Community of Predatory Arthropods in Rice Fields in Off-Season Breeding Region

ZHOU Xia; XIE Xiang; TAN Yanhua; YI Xiaoping; XIA Qiyu; ZHANG Lili; GUO Anping

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2020.08.019

Chinese Journal of Tropical Crops >

2020 , Vol. 41 >Issue 8: 1642 - 1647

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2020.08.019

Community of Predatory Arthropods in Rice Fields in Off-Season Breeding Region

ZHOU Xia ,
XIE Xiang ,
TAN Yanhua ,
YI Xiaoping ^,^* ,
XIA Qiyu ,
ZHANG Lili ,
GUO Anping ^,^*

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Hainan Key Laboratory for Biosafety Monitoring and Molecular Breeding in Off-Season Reproduction Regions / Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences, Haikou, Hainan 571101, China

Received date: 2019-11-08

Request revised date: 2019-11-22

Online published: 2020-09-17

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Abstract

Off-season breeding regions of Hainan province are located in the tropical area. 60% of Off-season breeding regions were planted for rice. To study the community of predatory arthropods in the Off-season breeding region rice fields for biological control and monitoring purpose, field insect sampling by the suction method in different rice developmental stages were conducted in Sanya in 2013. The results showed that there were 40 species predatory arthropods of 9 orders, and the population dynamics of the dominant predators Micraspis discolor and Tetragnatha maxillosa in rice fields were studied. The study would provide a foundation for the biological control in tropical areas and monitoring purpose in Off-season breeding regions.

Key words： Off-season breeding region; tropical area; rice field; predatory arthropods; population dynamics

Cite this article

ZHOU Xia , XIE Xiang , TAN Yanhua , YI Xiaoping , XIA Qiyu , ZHANG Lili , GUO Anping . Community of Predatory Arthropods in Rice Fields in Off-Season Breeding Region[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2020 , 41(8) : 1642 -1647 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.08.019

海南省陵水县、乐东县和三亚市地处热带地区,因为独特的自然气候条件,成为中国南繁基地。新中国成立以来培育的7000多个农作物新品种中,70%以上都经历过南繁育种环节^[1,2]。近年来,随着我国常规育种和转基因作物新品种培育的快速发展,进入南繁区的育种材料日益增多,而相应的监测、预警和控制措施却远远滞后。短期内南繁大面积展开,转基因材料的大量进入,以及农药的大量使用,均可能改变当地环境,对当地节肢动物群落产生很大影响。因此,为了保障南繁区生物安全,必须加强南繁区转基因作物对节肢动物的影响进行评估、监测、预警和控制^[1,2]。

水稻是南繁区种植最多的作物。2017年南繁区制种水稻8 000 hm²,约占南繁区制种总面积的60%^[2]。热带地区稻田害虫全年均可发生为害,种类多,数量大。2014—2018年的调查结果显示南繁区稻田比较常见的害虫有鳞翅目、直翅目和半翅目等64种^[4]。因此,南繁区的有害生物防治工作比其它地区更为严峻复杂^[3]。天敌的利用是有害生物防治的一种重要手段,对我国亚热带稻区天敌种类和种群发生情况的研究比较深入和系统,在利用天敌进行稻田害虫防控方面已经有较多研究^{[5,6,7,8,9,10]}。亚热带水稻生态系统中的捕食性天敌有4目或5目,包括鞘翅目、蜘蛛目和半翅目,其中,黑肩绿盲蝽（Cyrtorhinus lividipennis）占18%以上^[6],最高可达70%~80%^[8],是优势种。而南繁区尚无水稻生态系统捕食性天敌方面的系统研究。

转基因作物的田间释放,必须评估其对环境的潜在风险,包括对非靶标节肢动物的潜在影响,需要了解转基因作物释放环境中节肢动物的群落结构,以及哪些物种最有可能受到转基因蛋白的影响等信息^[11,12]。摸清南繁稻田生态系统中捕食性天敌的种类和优势种群的发生规律,并且从中选择出指示性昆虫,对于南繁区转基因作物的生态风险监测具有重要意义。

