虫害侵蚀下园林植物受损生态学评估

张利静

(开封大学 艺术设计学院， 河南 开封 475000)

园林植物在病虫害侵蚀下受损，对其周围环境以及自身的生长产生一定影响，从生态学角度评估虫害侵蚀下园林植物受损情况，为园林植物的生态学研究提供科学、有效的依据[1]。园林植物受虫害侵蚀后释放挥发物，挥发物的种类繁多，部分挥发物可以吸引昆虫聚集，调控昆虫的行为；部分挥发物能够抑制植物病菌生长；部分挥发物可以防御天敌的侵犯，因此，从生态学角度而言，虫害侵蚀下的园林植物受损后，一定程度上为植物生长创造有利条件[2]。与之相反，虫害侵蚀能够降低园林植物的生态系统健康程度综合指数，降低园林植物的生态质量[3]。近年来关于生态系统健康的研究较多，采用该评价指标实施生态学评估能够准确表述生态学系统的健康状况。

通过园林植物受损后释放的挥发物的情况，对植物受损状态进行评估，是一种有效的虫害侵蚀下园林植物受损生态学评估手段。关于植物遭受虫害侵蚀后释放挥发物的研究日益增多，赵海燕等[4]采用Y形嗅觉仪研究虫害诱导果实挥发物对蝇蛹金小蜂趋性行为的影响，并初步鉴定挥发物的成分，全面了解不同成分挥发物对蝇蛹金小蜂趋性行为的影响，但该方法在测定实验过程中，未设置挥发物浓度，导致挥发物分析结果存在偏差，不能准确评估园林植物的受损情况；曹宇等[5]探讨了西花蓟马对花卉寄主颜色和挥发物的选择过程，从昆虫角度出发，探讨虫害侵蚀下植物挥发物对西花蓟马行为的影响，该方法选择的挥发物种类较少，西花蓟马的受损行为分析结果可靠性较差。

针对上述生态学评估方法存在的问题，文章提出新的虫害侵蚀下园林植物受损生态学评估方法，从虫害侵蚀下园林植物挥发物抑制病菌与生态系统健康程度综合指数两方面评估虫害侵蚀下园林植物受损的生态学影响。

1 虫害侵蚀下园林植物受损生态学评估

1.1 虫害侵蚀下园林植物挥发物抑制病菌的研究方法

1.1.1 虫害侵蚀下园林植物挥发物释放机制

主动释放与被动释放是虫害侵蚀下园林植物挥发的两种方式[6]。图1表示虫害侵蚀下园林植物受损挥发物的释放途径。植食性昆虫取食导致机械损伤[7]，往往产生被动释放的挥发物。这种挥发物分为三个类别[8]：①园林植物的绿叶性气味；②园林植物的细胞与组织包含部分挥发物；③园林植物的细胞与组织中包含的挥发物前体，植物遭到虫害侵蚀受损，水解酶与前体碰撞形成挥发物。

图1 虫害侵蚀下园林植物受损挥发物的释放途径

1.1.2 研究材料与方法

园林植物遭受特定的虫害侵蚀释放的挥发物在某种程度上能够吸引昆虫，同时有研究显示，园林植物挥发物可以有效抑制部分病菌的生成与传播[9]。绿叶性气味物质、萜类化合物、水杨酸甲酯等是植食性昆虫侵蚀园林植物后容易产生的挥发物类别[10]，其中部分化合物能够有效抑制虫害或者天敌的侵蚀，具有生态学作用[11]，有6种化合物已经得到求证，其名称与结构式如图2所示。通过图2能够看出6种挥发物的结构、名称，采用这6种挥发物展开虫害侵蚀下园林植物挥发物抑制病菌的影响测试。

图2 植食性昆虫诱导的园林植物挥发物的结构式

为研究虫害侵蚀下园林植物挥发物抑制病菌的能力，文章以分解鉴定完成的虫害侵蚀下园林植物挥发物为前提，具体的研究过程如下：

(1)化合物获取。SIGAMA-ALDRICH公司提供实验所需的芳樟醇、柠檬烯、橙花叔醇、(E)-2-己烯醛、(Z)-3-己烯-1-醇以及(E)-2-己烯-1-醇。

(2)准备供试菌株与培养基。实验所需的两种病菌分别为真菌与细菌，来自某农业科学研究所，采用PDA培养方式获取培养基，本次实验所需的PDA培养包括马铃薯20%，D-葡萄糖2%，琼脂2%；采用高温的方式完成实验灭菌工作，温度高达116°C，整个实验的时长为30 min。

(3)增加培养菌种的规模。将30 mL的培养基置于直径100 mm的培养皿中，准备两份，低温凝固。将两种病菌分别放置在不同的培养基上，存储温度为29 ℃，直至培养皿口布满菌丝时使用。

