海南稻田水生昆蟲(chóng)生物多樣性研究

周 霞,譚燕華,伍蘇然,楊小亮,唐繼宏,霍姍姍,郭安平

(海南省南繁生物安全與分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院三亞研究院,海南三亞 572024)

稻田中不僅水面上部水稻植株部分有節(jié)肢動(dòng)物群落,水體中也有豐富的水生昆蟲(chóng)群落(賈鳳龍等,2002;白耀宇等,2006;桂芳艷等,2015)。水生昆蟲(chóng)在生態(tài)系統(tǒng)中有重要作用。因其水生,遷移能力弱,對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求高,所以水生昆蟲(chóng)越來(lái)越多地被用作環(huán)境質(zhì)量及其變化的指標(biāo)生物(Carleetal., 1979;Castellaetal.,1987;Samwaysetal.,1996,2010;Butleretal.,2007;彭士濤等,2014)。

海南省地處亞熱帶和熱帶地區(qū),是我國(guó)環(huán)境保護(hù)最好的地區(qū)之一,其熱帶地區(qū)的三亞、陵水和樂(lè)東是我國(guó)主要的南繁育種區(qū)。有文獻(xiàn)記載海南稻田中也有多種常見(jiàn)水生昆蟲(chóng)(韋庚武等,2015;周霞等,2018)。水稻是海南最主要糧食作物,稻田面積為23.89萬(wàn)hm2(唐清杰等,2015;2018)。南繁區(qū)稻田農(nóng)藥使用次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非南繁區(qū)的每季2次(苗期和開(kāi)花前期),化肥使用也超過(guò)非南繁區(qū)。南繁區(qū)重金屬污染也比非南繁區(qū)嚴(yán)重(李福燕等,2010)。因?yàn)楦髦贫雀淖兒娃r(nóng)藥化肥過(guò)量使用可能會(huì)改變當(dāng)?shù)丨h(huán)境,影響稻田包括水生昆蟲(chóng)在內(nèi)的節(jié)肢動(dòng)物群落(Pintoetal.,2012)。因此,明確海南稻田水生昆蟲(chóng)種類(lèi)和數(shù)量,水生昆蟲(chóng)種群是否在水稻不同生長(zhǎng)期穩(wěn)定存在,評(píng)價(jià)海南因?yàn)橥恋厥褂玫母淖?例如南繁)對(duì)水生昆蟲(chóng)群落產(chǎn)生的影響是非常重要的。

本研究選擇在5個(gè)南繁區(qū)和5個(gè)非南繁區(qū)稻田水生昆蟲(chóng)種類(lèi)調(diào)查的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了南繁區(qū)三亞市和非南繁區(qū)文昌市稻田各個(gè)生長(zhǎng)期水生昆蟲(chóng)成蟲(chóng)的種類(lèi)、數(shù)量和種群變化情況?？梢詾樵诤Ｄ夏戏眳^(qū)進(jìn)行南繁對(duì)稻田水生昆蟲(chóng)種群的長(zhǎng)期影響監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

2021年4月3-8日和6月1-5日在海南水稻第一季和第二季種植期間,分別在南繁區(qū)三亞市崖州南濱農(nóng)場(chǎng)、三亞中廖村中棉所基地、三亞南繁科學(xué)技術(shù)研究院基地、陵水華中農(nóng)大南繁基地、樂(lè)東縣黃流鎮(zhèn)赤龍村、非南繁區(qū)?？谑醒葚S鎮(zhèn)演西村、文昌市三江鎮(zhèn)崑山村、瓊海市中原鎮(zhèn)鳳樓村、澄邁縣金江鎮(zhèn)大塘村、五指山市水滿(mǎn)鄉(xiāng)什滿(mǎn)村進(jìn)行水生昆蟲(chóng)種類(lèi)調(diào)查,每地選擇3塊以上稻田,水稻生長(zhǎng)期不限定。

2021年在三亞市崖城鎮(zhèn)獨(dú)村和非南繁區(qū)文昌市新橋鎮(zhèn)平湖村選取地勢(shì)低、以河流為水源的稻田(成熟期大部分時(shí)間田間也有水),進(jìn)行不同生長(zhǎng)期水生昆蟲(chóng)種群調(diào)查。文昌的稻田施用了2次化學(xué)農(nóng)藥,三亞的稻田施用了3次化學(xué)農(nóng)藥,都施用一次肥料。每個(gè)調(diào)查地點(diǎn)有3次重復(fù),即3個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積400 m2(長(zhǎng)20 m,寬20 m)。當(dāng)?shù)夭シN時(shí)間為2021年2月,田間移栽時(shí)間為播種1個(gè)月后。

