摘要: 【目的】建立煙田規(guī)?;尫艧熝晾O蜂生物防治煙蚜的生態(tài)效應(yīng)評價技術(shù),為規(guī)?;尫盘鞌忱ハx生物防治害蟲的生態(tài)安全性評估提供科學(xué)依據(jù)。【方法】以2016—2017 年云南省保山市隆陽區(qū)和大理白族自治州彌渡縣長年釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的煙田和未釋放煙蚜繭蜂的煙田為試驗地,系統(tǒng)開展釋放煙蚜繭蜂煙田生物多樣性指標(biāo)分析及煙農(nóng)問卷調(diào)查,篩選生態(tài)效應(yīng)評價指標(biāo),構(gòu)建基于層次分析法的釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜生態(tài)效應(yīng)評價模型?!窘Y(jié)果】構(gòu)建了基于釋放煙蚜繭蜂對煙田生物多樣性的影響、對其他種類蚜繭蜂及蚜蟲天敵的影響、煙蚜繭蜂的適生性/適應(yīng)力、定殖可能性、存在可能性、對人畜健康及植物安全的影響、蚜繭蜂種群擴(kuò)散與建立的可能性共計7 個目標(biāo)層、19 個準(zhǔn)則層和76 個指標(biāo)層構(gòu)成的規(guī)?;尫艧熝晾O蜂防治煙蚜的生態(tài)效應(yīng)評估技術(shù)及模型。應(yīng)用該模型計算的2016 年彌渡縣和隆陽區(qū)煙田釋放煙蚜繭蜂的生態(tài)效應(yīng)值分別為2.65 和2.51;2017 年兩地?zé)焻^(qū)釋放煙蚜繭蜂煙田的生態(tài)安全值分別為2.56 和2.50,與2016 年的生態(tài)效應(yīng)評價結(jié)果一致。【結(jié)論】本研究構(gòu)建的模型可用于煙田釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的生態(tài)效應(yīng)評估。
關(guān)鍵詞: 生態(tài)效應(yīng);生物防治;煙蚜繭蜂;煙蚜;煙田生態(tài)系統(tǒng)
中圖分類號: S435.72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號: 1004–390X (2024) 03?0046?10
生態(tài)效應(yīng)是指壓力引起的生態(tài)受體變化,包括生物水平上的個體病變、死亡,種群水平上的種群密度、生物量、年齡結(jié)構(gòu)變化,群落水平上的物種豐度減少,生態(tài)系統(tǒng)水平上的物質(zhì)流和能量流變化、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降等[1]。害蟲生物防治生態(tài)效應(yīng)是正確評價引入天敵的生態(tài)效果及保障,也是規(guī)范害蟲生物防治技術(shù)、提高防治效果的重要內(nèi)容,隨著生物防治的廣泛應(yīng)用,生物防治對環(huán)境和生態(tài)等方面的生態(tài)效應(yīng)日益受到關(guān)注[2]。對天敵昆蟲生物防治害蟲的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行評價研究,可防止過量釋放天敵昆蟲可能對本地動植物區(qū)系的破壞,或避免發(fā)生生態(tài)的、經(jīng)濟(jì)的利益沖突。因此,在建立和健全中國生物防治法規(guī)與管理條例的基礎(chǔ)上,應(yīng)制定生防作用物安全應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用風(fēng)險評價理論與方法公正評估外來生防作用物的利與弊。
