基于主成分分析的梨園節(jié)肢動(dòng)物群落動(dòng)態(tài)研究

田國強(qiáng)，陳宇宏，任彥鴻，燕晶晶，馬 敏，李 銳

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

自然形成的生態(tài)系統(tǒng)由于經(jīng)過長時(shí)間的演替和重建，都具有一定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)各因子平衡的能力，同時(shí)也具有一定抗外界干擾能力。節(jié)肢動(dòng)物群落是自然生態(tài)系統(tǒng)中不可忽視的重要組成部分，對維持自然生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與平衡具有重大意義，同時(shí)也是人為果園生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施行大規(guī)模單一化種植和大量化學(xué)農(nóng)藥的使用打破了生態(tài)系統(tǒng)原有的平衡，從而造成了生物多樣性下降、天敵資源被誤傷、害蟲抗藥性增強(qiáng)、病蟲害暴發(fā)成災(zāi)、自然環(huán)境和人類健康受到威脅等嚴(yán)重后果[1]。從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)出發(fā)，充分重視自然控制因素，有計(jì)劃、靈活地協(xié)調(diào)、選擇、運(yùn)用必要的防治措施（如抗性品種、天敵、化學(xué)農(nóng)藥、耕作技術(shù)等）避免生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，是實(shí)行害蟲綜合治理的原則和基礎(chǔ)，也是評價(jià)害蟲綜合防治效果的指標(biāo)之一。有害生物綜合治理（IPM）的一個(gè)重要原理就是根據(jù)有害生物與環(huán)境間的相互聯(lián)系，充分發(fā)揮自然控制因素的作用，充分利用生態(tài)系統(tǒng)中各生物群落之間的相互作用關(guān)系，最大限度地發(fā)揮捕食性天敵資源的自然控制作用[2]。因此，掌握節(jié)肢群落的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)，對各種措施的合理應(yīng)用至關(guān)重要。

果園節(jié)肢動(dòng)物群落的結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)受果園布局、品種、栽培方式和害蟲防治等因素的影響?？壕諅b等[3]研究不同品種獼猴桃園節(jié)肢動(dòng)物群落特征及主要類群生態(tài)位，明確了不同品種獼猴桃園節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和害蟲- 天敵體系的差異性，因此，可差異化的利用天敵來防治害蟲，并為提高獼猴桃產(chǎn)量和品質(zhì)、保護(hù)果園生態(tài)系統(tǒng)提供理論依據(jù)。朱新玉等[4]研究耕作方式對玉—豆輪作地表節(jié)肢動(dòng)物多樣性及其營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明，免耕輪作對維持地表節(jié)肢動(dòng)物群落內(nèi)部物種間的關(guān)系及其營養(yǎng)結(jié)構(gòu)有著較為重要的作用，保護(hù)性耕作和輪作種植模式相結(jié)合可維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)平衡。王昀等[5]研究黃板防治和化學(xué)防治下茶園節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的比較，結(jié)果表明，黃板防治茶園的假眼小綠葉蟬和粉虱的發(fā)生量顯著低于化學(xué)農(nóng)藥防治茶園，中性昆蟲和蚜蟲發(fā)生量顯著高于化學(xué)防治茶園，寄生蜂發(fā)生量無顯著差異，適時(shí)使用黃板防治較化學(xué)防治能更好的控制茶園常見同翅目害蟲發(fā)生量，并較好保持節(jié)肢動(dòng)物群落的群落多樣性。對不同生境節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)研究也有大量的報(bào)道[6-12]，但對山西梨園節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的研究報(bào)道相對較少。

丈河村生態(tài)果園地處石質(zhì)山區(qū)，生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，病蟲害基數(shù)小，通過實(shí)施綠色防控可以有效控制病蟲害，減少化學(xué)農(nóng)藥的使用。為了摸清梨園節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和活動(dòng)規(guī)律，分析梨園生態(tài)系統(tǒng)的節(jié)肢動(dòng)物群落物種多樣性和亞群落組成、結(jié)構(gòu)特征及季節(jié)動(dòng)態(tài)[13]，明確梨園優(yōu)勢害蟲和天敵種群，本研究從群落生態(tài)學(xué)角度入手，比較系統(tǒng)地研究了丈河村果園節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)，并對主要害蟲進(jìn)行生態(tài)監(jiān)測和防控，以期來解決本地區(qū)特色林果產(chǎn)業(yè)中的有害生物防治技術(shù)難題。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山西省陵川縣附城鎮(zhèn)丈河村南崖宮種植專業(yè)合作社生態(tài)果園（北緯35°33′～35°38′，東經(jīng)113°08′～113°17′）進(jìn)行，該試驗(yàn)園土質(zhì)沙壤，由玉露香、酥梨等樹種組成，面積6.7 hm2，樹齡多為6～7 a。

