淹灌和间歇灌溉对晚稻田节肢动物群落多样性影响

邱 佩，崔远来，罗玉峰，刘 博，韩焕豪

(武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072)

0 引 言

节肢动物是稻田生态系统的重要组成部分，物种多样性有助于稻田害虫控制及可持续种植。水稻集约化管理、灌溉、农药、化肥和除草剂等过度的采用降低了生物多样性，往往导致虫害的严重发生[1-4]。结果不但影响作物的生长与产量，还会造成稻田生态系统的不稳定。为控制害虫、保护天敌、消除环境污染等，节肢动物群落生物多样性保护具有重要意义[5]。

目前，针对稻田节肢动物群落多样性的研究多是有机栽培、稻鸭共作、不施用农药的生态管理、不同耕种方式、多种植物进行配置种植的多作措施以及施肥等田间管理方式对稻田节肢动物群落多样性的影响[6-11]，而对节水灌溉条件下的稻田节肢动物群落的变化比较研究较少。付浩龙等[12]对控制灌溉下的稻田节肢动物群落多样性进行了初步的探索。本文以间歇灌溉为例，研究节水灌溉对水稻不同生育期节肢动物群落组成及物种多样性的影响，以期为节水灌溉稻田虫害控制及多样性保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于江西省灌溉试验中心站，属鄱阳湖流域(116°00′E、28°26′N)，海拔22 m，为典型的亚热带湿润季风性气候区，多年平均气温18.1 ℃，平均降雨量1 634.3 mm，年平均日照1 720.8 h，平均蒸发量1 139.0 mm。供试土壤为粉壤土，容重1.34 g/cm3。耕层土壤含全氮1.02 g/kg，全磷0.29 g/kg，速效钾74.8 mg/kg，有机质17.33 g/kg，pH值6.8。

试验区为早稻-晚稻-紫云英作物种植结构。早稻在4月下旬至7月中旬，降雨丰富，仅需灌水1～3次。晚稻在7月末至10月中旬，气温炎热，雨量少，为满足作物需水，灌水次数可高达13次。为研究节水灌溉对节肢动物群落多样性影响，对2014年晚稻进行田间试验，水稻品种为特优923。

1.2 试验设计

设置传统淹水灌溉(以下简称淹灌)和间歇灌溉田块小区，2种处理3次重复，小区面积75 m2，随机排列并以水泥埂隔离。田间水分管理设计如表1。淹灌稻田田间长期处于有水状态，当田面无水层时灌水[13]；间歇灌溉主要采取浅水层、干露(无水层)相间的方式，即从水稻分蘖前期开始，当田面落干至无水层后隔3 d再灌水，灌至20 mm，如遇降雨可蓄至50 mm。

表1 不同灌溉模式田间水分控制标准

两种灌溉措施采用相同的田间管理：在水稻分蘖前期和拔节孕穗期各施用1次杀虫剂(有苯甲·丙环唑、苏云金杆菌、氟虫腈)。肥料品种为含45%(质量分数，下同)纯氮的复合肥，施氮量180 kg/hm2，其中基肥占50%，水稻移栽后10 d追施50%分蘖肥。两种处理磷、钾肥施用标准相同，其中磷肥67.5 kg/hm2(以P2O5计)，品种为钙镁磷肥，全部作基肥施用；钾肥150 kg/hm2(以K2O计)，种类为KCl，按基肥∶穗肥=9∶11比例施用。

1.3 调查方法

返青期由于节肢动物群落刚刚迁入，对其展开调查捕捉较困难，试验从分蘖前期(8月7日)开始进行调查，并每隔14 d对各小区水稻分蘖后期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期和黄熟期各调查1次，总计6次。

(1)手捕法。田间随机5点取样，每点取9(3×3)丛水稻植株，用面积约0.5 m2的封闭框架罩住，采用玻璃管(内装有75%～80%酒精)捕捉各类捕食性天敌尤其是蜘蛛类，带回实验室进行种类鉴定，并记录个体数。

(2)网捕法。采用平行跳跃式随机取样法取样，主要捕捉飞行的寄生性天敌、部分植食性昆虫，以及在叶片上活动的寄生性昆虫和部分蜘蛛类(以肖蛸类居多)。每小区各取10网(一个来回算一网)，其中扫网直径35 cm，网深60 cm，柄长1 m，实验室进行鉴定，并记录各物种的个体数和种类。未知物种鉴定均参考专业文献[14-16]。

1.4 分析方法

节肢动物群落的研究分析主要取决于其有关的多样性指标，多样性指标能够很好地反映群落的组成、结构及其动态变化，通过运用Margalef物种丰富度指数(DMG)、Shannon-Wienner多样性指数(H′)、Simpson优势度指数(S)、Pielou物种均匀度指数(E)来对节肢动物群落进行多样性分析，其测度公式为[17,18]：

