b水稻和化防田對稻田節(jié)肢動物群落影響的比較研究

b水稻和化防田對稻田節(jié)肢動物群落影響的比較研究

1bt水稻對水稻抗蟲性能的影響自茶葉轉(zhuǎn)讓和商業(yè)化以來，全球和國內(nèi)旋轉(zhuǎn)作物的種植面積逐年擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)效益日益明顯。例如，2002年，全球旋轉(zhuǎn)作物的種植面積為5.87107hm2，比1996年（約1.70106hm2）高出35倍，經(jīng)濟(jì)效益為42.5108mm，顯著節(jié)約了化學(xué)農(nóng)藥的使用。預(yù)計只種植白色棉時，每年可節(jié)省3.30107kg（相當(dāng)于2001年世界棉花病蟲害防治的8.12107kg寄生蟲活性成分的37%）。同時，相應(yīng)的潛在環(huán)境風(fēng)險也引起了各國政府、科學(xué)家和公眾的高度關(guān)注和廣泛討論[6、16、17、18、19、21、22、24和28]。然而，這些討論的主要依據(jù)主要是基于生態(tài)角度的推測和有限的內(nèi)部研究，以及對實地研究的直接證據(jù)相對不足。關(guān)于水稻b，我們過去主要集中在抗蟲育種和抗蟲性評價方面。到目前為止，已經(jīng)通過了許多抗蟲性水稻品種、水稻、雜交水稻材料或系統(tǒng)實施了實地試驗，但對潛在環(huán)境風(fēng)險的評估還不夠。除了分析耕地中隨機(jī)傳播的水稻和非目標(biāo)害蟲（cyrtordinans）或白背飛蝗（cyrtordinans）的行為、生長發(fā)育和產(chǎn)卵以及捕食者的黑肩綠色盲穿孔行為。此外，還沒有關(guān)于耕地中隨機(jī)傳播和影響昆蟲以外物種田間群體的活動的研究和評價。目前，關(guān)于b水稻對稻田群落的影響和堿農(nóng)藥的比較沒有發(fā)表。因此，對稻田群落結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了比較，特別是對耕地中隨機(jī)分布的影響進(jìn)行了比較。對日本和美國的影響。2材料和方法2.1水稻害蟲基因檢測供試材料系轉(zhuǎn)Bt基因秈稻(Bt水稻)純合品系TT9-3的R8代后代.該品系采用微粒轟擊法培育獲得,含cry1Ab/cry1Ac的Bt雜合基因和actinI啟動子基因,對稻螟蟲(Narangaaenescens)和稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocismedinalis)等多種鱗翅目水稻害蟲表現(xiàn)高抗.對照為未轉(zhuǎn)基因的親本秈稻品種IR72.2.2學(xué)習(xí)方法2.2.1藥劑及其他藥劑試驗在浙江省Bt水稻中間試驗圃中進(jìn)行.按轉(zhuǎn)基因作物安全管理要求,試驗圃四周設(shè)置有溪溝、蔬菜田,與常規(guī)水稻田間形成自然隔離帶.試驗設(shè)3個處理:1)Bt稻田(TT9-3):栽種轉(zhuǎn)基因Bt水稻TT9-3,全生育期不施任何化學(xué)殺蟲劑;2)化防稻田(CCK):栽種非轉(zhuǎn)基因的IR72品種,于第1次調(diào)查后(移栽45d后),參考當(dāng)?shù)厣a(chǎn)用藥習(xí)慣在每次取樣調(diào)查前3d定期噴霧甲胺磷(50%乳油,江蘇省蘇州化工農(nóng)藥集團(tuán)公司)和殺蟲雙(25%水劑,浙江海鹽農(nóng)藥廠),每667m2用量各為50ml和100ml,至最后1次調(diào)查前則不再噴施藥劑,共計噴藥5次;3)非化防對照稻田(CK):栽種非轉(zhuǎn)基因的IR72品種,全生育期不施任何化學(xué)殺蟲劑.對照介于化防稻田和轉(zhuǎn)Bt基因稻田之間.各處理稻谷播種日期為2001年4月5日,秧苗移栽日期為5月19日.各處理栽種田塊面積均為500m2,田塊間以田埂加以隔離.整個水稻生育期各處理肥水管理同常規(guī)生產(chǎn),但均不噴施任何殺菌劑和除草劑.2.2.2角線法取樣的取樣移栽后30d開始,每15d取樣調(diào)查1次,至水稻收割前10d左右,共計取樣7次.采用對角線法于各處理田塊選取5點,用采樣框(0.5m×0.5m×0.9m)罩住,然后用參照劉雨芳等改裝的吸蟲器采集取樣.取樣后立即用75%的酒精保存樣品,攜回室內(nèi)后,除去雜物,挑出的節(jié)肢動物再用80%酒精保存.然后在體視鏡下進(jìn)行鑒定和計數(shù).