大气CO2浓度增加对蝗虫的影响

沙威，孙艳丽，倪红伟*

（1.黑龙江省科学院自然与生态研究所湿地与生态保育国家地方联合工程实验室，哈尔滨150040；2.国家工程实验室）

大气CO2浓度增加对蝗虫的影响

沙威1，孙艳丽2，倪红伟1*

（1.黑龙江省科学院自然与生态研究所湿地与生态保育国家地方联合工程实验室，哈尔滨150040；2.国家工程实验室）

近些年来全球气候变暖逐渐受到国内外的关注，特别是大气内CO2浓度的增加，随着其浓度的的上升，不仅改变着动植物体内的化学含量与组分，更影响着其生长和发育。通过对三个CO2浓度环境内蝗虫Locust(Grasshopper)形态数据的比较，结果得出：蝗虫的形态随着CO2浓度的增加而呈下降趋势。可见当环境中CO2气体浓度越大，温室效应越明显，蝗虫（当前CO2浓度水平，550×10-6,700×10-6）会通过降低自己的形态（0.12g，0.047g，0.044g）来适应环境。

CO2；蝗虫；适应

近几十年来全球温室气体的浓度不断增加已逐渐成为人们关注的环境问题[1]，其中大气中的CO2浓度的增加对农业产生的影响也逐渐引起了人们的关注[2]。在农业生态系统中，昆虫是重要的组成部分。目前有关大气中CO2浓度的升高对昆虫升高影响的研究很多[3，4]，但对湿地生态系统中昆虫适应CO2升高的研究较少。湿地生态系统是世界三大生态系统之一，被称为“地球之肾”，不仅为人类提供了大量的食物、原料和水资源，而且在维持生态平衡、保持生物多样性、控制土壤腐蚀等方面均起着重要作用[5]。因此，研究湿地环境中CO2上升对昆虫的影响是当前乃至今后对湿地植被以及经济作物害虫防治的重要组成部分。

本研究通过在黑龙江省三江湿地自然保护区内的气室内模拟大气中CO2浓度的增加（350ppm，550ppm，700ppm）研究对蝗虫等昆虫的影响，为湿地特有植物及经济作物的生长及保护提供生态调控保护服务。

1 材料和方法

1.1 实验材料

昆虫为三江湿地自然保护区内实验基地环境内的昆虫（主要以蝗虫和蝇为主）

1.2 实验设置

在三江湿地自然保护区内选择实验样地，其中等距离修建透明开顶式气室，并分别通入不同浓度CO2气体，选择3个CO2浓度（350ppm，550ppm，700ppm）的气室，每个浓度的气室各3个。以模拟全球高温的大气环境。从7月份开始每月第二周去定期捕捉，捕捉时间为上午9：00-12:00，每个气室内捕捉时间相同。同时也在气室外周围环境中进行捕捉来作为对照。

捕捉后的昆虫带回实验室进行烘干处理，后测量其形态数据（体长、体重）。

1.3 统计分析

采用方差分析（SAS8.2）统计分析不同浓度CO2对蝗虫的生长形态的影响。处理间的显著性差异比较采用T检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

不同浓度CO2环境对蝗虫的生长形态的影响，三个水平二氧化碳浓度下平均干重分别为：350ppm0.122g，550ppm0.047g,700ppm0.044g，（n=20）如表1。

CO2浓度不同可显著影响蝗虫的形态（F=2.16，P＜0.05）如图1。其中处于350ppmCO2浓度中的蝗虫，体长和体重相对550ppm和700ppm环境中的蝗虫有较大差异。

