不同管理模式下茶园节肢动物的群落结构
2019-06-05顾松松胡秋龙龚志华杨中侠
顾松松， 胡秋龙， 龚志华， 杨中侠， 李 娟， 谭 琳*
(1.湖南农业大学 植物保护学院， 湖南 长沙 410128； 2.湖南农业大学 园艺园林学院， 湖南 长沙 410128)
茶树是中国重要的经济作物之一[1]，中国是茶叶生产和出口大国，茶园面积约占世界茶园面积的60%，产量占全球茶叶产量的40%。茶园基地的科学标准化管理是茶产业安全生产的保障。茶树系多年生木本植物，其枝叶茂密、常绿且郁闭使得树丛内昼夜温湿度差异较小，茶园小气候稳定，从而为茶园生态系统中的节肢动物生存提供了重要保障。随着茶树面积的扩大及连片种植，如果缺乏植保意识或技术重视不够，将导致茶树病虫害问题频发。据报道[2]，我国常见茶树害虫约有400多种。谭济才等[3]报道，湖南省茶树害虫有50种，天敌46种。茶树的各个部位都有害虫危害，其中以危害茶枝和茶树叶片的害虫种类最多，危害最大，致使茶叶减产10%～20%[4]。多年来国内茶园病虫害主要依靠化学农药防治，部分茶园施药次数多已引发茶叶农药残留超标，长期施药降低茶园生物多样性，弱化自然控制潜能等问题[5]。天敌资源广泛存在于自然生态系统，能在一定程度上有效控制害虫，是生物防治的重要组成部分。茶园生态系统天敌种类和数量丰富，充分挖掘天敌资源，开展优势种类的保育和人工扩繁释放是实现茶园虫害可持续性治理的主要途径。为避免化学防治带来的危害，国内外学者在构建茶叶种植和管理模式[6-7]及利用天敌进行生态控制[8]方面进行了系统的研究。
茶叶是湖南的主要经济产业，全省茶叶出口2012—2018 年连续多年居全国第二，害虫防治是目前茶叶发展的瓶颈。在湖南境内选择有机、无公害和普通3种典型茶园，于2017—2018年开展茶园节肢动物群落结构组成的调查与分析，并结合害虫的发生特点，对茶园天敌昆虫与主要害虫的发生规律进行研究，以期为茶园生物多样性保护与利用提供基础数据及理论依据。
1 调查研究方法
1.1 茶园基本情况
普通茶园(Common Tea Plantation，CTP)，位于长沙市长沙县干杉乡，海拔100 m，周围是桔园和绿化，平均气温20℃，平均湿度83.45%，年均降水量1 877.1 mm，施用化学肥料和化学农药。
无公害茶园(Non-Pollution Tea Plantation，NPTP)，位于长沙市望城区，海拔300 m，周围有山林、桔园，平均气温17℃，平均湿度85.67%，年平均降雨量为1 370 mm。允许施用部分化学肥料和化学农药，以治疗性化学农药为主，不使用违禁化学农药。
有机茶园(Organic Tea Plantation，OTP)，位于古丈县山区，海拔800 m，植被丰富，年平均气温20℃，平均湿度89.39%，常年降水量为1 475.9 mm，所施肥料为腐熟的家畜粪尿、菜籽饼肥以及商品有机肥，病虫害的药剂防治为商品生物农药。
1.2 调查取样方法
2017年3月至2018年3月在茶叶采摘期选取树龄均为15 a的茶园工区作为采样的主要地块，进行调查和监测。开展节肢动物群落结构组成的调查，2017年3—9月、2018年3—9月开展主要害虫和天敌消长规律的监测。采用5点取样法，每点调查3个样方，每个样方1 m2，通过网捕、震落及目测等方法收集并记录害虫及天敌的种类和数量。主要害虫及天敌监测设置固定地块，每7 d调查1次，调查时间为7：00～10：00，选择晴朗的天气进行，遇雨天顺延1～2 d，现场不能确定的种类拍照后带回实验室进行分类鉴定。
1.3 天敌优势种群及物种丰富度评价