本研究调查分析了三亚南繁区（即热带地区）稻田的捕食性天敌种类和种群发展情况,重点研究了天敌优势种群的年发展情况,可为热带地区水稻害虫的生物防治和南繁稻田监测昆虫的确定提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

试验地点位于海南省三亚市吉阳镇的三亚市南繁科学技术研究院基地。栽培管理措施按照当地常规方式进行,整个生育期的田间管理除去必要的灌水、锄草外,尽量减少人为因素的影响（不使用除草剂和杀虫剂）。试验水稻品种为‘明恢63’。

1.2 方法

1.2.1 试验设计于2013年对南繁区稻田的捕食性天敌进行三季种群发展试验。试验设1个处理,3次重复,共3个小区,每个小区面积300 m²（长20 m,宽15 m）。播种时间分别为2012年12月、2013年4月、2013年7月,田间移栽时间为播种1个月后。

1.2.2 调查方法采用吸虫器法进行采样调查。在水稻移栽后15 d的苗期调查第1次,分蘖期、开花期和成熟期各调查1次。每次调查时,每个重复调查5个点,每点随机调查9株,用吸虫器由上往下吸取全株水稻上的节肢动物。所吸虫样用75%乙醇溶液浸泡,带回室内整理、分类鉴定和统计。

1.2.3 群落指数计算计算捕食性天敌群落各项指数：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（C_s）。计算公式如下：

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

J=H°/ln S,S为物种总数。

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

C=∑P_i²

C_s=2j/(a+b),j为2个群落共有物种数,a和b分别为2个群落各自物种数。

1.3 数据处理

采用SPSS 16.0软件进行数据分析,天敌种群数量进行t检测。

2 结果与分析

2.1 南繁区稻田捕食性天敌种类

通过2013年三季的试验调查,在三亚南繁水稻生态系统中有丰富的捕食性天敌（表1）。结果显示捕食性天敌共40种,分布在9目^{[13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23]}。其中,第一季的捕食性天敌有8目26种,第二季有8目22种,第三季有9目27种。在调查的捕食性天敌中,鞘翅目13种（优势度指数D为39.5%~45.0%）,蜘蛛目14种（D为37.4%~40.9%）,直翅目1种（D为4.3%~8.0%）,半翅目2种（D为3.2%~ 4.7%）,蜻蜓目4种（D为1.7%~2.5%）,膜翅目1种（D为1.2%~2.5%）,双翅目2种（D为2.3%~4.2%）,革翅目2种（D为1.4%~2.1%）,螳螂目1种（D为0.2%）。除螳螂目只有在第三季捕捉到,其它8目在三季都有发生。三季中鞘翅目和蜘蛛目总数量占比均最高,直翅目次之,螳螂目最少。因此,南繁区稻田鞘翅目和蜘蛛目是最重要的捕食性天敌,而且大多数种类是多食性天敌。

表1 2013年三亚南繁区稻田捕食性天敌的种类和优势度

Tab. 1 Composition of species and their dominant degree of conummity of predatory armropods in paddy fields in 2013

