海南稻田水生昆虫生物多样性研究

周 霞,谭燕华,伍苏然,杨小亮,唐继宏,霍姗姗,郭安平

(海南省南繁生物安全与分子育种重点实验室,中国热带农业科学院三亚研究院,海南三亚 572024)

稻田中不仅水面上部水稻植株部分有节肢动物群落,水体中也有丰富的水生昆虫群落(贾凤龙等,2002;白耀宇等,2006;桂芳艳等,2015)。水生昆虫在生态系统中有重要作用。因其水生,迁移能力弱,对环境质量要求高,所以水生昆虫越来越多地被用作环境质量及其变化的指标生物(Carleetal., 1979;Castellaetal.,1987;Samwaysetal.,1996,2010;Butleretal.,2007;彭士涛等,2014)。

海南省地处亚热带和热带地区,是我国环境保护最好的地区之一,其热带地区的三亚、陵水和乐东是我国主要的南繁育种区。有文献记载海南稻田中也有多种常见水生昆虫(韦庚武等,2015;周霞等,2018)。水稻是海南最主要粮食作物,稻田面积为23.89万hm2(唐清杰等,2015;2018)。南繁区稻田农药使用次数远远高于非南繁区的每季2次(苗期和开花前期),化肥使用也超过非南繁区。南繁区重金属污染也比非南繁区严重(李福燕等,2010)。因为耕作制度改变和农药化肥过量使用可能会改变当地环境,影响稻田包括水生昆虫在内的节肢动物群落(Pintoetal.,2012)。因此,明确海南稻田水生昆虫种类和数量,水生昆虫种群是否在水稻不同生长期稳定存在,评价海南因为土地使用的改变(例如南繁)对水生昆虫群落产生的影响是非常重要的。

本研究选择在5个南繁区和5个非南繁区稻田水生昆虫种类调查的基础上,重点研究了南繁区三亚市和非南繁区文昌市稻田各个生长期水生昆虫成虫的种类、数量和种群变化情况。可以为在海南南繁区进行南繁对稻田水生昆虫种群的长期影响监测提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

2021年4月3-8日和6月1-5日在海南水稻第一季和第二季种植期间,分别在南繁区三亚市崖州南滨农场、三亚中廖村中棉所基地、三亚南繁科学技术研究院基地、陵水华中农大南繁基地、乐东县黄流镇赤龙村、非南繁区海口市演丰镇演西村、文昌市三江镇崑山村、琼海市中原镇凤楼村、澄迈县金江镇大塘村、五指山市水满乡什满村进行水生昆虫种类调查,每地选择3块以上稻田,水稻生长期不限定。

2021年在三亚市崖城镇独村和非南繁区文昌市新桥镇平湖村选取地势低、以河流为水源的稻田(成熟期大部分时间田间也有水),进行不同生长期水生昆虫种群调查。文昌的稻田施用了2次化学农药,三亚的稻田施用了3次化学农药,都施用一次肥料。每个调查地点有3次重复,即3个小区。小区面积400 m2(长20 m,宽20 m)。当地播种时间为2021年2月,田间移栽时间为播种1个月后。

1.2 方法

1.2.1调查方法

2021年4月3-8日和6月1-5日在海南10县市的稻田水生昆虫种类调查,每一地选择3块稻田进行调查,每块稻田调查5点,每点调查1 m2(20丛)。捕捉到的水生昆虫装到封口透明塑料袋内,带回室内进行整理和分类鉴定。

南繁区三亚市崖城镇南滨农场和非南繁区文昌市新桥镇平湖村在苗期(3月1-3日)、分蘖期(3月10-12日)、花期(4月11-13日)和成熟期(4月19-22日)各调查1次。每次调查时,参照刘雨芳(2015)的方法每处调查5点,每点 1 m2。捕捉到的水生昆虫装到封口透明塑料袋内,带回室内进行分类鉴定和数量记录。

1.2.2指标计算

计算相关生态学指标:物种多样性指数H′、均匀性指数J、优势度指数D、优势集中性指数C、群落相似系数Cs。计算公式如下:

H′=-∑Piln(Pi),Pi为第i个种在全体物种中的重要性比例,ni为第i个种的个体数量,N为总个体数量,Pi=ni/N。

J=H′/lnS,S为物种总数。

D=(Nmax/N)×100%,Nmax为数量最优势种个体数量,N为总个体数。

C=∑Pi2

1.3 数据处理

采用SPSS 16.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 海南南繁区和非南繁区稻田水生昆虫成虫种类

通过2021年两季初步调查,在南繁区和非南繁区稻田生态系统中共捕捉到4目10科29种水生昆虫(表1),双翅目摇蚊科3类、水蝇科1种、蚊科3类,半翅目有仰蝽科2种,划蝽科2种,黾蝽科1种,蝎蝽科1种,鞘翅目有龙虱科2种和水龟虫科4种,蜻蜓目包括蟌科4种和蜻科7种(王俊才等,2011;张浩淼,2012)。其中双翅目和蜻蜓目水中生活的是幼虫(稚虫),半翅目和鞘翅目包括幼虫(若虫)和成虫。中性种类只有9种,双翅目摇蚊科3类、水蝇科1种、蚊科3类,半翅目划蝽科2种,占比31%;捕食性种类20种,包括鞘翅目、蜻蜓目和半翅目的大部分种类,所有水生昆虫种类中占比69%。

2.2 三亚和文昌稻田水生昆虫种类和优势度分析

在三亚、文昌稻田生态系统中共捕捉到4目10科20种(表2),双翅目摇蚊科3类、水蝇科1种、蚊科2类,半翅目有仰蝽科1种,划蝽科1种,黾蝽科1种,蝎蝽科1种,鞘翅目有龙虱科1种和水龟虫科2种,蜻蜓目包括蟌科4种和蜻科3种(王俊才等,2011;张浩淼,2012)。中性种类只有7种,双翅目摇蚊科3类、水蝇科1种、蚊科2类,划蝽科1种,占比35%;捕食性种类13种,所有水生昆虫种类中占比65%。

表2 2021年三亚和文昌稻田水生昆虫的的种类和优势度

水生昆虫群落在海南地区三亚和文昌水稻不同生长期都稳定存在(表2)。按优势度10%≤D、5%≤D<10%、1%≤D<5%(刘雨芳等,2005)分别将物种称为群落的优势种、丰盛种、常见种。普小仰蝽在三亚和文昌各个生长期都是优势种。

2.3 文昌和三亚水生昆虫成虫群落指数分析

三亚和文昌二者共有物种18种(类),群落物种相似度为0.944,优势种相似度为1.000。

三亚水生昆虫多样性指数为2.384～2.581,均匀性指数为0.725～0.924,优势集中性指数为0.092～0.123;文昌水生昆虫多样性指数为2.100～2.354,均匀性指数为0.726～0.899,优势集中性指数为0.105～0.137(表3)。

表3 文昌和三亚水生昆虫群落结构参数

2.4 文昌和三亚稻田不同生长期水生昆虫种类和数量分析

文昌和三亚稻田水生昆虫种类最少的时期都是水稻成熟期,分别为17种和15种;文昌稻田种类最多的时期为分蘖期,为19种,而三亚稻田苗期、分蘖期和花期都是16种(图1)。

图1 2021年三亚(a)和文昌(b)稻田水生昆虫的的种类和数量

文昌和三亚稻田水生昆虫数量变化有相同趋势,水生昆虫数量最少的时期为水稻成熟期,分别为13±0.3和12.7±0.7;数量最多的时期为分蘖期,分别为29.7±0.7和33.3±1.0(图1)。

