图们江中游稻田节肢动物群落特征及影响因素研究

田　玮，　熊　琪，　吴婷婷，　杨　萌，　相恒星，　裴洪淑*

(1.延边大学理学院，吉林 延吉 133002；2.环保桥(湖南)生态环境修复有限公司，湖南 长沙 410000 )



图们江中游稻田节肢动物群落特征及影响因素研究

田玮1，熊琪2，吴婷婷1，杨萌1，相恒星1，裴洪淑1*

(1.延边大学理学院，吉林 延吉 133002；2.环保桥(湖南)生态环境修复有限公司，湖南 长沙 410000 )

摘要：以图们江中游3条典型河流两侧的稻田为研究对象，对节肢动物的群落特征、采样点的海拔及土壤农残特征等进行分析的结果表明：图们江中游稻田节肢动物群落中，同翅目与双翅目数量最多且离散程度大，总体上同翅目离散程度大于双翅目离散程度；在检测的7种农药中，图们江中游稻田土壤中主要农残为甲胺磷和稻瘟灵，不同采样点之间差异性明显；基于环境因子与节肢动物群落的冗余分析，表明海拔与甲胺磷是影响节肢动物群落的主要因素，其中，低海拔与低甲胺磷区是鞘翅目、蜘蛛目、蜻蜓目、双翅目与半翅目的集中区。

关键词：图们江；稻田节肢动物群落；农残；海拔

稻田节肢动物群落是稻田生物群落的重要组成部分。稻田节肢动物物种之间存在复杂联系，如害虫取食水稻，天敌寄生或捕食害虫，一些天敌还可能受制于其它种类的天敌[1-2]。稻田节肢动物中除了害虫与天敌之外，还有中性昆虫，是稻田节肢动物群落的一个重要组成成分[3]，对稻田中性、捕食性与害虫进行研究发现，稻田中捕食性天敌亚群落的发生与重建比稻田害虫亚群落发展快，前者在水稻生长发育前期，主要依赖于稻田中的中性昆虫重建其亚群落。同时，稻田节肢动物中的昆虫作为初级消费者，是稻田青蛙等次级消费者主要的食物来源[4]。综上所述，稻田节肢动物群落对维持稻田生物多样性平衡起到重要作用。

随着水稻种植结构调整、种植面积扩大，几种主要害虫如稻飞虱、 稻螟虫等大发生频率提高，新害虫的侵入有所增加，水稻害虫对稻田危害日益猖獗[5]。长期以来，对稻田害虫防治的主要对策是使用化学农药[6]，但农药使用也带来了一系列问题：1) 容易引起环境污染及水稻安全性问题；2) 导致害虫抗性增强和稻田用药成本增加。更严重的是，农药不仅可以大量杀伤害虫，也大量杀伤天敌，影响天敌的捕食功能，严重削减天敌对害虫的控制作用[7]，由于水稻主要害虫种群的恢复能力强，在失去自然天敌有效控制的情况下很容易暴发成灾[7-8]。有效控制稻田害虫，保护和利用群落中害虫的天敌，成为当前稻田害虫研究的热点。稻田节肢动物群落的研究是稻田害虫综合治理非常重要的基础工作。

图们江是我国重要的国际性河流之一，其流域跨中、朝、俄3国，地处北半球中温带且昼夜温差大，非常有利于粮食作物的形成，为水稻的生产提供了优越的自然环境和条件[9]。由于经济发展对粮食产量要求越来越高，所以农药的使用也持续不断，不仅危害节肢动物群落的多样性，同时还影响粮食安全。本文以图们江中游为例，研究该区域稻田昆虫群落结构特征、土壤农残特征,并基于海拔及农残探究影响昆虫群落结构的因素。

1材料与方法

1.1材料

图们江中游地区位于吉林省延边朝鲜族自治州境内，东经129°16′～129°52′，北纬42°43′～43°03′，稻田沿河流分布且面积较大[10]。在图们江中游分别选择图们江支流的嘎呀河、布尔哈通河、海兰江河流两侧稻田进行采样(图1)。