采用优势度(D)和频度(F)评价的天敌优势种群[9-10]；采用香农多样性指数H′及相似性指数评价茶园昆虫群落的物种丰富度差异，使用R语言中Vennerable package提供的MRPP(Multi Response Permutation Procedure)方法计算δ，进而评价3类茶园间昆虫群落结构的整体相似性，以及相似性是否显著。采用维恩图对3类茶园昆虫群落组成的异同，即共有科和特定科进行分析。
H′=-∑Pi(lnPi)
D=Ni/N
F=某种天敌出现的样方数目/调查的全部样方数目。
δ=∑DXi
式中，Pi为此物种个体数占总个体数比例，Ni为第i个物种的个体数量，N为全部物种的个体数量，当D≥0.1时为优势种，0.05≤D<0.1时为丰富种，0.01
1.4 数据处理
采用R-studio、SPSS和Excel进行数据统计与分析。
2 结果与分析
2.1 茶园主要节肢动物的群落组成
从表1可见，2017年3月至2018年3月有机茶园节肢动物为10 635只，分属12目57科102种；无公害茶园节肢动物为19 156只，分属11目41科82种；普通茶园节肢动物为24 823只，分属11目43科79种。3类茶园均以同翅目、鳞翅目、鞘翅目、膜翅目、蜱螨目和啮虫目为优势类群(种群相对丰度>1%)。有机茶园中同翅目数量最多，占该类茶园总个体数的46.8%，其次为蜱螨目、膜翅目、鳞翅目、鞘翅目和啮虫目，分别占总个体数的16.1%、15.96%、8.59%、7.21%和3.26%。无公害茶园中鳞翅目数量最多，占该类茶园总个体数的59.65%，其次为同翅目、蜱螨目、膜翅目、鞘翅目和啮虫目，分别占总个体数的16.64%、9.89%、5.10%、4.00%和3.75%。普通茶园中同翅目数量最多，占该类茶园总个体数的51.71%，其次为鳞翅目、蜱螨目、膜翅目、鞘翅目和啮虫目，分别占总个体数的32.88%、7.24%、2.98%、2.89%和1.62%。
表1 3类茶园节肢动物的群落组成
2.2 茶园害虫群落的组成
危害茶树的害虫3类茶园共有27科50种，其中，刺吸性害虫27种，食叶性害虫20种，蛀干性害虫3种。按危害部位分，危害中上层芽叶的害虫有39种，占总数的80%；危害中下层成叶和枝干的有11种，约占总数的20%。发生数量以危害中上层芽叶的为主，占总数的80%以上。按危害特性分，刺吸性害虫中以小绿叶蝉、黑刺粉虱、茶蚜、茶橙瘿螨和茶叶瘿螨发生危害较重；食叶性害虫以鳞翅目幼虫为主，茶尺蠖因食量较大，发生集中，常在不同茶园严重危害；蛀干性害虫中茶枝镰蛾发生虽不普遍，数量也较少，但常见其在成龄茶园造成枯枝死树的现象。
3类茶园的主要害虫均为黑刺粉虱、茶橙瘿螨、茶尺蠖和小绿叶蝉。其中，有机茶园4种害虫的个体数分别为176头、1 348头、261头和4 578头，无公害茶园分别为798头、1 492头、1 284头和7 187头，普通茶园分别为893头、1 397头、2 649头和12 794头，合计分别占该类茶园节肢动物总群落的59.83%、56.17%和71.43%(图1)。说明，有机栽培管理下茶园害虫发生的数量明显低于无公害茶园和普通茶园。
2.3 茶园天敌群落的组成及其优势种评价
3类茶园有茶树害虫天敌45种，其中，昆虫纲6目15科37种，蜘蛛纲1目4科8种。根据取食特点划分，捕食性天敌有32种，占天敌总种数的69.8%；寄生性天敌9种，占天敌总种数的22.30%；寄生性病原微生物占天敌总种数的7.9%。茶园天敌昆虫以蜂类、步甲类、虎甲类、瓢甲类、草蛉和隐翅甲类为主，天敌数量在有机茶园、无公害茶园和普通茶园中分别占总数的10.76%、7.59%和5.79%(图2)。有机茶园的天敌数量最少(共6 363头)，但天敌种类最多(45种)，且在总群落中的占比最高(占10.76%)。从表2可见，有机茶园中异色瓢虫优势度为0.106，为该生态系统中的优势种，其频度也最高，为0.165；蚜茧蜂、赤眼蜂、黑带食蚜蝇、中华草蛉和广腹螳螂为丰富种，其他均为常见种。无公害茶园和普通茶园的天敌昆虫优势度均低于0.1，为丰富种和常见种，各类天敌昆虫的频度均低于有机茶园。