煙蚜是重要的害蟲種類,利用天敵昆蟲是生物防治煙蚜的重要措施,其中蚜繭蜂、瓢蟲是蚜蟲的主要天敵昆蟲,國內(nèi)外已廣泛用于其生物防治實踐[3]。煙蚜繭蜂(Aphidius gifuensis Ashmead)屬膜翅目(Hymenoptera) 蚜繭蜂科(Aphidiidae),是分布區(qū)域廣泛、寄主種類眾多的世界性農(nóng)業(yè)害蟲煙蚜(Myzus persicae Sulzer) 的優(yōu)勢寄生蜂,也是麥二叉蚜(Schizaphis graminum Rondani)、麥長管蚜(Sitobion avenae Fabricius)、棉蚜(Aphis gossypiiGlover) 等農(nóng)作物蚜蟲的重要寄生性天敵[4]。煙蚜繭蜂是中國應(yīng)用面積最大的蚜蟲寄生蜂,在煙草和蔬菜桃蚜生物防治中發(fā)揮著重要作用[5-6]。早在1999—2013 年,云南省在利用煙蚜繭蜂防治煙蚜危害方面取得了顯著效果,綜合經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)44 億元,推廣面積約1.33×106 hm2,平均防治效果高達(dá)80%[7]。2014—2016 年,云南省保山市隆陽區(qū)在油菜、蔬菜、蠶豆、麥類和玉米5 種主要農(nóng)作物上開展釋放蚜繭蜂控制蚜蟲技術(shù)示范推廣[6],國外亦有大量應(yīng)用菜蚜繭蜂的實例[8-9]。暴可心等[10]參考害蟲防治效果評價方法,以經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益為主要評價指標(biāo),建立了害蟲生物防治綜合效益評價體系。然而,目前尚未見有關(guān)釋放煙蚜繭蜂的生態(tài)效應(yīng)評價規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
層次分析法(analytical hierarchy process,AHP)是通過分析復(fù)雜問題所包含的指標(biāo)及其相互關(guān)系,進(jìn)而選擇解決問題的最佳措施[10-11],現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于企業(yè)資源規(guī)劃[12]、工程管理[13]、風(fēng)險評估[10, 14-15]、交通運(yùn)輸[16]、野生動物棲息地評估[17]等領(lǐng)域。本研究立足于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中有關(guān)生態(tài)風(fēng)險因子,通過對云南煙草種植區(qū)常年釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜煙田生態(tài)系統(tǒng)各因子的評估,采用AHP 構(gòu)建釋放煙蚜繭蜂生物防治煙蚜的生態(tài)效應(yīng)評估體系,擬合生態(tài)效應(yīng)評估模型,為規(guī)?;尫艧熝晾O蜂防治煙蚜的生態(tài)安全評估提供依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗地和供試材料
2016—2017 年,以自2010 年以來持續(xù)釋放煙蚜繭蜂的云南省大理白族自治州彌渡縣、保山市隆陽區(qū)K326 煙草種植區(qū)煙田為試驗組,以不釋放煙蚜繭蜂而僅施用化學(xué)農(nóng)藥的煙田為對照組開展試驗。煙蚜繭蜂由云南省煙草公司繁育,并按照云南省煙草公司玉溪市公司煙蚜繭蜂防治煙蚜技術(shù)規(guī)程[18]進(jìn)行釋放。煙田施肥均按照當(dāng)?shù)責(zé)煵菰耘嗍┓屎凸芾怼?/p>
1.2 研究方法
1.2.1 取樣調(diào)查
于2016 年在試驗區(qū)開展釋放煙蚜繭蜂煙田生物多樣性、重寄生率、農(nóng)戶接受程度等指標(biāo)的調(diào)查;于2017 年在上一年調(diào)查及各指標(biāo)篩選與評價體系構(gòu)建的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行調(diào)查,并對構(gòu)建評價體系進(jìn)行驗證。
(1) 生物多樣性