图1　图们江中游稻田采样点

其中，嘎呀河选取8个样地(G1，G2，G3，G4，G5，G6，G7，G8)，布尔哈通河选取10个样地(B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8，B9，B10)，海兰江选取8个样地(H1，H2，H3，H4，H5，H6，H7，H8)。采集样地内节肢动物群落个体数和土壤的同时，记录采样点的海拔与经纬度。

1.2样品采集

1) 节肢动物样品采集在2014年7月中旬至8月初进行。采用平行跳跃式取样法，扫网调查。扫网直径2.6 m，网直径33 cm，左右扫动1次为1网，采样过程中尽量保持扫网直径一致，每次每样点扫20网，共计60网。用80%的酒精杀死装于样品瓶，带回室内清理、分类鉴定及统计分析。

2) 土壤农残采样因为调查稻田农药使用情况具有一定困难，农药使用与土壤中农残具有直接联系，所以本研究测定土壤中农残，代表区域农药的使用情况。即昆虫调查的同时，随机采集3份土壤样品，锡纸包裹，带回实验室，测定土壤农残。

1.3样品分析

1) 节肢动物的鉴别节肢动物的鉴定主要在显微镜下进行，分类到“目”。

2) 土壤农残测定土壤样品经冷冻干燥、碾磨过筛、层析柱、超声萃、气相色谱等步骤进行处理，测定土壤中的农药残留。通过文献资料调查，选取7种农药，甲胺磷、氧化乐果、毒死稗、丙溴磷、稻瘟灵、三唑磷、马拉硫磷进行检测。

1.4数据处理

标准差分析能反映一个数据集的离散程度，分析节肢动物数量特征。用Canoco 4.5软件分析环境因子与节肢动物群落的关系，探究影响节肢动物群落结构的主要因素。数据采用origin9.2软件处理。

2结果与分析

2.1图们江中游节肢动物群落特征

由图2可知，布尔哈通河两岸稻田中属蛛形纲的蜘蛛目与属昆虫纲的蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、缨翅目和半翅目的个体数量小，其均值数量为1～10，标准差小，为2.0～16.5。同翅目均值数量为67，标准差为33.0，而双翅目均值数量为147，标准差为60.6。海兰江两岸稻田中，蜘蛛目、蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、缨翅目、半翅目个体数量小，均值数量为1～8，标准差小，为1.0～14.4。同翅目均值数量为130，标准差为86.9，双翅目均值数量为177，标准差为56.9。嘎呀河两岸的稻田中，蜘蛛目、蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、缨翅目、半翅目个体数量小，其数量均值为1～12，标准差小，范围为1.7～9.6。而同翅目个体数量多，其均值为322，样地间数量差异较大，标准差达295.1，双翅目均值数量为227，标准差为69.2。

总体上，图们江中游稻田中蜘蛛目、蜻蜓目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、缨翅目、半翅目昆虫个体数量小，且离散程度小。同翅目与双翅目个体数量最多，且离散程度大，总体上同翅目离散程度>双翅目离散程度。同翅目标准差表现为：嘎呀河>海兰江>布尔哈通河。双翅目标准差表现为：嘎呀河>布尔哈通河>海兰江。

图2　图们江中游节肢动物群落特征

2.2稻田土壤农残特征

由表1可知，在检测的7种农药中，图们江中游稻田土壤中甲胺磷与稻瘟灵的检出率为100%，其他5种农药检出率为0。其中，甲胺磷含量在嘎呀河两岸稻田土壤中为32.3～293.4 ng/kg，布尔哈通河两岸稻田土壤中为33.8～659.9 ng/kg，海兰江两岸稻田土壤中为101.8～369.4 ng/kg，离散程度表现为布尔哈通河(标准差176.5)>海兰江(标准差112.2)>嘎呀河(标准差93.8)。稻瘟灵含量在嘎呀河两岸稻田土壤中为20.1～113.8 ng/kg，布尔哈通河两岸稻田土壤中为41.1～121.7 ng/kg，海兰江两岸稻田土壤中为52.7～109.2 ng/kg，离散程度表现为嘎呀河(标准差30.4) >布尔哈通河(标准差24.3)>海兰江(标准差22.6)。