1.2 方法

1.2.1調(diào)查方法

2021年4月3-8日和6月1-5日在海南10縣市的稻田水生昆蟲(chóng)種類(lèi)調(diào)查,每一地選擇3塊稻田進(jìn)行調(diào)查,每塊稻田調(diào)查5點(diǎn),每點(diǎn)調(diào)查1 m2(20叢)。捕捉到的水生昆蟲(chóng)裝到封口透明塑料袋內(nèi),帶回室內(nèi)進(jìn)行整理和分類(lèi)鑒定。

南繁區(qū)三亞市崖城鎮(zhèn)南濱農(nóng)場(chǎng)和非南繁區(qū)文昌市新橋鎮(zhèn)平湖村在苗期(3月1-3日)、分蘗期(3月10-12日)、花期(4月11-13日)和成熟期(4月19-22日)各調(diào)查1次。每次調(diào)查時(shí),參照劉雨芳(2015)的方法每處調(diào)查5點(diǎn),每點(diǎn) 1 m2。捕捉到的水生昆蟲(chóng)裝到封口透明塑料袋內(nèi),帶回室內(nèi)進(jìn)行分類(lèi)鑒定和數(shù)量記錄。

1.2.2指標(biāo)計(jì)算

計(jì)算相關(guān)生態(tài)學(xué)指標(biāo):物種多樣性指數(shù)H′、均勻性指數(shù)J、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)D、優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)C、群落相似系數(shù)Cs。計(jì)算公式如下:

H′=-∑Piln(Pi),Pi為第i個(gè)種在全體物種中的重要性比例,ni為第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)量,N為總個(gè)體數(shù)量,Pi=ni/N。

J=H′/lnS,S為物種總數(shù)。

D=(Nmax/N)×100%,Nmax為數(shù)量最優(yōu)勢(shì)種個(gè)體數(shù)量,N為總個(gè)體數(shù)。

C=∑Pi2

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 海南南繁區(qū)和非南繁區(qū)稻田水生昆蟲(chóng)成蟲(chóng)種類(lèi)

通過(guò)2021年兩季初步調(diào)查,在南繁區(qū)和非南繁區(qū)稻田生態(tài)系統(tǒng)中共捕捉到4目10科29種水生昆蟲(chóng)(表1),雙翅目搖蚊科3類(lèi)、水蠅科1種、蚊科3類(lèi),半翅目有仰蝽科2種,劃蝽科2種,黽蝽科1種,蝎蝽科1種,鞘翅目有龍虱科2種和水龜蟲(chóng)科4種,蜻蜓目包括蟌科4種和蜻科7種(王俊才等,2011;張浩淼,2012)。其中雙翅目和蜻蜓目水中生活的是幼蟲(chóng)(稚蟲(chóng)),半翅目和鞘翅目包括幼蟲(chóng)(若蟲(chóng))和成蟲(chóng)。中性種類(lèi)只有9種,雙翅目搖蚊科3類(lèi)、水蠅科1種、蚊科3類(lèi),半翅目劃蝽科2種,占比31%;捕食性種類(lèi)20種,包括鞘翅目、蜻蜓目和半翅目的大部分種類(lèi),所有水生昆蟲(chóng)種類(lèi)中占比69%。

2.2 三亞和文昌稻田水生昆蟲(chóng)種類(lèi)和優(yōu)勢(shì)度分析

在三亞、文昌稻田生態(tài)系統(tǒng)中共捕捉到4目10科20種(表2),雙翅目搖蚊科3類(lèi)、水蠅科1種、蚊科2類(lèi),半翅目有仰蝽科1種,劃蝽科1種,黽蝽科1種,蝎蝽科1種,鞘翅目有龍虱科1種和水龜蟲(chóng)科2種,蜻蜓目包括蟌科4種和蜻科3種(王俊才等,2011;張浩淼,2012)。中性種類(lèi)只有7種,雙翅目搖蚊科3類(lèi)、水蠅科1種、蚊科2類(lèi),劃蝽科1種,占比35%;捕食性種類(lèi)13種,所有水生昆蟲(chóng)種類(lèi)中占比65%。