1.2 調(diào)查方法

試驗(yàn)于2019 年4—10 月進(jìn)行。

樹冠定點(diǎn)系統(tǒng)調(diào)查：每公頃懸掛黃板和藍(lán)板各150 張，每月更換1 次。每公頃懸掛桃蛀果蛾、梨小食心蟲、金紋細(xì)蛾3 種誘捕器各75 個(gè)，每月更換1 次誘芯。結(jié)合頻振燈誘集法，梨園每公頃安置1 臺頻振殺蟲燈，每7 d 進(jìn)行1 次收集和清理，并進(jìn)行分類鑒定和計(jì)數(shù)。

地面調(diào)查：在地面雜草上采用陷阱誘集法，按照對角線五點(diǎn)取樣的方法布置5 個(gè)陷阱，重復(fù)3 次，每7 d 收集1 次，對陷阱內(nèi)誘集的節(jié)肢動(dòng)物進(jìn)行收集、分類鑒定并記錄種類和個(gè)體數(shù)量。結(jié)合目測法和網(wǎng)捕法進(jìn)行調(diào)查，每個(gè)果園的調(diào)查區(qū)內(nèi)，每次隨機(jī)網(wǎng)掃200 網(wǎng)，調(diào)查地面節(jié)肢動(dòng)物，所捕蟲子用毒瓶毒死，帶回室內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)分類鑒定[14-16]，并記錄其科別和數(shù)量。有些不能確定的種類和一些寄生類天敵帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行飼養(yǎng)觀察，以便進(jìn)一步的鑒定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

群落主成分分析以節(jié)肢動(dòng)物種類與數(shù)量為行，時(shí)間序列為列，構(gòu)成原始數(shù)據(jù)短陣。對原始數(shù)據(jù)采用離差標(biāo)準(zhǔn)化法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算內(nèi)積短陣和相應(yīng)的特征根及特征向量，計(jì)算各主分量的負(fù)荷量和累積貢獻(xiàn)率，求出前2 維主分量中各主要物種的負(fù)荷量。

2 結(jié)果與分析

2.1 梨園節(jié)肢動(dòng)物群落組成結(jié)構(gòu)

2019 年在該梨園共采集到節(jié)肢動(dòng)物281 種33 468頭，隸屬于2 綱14 目120 科281 種，其中，昆蟲綱12 目106 科267 種，蛛形綱2 目4 科14 種。

由表1 可知，害蟲亞群落2 綱7 目52 科150 種，天敵亞群落2 綱10 目27 科81 種，中性昆蟲亞群落1 綱3 目27 科50 種，梨園生物群落豐富。梨園害蟲亞群落豐盛度最高，為43.71%，天敵亞群落豐盛度次之，為32.70%，中性昆蟲亞群落豐盛度較低，為23.59%；梨園害蟲亞群落多樣性指數(shù)最高，為1.924，天敵亞群落多樣性指數(shù)次之，為1.280，中性昆蟲亞群落多樣性指數(shù)較低，為0.967；梨園害蟲亞群落均勻度指數(shù)最高，為0.343，天敵亞群落均勻度指數(shù)次之，為0.228，中性昆蟲亞群落均勻度指數(shù)較低，為0.172；梨園天敵亞群落優(yōu)勢度指數(shù)最高，為0.012 2，害蟲亞群落優(yōu)勢度指數(shù)次之，為0.011 5，中性昆蟲亞群落優(yōu)勢度指數(shù)較低，為0.006。由生物群落特征參數(shù)研究表明，梨園生物群落多樣性和均勻度指數(shù) 高，群落優(yōu)勢度指數(shù)較低，說明群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