表1　土壤农残特征

2.3节肢动物群落的影响因素分析

本研究基于调查样地的海拔信息与土壤中检出的2种农残作为环境因子，采用冗余分析(RDA)方法，对稻田节肢动物群落与环境因子关系进行分析(图3)。

物种与环境因子夹角<90°，表示正相关，而夹角>90°，表示负相关，刻度表示环境因子与排序轴的相关系数。elevation-海拔，DYL-稻瘟灵，JAL-甲胺磷，Araneida:蜘蛛目，Odonata-蜻蜓目，Coleoptera-鞘翅目，Thysanoptera-缨翅目，Homoptera-同翅目，Diptera-双翅目，Orthoptera-直翅目，Hemiptera-半翅目，Hymenoptera-膜翅目

由表2可知，排序轴1和排序轴2共解释了91.4%物种与环境因子的关系，其中，排序轴1解释了56.7%，排序轴2解释了34.7%。同时，甲胺磷与排序轴1相关性为0.414，海拔与排序轴2相关性为0.462，表明甲胺磷与海拔是影响节肢动物群落的主要因素。

表2　物种与环境关系表

注：表2为图3的解释量表.

物种与环境因子间的关系表明，直翅目、同翅目及膜翅目节肢动物与海拔之间呈正相关，即随着海拔的升高，其个体数量增加，其余则呈负相关(图3)。根据研究区分布特征发现，B8、B10、G5、G6、G8、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8采样点节肢动物群落主要受高海拔控制(图4)。而甲胺磷含量与膜翅目和缨翅目呈正相关，即随着土壤中甲胺磷浓度的增加，膜翅目和缨翅目个体数量呈增加的趋势，其余节肢动物则呈负相关(图3)。B2、B4、B6、B7、B8、G6、G8、H3、H4、H7、H8采样点节肢动物群落主要受甲胺磷控制(图5)。G1、G2、G3、G4、G7、B1、B3、B4、B7是鞘翅目、蜘蛛目、双翅目及半翅目群落集中区。

图4　采样点海拔特征

物种与环境因子间的关系表明,直翅目、同翅目及膜翅目节肢动物与海拔之间呈正相关，即随着海拔的升高，其个体数量增加，其余则呈负相关(图3)。根据研究区分布特征发现,B8、B10、G5、G6、G8、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8采样点节肢动物群落主要受高海拔控制(图4)。而甲胺磷含量与膜翅目和缨翅目呈正相关，即随着土壤中甲胺磷浓度的增加，膜翅目和缨翅目个体数量呈增加的趋势，其余节肢动物则呈负相关(图3)。B2、B4、B6、B7、B8、G6、G8、H3、H4、H7、H8采样点节肢动物群落主要受甲胺磷控制(图5)。G1、G2、G3、G4、G7、B1、B3、B4、B7是鞘翅目、蜘蛛目、双翅目及半翅目群落集中区。

图5　采样点土壤农残特征

3讨论与结论

稻田节肢动物群落分布特征受海拔因素影响，根据采样点海拔特征(图4)发现，在图们江中游地区海拔>240 m以上的稻田，采样点的节肢动物群落具有相似性。研究表明，温度是影响昆虫生长、发育、存活、生殖及分布的重要因素[11]，而海拔又是影响温度变化的重要因素。