(4)园林植物病原菌受到植物挥发物的干扰。灭菌完成的培养基被放置在100 mm的培养皿中以平板的状态存在[12]，同时截取待用菌种获取直径8 mm的圆，此步骤在无菌环境中操作，不影响实验结果。将直径8 mm的圆形菌置于成形的平板内。设置实验分组如下：对照组A、对照组B、5 μL挥发物处理组、10 μL挥发物处理组、15 μL挥发物处理组。处理组形成：测量6种挥发化合物各5 μL、10 μL、15 μL，分别与120 μL正己烷溶解；对照组A形成：在处理组基础上添加120 μL的正己烷；对照组B形成：测量7种挥发化合物2 μL加入正己烷得到106倍稀释的溶液，取其中120 μL待用。

菌落直径获取：在培养皿中心部分安置牢固的离心管盖，不同分组的溶液分别存放在这样的装置中，为确保溶液挥发速度均匀，用较薄的棉花遮盖管口[13]。24 h后测量恒温箱中菌落的直径数据。

抑制率的计算方法为：

(1)

式中：YZL为抑制率(%)；α为对照组A菌落直径，β为处理组菌落直径，ε为菌块直径，直径均为净生长量。

(5)数据统计。采用上述公式，基于实验结束后测得的参数数据，获取菌落的生长抑制率，基于该抑制率评估虫害侵蚀下园林植物挥发物抑制病菌的能力。

1.2 生态系统健康程度综合指数

结合遥感技术与GIS技术[14]，采集园林研究区的遥感图像数据与地理信息数据，基于该数据采集结果计算生态系统健康程度综合指数[15]，据此分析研究区内园林植物在虫害侵蚀受损下的生态评估结果。以某市的园林区为例进行研究，3个园林区分布在城市的不同位置，植物种类共计30余种，植物存在虫害侵蚀现象，因此选取该地作为虫害侵蚀下园林植物受损生态学评估的实验区域。

生态系统健康程度综合指数的计算方法为：

STZSn=DCnω1+STn·ω2+HZTZn·ω3。

(2)

式中：n为时间段；STZSn为生态系统健康程度综合指数用；DCn为园林环境；STn为植物长势；HZTZn为病虫害指标，另外，这三项参数的权重分别用ω1、ω2、ω3表示，这三项权重值由园林植物专家研究得出，可靠性、科学性较强。

2 实验分析

2.1 不同挥发物对真菌生长的影响

根据前面所描述的材料与方法获取的实验结果分别如表1、表2所示。

分析表1，由对照组A、对照组B的数据可知，虫害侵蚀下园林植物挥发物生理浓度对真菌生长影响微弱。(E)-2-己烯醛与(E)-2-己烯-1-醇在5 μL、10 μL、15 μL挥发物处理组获取的抑制率为100%，能够完全抑制真菌的生长，为园林植物提供良好的生存环境；芳樟醇挥发物在5 μL、10 μL、15 μL挥发物处理组获取的抑制率分别为67%、94.6%、100%，呈逐渐上升的趋势，在最后测试中抑制率达到100%，完全抑制真菌生长，该数据表明，浓度越高，芳樟醇抑制真菌的能力越强；(Z)-3-己烯-1-醇在15 μL挥发物处理组得到的菌落直径相比5 μL、10 μL挥发物处理组菌落直径差距较大，这种现象与柠檬烯相符，即浓度越大抑制能力越强。对于橙花叔醇而言，10 μL与15 μL挥发物生长24 h后，得到的菌落直径差距小，其浓度为10 μL时的抑制作用较强，为36.2%。

3.2 不同挥发物对细菌生长的影响

分析表2可知，与表1结果相似，由对照组A、对照组B的数据能够看出，在虫害侵蚀下园林植物挥发物生理浓度对细菌生长影响不明显。芳樟醇与(Z)-3-己烯-1-醇浓度为15 μL时，得到的菌落直径最小，与另外四组的直径差距较大，说明在15 μL浓度下这两种挥发物的细菌抑制作用最佳。10 μL浓度的橙花叔醇对细菌的抑制率为32.7%，是五组中数值最大，说明在此浓度下，橙花叔醇抑制细菌的效果最佳。对于(E)-2-己烯醛、(E)-2-己烯-1-醇而言，在浓度为15 μL时，细菌生长的抑制作用达到100%，且(E)-2-己烯醛在10 μL浓度下也能够完全抑制细菌的生长。

2.3 虫害侵蚀下园林植物的生态系统健康程度综合指数分析

采集研究区的遥感图像数据与GIS数据，为实验分析提供数据来源，根据公式(2)计算园林生态系统健康程度综合指数，获取虫害侵蚀下园林植物的生态学评估价结果。生态系统健康程度综合指数分成七个等级，具体划分情况用表3表示。