表2 2021年三亞和文昌稻田水生昆蟲(chóng)的的種類(lèi)和優(yōu)勢(shì)度

水生昆蟲(chóng)群落在海南地區(qū)三亞和文昌水稻不同生長(zhǎng)期都穩(wěn)定存在(表2)。按優(yōu)勢(shì)度10%≤D、5%≤D<10%、1%≤D<5%(劉雨芳等,2005)分別將物種稱(chēng)為群落的優(yōu)勢(shì)種、豐盛種、常見(jiàn)種。普小仰蝽在三亞和文昌各個(gè)生長(zhǎng)期都是優(yōu)勢(shì)種。

2.3 文昌和三亞水生昆蟲(chóng)成蟲(chóng)群落指數(shù)分析

三亞和文昌二者共有物種18種(類(lèi)),群落物種相似度為0.944,優(yōu)勢(shì)種相似度為1.000。

三亞水生昆蟲(chóng)多樣性指數(shù)為2.384～2.581,均勻性指數(shù)為0.725～0.924,優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)為0.092～0.123;文昌水生昆蟲(chóng)多樣性指數(shù)為2.100～2.354,均勻性指數(shù)為0.726～0.899,優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)為0.105～0.137(表3)。

表3 文昌和三亞水生昆蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.4 文昌和三亞稻田不同生長(zhǎng)期水生昆蟲(chóng)種類(lèi)和數(shù)量分析

文昌和三亞稻田水生昆蟲(chóng)種類(lèi)最少的時(shí)期都是水稻成熟期,分別為17種和15種;文昌稻田種類(lèi)最多的時(shí)期為分蘗期,為19種,而三亞稻田苗期、分蘗期和花期都是16種(圖1)。

圖1 2021年三亞(a)和文昌(b)稻田水生昆蟲(chóng)的的種類(lèi)和數(shù)量

文昌和三亞稻田水生昆蟲(chóng)數(shù)量變化有相同趨勢(shì),水生昆蟲(chóng)數(shù)量最少的時(shí)期為水稻成熟期,分別為13±0.3和12.7±0.7;數(shù)量最多的時(shí)期為分蘗期,分別為29.7±0.7和33.3±1.0(圖1)。

3 結(jié)論與討論

水生昆蟲(chóng)水生,很多是幼蟲(chóng)(若蟲(chóng)),離開(kāi)水體無(wú)法生存,水質(zhì)影響其種類(lèi)和數(shù)量?，F(xiàn)在水生昆蟲(chóng)中的搖蚊類(lèi)、半翅目水生蝽和蜻蜓目稚蟲(chóng)和成蟲(chóng)已被用作環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)及污染程度評(píng)價(jià)的指標(biāo)生物(彭士濤等,2014)。有關(guān)水生昆蟲(chóng)在溫帶和熱帶地區(qū)不同地區(qū)發(fā)生情況的研究很多。人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致水生昆蟲(chóng)的物種變化是主要研究?jī)?nèi)容之一。造成水生昆蟲(chóng)種類(lèi)下降的原因往往是使用土地方式的變化、污染或其它各種人類(lèi)活動(dòng)(Akifumietal.,2010;Pintoetal.,2012;Duetal.,2018;Samueletal.,2018)。影響農(nóng)田環(huán)境水生昆蟲(chóng)種類(lèi)和數(shù)目的原因是多方面的,如有機(jī)污染、生境退化和殺蟲(chóng)劑的大量使用等(李金國(guó)等,2005;Norbertetal.,2005)。毒死蜱對(duì)于搖蚊等6種水生節(jié)肢動(dòng)物均屬于劇毒(徐吉洋等,2014)。重金屬也會(huì)影響水生雙翅目昆蟲(chóng)的種群和個(gè)體數(shù)量的變化(薛建等,2008)。

我國(guó)亞熱帶的湖北省、廣東省和四川省稻田也有水生昆蟲(chóng)發(fā)生的研究報(bào)道(賈鳳龍等,2002:白耀宇等,2006;桂芳艷等,2015)。但對(duì)其在水稻不同時(shí)期群落發(fā)展的研究還不多。水生中性昆蟲(chóng)攝取水體中的植物碎屑等有機(jī)物質(zhì),同時(shí)本身也是捕食性水生昆蟲(chóng)的食物。稻田中的有機(jī)物的碎屑、中性水生昆蟲(chóng)和捕食性水生昆蟲(chóng)組成稻田水體中的食物鏈,其群落組成對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性、能量流動(dòng)及營(yíng)養(yǎng)循環(huán)起著重要作用(彭士濤等,2014),因此,對(duì)海南稻田水生昆蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)組成和變化的研究非常重要。

