稻蟹共作與常規(guī)稻田蜘蛛群落組成及多樣性分析*

馬曉慧, 車喜慶, 王井士, 桑海旭

稻蟹共作與常規(guī)稻田蜘蛛群落組成及多樣性分析*

馬曉慧, 車喜慶, 王井士, 桑海旭**

(遼寧省鹽堿地利用研究所 盤錦 124010)

稻蟹共作是一種新型的稻田生態(tài)種養(yǎng)殖技術(shù), 對推動生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。目前對稻田蜘蛛的研究僅限于常規(guī)稻田, 而關(guān)于稻蟹共作系統(tǒng)蜘蛛方面的研究尚少見報(bào)道。本試驗(yàn)旨在研究稻蟹共作田與常規(guī)稻田中蜘蛛群落的組成及多樣性特點(diǎn), 探索稻蟹共作田蜘蛛的發(fā)生特點(diǎn), 為進(jìn)一步研究稻蟹共作系統(tǒng)生物多樣性特征奠定基礎(chǔ)。試驗(yàn)采用吸蟲器抽吸法, 系統(tǒng)調(diào)查了盤錦稻蟹共作田和常規(guī)稻田蜘蛛物種組成, 并分析了蜘蛛群落多樣性特點(diǎn)。結(jié)果表明: 這兩類稻田共調(diào)查11科31種蜘蛛, 狼蛛科(Lycosidae)、皿蛛科(Linyphiidae)和園蛛科(Araneidae)數(shù)量最多, 占總蛛數(shù)70%; 稻蟹共作田蜘蛛個(gè)體數(shù)量顯著高于常規(guī)稻田。2類稻田蜘蛛優(yōu)勢種均為草間鉆頭蛛()和擬水狼蛛()。多樣性指數(shù)表明, 6月初蜘蛛Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最低, 8—9月蜘蛛群落最高; 而均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)總體與其呈正相關(guān), 優(yōu)勢度指數(shù)與其呈負(fù)相關(guān); 2類稻田蜘蛛群落多樣性特點(diǎn)基本一致。研究結(jié)果表明稻蟹共作田和常規(guī)稻田蜘蛛種類和多樣性特點(diǎn)沒有顯著差異, 但蜘蛛個(gè)體數(shù)量有顯著差異, 即稻蟹共作田蜘蛛個(gè)體數(shù)量顯著高于常規(guī)稻田。

稻蟹共作; 常規(guī)稻田; 蜘蛛; 群落; 多樣性指數(shù)

稻田種養(yǎng)模式是中國生態(tài)農(nóng)業(yè)的主要形式之一, 不同地區(qū)根據(jù)其氣候和生產(chǎn)特點(diǎn)形成獨(dú)具特色的稻田種養(yǎng)模式。我國南方省區(qū)主要以稻田養(yǎng)鴨、養(yǎng)蝦、養(yǎng)魚模式為主, 而我國北方則以稻田養(yǎng)蟹模式為主[1-4]。遼寧盤錦位于遼河流域腹地, 水稻()栽培歷史悠久, 近年將河蟹養(yǎng)殖與稻作技術(shù)結(jié)合, 通過減少農(nóng)藥使用, 利用河蟹在稻田的取食與活動來控制稻田有害生物, 形成了典型的稻蟹種養(yǎng)模式。該模式是基于稻作水田條件, 以種稻為中心, 人工投入河蟹苗的自然與人工相配合的生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。