表1 梨園節(jié)肢動(dòng)物物種組成

2.2 梨園節(jié)肢動(dòng)物群落主成分分析

梨園節(jié)肢動(dòng)物群落種類豐富，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，群落相對比較穩(wěn)定，對整個(gè)群落起主導(dǎo)作用的因子比較多，應(yīng)該說能起主導(dǎo)作用的可能是一個(gè)功能團(tuán)，而單一物種對群落所起的作用是有限的。按不同的功能團(tuán)，可以將梨園的節(jié)肢動(dòng)物分成害蟲、天敵以及中性昆蟲3 個(gè)功能類群，通過計(jì)算得出梨園節(jié)肢動(dòng)物的各亞群落特征值。按照累積貢獻(xiàn)率達(dá)85%左右的要求，梨園選前4 個(gè)主分量，4 個(gè)主分量彼此獨(dú)立。由表2，3 可知，梨園主要害蟲、天敵、中性昆蟲群落第一主分量特征值10.925 7，貢獻(xiàn)率54.628 5%，對第一主分量貢獻(xiàn)最大的是中華大草蛉、小綠沫蟬、梨小食心蟲、日本弓背蟻和桃蛀果蛾；第二主分量特征值3.681 8，貢獻(xiàn)率18.408 8%，對第二主分量貢獻(xiàn)最大的是黑腹果蠅、金紋細(xì)蛾和麗蚜小蜂；第三主分量特征值1.548 0，貢獻(xiàn)率7.740 1%，對第三主分量貢獻(xiàn)最大的是黑腹果蠅、日瑪絹金龜和紅腰沙泥蜂。

表2 梨園主要害蟲、天敵及中性昆蟲群落特征根及貢獻(xiàn)率

表3 梨園主要害蟲、天敵及中性昆蟲群落對前3 個(gè)主分量的特征向量

梨園主要害蟲、天敵、中性昆蟲群落前二維主成分的排序如圖1 所示。

將圖1 中相近的點(diǎn)視為一類，梨園主要害蟲、天敵、中性昆蟲群落的時(shí)間序列可分為3 個(gè)狀態(tài)集，即4 月20 日至7 月1 日為一類，代表主要害蟲及天敵群落的開始發(fā)展期；7 月8 日至9 月24 日為一類，代表群落盛發(fā)期，是害蟲的主要危害期；9月30 日至10 月14 日為一類，代表群落的下降衰退期。

3 結(jié)論與討論

2019 年4—10 月，統(tǒng)計(jì)調(diào)查了山西省晉城市陵川縣丈河村梨園節(jié)肢動(dòng)物群落共有2 綱14 目120 科281 種，其中，害蟲150 種（43.71%）＞天敵81 種（32.70%）＞中性昆蟲50 種（23.59%），群落特征分析結(jié)果表明，梨園節(jié)肢動(dòng)物豐富度、多樣性指數(shù)較高，優(yōu)勢度指數(shù)較低，說明該梨園天敵對害蟲有明顯的抑制作用，群落結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。

主成分分析結(jié)果表明，按照累積貢獻(xiàn)率達(dá)85%左右的要求，梨園選彼此獨(dú)立，特征根、貢獻(xiàn)率值不同的前4 個(gè)主分量，對每1 個(gè)主分量貢獻(xiàn)較大的害蟲、天敵、中性昆蟲均有；對前3 個(gè)主分量貢獻(xiàn)較大的梨園優(yōu)勢害蟲有小綠沫蟬、桃蛀果蛾、梨小食心蟲、金紋細(xì)蛾、黑腹果蠅。優(yōu)勢天敵有中華大草蛉、麗蚜小蜂、紅腰沙泥蜂。優(yōu)勢中性昆蟲有日本弓背蟻、家蠅、元廁蠅、石狩紅蟻、日本藍(lán)泥蜂。二維主成分的排序?qū)⒗鎴@主要害蟲、天敵、中性昆蟲群落的時(shí)間序列分為3 個(gè)狀態(tài)集：4—6 月為梨園節(jié)肢動(dòng)物群落的始盛期，群落種類豐富，優(yōu)勢種較少，害蟲防控主要以自然天敵防控為主的生態(tài)防控策略；7—9 月為梨園節(jié)肢動(dòng)物群落的盛發(fā)期，同時(shí)也是害蟲的主要危害期，梨園優(yōu)勢害蟲黑腹果蠅、梨小食心蟲、金紋細(xì)蛾發(fā)生高峰期，優(yōu)勢天敵有中華大草蛉、麗蚜小蜂、龜紋瓢蟲、異色瓢蟲和食蚜蠅，但數(shù)量和控制效果不太明顯，此階段梨園有害生物防控應(yīng)輔以生物防治和生物農(nóng)藥防控為主的防控策略；9 月底至10 月為群落的衰退期，梨園節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量下降較快，此階段以伴隨秋收和秋收后梨園清園等農(nóng)事活動(dòng)，控制越冬害蟲數(shù)量，保護(hù)天敵越冬場所。

應(yīng)用主成分分析方法研究梨園節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)，能較好地反映了梨園節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和時(shí)序動(dòng)態(tài)，有助于分析掌握環(huán)境因素對梨園節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的影響，進(jìn)而提出有效的綜合防治策略，同時(shí)為害蟲的生態(tài)控制提供科學(xué)依據(jù)。