選擇釋放和未釋放煙蚜繭蜂煙田各3 塊,每塊煙田面積不少于667 m2,釋放和未釋放煙蚜繭蜂煙田相距1 km 以上。從煙株移栽開始至打頂結(jié)束,采用對角線5 點(diǎn)取樣法,每個點(diǎn)10 株煙,每7 d 調(diào)查1 次,記錄每株煙上昆蟲和蜘蛛的種類及其數(shù)量。
(2) 重寄生蜂寄生率
釋放煙蚜繭蜂30 d 后,在每塊田中隨機(jī)采集僵蚜至少100 頭,帶回室內(nèi),待其羽化后統(tǒng)計重寄蜂種類及其數(shù)量[19]。
(3) 農(nóng)戶對釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的接受度
設(shè)計調(diào)查問卷,內(nèi)容包括農(nóng)戶植煙面積、病蟲害發(fā)生危害、防治方法、施用農(nóng)藥防治煙蚜的情況、對煙蚜繭蜂的認(rèn)識、對釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的認(rèn)可度等。在每個試驗區(qū)隨機(jī)調(diào)查男、女烤煙種植者各20 名,掌握煙草種植農(nóng)戶對釋放煙蚜繭蜂的接受度和認(rèn)可度。
1.2.2 生態(tài)效應(yīng)評估指標(biāo)篩選
根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)食物鏈和食物網(wǎng)關(guān)系中昆蟲種內(nèi)或種間的競爭關(guān)系,結(jié)合煙蚜及煙蚜繭蜂的生物學(xué)特性,篩選規(guī)?;尫艧熝晾O蜂防治煙蚜的生態(tài)效應(yīng)評估指標(biāo)。
(1) 生物多樣性特征指數(shù)
根據(jù)利用天敵進(jìn)行生物防治時對環(huán)境產(chǎn)生的壓力特征[20-21]、天敵昆蟲被大量引入到生態(tài)系統(tǒng)中定殖建立種群并成為優(yōu)勢種后對引入地生態(tài)系統(tǒng)的影響特征[22],以煙田節(jié)肢動物群落多樣性特征指數(shù)作為評估指標(biāo)之一。
(2) 與煙蚜其他天敵的競爭作用
煙蚜的天敵昆蟲主要有煙蚜繭蜂、捕食性瓢蟲等,根據(jù)煙蚜繭蜂與捕食性瓢蟲間的競爭作用[23-25]、兩者競爭引起的對釋放區(qū)域內(nèi)生態(tài)平衡的影響[26-27],選擇煙蚜繭蜂對其他天敵的競爭及影響作用為評估指標(biāo)之一。
(3) 天敵昆蟲的適生性/適應(yīng)性
昆蟲的適生性/適應(yīng)性特征對其進(jìn)入生境后的生長發(fā)育會產(chǎn)生影響[28-29],故選擇被釋放煙蚜繭蜂在煙田生態(tài)系統(tǒng)中的適生性/適應(yīng)性作為評估指標(biāo)之一。
(4) 天敵昆蟲的定殖能力
天敵昆蟲的定殖成功率對天敵在環(huán)境中的生存、繁殖和建立種群起決定作用[28],故以煙蚜繭蜂的定殖能力作為評估指標(biāo)之一。
(5) 煙蚜重寄生蜂及重寄生率
煙蚜繭蜂重寄生蜂會影響重寄生率[4, 19, 30]及煙蚜繭蜂防治煙蚜的效果[31],故選擇煙蚜重寄生蜂及重寄生率為評估指標(biāo)之一。
(6) 人畜健康及植物安全性
生態(tài)系統(tǒng)中釋放的天敵昆蟲會因食物和資源的不足引起種內(nèi)和種間競爭,由此導(dǎo)致對人畜健康及植物安全性的生態(tài)風(fēng)險[32],故選擇煙蚜繭蜂規(guī)?;尫艑θ诵蠼】导爸参锇踩宰鳛樵u估指標(biāo)之一。
(7) 種群擴(kuò)散與建立的可能性
大量引入的天敵昆蟲定殖建立種群并成為優(yōu)勢種,會對引入地生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響[32],故選擇種群擴(kuò)散與建立的可能性作為評估指標(biāo)之一。
(8) 農(nóng)戶對釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的接受度
