蟲害侵蝕下園林植物受損生態(tài)學(xué)評估

張利靜

(開封大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計學(xué)院， 河南 開封 475000)

園林植物在病蟲害侵蝕下受損，對其周圍環(huán)境以及自身的生長產(chǎn)生一定影響，從生態(tài)學(xué)角度評估蟲害侵蝕下園林植物受損情況，為園林植物的生態(tài)學(xué)研究提供科學(xué)、有效的依據(jù)[1]。園林植物受蟲害侵蝕后釋放揮發(fā)物，揮發(fā)物的種類繁多，部分揮發(fā)物可以吸引昆蟲聚集，調(diào)控昆蟲的行為；部分揮發(fā)物能夠抑制植物病菌生長；部分揮發(fā)物可以防御天敵的侵犯，因此，從生態(tài)學(xué)角度而言，蟲害侵蝕下的園林植物受損后，一定程度上為植物生長創(chuàng)造有利條件[2]。與之相反，蟲害侵蝕能夠降低園林植物的生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)，降低園林植物的生態(tài)質(zhì)量[3]。近年來關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)健康的研究較多，采用該評價指標實施生態(tài)學(xué)評估能夠準確表述生態(tài)學(xué)系統(tǒng)的健康狀況。

通過園林植物受損后釋放的揮發(fā)物的情況，對植物受損狀態(tài)進行評估，是一種有效的蟲害侵蝕下園林植物受損生態(tài)學(xué)評估手段。關(guān)于植物遭受蟲害侵蝕后釋放揮發(fā)物的研究日益增多，趙海燕等[4]采用Y形嗅覺儀研究蟲害誘導(dǎo)果實揮發(fā)物對蠅蛹金小蜂趨性行為的影響，并初步鑒定揮發(fā)物的成分，全面了解不同成分揮發(fā)物對蠅蛹金小蜂趨性行為的影響，但該方法在測定實驗過程中，未設(shè)置揮發(fā)物濃度，導(dǎo)致?lián)]發(fā)物分析結(jié)果存在偏差，不能準確評估園林植物的受損情況；曹宇等[5]探討了西花薊馬對花卉寄主顏色和揮發(fā)物的選擇過程，從昆蟲角度出發(fā)，探討蟲害侵蝕下植物揮發(fā)物對西花薊馬行為的影響，該方法選擇的揮發(fā)物種類較少，西花薊馬的受損行為分析結(jié)果可靠性較差。

針對上述生態(tài)學(xué)評估方法存在的問題，文章提出新的蟲害侵蝕下園林植物受損生態(tài)學(xué)評估方法，從蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物抑制病菌與生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)兩方面評估蟲害侵蝕下園林植物受損的生態(tài)學(xué)影響。

1 蟲害侵蝕下園林植物受損生態(tài)學(xué)評估

1.1 蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物抑制病菌的研究方法

1.1.1 蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物釋放機制

主動釋放與被動釋放是蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)的兩種方式[6]。圖1表示蟲害侵蝕下園林植物受損揮發(fā)物的釋放途徑。植食性昆蟲取食導(dǎo)致機械損傷[7]，往往產(chǎn)生被動釋放的揮發(fā)物。這種揮發(fā)物分為三個類別[8]：①園林植物的綠葉性氣味；②園林植物的細胞與組織包含部分揮發(fā)物；③園林植物的細胞與組織中包含的揮發(fā)物前體，植物遭到蟲害侵蝕受損，水解酶與前體碰撞形成揮發(fā)物。

圖1 蟲害侵蝕下園林植物受損揮發(fā)物的釋放途徑

1.1.2 研究材料與方法

園林植物遭受特定的蟲害侵蝕釋放的揮發(fā)物在某種程度上能夠吸引昆蟲，同時有研究顯示，園林植物揮發(fā)物可以有效抑制部分病菌的生成與傳播[9]。綠葉性氣味物質(zhì)、萜類化合物、水楊酸甲酯等是植食性昆蟲侵蝕園林植物后容易產(chǎn)生的揮發(fā)物類別[10]，其中部分化合物能夠有效抑制蟲害或者天敵的侵蝕，具有生態(tài)學(xué)作用[11]，有6種化合物已經(jīng)得到求證，其名稱與結(jié)構(gòu)式如圖2所示。通過圖2能夠看出6種揮發(fā)物的結(jié)構(gòu)、名稱，采用這6種揮發(fā)物展開蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物抑制病菌的影響測試。