常見個體盡可能鑒定到種,其它鑒定至科.2.2.3bt水稻田和化防田植物群落間的群落相互間性在參考Heong和Schoenly方法的基礎(chǔ)上,按劉志誠等將稻田節(jié)肢動物按營養(yǎng)關(guān)系劃分為植食類、寄生類、捕食類、腐生類和其它類5個功能團(tuán),比較分析各處理中各功能團(tuán)數(shù)量的時間動態(tài)變化,以及各功能團(tuán)優(yōu)勢度(某功能團(tuán)的個體總數(shù)占調(diào)查的所有節(jié)肢動物個體總數(shù)的百分率).同時分析各功能團(tuán)內(nèi)科的優(yōu)勢度,即科優(yōu)勢度(%)=(Ni/N)×100%.式中,Ni為功能團(tuán)內(nèi)第i科的個體總數(shù),N為該功能團(tuán)內(nèi)的個體總數(shù).采用Kolmogorov-Smirnov檢驗比較各功能團(tuán)內(nèi)科組成及其優(yōu)勢度分布在Bt水稻田(或化防田)與對照田之間的差異性,當(dāng)兩者間累計優(yōu)勢度百分?jǐn)?shù)最大差值的絕對值D分別大于D0.05和D0.01時,示差異各達(dá)顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平.以X2檢驗,比較Bt稻田或化防田和對照田間各功能團(tuán)及其科的優(yōu)勢度,當(dāng)X2大于X20.050.052和X20.01時,示差異各達(dá)顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平.以科為單位,參照Krebs分別計算Bt稻田、化防田和對照田節(jié)肢動物群落的有關(guān)參數(shù),并分析相互間群落的相異性.Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′):H′?∑i=1spilnpiΗ′-∑i=1spilnpi式中,pi=NiNSpi=ΝiΝS為群落中的科數(shù);pi系群落中第i科的個體總數(shù)(Ni)占群落中總個體數(shù)(N)的比例.均勻性指數(shù)(J):J=H′H′maxJ=Η′Η′max式中,H′為Shannon-Wiener多樣性指數(shù),為H′max的最大理論值,即假定群落內(nèi)各個物種均以相同比例存在時的H′值.Simpson優(yōu)勢集中性指數(shù)(C):C=∑i=1s(NiN)2C=∑i=1s(ΝiΝ)2式中,Ni為第i科的個體總數(shù),N為群落的個體總數(shù).群落相異性測度采用Bray-Curtis距離系數(shù)(B)計算,B=∑i=1n|xij?xik|∑i=1n|xij+xik|B=∑i=1n|xij-xik|∑i=1n|xij+xik|式中,n為樣本的科總數(shù);xij、xik為樣本j和樣本k中第i科的個體數(shù).上述各參數(shù)計算均采用DPS軟件進(jìn)行.3結(jié)果與分析3.1昆蟲及常見種類從各處理田塊共查獲節(jié)肢動物個體9912頭(其中Bt稻田、化防田和對照田分別為3465、2919和3528頭),隸屬9目53科,歸屬5個功能團(tuán).植食類昆蟲7目17科,其中飛虱科的白背飛虱為最常見;寄生類昆蟲1目8科,常見有繭蜂科(Braconidae)和金小蜂科(Pteromalidae);捕食類計4目18科昆蟲或蜘蛛,常見有肖蛸科(Tetragnathidae)的錐腹肖蛸(Tetragnathamaxillosa)和皿蛛科的食蟲溝瘤蛛(Ummeliatainsecticeps);腐食類昆蟲2目7科,常見有圓跳蟲科(Sminthuridae)和蠓科(Ceratopogonidae);其它類群計1目3科,常見為蚊科(Culicidae)和搖蚊科(Chironomidae).比較而言,Bt稻田與對照田間各功能團(tuán)優(yōu)勢度均無顯著差異.化防田與Bt稻田或?qū)φ仗锵啾?除捕食類和腐生類外,植食類和寄生類的優(yōu)勢度均極顯著為低,其它類群則顯著為高(表1).3.2功能團(tuán)內(nèi)各功能團(tuán)各組分優(yōu)勢度的比較各功能團(tuán)內(nèi)科的組成及其優(yōu)勢度分布如圖1.Kolmogorov-Smirnov檢驗結(jié)果表明,Bt稻田與對照田間各功能團(tuán)內(nèi)科的組成及其優(yōu)勢度分布無顯著差異;化防田與對照田間除植食類和寄生類外,均有顯著或極顯著差異;Bt稻田與化防田間僅腐生類組成和優(yōu)勢度分布有極顯著差異(表2).就各功能團(tuán)內(nèi)各科優(yōu)勢度而言,植食類、捕食類和其它類的各科優(yōu)勢度在Bt稻田、化防田和對照田間均無顯著差異;而寄生類和腐生類則在三者間有一定的差異.