图1 3类茶园主要害虫的发生量
Fig.1 The number of major pests in the three types of tea plantations
图2 不同茶园昆虫及天敌的分布
表2 3类茶园主要天敌昆虫的优势度和频度
2.4 茶园生态系统昆虫的多样性
经MRPP方法分析(表3)，OTP的昆虫群落结构与NPTP的相比δ=0.176>0，P=0.041 6<0.05；OTP的昆虫群落结构与CTP的相比δ=0.175>0，P=0.059 0>0.05；NPTP的昆虫群落结构与CTP的相比δ=1，P=0.018 1<0.05。说明，3类茶园昆虫群落结构有机茶园与无公害茶园、无公害茶园与普通茶园之间存在明显差异。从图3可知，有机茶园的香农指数最高，为1.56；无公害茶园的香农指数次之，为1.31；而普通茶园的香农指数最低，为1.23。从图4可知， 3类茶园共有物种为40科，而有机茶园独有的物种为15科，无公害茶园和普通茶园没有特殊科。说明，有机茶园的物种丰富度和多样性指数均高于无公害和普通茶园。
表3 3类茶园昆虫群落结构的差异性
注：*，P<0.05水平差异显著。
Note：* indicates significance of difference atP<0.05 level.
图33类茶园昆虫群落的多样性香农指数H′差异
Fig.3 Shannon index of insect community diversity in three different tea plantations
图43类茶园科水平上群落结构差异的维恩图
Fig.4 Venn diagram of community structure differences at the family level of three different types tea plantations
3 小结与讨论
通过研究不同管理模式(有机茶园、无公害茶园和普通茶园)相同树龄茶园节肢动物群落结构的差异，比较主要害虫和天敌昆虫的组成、优势度及频度结果表明，湖南省3类茶园昆虫群落的数量和多样性存在明显差异。原因主要源于3类茶园不同的栽培管理方式和茶园立地环境的差异[11]。有机茶园禁止使用化学肥料和化学农药，减少了环境污染，有效维持了园内生态平衡，改善了天敌的栖息环境[12]，物种丰富度以及多样性指数均较高，害虫大发生的几率相对较小[13-14]。普通茶园虫情预警工作薄弱，害虫大发生时主要采用化学农药进行防治，“3R”问题突出，农药的不合理使用同时也导致园内天敌的种类和数量较少[15]，生防控制力较弱。无公害茶园允许使用部分化学农药和化学肥料，管理模式介于二者之间，其天敌的优势度及频度略低于有机茶园。
彭萍等[16]研究发现，群落茶园与纯茶园相比，由于多物种的配置扩充了生态空间，改变了茶园的生态环境，茶园昆虫群落也随着茶园小气候的改变而发生变化。实践证明，通过人为栽培或农事活动能间接地改变昆虫群落的组成[17-20]。因此，茶园的种植管理应尽量避免单一作物大面积种植，并且尽可能减少化学农药的使用次数和使用量，保护和利用茶园天敌；同时，加强农业技术措施，尽可能保持茶园生态系统平衡和稳定，以提高茶园自身的自然调控能力。