圖2 植食性昆蟲誘導(dǎo)的園林植物揮發(fā)物的結(jié)構(gòu)式

為研究蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物抑制病菌的能力，文章以分解鑒定完成的蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物為前提，具體的研究過程如下：

(1)化合物獲取。SIGAMA-ALDRICH公司提供實驗所需的芳樟醇、檸檬烯、橙花叔醇、(E)-2-己烯醛、(Z)-3-己烯-1-醇以及(E)-2-己烯-1-醇。

(2)準備供試菌株與培養(yǎng)基。實驗所需的兩種病菌分別為真菌與細菌，來自某農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，采用PDA培養(yǎng)方式獲取培養(yǎng)基，本次實驗所需的PDA培養(yǎng)包括馬鈴薯20%，D-葡萄糖2%，瓊脂2%；采用高溫的方式完成實驗滅菌工作，溫度高達116°C，整個實驗的時長為30 min。

(3)增加培養(yǎng)菌種的規(guī)模。將30 mL的培養(yǎng)基置于直徑100 mm的培養(yǎng)皿中，準備兩份，低溫凝固。將兩種病菌分別放置在不同的培養(yǎng)基上，存儲溫度為29 ℃，直至培養(yǎng)皿口布滿菌絲時使用。

(4)園林植物病原菌受到植物揮發(fā)物的干擾。滅菌完成的培養(yǎng)基被放置在100 mm的培養(yǎng)皿中以平板的狀態(tài)存在[12]，同時截取待用菌種獲取直徑8 mm的圓，此步驟在無菌環(huán)境中操作，不影響實驗結(jié)果。將直徑8 mm的圓形菌置于成形的平板內(nèi)。設(shè)置實驗分組如下：對照組A、對照組B、5 μL揮發(fā)物處理組、10 μL揮發(fā)物處理組、15 μL揮發(fā)物處理組。處理組形成：測量6種揮發(fā)化合物各5 μL、10 μL、15 μL，分別與120 μL正己烷溶解；對照組A形成：在處理組基礎(chǔ)上添加120 μL的正己烷；對照組B形成：測量7種揮發(fā)化合物2 μL加入正己烷得到106倍稀釋的溶液，取其中120 μL待用。

菌落直徑獲?。涸谂囵B(yǎng)皿中心部分安置牢固的離心管蓋，不同分組的溶液分別存放在這樣的裝置中，為確保溶液揮發(fā)速度均勻，用較薄的棉花遮蓋管口[13]。24 h后測量恒溫箱中菌落的直徑數(shù)據(jù)。

抑制率的計算方法為：

(1)

式中：YZL為抑制率(%)；α為對照組A菌落直徑，β為處理組菌落直徑，ε為菌塊直徑，直徑均為凈生長量。

(5)數(shù)據(jù)統(tǒng)計。采用上述公式，基于實驗結(jié)束后測得的參數(shù)數(shù)據(jù)，獲取菌落的生長抑制率，基于該抑制率評估蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物抑制病菌的能力。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)

結(jié)合遙感技術(shù)與GIS技術(shù)[14]，采集園林研究區(qū)的遙感圖像數(shù)據(jù)與地理信息數(shù)據(jù)，基于該數(shù)據(jù)采集結(jié)果計算生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)[15]，據(jù)此分析研究區(qū)內(nèi)園林植物在蟲害侵蝕受損下的生態(tài)評估結(jié)果。以某市的園林區(qū)為例進行研究，3個園林區(qū)分布在城市的不同位置，植物種類共計30余種，植物存在蟲害侵蝕現(xiàn)象，因此選取該地作為蟲害侵蝕下園林植物受損生態(tài)學(xué)評估的實驗區(qū)域。

生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)的計算方法為：

STZSn=DCnω1+STn·ω2+HZTZn·ω3。

(2)