Pi=Ni/N

(1)

DMG=(K-1)/lnN

(2)

H′=-∑PilnPi

(3)

S=1-∑P2i

(4)

E=H′/lnK

(5)

式中：Pi为第i种个体数量(Ni)在群落个体总数(N)中所占比例；K为各小区中物种数目。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉模式对节肢动物群落物种组成影响

在试验田各生育期采集到的节肢动物种类有3纲10目33科共52种，由表2所示，间歇灌溉和淹灌稻田节肢动物种类分别有10目30科40种、10目27科40种。2种灌溉模式下目的组成相同，均为蜻蜓目、同翅目、鞘翅目、双翅目、膜翅目、半翅目、直翅目、蜘蛛目、鳞翅目以及弹尾目，隶属于昆虫纲、蛛形纲和内口纲。不同灌溉模式下，虽全生育期节肢动物群落目数和种数一致，影响只在科数的级别上，但除分蘖前期外，在其余生育期，间歇灌溉节肢动物群落科数和种数均高于淹灌，并保持长期稳定，全生育期物种科数平均增加25.4%，种数平均增加17.4%。分蘖前期出现相反趋势，可能由于稻田初始断水，打破了节肢动物群落原有的稳定性，由于后期节肢动物已适应，

表2 不同灌溉模式下稻田节肢动物群落物种数

以致在其后各生育期稻田间歇灌溉模式节肢动物群落都表现出优势。

2.2 不同灌溉模式对害虫和天敌类群数量影响

水稻、害虫和天敌同田间管理措施相互依赖、相互制约[19]。依据调查的结果和物种的取食习性，对节肢动物进行类群划分，分为天敌类群和害虫类群，天敌类群包括所有的蜘蛛种类、捕食性瓢虫、捕食性蝽类、寄生蝇类、寄生蜂类、食蚜蝇类和蜻蜓类等节肢动物，害虫类群包括危害水稻的植食性物种如飞虱类、叶婵类、蝗类和蝽类等节肢动物。在不同灌溉模式下，天敌、害虫类群2大功能群种类和数量及其比例显示如表3和表4。

除分蘖前期外，间歇灌溉稻田天敌类群种类数和数量均高于淹灌稻田，在水稻拔节孕穗期，天敌类群种类数和数量增加率均达到最高，种类数高于淹灌125.0%，数量高于淹灌50.0%，全生育期种类数平均增加24.4%，数量平均增加26.2%。2种灌溉模式下害虫类群种类相对稳定，但害虫数量间歇灌溉较之于淹灌全生育期增加24.0%。

表3 不同灌溉模式下稻田害虫、天敌类群种类数 种数：个；比例：%

表4 不同灌溉模式下稻田害虫、天敌类群数量 种数：个；比例：%

两类生境稻田的天敌类群种类变化趋势基本一致，均随水稻的生长大致呈增加趋势。数量方面，水稻分蘖前期，稻田中天敌类群数量较少，随着水稻的生长发育，在分蘖后期，由于后期晒田导致土壤水分状况差异明显，害虫类群数量锐减，稻田天敌类群数量迅速增加，达到最高值，而后天敌类群数量呈下降并保持稳定，乳熟期数量有所下降，但黄熟期数量回升。

表4可见，除间歇灌溉黄熟期天敌类群与害虫类群数量增长外，2种灌溉模式其余各生育期，天敌类群和害虫类群此消彼长，天敌类群数量增加时，害虫类群数量降低。在分蘖前期到分蘖后期，拔节孕穗期到乳熟期，害虫数量两次出现降低，与此时田间喷施农药有关。

2.3 不同灌溉模式对节肢动物群落生物多样性影响

根据间歇灌溉稻田和淹灌稻田节肢动物个体的调查数据，计算节肢动物天敌、害虫类群多样性指数。2种灌溉模式下，Margalef物种丰富度指数(DMG)、Shannon-Wienner多样性指数(H′)、Simpson优势度指数(S)和Pielou均匀度指数(E)随生育期动态变化结果如图1。

水稻进入分蘖前期，群落多样性随时间出现规律性变化。不同灌溉模式下，淹灌稻田节肢动物害虫、天敌类群DMG、H′、S和E的波动幅度均大于间歇灌溉模式稻田，说明间歇灌溉田间管理对害虫、天敌类群影响小，两类群在间歇灌溉水管理下更具有稳定性；间歇灌溉天敌类群各多样性指数普遍高于淹灌，除黄熟期外，害虫类群各多样性指数而较淹灌低。在黄熟期，间歇灌溉稻田害虫类群各多样性指数有明显增加的趋势，可能与此时水稻趋于成熟、稻田环境恶化有关，致使害虫类群多样性指数升高。