目前關(guān)于稻蟹共作技術(shù)的研究主要集中于河蟹放養(yǎng)密度、稻蟹田病害與雜草的防治、水稻生長情況及產(chǎn)量等研究, 尚少有稻蟹共作生態(tài)系統(tǒng)中節(jié)肢動物的研究。節(jié)肢動物是生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的重要組成部分, 通過研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中節(jié)肢動物群落, 可以從植物-害蟲-天敵相互作用的角度來探討害蟲生態(tài)調(diào)控的原理和方法, 為科學(xué)地控制害蟲種群數(shù)量提供理論依據(jù)[5]。蜘蛛是稻田內(nèi)僅次于昆蟲的種類多、數(shù)量大的節(jié)肢動物類群, 全部為捕食性, 也是水稻害蟲的重要天敵之一[6]。目前我國雖有對棉(spp.)田[7]、稻田[8]、大豆()田[9]及果園[10]等蜘蛛群落結(jié)構(gòu)特征的研究, 但有關(guān)稻蟹共作系統(tǒng)蜘蛛群落組成及多樣性特點(diǎn)鮮有報(bào)道。研究稻蟹共作田與常規(guī)稻田蜘蛛群落組成及多樣性特點(diǎn), 有助于探明稻蟹共作生態(tài)系統(tǒng)中蜘蛛對有害生物的防控機(jī)理及控害程度, 本文系統(tǒng)調(diào)查了盤錦單季稻區(qū)稻蟹共作田(簡稱稻蟹田)及常規(guī)稻田(簡稱常規(guī)田)蜘蛛群落的組成, 并分析了2類稻田蜘蛛群落多樣性特點(diǎn), 以期為進(jìn)一步研究稻田種養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性特征、害蟲天敵的控害機(jī)理以及明確河蟹-植食性昆蟲-中性昆蟲-捕食性天敵之間營養(yǎng)關(guān)系等研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年在遼寧省鹽堿地利用研究所試驗(yàn)基地完成, 基地位于遼寧省水稻主產(chǎn)區(qū)盤錦市(40°39′~41°27′N、121°25′~122°31′E), 溫帶季風(fēng)性氣候, 單季稻區(qū), 水稻主栽品種為‘鹽豐47’。稻田主要病蟲草害為稻瘟病、紋枯病、稻飛虱、二化螟、稻水象甲、稻小潛葉蠅及40余種雜草, 以稗草()、扁稈藨草()、水綿()、鴨舌草()、野慈菇()為優(yōu)勢雜草[11]。稻蟹田僅在5月10日施用惡草靈與丁草胺進(jìn)行封閉式除草, 之后全年不施化肥與農(nóng)藥, 河蟹投入時(shí)間6月1日, 收蟹時(shí)間9月24日, 全部為扣蟹, 密度為3 000只?hm-2, 不投蟹料。常規(guī)田于5月9日每塊田施30 kg大地豐摻混肥料(錦州市大地豐肥業(yè)有限公司, N∶P∶K=28∶18∶8)作為底肥, 5月24日施用丁草胺與吡嘧磺隆防治稗草, 6月2日施用噻蟲嗪防治水稻潛葉蠅與稻水象甲, 6月25日施用三唑磷防治1代二化螟, 6月30日施用井岡霉素防治水稻紋枯病, 7月10日施用吡蚜酮防治稻飛虱, 7月20日施用三唑磷防治2代二化螟, 7月28日和8月8日各施用1次吡唑醚菌酯防治稻瘟病; 本田雜草發(fā)生重的年份, 需在插秧后再施用五氟磺草胺防治禾本科及莎草科雜草, 其他條件與稻蟹田相同。每塊試驗(yàn)稻田面積均為1 000 m2, 周邊埝埂種植大豆或留雜草。

1.2 調(diào)查時(shí)間與方法

水稻5月27日插秧, 10月17日收割。6月1日開始調(diào)查, 至10月16日結(jié)束, 每月1日、6日、11日、16日、21日、26日調(diào)查, 全年共調(diào)查28次, 2次重復(fù); 其中稻蟹田最后5次調(diào)查時(shí), 田間已沒有河蟹(忽略個(gè)別漏捕蟹)。蜘蛛調(diào)查采用5點(diǎn)法取樣, 每樣方約1 m2(查4行, 每行6穴), 調(diào)查日當(dāng)天上午用吸蟲器在稻株上、中、下3個(gè)部位分別抽吸, 并以捕蟲網(wǎng)作為補(bǔ)充。蜘蛛樣本用75%乙醇保存, 分別記錄并帶回室內(nèi), 參照文獻(xiàn)[12-14]清樣及鑒定, 統(tǒng)計(jì)蜘蛛種類數(shù)與個(gè)體數(shù), 并將各月調(diào)查結(jié)果按上、中、下旬統(tǒng)計(jì)。本文定義個(gè)體數(shù)量():>10%為優(yōu)勢種, 5%≤≤10%為豐富種,>1%為常見種。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

群落多樣性分析以優(yōu)勢度指數(shù)()、多樣性指數(shù)(￠)、均勻度指數(shù)()和物種豐富度指數(shù)(Ma)表述, 各指數(shù)的計(jì)算利用Excel 2010完成。具體公式為:

1)優(yōu)勢度分析采用Simpson優(yōu)勢度指數(shù):