本研究表明，杀虫剂对稻田有益节肢动物有严重或中等程度的损害作用[7]，甲胺磷是一种杀虫剂，虽已被国家禁止使用多年，但其分解速率慢，在本次检测中仍被检测到较低浓度的存在。甲胺磷与蜻蜓目、蜘蛛目、鞘翅目、半翅目、双翅目、同翅目、直翅目呈负相关，表明杀虫剂对绝大多数的节肢动物起抑制作用。此外，甲胺磷与膜翅目和缨翅目呈正相关，其中，膜翅目中除少数为植食性害虫外，大多数为天敌，而缨翅目中害虫居多，原因可能是由于长时间施药，部分害虫已经对农药产生了抗性，进一步分析表明，海兰江、布尔哈通河与嘎呀河周围稻田中膜翅目数量小于缨翅目(图2)，虽然膜翅目与缨翅目呈正相关，但由于膜翅目数量较少，表明天敌对害虫控制作用有限。化学农药广泛、长时间作用，导致害虫对农药的抗性不断增强[12]，很有可能导致害虫爆发，所以该区域的稻田害虫防治应引起广泛重视。稻瘟灵是杀菌剂，有抑制病菌生长的作用，除此之外还有抑制稻褐飞虱、白背飞虱密度的效果[12]，本研究中虽然稻瘟灵对大多数节肢动物群落影响较小，但是与同翅目呈负相关，由于稻褐飞虱与白背飞虱都属于同翅目，本研究结论与上述结果一致。由于氧化乐果降解速率比较快，半衰期为2～3 d[13]，所以并未检测出来，因此在此文中未能探讨节肢动物与氧化乐果之间的关系。

由于海拔与农药共同作用区的差异，导致节肢动物群落具有一定分布特征(图3)，B1、B3、B4、B7、G1、G2、G3、G4、G7采样点中蜻蜓目、蜘蛛目、双翅目、鞘翅目、半翅目的数量丰富，结合图4、图5发现，G1、G2、G3、G4、G7采样点属于低海拔与低甲胺磷使用区，而B1、B3、B4、B7属于中海拔与低甲胺磷使用区，表明海拔低与甲胺磷低的区域为鞘翅目、蜘蛛目、蜻蜓目、双翅目与半翅目集中区。

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收稿日期：2016-03-20基金项目:国家自然科学基金(41361015); 吉林省发展和改革委员会项目(2016C062)；延边大学自然科学基金项目[延大科合字(2013)第19号]

作者简介：田玮(1990—)女，吉林临江人，在读硕士，研究方向为湿地生态及生物多样性。裴洪淑为通信作者， E-mail: hshpei@ybu.edu.cn

文章编号：1004-7999(2016)02-0099-06

DOI:10.13478/j.cnki.jasyu.2016.02.002

中图分类号：S511;S185

文献标识码：A

The characteristics and influencing factors of arthropod communities in paddy fields of the middle reaches of Tumen River

TIAN Wei1,XIONG Qi2,WU Tingting1,YANG Meng1,XIANG Hengxing1,PEI Hongshu1*

(1.GeographyDepartment，SciencesCollegeofYanbianUniversity,YanjiJinlin133002,China；2.ClimateBridge(Hunan)Eco-environmentalRemediationCo.Ltd,ChangshaHunan410000,China)

Abstract：Based on the study of the characteristics of arthropod community, the elevation of sampling points and the characteristics of pesticide residues in soil near three typical rivers in the middle reaches of Tumen River, we got the following results: the number of Homoptera and Diptera were higher, which indicated a low dispersion degree than other arthropod community in this area. In the detection of 7 kinds of pesticide residue，we found that the methamidophos and isoprothiolane were the main pesticide residues in paddy soil, which were different among the sampling points. Redundancy Analysis (RDA) showed that methamidophos and elevation were the main factors in driving the arthropod community, and the Hemiptera, Odonata, Araneid , Coleoptera and Diptera community was abundant while the elevation and the content of methamidophos were low.

Key words:Tumen River Basin; arthropod community in rice field ;pesticide residue; elevation