模拟气候变暖对冬小麦-麦蚜-天敌互作关系的影响

摘要

受温室气体排放和人类活动的影响，全球气候在逐渐变暖，而中国是气候变暖最严重的国家之一。全球气候气变暖的主要特征为平均气温上升、极端高温频率增加以及不同地理区域之间的气候变暖的程度不同。麦蚜为小麦重要害虫之一，体型小，属于刺吸式昆虫。麦蚜不仅可以通过取食小麦的汁液直接危害小麦的生长发育，还可以通过分泌蜜露影响小麦的光合作用，从而对小麦的产量和品质造成损害。在气候变暖条件下，变温昆虫对温度的变化的响应机制，已成为昆虫生态学方面的研究热点。因此，开展气候变暖对不同地理区域麦田生态系统中小麦，麦蚜及天敌的综合影响研究，探明温度升高对麦蚜种群动态的影响特征，将为麦蚜的测报及防控策略的制定奠定理论基础。
　　本研究从小麦主产区麦蚜及气象历史资料收集，研究分析历年田间麦蚜种群动态与温度的相关性;采用跨区域田间增温模拟气候变暖，监测增温对蚜虫、天敌及小麦生物量和产量的影响;通过麦田蚜虫优势种麦长管蚜生命表构建，比较增温对蚜虫主要生命参数的影响;采用恒温处理、连续变温和连续跳跃变温处理，研究环境温度变化对麦蚜天敌异色瓢虫飞行和运动行为的影响四个方面，综合分析气候变暖对麦田系统中麦蚜种群动态的影响作用。取得如下主要结果:
　　为了了解自然条件下温度升高对麦蚜种群的影响，对河北香河地区1979年～1997年间16年的气象资料（4月10日-5月31日）和麦蚜盛发期（扬花-灌浆期）蚜量，运用逐步回归分析，以麦蚜盛期蚜量为因变量Y，分别以最高温度X1，平均温度X2，最低温度X3为自变量构建回归方程，发现盛期蚜量与平均温度X2呈显著正相关，回归方程为Y=0.17862X2+0.08331，R2=0.5250。并以历年气象资料中X1，X2，X3进行聚类分析，可聚为3类，第Ⅰ类的平均气温为18.00±0.14℃，第Ⅱ类的平均气温为16.96±0.19℃，第Ⅲ类的平均气温为15.83±0.23℃，从历史气象资料中构建温度梯度，并采用GLM方差分析对温度梯度以及温度梯度下盛期蚜量进行分析，后进行邓肯多重比较。结果表明，温度梯度间差异显著;随着温度升高，盛期蚜量显著增加。
　　为了进一步探究温度升高使麦蚜发生量显著增加的生态机制，在河北廊坊，河南原阳，湖北武汉三地（三地纬度各相差约5°），同时开展开展了跨区域田间增温试验。系统调查记录增温及对照区小麦生育期、生物量、千粒重参数，田间优势种麦长管蚜和和禾谷缢管蚜的种群发生动态，以及寄生性天敌的寄生率和捕食性天敌的发生量。试验结果显示，增温使廊坊小麦的返青-成熟的生育期提前约10d，原阳提前约7d，武汉提前约4d。增温显著增加廊坊和原阳小麦的生物量和千粒重，显著增加廊坊和原阳麦长管蚜的穗期蚜量，武汉无显著影响;增温显著增加了廊坊禾谷缢管蚜穗期蚜量，但对原阳和武汉试验区的蚜量无显著影响。温度升高显著降低廊坊和原阳的寄生蜂的寄生率，而武汉无显著影响;增温显著降低了廊坊瓢虫田间发生量，而对原阳和武汉无显著影响。结果表明，不同的纬度带麦田群落对气候变暖的响应不同，中、高纬度麦田群落对增温响应程度较低纬度明显，即增温不仅可以直接增加麦蚜种群数量，还降低寄生性天敌对麦蚜的控制力，小麦生育期提前和生物量增加为麦蚜提供充足的可食用资源，导致麦蚜发生数量显著增加;但由于温度增高能提高小麦生物量和千粒重，从而抵消了麦蚜为害对小麦的不利影响，小麦并不减产。
　　为了探究气候变暖对麦蚜生命参数的影响，在廊坊麦田增温区及对照区构建麦长管蚜的生命表。结果表明，增温显著增加麦长管蚜的产蚜量及繁殖历期、显著降低若蚜历期，显著增加麦长管蚜的净增值率、内禀增长率，显著降低种群加倍周期和平均世代周期，即田间增温可以促进麦长管蚜种群增长，从而有利于麦长管蚜在田间暴发。但对翅型分化无显著影响。
　　为了探究环境温度变化对瓢虫迁飞和搜索能力的影响，采用室内飞行磨和昆虫行为记录分析仪，设置不同恒温(15℃、25℃、35℃)、连续线性变温(15-35℃)及间跳跃变温(15℃-25℃-35℃)研究了环境温度变化对异色瓢虫成虫的飞行和搜索能力的影响。异色瓢虫瓢虫在15℃下飞行的频次、累计飞行距离、累计飞行时间和平均飞行速度显著高于其他温度处理;而在35℃下其爬行频次、累计爬行距离、平均爬行时问和平均爬行速度显著大于其他处理。异色瓢虫在连续跳跃变温条件下的飞行能力与运动搜索能力均显著大于连续线性温度以及恒定常温(25℃)对照。说明异色瓢虫在低温度(15℃)下的飞行能力强，而在较高温度(35℃)下的爬行搜索能力较强，高温可以增强其窄域搜索能力。
　　通过历史资料分析和跨区域麦田增温试验相结合，发现温度升高可显著增加中、高纬度麦田蚜虫种群数量。初步的生态机制是温度升高直接提高麦蚜种群增长能力，同时造成天敌对麦蚜的控制力降低，小麦生育期提前和生物量增加为麦蚜提供充足的可食用资源，促使麦蚜大发生。但由于温度增高能提高小麦生物量和千粒重，从而抵消麦蚜为害对小麦的不利影响，增温并不导致小麦减产。因此，气候变暖下可适当放宽麦蚜防治指标。不同地理区域下麦田群落对气候变暖的响应不同，与低纬度相比，中、高纬度的响应较为明显。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 气候变暖