种类 Species	第一季 SeasonⅠ			第二季 SeasonⅡ			第三季 Season Ⅲ
种类 Species	数量 Number		优势度指数D Dominance index/%	数量 Number		优势度指数D Dominance index/%	数量 Number		优势度指数D Dominance index/%
鞘翅目Coleoptera	208		39.5	254		45.0	266		41.2
稻红瓢虫Micraspis discolor	110		20.9	130		23.0	134		20.7
六斑月瓢虫Menochilus sexmaculata	0		0.0	1		0.2	0		0.0
八斑和瓢虫Harmonia octomaculata	1		0.2	0		0.0	0		0.0
狭臀瓢虫Coccinella transversalis	0		0.0	0		0.0	1		0.2
十斑盘瓢虫Lemnia bissellate	1		0.2	0		0.0	1		0.2
印度长颈步甲Ophionea indica	33		6.3	53		9.4	62		9.6
钩颚蓝步甲Drypta lineola	2		0.4	0		0.0	0		0.0
双斑青步甲Chlaenius bioculatus	0		0.0	2		0.4	2		0.3
步甲1 Eucolliuris fuscipennis	1		0.2	0		0.0	1		0.2
步甲2 Ophionea sp.	0		0.0	1		0.2	0		0.0
红胸隐翅虫Paederus fuscipe	30		5.7	37		6.6	32		5.0
毒隐翅虫Paederus sp.	3		0.6	3		0.5	3		0.5
郭公虫Cleridae sp	27		5.1	27		4.8	30		4.6
蜘蛛目Araneae	197		37.4	224		39.7	264		40.9
八斑鞘蛛Coleosoma octomaculatum	5		0.9	0		0.0	0		0.0
拟水狼蛛Pirara subpiraticus	1		0.2	1		0.2	0		0.0
沟渠豹蛛Pardosa laura	0		0.0	1		0.2	0		0.0
锥腹肖蛸Tetragnatha maxillosa	96		18.2	117		20.7	111		17.2
华丽肖蛸Tetragnatha nitens	0		0.0	1		0.2	0		0.0
长螯肖蛸Tetragnatha mandibulata	1		0.2	0		0.0	0		0.0
斜纹猫蛛Oxyopes sertatus	52		9.9	66		11.7	68		10.5
双带扁蝇虎Menemerus bivittatus	0		0.0	0		0.0	5		0.8
横纹蝇狮Marpissa pulla	0		0.0	0		0.0	8		1.2
角猫跳蛛Carrhotus sannio	3		0.6	0		0.0	2		0.3
黑猫跳蛛Carrhotus xanthogramma	0		0.0	0		0.0	25		3.9
跳蛛1 Salticidae sp.	30		5.7	38		6.7	45		7.0
跳蛛2 Rhene sp.	6		1.1	0		0.0	0		0.0
跳蛛3 Rhene sp.	3		0.6	0		0.0	0		0.0
半翅目Hemiptera	25		4.7	18		3.2	22		3.4
黑肩绿盲蝽Cyrtorrhinus livdipennis	14		2.6	11		2.0	15		2.3
南亚大眼长蝽Geocoris ochropterus	11		2.1	7		1.2	7		1.1
直翅目Orthoptera	42		8.0	24		4.3	45		7.0
大草螽Conocephalus gigantius	42		8.0	24		4.3	45		7.0
双翅目Diptera	22		4.2	15		2.7	15		2.3
斑眼食蚜蝇Eristalis arvorum	0		0.0	0		0.0	1		0.2
Poecilotraphera taeniata	22		4.2	15		2.7	14		2.2
膜翅目Hymenoptera	13		2.5	9		1.6	8		1.2
红火蚁Solenopsis invicta	13		2.5	9		1.6	8		1.2
革翅目Dermaptera	11		2.1	8		1.4	9		1.4
日本蠼螋Labidura japonica	11		2.1	8		1.4	6		0.9
蠼螋Euborellia sp.	0		0.0	0		0.0	3		0.5
种类 Species	第一季 SeasonⅠ			第二季 SeasonⅡ			第三季 Season Ⅲ
种类 Species	数量 Number	优势度指数D Dominance index/%		数量 Number	优势度指数D Dominance index/%		数量 Number	优势度指数D Dominance index/%
蜻蜓目Odonata	9	1.7		12	2.1		16	2.5
褐斑异痣蟌Ischnura sengalensis	8	1.5		11	1.9		15	2.3
黄尾小蟌Agriocnemis pygmaea	0	0.0		0	0.0		1	0.2
黄蜻Pantala flavescens	1	0.2		0	0.0		0	0.0
黄翅蜻Brachythemis contaminate	0	0.0		1	0.2		0	0.0
螳螂目Mantodea	0	0.0		0	0.0		1	0.2
Mantis sp.	0	0.0		0	0.0		1	0.2

