要作用。

中哈邊境；氣候條件；土壤理化特性；監(jiān)測預(yù)警；意大利蝗

中國和哈薩克斯坦邊境(以下簡稱中哈邊境)相鄰蝗蟲跨境遷飛為害已成為新疆邊境地區(qū)農(nóng)牧業(yè)的重要生物災(zāi)害(阿不都瓦里·伊瑪木和古麗曼·海如拉，2013；阿克米亞提·朱馬拜，2014)。哈國境內(nèi)亞洲飛蝗Locustamigratoriamigratoria、意大利蝗Calliptanusitalicus常跨境遷飛至我國新疆塔城邊境區(qū)域，為害面積可達1.5×106hm2，最高蟲口密度每平方米超過1萬頭(姜逢清等，2005；郭宏等，2011)。據(jù)統(tǒng)計，邊境蝗災(zāi)平均每年造成的直接損失約1×107元，間接損失約4×106元(哈瑪爾和韓小虎，2014)。哈國境內(nèi)的阿拉湖蝗區(qū)是世界上重要的蝗蟲孳生地之一，常有蝗蟲跨境遷飛至中國新疆邊境和俄羅斯西伯利亞邊境區(qū)域為害(黃輝和朱恩林，2001；Latchininsky, 2001；王磊等，2006；Gapparov, 2011)?；认x孳生地即適宜蝗蟲產(chǎn)卵的場所(季榮等，2007)，蝗區(qū)土壤理化性質(zhì)、地形、植被覆蓋度及氣象因素等生態(tài)條件都是影響蝗蟲產(chǎn)卵場所選擇和發(fā)生的重要因子(Johonson, 1988；黃程宇和馬恩波，2001；季榮等，2007)，蝗區(qū)冬季較高氣溫和春季適宜降水有利于蝗卵越冬和春季孵化，有助于種群數(shù)量快速增長(吳瑞芳等，2005)。因而掌握蝗區(qū)生態(tài)特征是了解蝗蟲時空分布及生長發(fā)育的前提，亦是早期監(jiān)測預(yù)警及防控的基礎(chǔ)。

自20世紀(jì)80年代，中哈邊境蝗蟲跨境遷飛時常發(fā)生，給遷入?yún)^(qū)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟、社會和生態(tài)損失(哈瑪爾和韓小虎，2014)。因此，比較中哈邊境區(qū)域蝗蟲遷出和遷入?yún)^(qū)生態(tài)條件差異，明確中哈邊境相鄰區(qū)域蝗蟲孳生地和發(fā)生地生態(tài)特征，就成為掌握蝗蟲遷移擴散動態(tài)及監(jiān)測預(yù)警的關(guān)鍵。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概述

中哈邊境中國新疆塔城邊境蝗區(qū)(46°59′ -46°60′N，82°79′-82°80′ E)和哈國境內(nèi)阿拉湖蝗區(qū)(46°69′-47°04′ N，82°05′-82°57′ E)相鄰，僅以國界線分隔，均屬于典型的大陸性氣候，具有干旱半干旱草原氣候特點(陳永林，1980)，阿拉湖蝗區(qū)植被長勢較好(范福來，2011)。

1.2 調(diào)查與分析方法

分別于2014年7月蝗蟲產(chǎn)卵期和2015年9月蝗卵越冬前期對中國新疆塔城邊境蝗區(qū)和哈國阿拉湖蝗區(qū)進行調(diào)查，兩蝗區(qū)內(nèi)分別選取具有代表性樣點不少于50個，同一蝗區(qū)內(nèi)樣點間距離不少于1 km。每個樣點取0-5 cm深的土樣不少于20 g，置入塑料袋中，編號、稱重后帶回實驗室分析測定土壤的pH值、有機質(zhì)、含鹽量和八大離子含量。野外調(diào)查取樣時現(xiàn)場記錄經(jīng)緯度、海拔、植被和蝗卵有無等信息。