對煙草種植農(nóng)戶進(jìn)行隨機(jī)訪問調(diào)查,當(dāng)其對釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的認(rèn)可率≥80%,即表示農(nóng)戶對利用煙蚜繭蜂防治煙蚜的意愿強(qiáng),即為接受度高;當(dāng)60%≤認(rèn)可率lt;80% 時,為接受度較高;當(dāng)40%≤認(rèn)可率lt;60% 時,為接受度較低;當(dāng)認(rèn)可率lt;40% 時,表示只有少數(shù)農(nóng)戶愿意接受釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜,即為接受度低。
1.2.3 評估體系的構(gòu)建
根據(jù)1.2.2 節(jié)各指標(biāo)內(nèi)容,結(jié)合AHP 的主要功能和特點(diǎn)及在風(fēng)險評估中作用[10, 14-15],參考已有研究[10, 33-34],將評估指標(biāo)按照不同層次進(jìn)行分級,建立釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜生態(tài)效應(yīng)評估的多層次多指標(biāo)體系(表1)。根據(jù)各地具體調(diào)查結(jié)果,對評估體系各指標(biāo)進(jìn)行賦值,進(jìn)而擬合評估模型。
1.2.4 生態(tài)效應(yīng)值的定量估計
(1) 評估計算公式
(2) 評估標(biāo)準(zhǔn)
參考有害生物危險程度分級標(biāo)準(zhǔn)[38],結(jié)合煙蚜繭蜂生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性及煙田生態(tài)系統(tǒng)特征,評價在煙田釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的生態(tài)效應(yīng)。當(dāng)2.5≤Slt;3.0 時,安全性程度很高;當(dāng)2.0≤Slt;2.5 時,安全性程度高;當(dāng)1.5≤Slt;2.0 時,安全性程度中等;當(dāng)1.0≤Slt;1.5 時,安全性程度很低。
1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法
以節(jié)肢動物群落多樣性指標(biāo)為生物多樣性指數(shù)進(jìn)行分析。采用DPS 數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)[39],根據(jù)群落的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H′)、Pielou’s均勻度指數(shù)(J′)、Margalef 物種豐富度指數(shù)(Dmax)、Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)(D)、優(yōu)勢集中性指數(shù)(C) 比較放蜂區(qū)和未放蜂區(qū)節(jié)肢動物群落多樣性特征[40-41]。各指數(shù)的計算公式為:
式中:S 為煙田節(jié)肢動物物種數(shù)量;N 為煙田節(jié)肢動物個體數(shù)量;Ni 為群落中第i 種的個體數(shù)量;Hmax 為最大多樣性指數(shù);Nmax 為優(yōu)勢種群數(shù)量。
2 結(jié)果與分析
2.1 生態(tài)效應(yīng)評估結(jié)果
2.1.1 節(jié)肢動物群落的組成
由表2 可知:釋放煙蚜繭蜂和未釋放煙蚜繭蜂煙田的節(jié)肢動物種類組成豐富,放蜂田節(jié)肢動物物種數(shù)高于未釋放煙蚜繭蜂煙田(F=16.54,Plt;0.01)。
2.1.2 節(jié)肢動物群落的亞群落物種和個體數(shù)量