2.2 南繁区稻田捕食性天敌优势种分析

按优势度指数D≥10%、5%≤D<10%、1%≤D<5%、D<1%,分别将物种（类）称为群落的优势种、丰盛种、常见种和稀有种,并将前3类合称为主要物种。在第一季稻田中采集到2个优势种、6个丰盛种、7个常见种、11个稀有种;第二季稻田中采集到3个优势种、3个丰盛种、8个常见种、8个稀有种;第三季稻田中采集到3个优势种、4个丰盛种、8个常见种、12个稀有种（表1）。

通过调查发现,三亚稻田鞘翅目天敌有13种,其中瓢虫5种,步甲5种,隐翅虫2种,郭公虫1种,稻红瓢虫（M. discolor）为优势种,印度长颈步甲（O. indica）和红胸隐翅虫（P. fuscipes）为丰盛种。三亚稻田蜘蛛目天敌有14 种,优势种为锥腹肖蛸（T. maxillosa）,斜纹猫蛛（O. sertatus）在第一季为丰盛种,在第二和第三季为优势种（表1）。

2.3 南繁区稻田捕食性天敌群落指数分析

就群落相似性而言,第一季与第二季的群落相似系数C_s为0.83,第一季与第三季的群落相似系数C_s为0.75,第二季与第三季的群落相似系数C_s为0.72（表2）。

表2 群落相似系数C_s

Tab. 2 Similarity coefficient of communities

季节 Season	所有种类C_s C_s of all species	优势种C_s C_sof dominant species	丰盛种C_s C_s of abundant species	常见种C_s C_s of common species	稀有种C_s C_s of rare species
第一季和第二季	0.83	0.80	0.67	0.80	0.21
第一季和第三季	0.75	0.80	0.80	0.67	0.26
第二季和第二季	0.72	1.00	0.86	0.93	0.20

三季稻田的捕食性天敌多样性指数（H′）为2.324~2.535,均匀性指数（J）为0.752~0.778,优势集中性指数（C）为0.111~0.134（表3）。

表3 三季捕食性天敌群落结构参数

Tab. 3 Parameters of community of predators in 3 seasons rice fields

季节 Season	物种多样性指数H° Species diversity index, H°	均匀性指数J Evenness index, J	优势集中性指数C Dominance concentration index, C
第一季	2.535	0.778	0.111
第二季	2.324	0.752	0.134
第三季	2.522	0.765	0.111

2.4 南繁区稻田捕食性天敌优势种种群动态

通过上述分析可知,稻红瓢虫（M. discolor）和锥腹肖蛸（T. maxillosa）是三亚稻田捕食性天敌优势种。对三季水稻各生长期稻红瓢虫和锥腹肖蛸的种群动态分析表明,稻红瓢虫成虫在稻田各个时期均稳定存在,在水稻苗期和分蘖期锥腹肖蛸（包括若蛛）是最优势种,但在开花后期和成熟期稻红瓢虫幼虫大量出现,整体数量超过锥腹肖蛸。而且2个优势种天敌在三季中的种群动态变化趋势相似（图1）。

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图1 2013年优势天敌在三季水稻各生长期的种群动态

Ⅰ：苗期;Ⅱ：分蘖期;Ⅲ：开花期;Ⅳ：灌浆成熟期

Fig. 1 Different abundance of dominant predators in rice growth stages of 3 seasons in 2013