1.3 數(shù)據(jù)分析

兩蝗區(qū)土壤理化性質(zhì)參數(shù)、平均氣溫和降水量差異采用獨立樣本T檢驗分析差異顯著性(P<0.05)；選取中哈邊境蝗蟲跨境遷飛事件較頻繁的20 a(1980-1999年)氣象數(shù)據(jù)，采用5 a趨勢滑動和線性傾向估計法分析兩蝗區(qū)氣候變化趨勢及差異，數(shù)據(jù)由新疆塔城氣象站和哈國阿拉湖氣象站提供。數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 中哈邊境相鄰蝗區(qū)海拔、植被及遷飛蝗蟲種類

中哈邊境相鄰蝗區(qū)共調(diào)查175樣點，其中塔城邊境蝗區(qū)100個，阿拉湖蝗區(qū)75個。塔城邊境蝗區(qū)海拔介于412-431 m，阿拉湖蝗區(qū)海拔介于452-508 m，海拔無顯著差異(P>0.05)。根據(jù)實地調(diào)查和文獻記載(Austin, 1980；陳永林，1980；范福來，2011)，兩蝗區(qū)共有植物種類 52科110屬，均以禾本科Gramiaeae、莎草科Cyperaceae、藜科Chenopodiaceae、駱駝蓬科Peganaceae、菊科Compositae的蒿屬Artemisia為主，其中塔城邊境蝗區(qū)以鹽地堿蓬Suaedasalsa、芨芨草Achnatherumsplendens、稗草Echinochloacrusgalli為優(yōu)勢種類，阿拉湖蝗區(qū)以蘆葦Phragmitesaustralis、針茅Stipacapillata為優(yōu)勢種類。棲息于兩蝗區(qū)的意大利蝗和亞洲飛蝗具有遷飛習(xí)性。

2.2 中哈邊境相鄰蝗區(qū)土壤理化性質(zhì)比較

研究發(fā)現(xiàn)，塔城邊境和阿拉湖蝗區(qū)均為堿性土壤，但是土壤pH值、含鹽量、有機質(zhì)均差異顯著(P<0.05)，分別為8.80±0.17和8.16±0.14、5.95±1.79和0.71±0.10 mg/g、46.94±4.37和22.53±2.74 g/kg；兩蝗區(qū)土壤中均以Na+和SO42-為主，平均占22.46%、41.26%；土壤中Ca2+、CO32-無顯著差異(P>0.05)，而Cl-、SO42-、K+、Na+、Mg2+、HCO3-差異顯著(P<0.05)(表1)。

表1 塔城邊境和阿拉湖蝗區(qū)土壤理化特性比較

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，同一行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示塔城邊境和阿拉湖蝗區(qū)該參數(shù)存在顯著差異(獨立樣本T檢驗，P<0.05)。下同。Note: Data in the table are mean±SE, and followed by different small letters in the same row indicate significant difference at the 0.05 level of between Tacheng and Alakol area (independent-sampleTtest,P<0.05).The same below.

2.3 中哈邊境相鄰蝗區(qū)氣候特征比較

分析發(fā)現(xiàn)，1980-1999年塔城邊境和阿拉湖蝗區(qū)的年均氣溫和降水量差異不顯著(P>0.05)。兩蝗區(qū)夏、秋、冬季平均氣溫差異顯著(P<0.05)，春季則差異不顯著(P>0.05)；兩蝗區(qū)春、夏季平均降水量差異顯著P<0.05)，秋、冬季平均降水量差異不顯著(P>0.05)(表2)。

5 a趨勢滑動和線性傾向估計法分析結(jié)果表明，塔城邊境和阿拉湖蝗區(qū)1980-1999年之間的年、春、夏、秋、冬季的平均氣溫均呈上升趨勢，增加傾向率分別為0.291℃、0.390℃、0.202℃、0.254℃、0.306℃和0.165℃、0.077℃、0.057℃、0.142℃、0.416℃，差異均達到顯著水平(P<0.05)(圖1)；兩蝗區(qū)年、春、夏、秋、冬季平均降水量5 a滑動趨勢差異顯著(P<0.05)，塔城邊境蝗區(qū)的年、春、冬季平均降水量呈上升趨勢，增加傾向率分別為0.092、0.308、0.806 mm，夏、秋季降水量呈下降趨勢，減少傾向率分別為-0.329、-0.265 mm；阿拉湖蝗區(qū)的年、春、夏、秋、冬季平均降水量均呈下降趨勢，減少傾向率分別為-0.262、-0.059、-0.132、-0.335、-0.403 mm(圖2)。