1．2 气候变暖对植物的影响

1．2．1 物候和生长

1．2．2 生物量

1．3 气候变暖对植食性昆虫的影响

1．3．1 地理发生区域

1．3．2 发生期和发生量

1．5 气候变暖对营养级联的影响

1．6 人工增温方式

1．7 麦蚜和天敌调查方法

1．8 麦蚜的发生与危害

1．9 研究的目的和意义

第二章 麦蚜数量与气温关系的资料分析

2．1 材料

2．2 方法

2．3 结果与分析

2．3．1 温度与盛期蚜量的回归分析

2．3．2 气象资料的样本聚类分析

2．3．3 平均温度和蚜量的方差分析

2．4 结论与讨论

第三章 田间增温对冬小麦一麦蚜一天敌互作关系的影响

3．1 材料

3．1．1 小麦品种

3．1．2 试验地点

3．1．3 仪器设备

3．2 方法

3．2．1 试验设计

3．2．2 小麦生育期和生物量

3．2．3 麦蚜和天敌调查方法

3．2．4 数据处理

3．3 结果与分析

3．3．1 试验小区气候微环境

3．3．2 增温对小麦生育期、产量以及生物量的影响

3．3．3 增温对麦长管蚜和禾谷缢管蚜发生量的影响

3．3．4 增温对蚜茧蜂的寄生率和瓢虫发生量的影响

3．3．5 增温对小麦-麦蚜-天敌三营养级联的影响

3．4 结论与讨论

第四章 田间增温对麦长管蚜生命参数的影响

4．1 材料

4．1．1 小麦品种

4．1．2 试验地点

4．1．3 麦长管蚜

4．1．4 仪器设备

4．2 方法

4．2．1 试验设计

4．2．2 数据处理

4．3 结果与分析

4．3．1 试验小区气候微环境

4．3．2 增温对麦长管蚜产蚜量和有翅蚜比例的影响

4．3．3 增温对麦长管蚜发育历期的影响

4．3．4 增温对麦长管蚜生命表参数的影响

4．4 结论与讨论

第五章 环境温度变化对异色瓢虫的飞行与运动行为的影响

5．1 材料

5．1．1 异色瓢虫

5．1．2 仪器设备

5．1．3 飞行行为

5．1．4 搜索行为

5．1．5 数据处理

5．2 结果与分析

5．2．1 环境温度变化对异色瓢虫飞行行为的影响

5．2．2 环境温度变化对异色瓢虫窄域搜索行为的影响

5．3 结论与讨论

第六章 结论

参考文献

致谢

作者简介