式中：n為時間段；STZSn為生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)用；DCn為園林環(huán)境；STn為植物長勢；HZTZn為病蟲害指標，另外，這三項參數(shù)的權(quán)重分別用ω1、ω2、ω3表示，這三項權(quán)重值由園林植物專家研究得出，可靠性、科學(xué)性較強。

2 實驗分析

2.1 不同揮發(fā)物對真菌生長的影響

根據(jù)前面所描述的材料與方法獲取的實驗結(jié)果分別如表1、表2所示。

分析表1，由對照組A、對照組B的數(shù)據(jù)可知，蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物生理濃度對真菌生長影響微弱。(E)-2-己烯醛與(E)-2-己烯-1-醇在5 μL、10 μL、15 μL揮發(fā)物處理組獲取的抑制率為100%，能夠完全抑制真菌的生長，為園林植物提供良好的生存環(huán)境；芳樟醇揮發(fā)物在5 μL、10 μL、15 μL揮發(fā)物處理組獲取的抑制率分別為67%、94.6%、100%，呈逐漸上升的趨勢，在最后測試中抑制率達到100%，完全抑制真菌生長，該數(shù)據(jù)表明，濃度越高，芳樟醇抑制真菌的能力越強；(Z)-3-己烯-1-醇在15 μL揮發(fā)物處理組得到的菌落直徑相比5 μL、10 μL揮發(fā)物處理組菌落直徑差距較大，這種現(xiàn)象與檸檬烯相符，即濃度越大抑制能力越強。對于橙花叔醇而言，10 μL與15 μL揮發(fā)物生長24 h后，得到的菌落直徑差距小，其濃度為10 μL時的抑制作用較強，為36.2%。

3.2 不同揮發(fā)物對細菌生長的影響

分析表2可知，與表1結(jié)果相似，由對照組A、對照組B的數(shù)據(jù)能夠看出，在蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物生理濃度對細菌生長影響不明顯。芳樟醇與(Z)-3-己烯-1-醇濃度為15 μL時，得到的菌落直徑最小，與另外四組的直徑差距較大，說明在15 μL濃度下這兩種揮發(fā)物的細菌抑制作用最佳。10 μL濃度的橙花叔醇對細菌的抑制率為32.7%，是五組中數(shù)值最大，說明在此濃度下，橙花叔醇抑制細菌的效果最佳。對于(E)-2-己烯醛、(E)-2-己烯-1-醇而言，在濃度為15 μL時，細菌生長的抑制作用達到100%，且(E)-2-己烯醛在10 μL濃度下也能夠完全抑制細菌的生長。

2.3 蟲害侵蝕下園林植物的生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)分析

采集研究區(qū)的遙感圖像數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)，為實驗分析提供數(shù)據(jù)來源，根據(jù)公式(2)計算園林生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)，獲取蟲害侵蝕下園林植物的生態(tài)學(xué)評估價結(jié)果。生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)分成七個等級，具體劃分情況用表3表示。

表1 園林植物揮發(fā)物對真菌生長的影響

表2 園林植物揮發(fā)物對細菌生長的影響

表3 生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)分級

表3解釋了不同指數(shù)取值的概念，根據(jù)描述可知，水熱條件越好、病蟲害越少，相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)越高，園林植物的生態(tài)質(zhì)量越好?；谠摫砻枋龅闹笖?shù)分級情況，獲取該市3個園林區(qū)不同階段的生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)情況(圖3)。圖③中顏色越重說明該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)越高，生態(tài)質(zhì)量越好；相反，顏色越輕說明該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)越低，生態(tài)質(zhì)量越差。以此為依據(jù)分析蟲害侵蝕下園林植物的生態(tài)質(zhì)量。