圖1 1980-1999年塔城邊境和阿拉湖蝗區(qū)平均氣溫年際變化趨勢Fig.1 Change trend of annual and seasonal temperatures in both study areas from 1980 to 1999注: a, 塔城邊境蝗區(qū); b, 阿拉湖蝗區(qū); 1, 年; 2, 春; 3, 夏; 4, 秋; 5, 冬， 虛線為線性趨勢，粗曲線為5 a 滑動趨勢, 下同。Note: a, Tacheng; b, Alakol ; 1, annual; 2, spring; 3, summer; 4, autumn; 5, winter. The dashed line means linear trend, and crude curve means 5 years moving average. The same below.

參數(shù)Parameters平均氣溫(℃)Averagetemperature平均降水量(mm)Averageprecipitation塔城邊境蝗區(qū)Tachengarea阿拉湖蝗區(qū)Alakolarea塔城邊境蝗區(qū)Tachengarea阿拉湖蝗區(qū)Alakolarea年Annual735±021a736±014a2329±153a2377±119a春季Spring815±032a810±029a1927±230a2932±339b夏季Summer1990±020a2300±016a3034±362b1854±223a秋季Autumn1523±026b790±030a1976±193a2462±296a冬季W(wǎng)inter-589±044b-955±047a2633±207a2282±167a

3 結(jié)論與討論

3.1 蝗區(qū)生態(tài)類型演變對中哈邊境蝗蟲發(fā)生動態(tài)的影響

根據(jù)生態(tài)條件將蝗區(qū)分為3種類型：發(fā)生基地(常年發(fā)生地)、一般發(fā)生地(適生區(qū))和臨時發(fā)生地(擴散區(qū))。發(fā)生基地具有蝗蟲孳生繁殖的最適條件，高密度的蝗蟲種群通常從孳生地向外擴散遷移；一般發(fā)生地則指氣候等條件適宜時，由外地遷入的蝗蟲種群降落后即可生長、發(fā)育和繁殖，當(dāng)條件不適宜時蝗蟲種群密度較低；臨時發(fā)生地是指缺乏蝗蟲適宜生長、發(fā)育和繁殖的棲息地，但在生態(tài)條件出現(xiàn)較大變動，如嚴(yán)重旱澇災(zāi)害相間發(fā)生或極端氣候頻繁發(fā)生等情況下則會演變成為蝗蟲臨時發(fā)生地(賀艷萍，2004)。阿拉湖和額敏河周邊灘涂地的植被條件及其土壤理化性質(zhì)均適合蝗蟲產(chǎn)卵，而且該區(qū)域適宜的溫濕度條件和降雨量有助于蝗蟲生長發(fā)育，因而成為蝗蟲的孳生地，即發(fā)生基地；塔城邊境地區(qū)大面積的撂荒地則適合蝗蟲生長、發(fā)育和繁殖，形成了蝗蟲的一般發(fā)生地，蝗蟲種群遷入后即可就地繁殖；臨時發(fā)生地則主要分布在塔城邊境的農(nóng)牧交錯區(qū)，因精耕細作、防蟲噴藥等農(nóng)事活動致使蝗卵不易越冬和存活，難以形成高密度蝗蟲種群，但當(dāng)蝗區(qū)生態(tài)條件有較大變動時，如塔城地區(qū)種植的大面積小麥、玉米和甜菜等作物棄耕后，在遇到合適的氣象條件后則為蝗蟲提供了臨時生境。

蝗區(qū)生態(tài)環(huán)境是造成蝗災(zāi)發(fā)生的重要因素，準(zhǔn)確掌握蝗區(qū)生態(tài)特征，并根據(jù)其特征進行人為干預(yù)，改變蝗區(qū)生態(tài)條件，降低蝗蟲孳生地和一般發(fā)生地的面積，為中哈邊境蝗災(zāi)預(yù)警和控制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和思路。