表1 三个CO2水平下蝗虫的平均体重和体长

3 讨论

大气中CO2浓度升高对昆虫的影响可分为直接影响和间接影响。直接影响主要表现为通过高浓度的CO2对昆虫体内一些酶的生理活动和对昆虫呼吸代谢的影响[6]。但在一定CO2浓度范围内(一般为550-750μl/L，CO2浓度对昆虫的影响甚微[7]。CO2浓度的增加使许多植物的含氮量降低，C：N比增大[8]，这些植物化学成分的改变可以通过食物链间接的作用于植食性害虫。不同食性的植食性昆虫对CO2浓度增加的响应不同，其中研究最多的是咀嚼性昆虫，该类昆虫主要通过增加取食以补偿高CO2浓度下植物含氮量下降而造成的营养下降[9]。蝗虫属昆虫纲直翅目，咀嚼型口器，植食性昆虫，主要以禾本科植物叶片为食，早期是稻作的重大害虫。在实验基地内大部分为禾本科植物，为蝗虫的主要食物，因此在三个不同CO2浓度的气室内禾本植物的C：N比也将发生改变，这也直接影响了蝗虫的取食以及体内营养成分的改变，随着CO2浓度的增加，植物体内C：N比增大，对于以此为食的昆虫来说更多的摄入将意味着体内含氮量下降以及更多营养物质的缺失，因此随着CO2浓度的增加，相同环境内的蝗虫体内的含氮量也会随之减少，在逐渐适应环境的过程中，体型小的蝗虫由于相对表面积较小，所以受到的影响较体型大的蝗虫小，因此，随着CO2浓度上升，蝗虫体型呈下降趋势。

此外，大气中CO2浓度升高与其他环境因子配合也可能对蝗虫的形态造成影响。CO2是主要的温室气体之一，预计未来大气中的CO2浓度将会与全球的气温同步增加[10]。目前有关温度与CO2联合作用对“植物—害虫”关系的影响较多[11]。温度直接影响着昆虫的生长、发育、存活以及分布[12]。温室气体浓度的改变也会引起局部小环境温度的改变，这也可能对蝗虫的形态产生影响，因此，在未来的研究中应该从宏观和微观方面去研究CO2浓度升高对蝗虫的影响，宏观方面应该引入温度因子，微观方面可从植物对不同浓度CO2的响应以及摄食后蝗虫的体内元素变化。

图1 三个气室ABC内蝗虫的质量

[1]方精云.全球生态学—气候变化与生态相应.北京：高等教育出版社，2000.

[2]Cannon,R.J.C.Global Change Biology,1998(4):785-796.

[3]Watt,A.D.,Whittaker,J.B.,etal.Insects in a changing environment. Academic Press,London,1995:198-217.

[4]戈峰，陈法军.生态学报，2006，26（3）：935-944.

[5]傅娇艳，丁振华.湿地生态系统服务、功能和价值评价研究进展.应用生态学报，2007，18（3）：681-686.

[6]Deng Y X,Zhao Z M.Control of high CO2concentrations on Rhizopertha dominica and Tribolium confusum.Grain Storage,2002 (31):43-56.

[7]Ding H Y,Gao S H.Effects of trace gas on the agriculture and ecosystem of our country.Beijing:Chinese Science and Technology Press,1995.

[8]Stacey D A,Fellowes M E.Influence of elevated CO2on interspecfic interactions at higher trophic levels.Globnal change Biology,2002(8):668-678.

[9]Ge Feng.Factors influencing the respiratory metabolism of insects.Entomologia Knowledge,1991,28(5):319-321.

[10]Unsworth M H,Hogett W E.Combined efforts of changing CO2, temperature,UVB radiantion and O3on crop growth.Pedologilcal and plant Physiological Processes,1996:171-179.

[11]Dury S J,Good,Perrins C M,et al.The effects of increasing CO2and temperature on oak leaf palatability and the implications for herbivorous insects.Global Change Biology,1998(4):55-61.

[12]Bale J S,Master G J,et al.Herbivory in global climate change research:direct effects of rising temperature on insects herbivores. Global Change Biology,2002(8):1-16.

Effects of Elevated Atmospheric CO2Concentration on Grasshopper

SHA Wei et al
(Institute of Natural Resources and Ecology,HAS.National and Provincial Joint Engineering Laboratory of Wetlands and Ecological Conservation,Harbin 150040,China)

In recent years,the global warming has been paid more and more attention both at home and abroad,especially with the increase of atmospheric CO2concentration.With the increase ofitsconcentration,notonlythechemicalcontentand composition of plantsandanimals,butalsoitsgrowthand development.Theresultsshowedthatthelocustmorphology decreased with the increase of CO2concentration.It can be seen that the greenhouse effect is more obvious when the concentration of CO2is higher in the environment.The locust(current CO2concentration level,550×10-6,700×10-6)can adapt to the environment by reducing its own form(0.12g,0.047g,0.044g).

CO2;Locust;Adaptation

Q968

A

沙威（1986-），男，硕士，主要研究方向为动物生态学。通讯作者：倪红伟。

（2016-08-14收稿S编辑）

1003-7853（2016）05-0084-02

国家自然科学基金（3140019）；黑龙江省科学院青年创新基金（SW2016-1）