两种灌溉模式下，害虫和天敌类群多样性指数的消长基本一致。天敌升高时，害虫降低；害虫升高时，天敌降低。害虫和天敌类群Shannon-Wienner多样性指数、Simpson优势度指数趋势也一致。天敌类群先下降后回升、之后趋于稳定，间歇灌溉拐点在分蘖后期，淹灌在拔节孕穗期；而害虫类群随着水稻的生长降升相同。这可能与水稻在分蘖前期和拔节孕穗期各喷施了一次农药而导致两种灌溉措施下稻田天敌和害虫类群受农药的影响不同有关。

Pielou均匀度指数变化表明，害虫类群较天敌类群在水稻各生育期变化较小，2种灌溉模式对节肢动物群落均匀度影响不大，天敌与害虫群落分布随生育期整体具有稳定性。

3 讨 论

间歇灌溉有效地提高了天敌类群种类和数量。稻田干湿交替，导致作物生境多样化，马国胜[20]、程宝玉[21]研究表明增加作物生境及其杂草多样性，能增加天敌的种群和数量。王凯学[8]指出稻田生境多样性有助于稻田节肢动物天敌群落的建立，越复杂生境，节肢动物种类就越丰富。

间歇灌溉稻田全生育期增加害虫类群数量24.0%。试验结果与前人研究相悖，李道西[22]指出节水灌溉条件下，干湿交替的水分状况能够改变田间小气候、降低株间空气湿度以及加大昼夜温差，从而起到抑制病原菌的繁殖与传播、减少水稻病虫害的功能。出现此结果可能由于，整个试验是在人为管理的试验站中进行，本身病虫害较自然开放系统的少，并且试验中取样网数偏少，导致2种灌溉模式下害虫数量皆少，数据结果不一定具有代表性。

注：ET分蘖前期;LT分蘖后期;JB拔节孕穗期;HF抽穗开花期;MK乳熟期;YR黄熟期图1 不同灌溉模式下稻田节肢动物多样性指数

间歇灌溉能够提高稻田节肢动物天敌群落多样性，降低害虫群落多样性。庞冬辉[23]指出生物多样性是茶园害虫生态控制的重要基础，李正跃[24]披露生物多样性是通过干扰害虫的繁殖行为方式而达到阻止害虫繁殖的目的。由于田间干湿交替，稻田害虫及天敌的数量动态均受到明显的影响，Hesler[25]等研究发现稻田短期排水与连续灌水不影响节肢动物群落的物种组成和丰富度，但孟国玲等[26]在研究涝渍田、涝渍改良田昆虫群落时发现，改良田昆虫群落H′和E都有上升，并且天敌数量有明显增加。以上结果说明有效的人为管理措施，对于节肢动物群落多样性的提高具有现实意义。

本文的研究结果对探索我国稻作区科学合理灌溉具有重要意义，可为制定兼顾控制病虫害和保护节肢动物多样性的节水灌溉制度提供科学依据。

本文仅做了1年的试验，缺乏年际对比验证，另外条件允许下，研究节肢动物群落多样性时宜进行不施农药的田间对比试验。由于试验取样过少，导致害虫、天敌类群种类数量皆相对较少，对两种灌溉模式下稻田害虫发生规律以及天敌在两类稻田生态系统控害作用比较，还需进一步研究。

4 结 语

(1)间歇灌溉增加了水稻各生育期节肢动物群落科数和种数，全生育期物种科数平均增加25.4%，种数平均增加17.4%。

(2)间歇灌溉有效提高了天敌类群种类数和数量。与淹灌相比，全生育期种类数平均增加24.4%，数量平均增加26.2%，在拔节孕穗期种类数、数量增加率均达到最高，种类数高于淹灌125.0%，数量高于淹灌50.0%。此外，稻田害虫类群数量全生育期较淹灌稻田增加24.0%，种类数相当。随着水稻的生长，两类生境稻田的天敌类群种类数均大致呈增加趋势；数量方面，天敌类群数量随生育期先增后降随后趋于稳定，而害虫类群同天敌类群整体呈此消彼长态势。

(3)间歇灌溉能够提高稻田节肢动物天敌群落多样性，降低害虫群落多样性，有利于田间害虫的生态控制。害虫、天敌类群DMG、H′、S和E在间歇灌溉下受环境波动影响小，更具有稳定性。同时，害虫和天敌类群各多样性指数的消长基本一致，随水稻生长害虫类群较天敌类群E变化较小，但整体天敌与害虫群落分布具有稳定性。

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