由圖1 可知:彌渡釋放煙蚜繭蜂的煙田中,害蟲、天敵和中性昆蟲的物種數(shù)量相對多度表現(xiàn)為害蟲(55.55%)gt;天敵(25.93%)gt;中性昆蟲(18.52%),個體數(shù)量相對多度表現(xiàn)為害蟲(83.76%)gt;天敵(8.22%)gt;中性昆蟲(8.02%);未釋放煙蚜繭蜂的煙田中, 三者的物種數(shù)量相對多度表現(xiàn)為害蟲(41.18%)gt;中性昆蟲(35.29%)gt;天敵(23.53%),個體數(shù)量相對多度表現(xiàn)為害蟲(89.27%)gt;中性昆蟲(9.04%)gt;天敵(1.70%)。隆陽釋放煙蚜繭蜂的煙田中,害蟲、天敵和中性昆蟲的物種數(shù)量相對多度表現(xiàn)為害蟲(54.17%)gt;中性昆蟲(25.00%)gt;天敵(20.83%), 個體數(shù)量相對多度表現(xiàn)為害蟲(48.59%)gt;天敵(35.37%)gt;中性昆蟲(16.04%);未釋放煙蚜繭蜂的煙田中,三者的物種數(shù)量相對多度表現(xiàn)為害蟲(47.82%)gt;天敵(26.09%)=中性昆蟲(26.09%),個體數(shù)量相對多度表現(xiàn)為害蟲(55.12%)gt;中性昆蟲(29.92%)gt;天敵(14.96%)??梢姡跓熖镏嗅尫艧熝晾O蜂有利于提高天敵亞群落的個體數(shù)量。
2.1.3 重寄生率
2016 年,彌渡和隆陽煙田均存在重寄生蜂,其中,彌渡放蜂田和未放蜂田的重寄生率分別為0 和7.06%,而隆陽放蜂田和未放蜂田的重寄生率分別為3.49% 和0。
2.1.4 農(nóng)戶對釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的接受度
2016 年彌渡和隆陽煙農(nóng)對釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的接受度分別96.5% 和89.5%和,2017 年兩地?zé)熮r(nóng)對釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的接受度分別為97.0% 和90.5%??梢姡r(nóng)戶對釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的接受度高。
2.2 生態(tài)效應(yīng)評估技術(shù)構(gòu)建
根據(jù)2016 年和2017 年彌渡和隆陽釋放煙蚜繭蜂煙田系統(tǒng)中生物多樣性特征、煙蚜繭蜂對其他蚜繭蜂及蚜蟲其他主要天敵的影響、適生性/適應(yīng)力、定殖可能性、煙蚜繭蜂天敵存在的可能性、對人畜健康及植物安全的影響以及種群擴(kuò)散與建立的可能性7 個一級指標(biāo)19 個二級指標(biāo)的調(diào)查結(jié)果,對各評估指標(biāo)值進(jìn)行賦值(表3)。根據(jù)生態(tài)效應(yīng)值(S) 模型進(jìn)行計算,得出2016 年彌渡和隆陽煙田釋放煙蚜繭蜂的生態(tài)效應(yīng)值分別為2.65 和2.51,安全性程度高,無明顯的生態(tài)危險;2017 年彌渡和隆陽兩地釋放煙蚜繭蜂煙田的生態(tài)安全值分別為2.56 和2.50??梢?,在研究區(qū)釋放煙蚜繭蜂的生態(tài)安全性程度高,無生態(tài)風(fēng)險。
3 討論
釋放生防天敵昆蟲防治害蟲的生態(tài)效應(yīng)評估研究是正確評價引入天敵的生態(tài)后果及保障生物防治效果的重要內(nèi)容,開展生物防治作用物風(fēng)險評價對于防止外來作用物可能對本地動植物區(qū)系的破壞,或發(fā)生生態(tài)的、經(jīng)濟(jì)的沖突利益具有重要意義[10, 36-37]。本研究僅是對煙蚜繭蜂防治煙蚜的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行研究,并建立評估體系,對于瓢蟲、食蚜蠅等煙蚜重要天敵的生態(tài)效應(yīng)將是后續(xù)需要研究的內(nèi)容。