式中:為第個(gè)物種的個(gè)體數(shù),為所有物種個(gè)體數(shù),為物種數(shù)。

2)物種多樣性分析采用Shannon-Wiener(香農(nóng)-威納)多樣性指數(shù):

式中:第種個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的比率,為全部物種的個(gè)體總數(shù),為物種數(shù)。

3)均勻度分析采用Pielou指數(shù):

=￠/max(3)

式中:max=ln,為群落中總的物種數(shù)。

4)物種豐富度分析采用Margalef指數(shù):

Ma=(-1)/ln(4)

式中:為物種數(shù),為全部物種的個(gè)體總數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻蟹田與常規(guī)田蜘蛛群落的組成

對稻蟹田和常規(guī)田的蜘蛛群落進(jìn)行調(diào)查, 共調(diào)查蜘蛛個(gè)體樣本16 783頭, 隸屬于11科, 共31種, 詳見表1。其中, 稻蟹田共11 747頭, 占蜘蛛樣本總數(shù)量的69.99%, 常規(guī)田樣本共5 036頭, 占蜘蛛樣本總數(shù)量的30.01%, 可見, 稻蟹田蜘蛛個(gè)體數(shù)量顯著多于常規(guī)田。從蜘蛛科來看, 2類稻田蜘蛛個(gè)體數(shù)量大于15%的均為狼蛛科(Lycosidae)、皿蛛科(Linyphiidae)和園蛛科(Araneidae)。從蜘蛛種來看, 稻蟹田蜘蛛個(gè)體總量最多的依次為草間鉆頭蛛()、擬水狼蛛()、真水狼蛛()、黑斑亮腹蛛()、擬環(huán)紋豹蛛()、角類肥蛛(), 常規(guī)田蜘蛛個(gè)體總量最多的依次為擬水狼蛛、草間鉆頭蛛、角類肥蛛、黑斑亮腹蛛、真水狼蛛和圓尾肖蛸()。綜合來看, 草間鉆頭蛛和擬水狼蛛為稻田蜘蛛優(yōu)勢種, 真水狼蛛、黑斑亮腹蛛等5種為蜘蛛豐富種, 粽管巢蛛()、黃褐新園蛛()等12種為蜘蛛常見種, 其余為少見或偶見蜘蛛。

蜘蛛物種數(shù)隨時(shí)間變化趨勢如圖1所示, 稻蟹田和常規(guī)田蜘蛛種類隨時(shí)間變化趨勢基本一致, 均由6月初最低值1種, 至8月下旬和9月上旬最高值30種左右, 兩種稻田之間無顯著差異。

2.2 稻蟹田與常規(guī)田蜘蛛群落多樣性特征

由于6月上旬采集的稻田蜘蛛種類及數(shù)量極少, 2類稻田各參數(shù)均為0(圖2)。Shannon-Wiener指數(shù)從調(diào)查開始最小值0, 逐漸增加至9月上旬最大值2.777 5(稻蟹田)和8月下旬最大值2.648 6(常規(guī)田), 且8—9月指數(shù)均在2.4以上。表明8—9月蜘蛛群落多樣性水平高, 物種較豐富, 其他時(shí)間多樣性水平較低, 尤其是6月初; 稻蟹田和常規(guī)田Shannon- Wiener指數(shù)變化趨勢一致, 無顯著差異。

優(yōu)勢度指數(shù)從6月初最小值0, 逐漸增加至9月上旬最大值0.912 1(稻蟹田)和8月下旬最大值0.912 3(常規(guī)田), 且8—9月指數(shù)均保持0.9左右。表明調(diào)查初期優(yōu)勢種突出地位并不高, 隨著蜘蛛逐漸遷移至稻田內(nèi), 優(yōu)勢種突出地位也越來越明顯, 直到8月底9月初, 優(yōu)勢種的突出地位最明顯, 即草間鉆頭蛛和擬水狼蛛在此時(shí)優(yōu)勢地位突出。稻蟹田和常規(guī)田優(yōu)勢度指數(shù)變化趨勢一致, 無顯著差異。

均勻度指數(shù)在6—7月稍有波動, 從最小值0到6月中旬最大值0.999 9(稻蟹田)和7月上旬最大值0.881 6(常規(guī)田), 其余階段波動不大, 指數(shù)值均以0.7~0.8為主。均勻度指數(shù)間接地反映蜘蛛群落中優(yōu)勢種的突出程度, 可見, 優(yōu)勢種蜘蛛突出程度在8—9月變化不大, 即兩者以一定的種群數(shù)量始終保持著一定的突出地位。