2021年調(diào)查結(jié)果表明,與華中地區(qū)和華南地區(qū)稻田相同,海南省稻田水生昆蟲(chóng)包括蜻蜓目稚蟲(chóng)、半翅目和鞘翅目水生種類(lèi)、雙翅目幼蟲(chóng)等。海南省稻田中水生昆蟲(chóng)共有29種,與華中地區(qū)和華南地區(qū)的種類(lèi)有很大不同(賈鳳龍等,2002;白耀宇等,2006;桂芳艷等,2015)。其中幼蟲(chóng)(若蟲(chóng)或稚蟲(chóng))絕大多數(shù)種類(lèi)為海南省稻田常見(jiàn)種的幼蟲(chóng)(若蟲(chóng)或稚蟲(chóng))(周霞等,2018)。其中捕食性種類(lèi)20種,中性種類(lèi)只有9種。

本研究選擇在三亞和文昌地勢(shì)低洼的稻田進(jìn)行實(shí)驗(yàn),水稻成熟期大部分時(shí)間稻田仍然有水。所以稻田有水的條件下,水生昆蟲(chóng)在海南南繁區(qū)三亞和非南繁區(qū)文昌兩地水稻不同生長(zhǎng)期都可以穩(wěn)定存在,兩地共捕捉到4目10科20種。數(shù)量為12.7±0.72～33.3±0.3頭/m2。水生昆蟲(chóng)群落多樣性指數(shù)為2.100～2.581,均勻性指數(shù)為0.726～0.924,優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)為0.092～0.137。二者共有物種18種,群落物種相似度為0.944,優(yōu)勢(shì)種相似度為1.000。

三亞和文昌稻田各生長(zhǎng)期水生昆蟲(chóng)種類(lèi)變化不大,每生長(zhǎng)期種類(lèi)為16～19種。因?yàn)楦鞣N水生昆蟲(chóng)成蟲(chóng)在苗期就到水中產(chǎn)卵或生活。其中中性水生昆蟲(chóng)在稻田早期數(shù)量多,隨著捕食性水生昆蟲(chóng)數(shù)量的增加,中性水生昆蟲(chóng)數(shù)量降低。

海南稻田捕食性水生昆蟲(chóng)種類(lèi)多,體型比中性水生昆蟲(chóng)大,取食量也很大。三亞和文昌的調(diào)查結(jié)果顯示,捕食性種類(lèi)數(shù)量在整個(gè)生長(zhǎng)期都比較多,其中普小仰蝽在整個(gè)生長(zhǎng)期都是優(yōu)勢(shì)種。

海南南部的南繁區(qū)稻田農(nóng)藥使用次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非南繁區(qū)的每季2次,為了提高制種的產(chǎn)量,化肥使用也超過(guò)非南繁區(qū)。南繁區(qū)重金屬污染也非南繁區(qū)嚴(yán)重(李福燕等,2010)。本研究顯示雖然非南繁區(qū)的文昌的稻田使用了2次化學(xué)農(nóng)藥,南繁區(qū)的三亞的稻田使用了3次化學(xué)農(nóng)藥,三亞和文昌稻田水生昆蟲(chóng)群落的物種組成與結(jié)構(gòu)、群落的多樣性、優(yōu)勢(shì)種的組成以及群落均勻性沒(méi)有顯著的差別。但在海南10地的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)截斑脈蜻稚蟲(chóng)和真龍虱在非南繁區(qū)稻田水體存在,而在南繁區(qū)沒(méi)有發(fā)現(xiàn),文獻(xiàn)顯示它們喜歡棲息在沼澤等受人工影響比較少的地方(韋庚武等,2015),具體與南繁帶來(lái)的稻田哪種影響因子有關(guān)有待進(jìn)一步研究。

本研究證明水生昆蟲(chóng)在海南稻田不同生長(zhǎng)期都有水情況下穩(wěn)定存在,其群落組成和數(shù)量在不同生長(zhǎng)期有一定的變化規(guī)律。稻田環(huán)境變化和污染通過(guò)食物鏈可能影響水生昆蟲(chóng)種類(lèi),所以對(duì)海南稻田水生昆蟲(chóng)群落的監(jiān)測(cè)和水生昆蟲(chóng)種群變化機(jī)理有待進(jìn)一步的研究。