表1 园林植物挥发物对真菌生长的影响

表2 园林植物挥发物对细菌生长的影响

表3 生态系统健康程度综合指数分级

表3解释了不同指数取值的概念，根据描述可知，水热条件越好、病虫害越少，相应的生态系统健康程度综合指数越高，园林植物的生态质量越好。基于该表描述的指数分级情况，获取该市3个园林区不同阶段的生态系统健康程度综合指数情况(图3)。图③中颜色越重说明该区域的生态系统健康程度综合指数越高，生态质量越好；相反，颜色越轻说明该区域的生态系统健康程度综合指数越低，生态质量越差。以此为依据分析虫害侵蚀下园林植物的生态质量。

分析图3a可知，该阶段园林植物处于萌芽期，3个园林区的生态系统健康程度综合指数总体较高，园林区1的颜色最深，生态质量优势突出，园林区2、3的生态质量良好。这是因为此时为春夏交替时期，没有高温天气，利于园林植物的生长；气温略低，不适合昆虫的生存，不利于病虫害爆发；且降雨适中，为园林植物的生长提供有利条件。分析图3b可知，该阶段园林植物处于生长期，相比萌芽期，3个园林区的图像颜色深度减弱，说明其生态系统健康程度综合指数有所下降，生态质量有所降低。由于夏季来临，气温有所增长，时常出现高温干旱天气，降水情况不稳定，不利于园林植物的生长。最重要的是，相比萌芽期此时气温更适合昆虫生长与繁殖，病虫害逐渐爆发，但程度微弱，在虫害侵蚀下，园林植物出现破损、干枯等状况，降低了该市园林区植物的生态系统健康程度综合指数。分析图3c可知，该阶段园林植物处于落叶期，3个园林区的图像颜色较浅，生态系统健康程度综合指数较低，生态质量较差。这是因为此时处于夏季、秋季交替时期，高温天气较少，同时降水量减少，一定程度上影响园林植物生长，秋季是落叶的季节，一定程度上影响园林植物长势；关键性原因是病虫害严重，这个季节的园林植物病虫害大范围爆发，侵蚀程度高、病虫害种类繁多，在虫害侵蚀下，大量园林植物破损、干枯，直至死亡，严重影响园林的生态健康指数与生态质量。

图3 虫害侵蚀下园林植物的生态系统健康程度综合指数情况

3 结 论

本文方法从生态学角度评估虫害侵蚀下园林植物受损情况，园林植物受损后产生积极与消极两种影响，一方面，根据虫害侵蚀下园林植物挥发物释放机制可知，虫害侵蚀下园林植物挥发物存在主动释放与被动释放两种方式，植食性昆虫取食导致机械损伤，往往产生被动释放的挥发物，研究采用芳樟醇、柠檬烯、橙花叔醇、(E)-2-己烯醛、(Z)-3-己烯-1-醇以及(E)-2-己烯-1-醇6种不同浓度的植物挥发物展开分组测试，24 h后记录不同分组的菌落直径生长数据，根据菌落直径的净生长量，采用抑制率公式计算各组挥发物对植物病菌生长的抑制率，评估植物挥发物对病菌生长的影响；另一方面，利用遥感技术与GIS技术采集园林植物的遥感数据与园林的GIS数据，基于该结果计算生态系统健康程度综合指数，评估虫害侵蚀下园林植物的生态质量。

实验结果表明，对于真菌而言，(E)-2-己烯醛与(E)-2-己烯-1-醇在5 μL、10 μL、15 μL挥发物处理组的抑制率为100%，能够完全抑制真菌的生长，为园林植物提供良好的生存环境；(Z)-3-己烯-1-醇、柠檬烯在15 μL挥发物处理组得到的菌落直径相比5 μL、10 μL挥发物处理组菌落直径差距较大，表明抑制能力差距较大；另外，浓度越高，芳樟醇抑制真菌的能力越强。对于细菌而言，(E)-2-己烯醛、(E)-2-己烯-1-醇在浓度为15 μL时，细菌生长的抑制作用达到100%，且(E)-2-己烯醛在10 μL浓度下能够完全抑制细菌的生长。从生态系统健康程度综合指数角度分析，虫害侵蚀越严重、园林植物生态质量越差。

综上可知，采用本文法可评估虫害侵蚀下园林植物挥发物抑制病菌的能力，能够有效获取虫害侵蚀下园林植物受损的生态学评估结果。将本文得到的生态学评估结果应用在园林植物的管理与保护策略中，为园林植物良好生长提供科学依据；此外，虫害侵蚀对园林植物生态健康系统的影响不可忽视，应采取有效方式合理控制园林植物的虫害侵蚀程度，让虫害侵蚀转化成促进植物生长的有利条件。