3 结论与讨论

水生昆虫水生,很多是幼虫(若虫),离开水体无法生存,水质影响其种类和数量。现在水生昆虫中的摇蚊类、半翅目水生蝽和蜻蜓目稚虫和成虫已被用作环境质量综合评价及污染程度评价的指标生物(彭士涛等,2014)。有关水生昆虫在温带和热带地区不同地区发生情况的研究很多。人类活动导致水生昆虫的物种变化是主要研究内容之一。造成水生昆虫种类下降的原因往往是使用土地方式的变化、污染或其它各种人类活动(Akifumietal.,2010;Pintoetal.,2012;Duetal.,2018;Samueletal.,2018)。影响农田环境水生昆虫种类和数目的原因是多方面的,如有机污染、生境退化和杀虫剂的大量使用等(李金国等,2005;Norbertetal.,2005)。毒死蜱对于摇蚊等6种水生节肢动物均属于剧毒(徐吉洋等,2014)。重金属也会影响水生双翅目昆虫的种群和个体数量的变化(薛建等,2008)。

我国亚热带的湖北省、广东省和四川省稻田也有水生昆虫发生的研究报道(贾凤龙等,2002:白耀宇等,2006;桂芳艳等,2015)。但对其在水稻不同时期群落发展的研究还不多。水生中性昆虫摄取水体中的植物碎屑等有机物质,同时本身也是捕食性水生昆虫的食物。稻田中的有机物的碎屑、中性水生昆虫和捕食性水生昆虫组成稻田水体中的食物链,其群落组成对稻田生态系统中的生物多样性、能量流动及营养循环起着重要作用(彭士涛等,2014),因此,对海南稻田水生昆虫群落结构组成和变化的研究非常重要。

2021年调查结果表明,与华中地区和华南地区稻田相同,海南省稻田水生昆虫包括蜻蜓目稚虫、半翅目和鞘翅目水生种类、双翅目幼虫等。海南省稻田中水生昆虫共有29种,与华中地区和华南地区的种类有很大不同(贾凤龙等,2002;白耀宇等,2006;桂芳艳等,2015)。其中幼虫(若虫或稚虫)绝大多数种类为海南省稻田常见种的幼虫(若虫或稚虫)(周霞等,2018)。其中捕食性种类20种,中性种类只有9种。

本研究选择在三亚和文昌地势低洼的稻田进行实验,水稻成熟期大部分时间稻田仍然有水。所以稻田有水的条件下,水生昆虫在海南南繁区三亚和非南繁区文昌两地水稻不同生长期都可以稳定存在,两地共捕捉到4目10科20种。数量为12.7±0.72～33.3±0.3头/m2。水生昆虫群落多样性指数为2.100～2.581,均匀性指数为0.726～0.924,优势集中性指数为0.092～0.137。二者共有物种18种,群落物种相似度为0.944,优势种相似度为1.000。

三亚和文昌稻田各生长期水生昆虫种类变化不大,每生长期种类为16～19种。因为各种水生昆虫成虫在苗期就到水中产卵或生活。其中中性水生昆虫在稻田早期数量多,随着捕食性水生昆虫数量的增加,中性水生昆虫数量降低。

海南稻田捕食性水生昆虫种类多,体型比中性水生昆虫大,取食量也很大。三亚和文昌的调查结果显示,捕食性种类数量在整个生长期都比较多,其中普小仰蝽在整个生长期都是优势种。

海南南部的南繁区稻田农药使用次数远远高于非南繁区的每季2次,为了提高制种的产量,化肥使用也超过非南繁区。南繁区重金属污染也非南繁区严重(李福燕等,2010)。本研究显示虽然非南繁区的文昌的稻田使用了2次化学农药,南繁区的三亚的稻田使用了3次化学农药,三亚和文昌稻田水生昆虫群落的物种组成与结构、群落的多样性、优势种的组成以及群落均匀性没有显著的差别。但在海南10地的调查中发现截斑脉蜻稚虫和真龙虱在非南繁区稻田水体存在,而在南繁区没有发现,文献显示它们喜欢栖息在沼泽等受人工影响比较少的地方(韦庚武等,2015),具体与南繁带来的稻田哪种影响因子有关有待进一步研究。

本研究证明水生昆虫在海南稻田不同生长期都有水情况下稳定存在,其群落组成和数量在不同生长期有一定的变化规律。稻田环境变化和污染通过食物链可能影响水生昆虫种类,所以对海南稻田水生昆虫群落的监测和水生昆虫种群变化机理有待进一步的研究。