物種豐富度指數(shù)變化趨勢與Shannon-Wiener指數(shù)基本一致, 但稻蟹田和常規(guī)田稍有差異, 指數(shù)最低值在6月上旬, 均為0, 指數(shù)最高值不同, 稻蟹田出現(xiàn)在7月下旬, 為4.426 7, 常規(guī)田出現(xiàn)在8月中旬, 為4.181 7。且6—8月稻蟹田物種豐富度指數(shù)略高于常規(guī)田, 9月起反之。這表明稻蟹田7月下旬蜘蛛物種數(shù)量最多, 之后物種數(shù)逐漸減少, 而常規(guī)田8月中旬后, 蜘蛛物種數(shù)才開始減少。

Shannon-Wiener指數(shù)隨時(shí)間的變動規(guī)律, 反映出蜘蛛種群從遷入稻田至水稻近收割期間群落多樣性水平整體的變動趨勢。當(dāng)蜘蛛群落多樣性程度較高的階段, 均勻度和物種豐富度程度相應(yīng)的也較高, 而優(yōu)勢度指數(shù)則較低, 即優(yōu)勢種在群落中突出地位越不明顯。這也說明, 各參數(shù)間具有一定的相關(guān)性, 均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)與Shannon-Wiener指數(shù)呈正相關(guān)性, 而優(yōu)勢度指數(shù)與其呈負(fù)相關(guān)性。稻蟹田與常規(guī)田多樣性指數(shù)變化趨勢基本一致, 僅在物種豐富度指數(shù)上稍有差異, 這可能受河蟹捕食與活動影響, 具體原因有待進(jìn)一步研究。

表1 稻蟹共作田和常規(guī)稻田蜘蛛群落組成

圖1 稻蟹共作田和常規(guī)稻田蜘蛛物種數(shù)隨時(shí)間的變化

3 討論與結(jié)論

稻蟹共作作為一種新型養(yǎng)殖模式, 在經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益方面較常規(guī)水稻栽培模式具有較大優(yōu)勢[15]。稻蟹共作模式主要集中在我國北方沿海地區(qū), 據(jù)2006年統(tǒng)計(jì), 遼寧省河蟹蟹種生產(chǎn)量達(dá)19 020 t, 居全國首位[4]。針對稻蟹共作生態(tài)系統(tǒng), 前人主要開展了雜草生態(tài)防控[16-17]、稻瘟病藥劑防治[18]、藥物安全使用[19]以及河蟹放養(yǎng)密度及水稻栽培模式對水稻和河蟹的影響等相關(guān)研究[15,20], 尚少有對稻蟹共作生態(tài)系統(tǒng)蜘蛛種群多樣性特點(diǎn)的研究。本文調(diào)查結(jié)果表明, 稻蟹田和常規(guī)田蜘蛛種類豐富, 共調(diào)查蜘蛛標(biāo)本16 783頭, 隸屬于11科, 共31種, 以狼蛛科、皿蛛科、園蛛科蜘蛛數(shù)量最多, 稻蟹田蜘蛛個(gè)體數(shù)量顯著多于常規(guī)田。2類稻田蜘蛛優(yōu)勢種均為草間鉆頭蛛和擬水狼蛛, 這與王井士等[21]對盤錦稻區(qū)蜘蛛優(yōu)勢種調(diào)查結(jié)果略有不同, 這是因?yàn)楸疚恼{(diào)查僅限在水稻植株上采集, 不包含周邊非稻田生境。2類稻田中蜘蛛優(yōu)勢種略有不同, 如稻蟹田常見種圓尾肖蛸個(gè)體數(shù)占4.37%, 而常規(guī)田該種類為豐富種, 占7.01%, 圓尾肖蛸在稻株之間結(jié)大型水平圓網(wǎng), 居于水稻中上部, 蜘蛛在網(wǎng)附近稻株上活動, 而稻株中部葉鞘等處也是河蟹活動的范圍, 這是否與河蟹取食、活動有關(guān), 還有待進(jìn)一步研究。蜘蛛多樣性指數(shù)分析表明, 6月初蜘蛛群落多樣性水平最低, 8—9月最高, 而均勻度、豐富度指數(shù)總體與其呈正相關(guān), 優(yōu)勢度指數(shù)與其呈負(fù)相關(guān), 稻蟹田與常規(guī)田多樣性指數(shù)變化趨勢基本一致, 這與徐雪亮等[22]2018年對施藥稻田和不施藥稻田蜘蛛群落多樣性、均勻度、優(yōu)勢度均無顯著差異的研究結(jié)果一致, 稻蟹田為不施藥稻田, 推測蜘蛛群落多樣性受稻田施藥的影響不大。