就寄生類而言,Bt稻田的金小蜂科和姬蜂科的優(yōu)勢度顯著低于對照田,姬小蜂科、纓小蜂科(Mymaridae)和錘角細(xì)蜂科(Diapriidae)則反之;而化防田的緣腹細(xì)蜂科(Scelionidae)、分盾細(xì)蜂科(Ceraphronidae)和姬蜂科(Eulophidae)的優(yōu)勢度均顯著低于對照田,繭蜂科則反之(圖2).就腐生類而言,Bt稻田與對照田間各科優(yōu)勢度則無顯著差異,但化防田的蠓科和糞蚊科(Scatopsidae)優(yōu)勢度顯著高于對照田,圓跳蟲科卻反之.3.3各動物密度的動態(tài)由圖2可見,Bt稻田與對照田間各功能團(tuán)內(nèi)個體密度及所有節(jié)肢動物總密度的時間動態(tài)變化趨勢相似,且兩者間大多無顯著差異.化防田的寄生類、捕食類、腐生類和其它類個體密度的時間動態(tài)趨勢與Bt稻田或?qū)φ仗锘鞠嗨?除個別取樣時間有顯著差異外,一般無顯著差異,而植食類和所有節(jié)肢動物個體密度與Bt稻田或?qū)φ仗锵啾?大多時間尤其在取樣后期顯著為低.3.4bt稻田的多樣性指數(shù)對調(diào)查期間所獲所有樣本的綜合分析結(jié)果表明,Bt稻田群落結(jié)構(gòu)主要參數(shù),即物種(科)豐富度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)、優(yōu)勢集中性指數(shù)分別為41、2.62、0.49和0.29;對照田各為36、2.75、0.53和0.24;化防田各為30、1.80、0.36和0.49.物種豐富度以化防田最低,Bt稻田最高;Bt稻田的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和優(yōu)勢集中性指數(shù)與對照田相近;化防田的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)均明顯低于對照,而優(yōu)勢集中性指數(shù)卻明顯高于對照.就各群落參數(shù)的時間動態(tài)而言,Bt稻田和對照間基本相似,與化防田則有明顯不同.在調(diào)查的前、中期,化防田的物種豐富度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)均較低,而優(yōu)勢集中性指數(shù)則相反(圖3).3.5bra-curis距離系數(shù)Bt稻田、化防田和對照田節(jié)肢動物群落相互間的Bray-Curtis距離系數(shù)如表3所示.Bt稻田與對照田間不論植食類、寄生類和捕食類亞群落,還是所有節(jié)肢動物群落,其Bray-Curtis距離系數(shù)均較低,即兩者間群落相似性較高,而化防田與Bt稻田(或?qū)φ仗?間除捕食類亞群落和整個節(jié)肢動物群落外植食類和寄生類亞群落的Bray-Curtis距離系數(shù)明顯為高,即相似性較低.4優(yōu)勢度、多樣性及多樣性指數(shù)田間調(diào)查結(jié)果表明,盡管寄生類有些科優(yōu)勢度在Bt稻田與對照田間有一定的差異,但大多數(shù)情況下,節(jié)肢動物功能團(tuán)組成及其優(yōu)勢度、各功能團(tuán)內(nèi)科組成及其優(yōu)勢度分布、功能團(tuán)內(nèi)個體密度的時間動態(tài)、群落參數(shù)及其時間動態(tài)在Bt稻田與對照田間均無顯著差異,且兩者間節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)非常相似,可見Bt水稻對稻田節(jié)肢動物群落基本無明顯的負(fù)效應(yīng).這與劉志誠的結(jié)論完全吻合.與對照田相比,化防田的植食類和寄生類功能團(tuán)的優(yōu)勢度、植食類和所有節(jié)肢動物個體密度的時間動態(tài),以及群落多樣性指數(shù)等差異均較明顯,有時可達(dá)顯著或極顯著水平;化防田與對照田間節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)的相似性也明顯低于Bt稻田與對照田,其中以植食類和寄生類亞群落更為明顯.綜合比較分析可知,Bt水稻對稻田節(jié)肢動物群落的影響明顯弱于化學(xué)殺蟲劑.這與Bt馬鈴薯對非靶標(biāo)害蟲和天敵亞群落的影響小于化學(xué)殺蟲劑的結(jié)論相一致.由此可以認(rèn)為,利用Bt水稻防治稻螟蟲和稻縱卷葉螟等鱗翅目害蟲比使用化學(xué)殺蟲劑更利于稻田節(jié)肢動物群落保持一定的穩(wěn)定性和保護(hù)稻田中的害蟲天敵.本文僅從群落水平較宏觀地探討了Bt水稻對稻田節(jié)肢動物的影響,及其與應(yīng)用化學(xué)殺蟲劑