分析圖3a可知，該階段園林植物處于萌芽期，3個園林區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)總體較高，園林區(qū)1的顏色最深，生態(tài)質(zhì)量優(yōu)勢突出，園林區(qū)2、3的生態(tài)質(zhì)量良好。這是因為此時為春夏交替時期，沒有高溫天氣，利于園林植物的生長；氣溫略低，不適合昆蟲的生存，不利于病蟲害爆發(fā)；且降雨適中，為園林植物的生長提供有利條件。分析圖3b可知，該階段園林植物處于生長期，相比萌芽期，3個園林區(qū)的圖像顏色深度減弱，說明其生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)有所下降，生態(tài)質(zhì)量有所降低。由于夏季來臨，氣溫有所增長，時常出現(xiàn)高溫干旱天氣，降水情況不穩(wěn)定，不利于園林植物的生長。最重要的是，相比萌芽期此時氣溫更適合昆蟲生長與繁殖，病蟲害逐漸爆發(fā)，但程度微弱，在蟲害侵蝕下，園林植物出現(xiàn)破損、干枯等狀況，降低了該市園林區(qū)植物的生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)。分析圖3c可知，該階段園林植物處于落葉期，3個園林區(qū)的圖像顏色較淺，生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)較低，生態(tài)質(zhì)量較差。這是因為此時處于夏季、秋季交替時期，高溫天氣較少，同時降水量減少，一定程度上影響園林植物生長，秋季是落葉的季節(jié)，一定程度上影響園林植物長勢；關(guān)鍵性原因是病蟲害嚴重，這個季節(jié)的園林植物病蟲害大范圍爆發(fā)，侵蝕程度高、病蟲害種類繁多，在蟲害侵蝕下，大量園林植物破損、干枯，直至死亡，嚴重影響園林的生態(tài)健康指數(shù)與生態(tài)質(zhì)量。

圖3 蟲害侵蝕下園林植物的生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)情況

3 結(jié) 論

本文方法從生態(tài)學(xué)角度評估蟲害侵蝕下園林植物受損情況，園林植物受損后產(chǎn)生積極與消極兩種影響，一方面，根據(jù)蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物釋放機制可知，蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物存在主動釋放與被動釋放兩種方式，植食性昆蟲取食導(dǎo)致機械損傷，往往產(chǎn)生被動釋放的揮發(fā)物，研究采用芳樟醇、檸檬烯、橙花叔醇、(E)-2-己烯醛、(Z)-3-己烯-1-醇以及(E)-2-己烯-1-醇6種不同濃度的植物揮發(fā)物展開分組測試，24 h后記錄不同分組的菌落直徑生長數(shù)據(jù)，根據(jù)菌落直徑的凈生長量，采用抑制率公式計算各組揮發(fā)物對植物病菌生長的抑制率，評估植物揮發(fā)物對病菌生長的影響；另一方面，利用遙感技術(shù)與GIS技術(shù)采集園林植物的遙感數(shù)據(jù)與園林的GIS數(shù)據(jù)，基于該結(jié)果計算生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)，評估蟲害侵蝕下園林植物的生態(tài)質(zhì)量。

實驗結(jié)果表明，對于真菌而言，(E)-2-己烯醛與(E)-2-己烯-1-醇在5 μL、10 μL、15 μL揮發(fā)物處理組的抑制率為100%，能夠完全抑制真菌的生長，為園林植物提供良好的生存環(huán)境；(Z)-3-己烯-1-醇、檸檬烯在15 μL揮發(fā)物處理組得到的菌落直徑相比5 μL、10 μL揮發(fā)物處理組菌落直徑差距較大，表明抑制能力差距較大；另外，濃度越高，芳樟醇抑制真菌的能力越強。對于細菌而言，(E)-2-己烯醛、(E)-2-己烯-1-醇在濃度為15 μL時，細菌生長的抑制作用達到100%，且(E)-2-己烯醛在10 μL濃度下能夠完全抑制細菌的生長。從生態(tài)系統(tǒng)健康程度綜合指數(shù)角度分析，蟲害侵蝕越嚴重、園林植物生態(tài)質(zhì)量越差。

綜上可知，采用本文法可評估蟲害侵蝕下園林植物揮發(fā)物抑制病菌的能力，能夠有效獲取蟲害侵蝕下園林植物受損的生態(tài)學(xué)評估結(jié)果。將本文得到的生態(tài)學(xué)評估結(jié)果應(yīng)用在園林植物的管理與保護策略中，為園林植物良好生長提供科學(xué)依據(jù)；此外，蟲害侵蝕對園林植物生態(tài)健康系統(tǒng)的影響不可忽視，應(yīng)采取有效方式合理控制園林植物的蟲害侵蝕程度，讓蟲害侵蝕轉(zhuǎn)化成促進植物生長的有利條件。