Ⅰ: Seedling stage; Ⅱ: Tillering stage; Ⅲ: Blooming stage; Ⅳ: Grain filling stage

3 讨论

南繁区主要在我国的热带地区,温湿条件适合,害虫种类多,因为没有明显的越冬现象,害虫世代重叠比较严重,一旦发生数量大^[3]。通过调查表明,南繁区稻田常见的害虫不仅有鳞翅目螟蛾类和半翅目飞虱叶蝉类,还包括直翅目和鞘翅目等多种害虫^[4]。我国亚热带稻区在天敌种类调查和利用天敌进行稻田害虫防治方面的研究已取得较大进展^{[5,6,7,8,9,10]}。因此,调查研究南繁稻田生态系统中的天敌尤其是捕食性天敌的种类和种群发生规律,对于开展热带地区水稻害虫的生物防治尤为重要。

通过调查表明,热带地区水稻生态系统中捕食性天敌种类丰富,有9目40种,在种类和优势种方面与亚热带水稻生态系统有较大差异。三亚南繁稻田捕食性天敌主要有8目,高于亚热带水稻生态系统中4目或5目^[6,7,8]。鞘翅目、蜘蛛目和半翅目天敌在热带和亚热带水稻生态系统中都是比较重要的天敌,但在南繁区三季稻田中直翅目、革翅目和双翅目捕食性天敌的数量比较均匀,种群比较稳定,而未见其在亚热带水稻生态系统中稳定发生的报道。

研究显示三亚南繁稻田鞘翅目天敌有13种,鞘翅目捕食性天敌数量占比最高,其三季总数量占捕食性天敌总数比为39.5%~45.0%;蜘蛛目有14种,其三季总数量占捕食性天敌总数比为37.4%~40.9%。而亚热带稻田的优势天敌有捕食蝽类和蜘蛛类^[6,7,8],鞘翅目天敌有8种,占比在2%以下^[8]。在亚热带稻田,黑肩绿盲蝽数量占比在18%以上^[7],最高可达70%~80%^[8],是最优势种群。但在南繁稻田,黑肩绿盲蝽数量占比3%以下,只是常见种天敌。这可能与热带地区害虫发生情况和捕食性天敌种类有关,有些天敌也能捕食黑肩绿盲蝽。

三亚南繁水稻生态系统中一年三季稳定存在的最优势天敌为稻红瓢虫和锥腹肖蛸。稻红瓢虫成虫在稻田各个时期均稳定存在,在水稻苗期和分蘖期蜘蛛目的锥腹肖蛸是最优势种,但在开花后期和成熟期稻红瓢虫幼虫大量出现,整体数量超过锥腹肖蛸。稻红瓢虫广泛分布于亚热带和热带地区,国外主要分布于南亚和东南亚,国内分布于淮河、秦岭以南等省区,其发生数量随海拔增高而递减^{[24,25,26,27]}。稻红瓢虫取食蚜虫、稻蓟马、飞虱若虫、叶蝉若虫、二化螟和稻纵卷叶螟的卵和幼虫,以及水稻花粉和一些禾本科杂草的花粉,在水稻生态系统中对重要的刺吸性害虫如稻飞虱和叶蝉可以起到生物控制的作用^[25,26]。而进行转基因作物对非靶标节肢动物的风险评估时,需要了解释放环境生态系统中节肢动物的种群,并选择其中最有可能受到转基因蛋白影响的物种作为指示昆虫^[11,12]。稻红瓢虫是植食性兼肉食性的优势昆虫,通过ELISA测定表明,Bt杀虫蛋白可以通过花粉和褐飞虱沿着食物链传递给稻红瓢虫^[28],因此稻红瓢虫可以作为南繁区转基因水稻监测的指示昆虫,以便对捕食性天敌进行长期监测。

综上所述,从对南繁区转基因等多种水稻育种材料对节肢动物的影响进行评估、监测、预警和控制等角度出发,研究三亚南繁区稻田捕食性天敌的种群发展情况,并选择其中的优势种稻红瓢虫作为南繁地区转基因水稻对非靶标昆虫进行监测的指示昆虫,可为热带稻区害虫的生物防治提供理论基础。

感谢中山大学贾凤龙教授鉴定部分昆虫。

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