層次分析法(AHP) 從系統(tǒng)出發(fā),根據(jù)評價對象的不同層面與評價目標(biāo),綜合分析相關(guān)指標(biāo)及其相互關(guān)系,對評價因素進(jìn)行分層并對多目標(biāo)進(jìn)行決策分析[14-15, 17, 42]。本研究基于AHP,綜合考慮了煙蚜繭蜂和煙蚜的主要生物學(xué)特性、煙田生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)、與生態(tài)效應(yīng)相關(guān)的指標(biāo)及可操作性,選擇通用性及操作性較強(qiáng)的生物多樣性特征、對其他蚜繭蜂及蚜蟲其他主要天敵的影響、煙蚜繭蜂的適生性/適應(yīng)力、煙蚜繭蜂定殖的可能性、煙蚜繭蜂存在的可能性、對人畜健康及植物安全的影響、種群擴(kuò)散與建立的可能性等相關(guān)指標(biāo),構(gòu)建煙蚜繭蜂安全性評估體系,建立煙蚜繭蜂規(guī)模釋放的生態(tài)效應(yīng)定量評價模型,并對彌渡和隆陽煙田的實際調(diào)查結(jié)果進(jìn)行驗證,結(jié)果表明:該評估模型具有全面、可量化評估的優(yōu)點(diǎn)。與暴可心等[10]建立的害蟲生物防治綜合效益評價指標(biāo)體系相比,本研究重點(diǎn)從煙田生態(tài)系統(tǒng)出發(fā),更為系統(tǒng)地考慮了煙蚜繭蜂重寄生蜂、農(nóng)戶對利用煙蚜繭蜂防治煙蚜技術(shù)的接受程度等因素,更能反映生態(tài)效應(yīng)評估指標(biāo)篩選的科學(xué)性和全面性。然而,除生態(tài)效應(yīng)外,防治措施的經(jīng)濟(jì)效益也是利用天敵昆蟲防治害蟲綜合評估的重要內(nèi)容[10],但本研究并未涉及。因此,為系統(tǒng)評估釋放煙蚜繭蜂的綜合效益,還需要對釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)進(jìn)行篩選,并對經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評估,以形成釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的綜合效益評估體系,為評價生物防治效益提供理論依據(jù)。
重寄生率是影響煙蚜繭蜂寄生效率的重要因素之一。本研究調(diào)查發(fā)現(xiàn):在彌渡和隆陽釋放煙蚜繭蜂煙田的煙蚜繭蜂重寄生率不同,且即使在未釋放煙蚜繭蜂煙田也發(fā)現(xiàn)有重寄生蜂,其原因可能是由于重寄生蜂遷飛擴(kuò)散引起。因此,在釋放煙蚜繭蜂過程中,應(yīng)加強(qiáng)對僵蚜帶有重寄生蜂的情況進(jìn)行檢測,以保證健康未攜帶重寄生蜂的僵蚜投放,從而降低田間的重寄生率,實現(xiàn)從源頭上減少和降低重寄生蜂擴(kuò)散傳播的風(fēng)險。此外,本研究僅是針對煙田生態(tài)系統(tǒng)中釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的生態(tài)效應(yīng)評價技術(shù),煙蚜繭蜂除能寄生煙蚜外,還能寄生麥二叉蚜、麥長管蚜、棉蚜等多種農(nóng)作物蚜蟲[4],因此,該技術(shù)能否適用于除煙草外的其他農(nóng)田,還有待進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍進(jìn)行驗證。天敵昆蟲包括捕食性和寄生性昆蟲,本研究對象是個體較小、活動性較強(qiáng)、遷飛距離較長的寄生性天敵煙蚜繭蜂,而對于個體通常較大、活動性較弱、遷飛距離較短的捕食性昆蟲而言,其生態(tài)效應(yīng)評價指標(biāo)體系可能與寄生性天敵不盡一致。因此,對于捕食性天敵昆蟲的生態(tài)效應(yīng)評價指標(biāo)及評價方法,還有必要根據(jù)捕食性天敵昆蟲的寄主范圍等進(jìn)一步探究。
4 結(jié)論
本研究擬合的模型可用于煙田釋放煙蚜繭蜂防治煙蚜的生態(tài)效應(yīng)評價,是針對寄生性天敵昆蟲篩選和構(gòu)建的評估體系和評價模型。
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責(zé)任編輯:何承剛
基金項目:中國煙草總公司云南省公司科技計劃項目(KY202253041640039,2015YN24)。