圖2 稻蟹共作田和常規(guī)稻田蜘蛛多樣性隨時(shí)間的變化規(guī)律

Table 2 Time distribution of spider diversity in rice-crab co-culture paddy and conventional paddy

本文研究表明, 常規(guī)田因?yàn)椴婚g斷使用化學(xué)藥劑, 使得害蟲與天敵數(shù)量大量減少, 群落重建速度慢, 生物量減少使得生物多樣性程度也降低, 因而天敵的控制能力有限。稻蟹田由于不施用化學(xué)藥劑, 即便河蟹取食一定量害蟲與天敵, 稻蟹田生物量也顯著高于常規(guī)田。另外, 河蟹在稻田捕蟲、啃草、掘土等取食與活動, 間接起到除草、防蟲、凈土的作用, 對水稻生長有一定的促進(jìn)作用。本文對稻蟹共作田蜘蛛群落組成進(jìn)行研究, 明確了蜘蛛種類與數(shù)量, 為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。但當(dāng)?shù)咎镏踩牒有愤@一生物, 并取消施用農(nóng)藥之后, 稻田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性發(fā)生了變化, 河蟹與稻田中植食性、捕食性和中性節(jié)肢動物間相互作用關(guān)系仍有待明確, 有關(guān)各類蜘蛛捕食力、蜘蛛對稻田有害生物控制力、蜘蛛生態(tài)位情況等, 尚需進(jìn)一步研究。

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The structure of spider communities in crab paddies and conventional paddies*

MA Xiaohui, CHE Xiqing, WANG Jingshi, SANG Haixu**

(Liaoning Saline or Alkaline Land Utilization and Research Institute, Panjin 124010, China)

Rice-crab co-culture (RC) is a new eco-agricultural process in paddy cultivation and breeding models. It has been significantly promoted in the development of eco-agricultural programs. Recent studies, which concern the RC system, mainly focus on the effects of multiple factors on crab or rice production. However, studies on the community of natural enemies in RC ecosystems are still rare. The goal of this study was to determine the regulation of occurrence, composition, and diversity of spider communities in crab paddies and conventional paddies. Suction samplers were applied to collect spiders in the paddies. Species composition and diversity of spiders were recorded and analyzed.The results showed that: 1) 31 species and 11 families of spiders were found in both paddies. Three major families of spiders,,, and, accounted for at least 70% of the spider populations. 2) The number of individual spiders in the crab paddies was significantly higher than that in conventional paddies. 3) The Shannon-Wiener index indicated that the diversity of spider species was highest from August through September, and lowest in early June. Furthermore, the results showed that the Shannon-Wiener indexes were positively correlated with Pielou’s or Margalef’s indexes but were negatively correlated with the Simpon’s indexes. The results revealed that there was no difference in the numbers or diversities of spider species between crab paddies and conventional paddies, whereas the difference in the number of individual spiders was significant between the two paddy types. This study lays a foundation for the study of the biodiversity characteristics of arthropods in RC systems.

Crab paddy; Conventional paddy; Spider; Community; Diversity index

S476

2096-6237(2019)08-1157-06

10.13930/j.cnki.cjea.181068

* 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD0200203, 2016YFD0300703)資助

桑海旭, 主要研究方向?yàn)樗静∠x害防治。E-mail: haixusang@163.com

馬曉慧, 主要從事水稻病蟲草害綜合防治研究。E-mail: jodiexiaohui@163.com

2018-12-08

2019-04-08

* The work was supported by the National Key Research and Development Project of China (2018YFD0200203, 2016YFD0300703).

, E-mail: haixusang@163.com

Dec. 8, 2018;

Apr. 8, 2019

馬曉慧, 車喜慶, 王井士, 桑海旭. 稻蟹共作與常規(guī)稻田蜘蛛群落組成及多樣性分析[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2019, 27(8): 1157-1162

MA X H, CHE X Q, WANG J S, SANG H X. The structure of spider communities in crab paddies and conventional paddies[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(8): 1157-1162