3.2 中哈邊境蝗區(qū)生態(tài)條件異同及對蝗蟲遷飛的影響

蝗蟲遷飛與氣候條件關(guān)系密切(陳永林，1980；高月波，2010)，本研究得出相似結(jié)論。分析發(fā)現(xiàn)，1980-1999年期間中哈邊境蝗蟲跨境遷飛為害較為頻繁，共發(fā)生4次大規(guī)模的蝗蟲遷飛，其中以1987和1999年最為嚴(yán)重。通過比較分析，1986和1998年阿拉湖蝗區(qū)冬季平均氣溫分別為-7.73℃和-8.69℃，均高于其他年份(圖1 b5)，較高冬季溫度利于蝗卵的安全越冬，確保了翌年蝗蟲種群數(shù)量；1987和1999年夏季平均氣溫均為23.46℃，與其他年份無明顯變化，但1987和1999年夏季降水量分別為8.37和10.57 mm，均低于其他年份(圖2 b2)，夏季高溫少雨為蝗蟲高頻率振翅和長時間持續(xù)遷飛提供了有利的外在條件。研究結(jié)果為明確蝗蟲遷出與遷入?yún)^(qū)生態(tài)特征和蝗蟲種群動態(tài)提供了基礎(chǔ)，但中哈邊境蝗蟲遷飛過程、路徑及相關(guān)生態(tài)因子對蝗蟲跨境遷移的影響尚需進一步研究。

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Ecological characteristics of locust’s breeding place and locality in China-Kazakhstan border

LIU Qiong1, HE Li-Zhi1, ZHANG Yong-Jun1, ROMAN Jashenko2, JI Rong1*

(1. College of Life Sciences, Xinjiang Normal University, Key Laboratory of Conservation Biology and Management for Xinjiang Special Species, International Cooperative Research Center for Cross-border Pest Management in Central Asia, Urumqi 830054, China; 2. Institute of Zoology, Ministry of Education and Sciences of the Republic of Kazakhstan, Almaty 050060, Kazakhstan)

Locust migratory at border areas between China and Kazakhstan often caused severe damage. This paper aims to clarify the similarities and differences of ecological characteristics between locusts’ immigrant and emigrant areas for improving the prediction. Field data were collected in border areas including Alakol of Kazakhstan and Tacheng of Xinjiang, China. The results showed that both areas are flat and have no significant difference in altitude (P>0.05). Main vegetation types and locust species are similar. Soil pH values, salty content, the organic content in Alakol area are less than in Tacheng border area. Except for Ca2+and CO32-, Cl-, SO42-, K+, Na+, Mg2+, HCO3-contents in Alakol area are less than in Tacheng. Annual average temperature and precipitation of both areas have no significant difference(P>0.05) from 1980 to 1999, while annual and seasonal average temperature and precipitation in 5 a variation tendency are significantly different (P<0.05). Vegetation type, soil physi-chemical properties and climate characteristics of Alakol area are suitable for locust egg-laying, hatching, developing and growing. Similarities and differences of ecological characteristics in China-Kazakhstan border indicated that damage of cross border migratory locusts would still be a significance characteristics to locust plague of Tacheng area, and the result would work to guide monitoring and warning in cross border of China-Kazakhstan.

China-Kazakhstan border; climatic conditions; soil physi-chemical properties; monitoring and early warning;Calliptanusitalicus

國際科技合作專項(2015DFR30290)；國家自然科學(xué)基金項目(U1120301)

劉瓊，女, 1989年生，新疆伊犁人，碩士研究生，研究方向為生物災(zāi)害生態(tài)學(xué)，E-mail:1174403902@qq.com

*通訊作者Author correspondence, E-mail: jirong@xjnu.edu.cn

Received: 2016-10-11; 接受日期Accepted: 2017-01-16

Q968.1;S433

A

1674-0858(2017)02-0365-07

劉瓊，何立志，張永軍,等.中哈邊境蝗區(qū)蝗蟲孳生和發(fā)生地的重要生態(tài)學(xué)特征[J].環(huán)境昆蟲學(xué)報，2017,39(2):365-371.