棉鈴蟲寄主作物多樣性時空差異分析

　　摘要:選取14個代表性點位對2005—2016年間湖北棉鈴蟲7種主要寄主作物種植比例進行抽樣調查和統計分析.結果發現:基于辛普森指數和香農指數的寄主作物多樣性存在不同程度的時空差異或變化.從年度變化來看，除棗陽、公安、潛江、仙桃等少數點位外，大部分點位的寄主作物多樣性無顯著變化.從空間差異來看，14個點位中枝江和鐘祥等地的寄主作物多樣性相對較高，而棗陽和曾都等地的相對較低.按區域比較發現，鄂中北寄主作物多樣性最高，鄂中南、鄂東北次之，鄂北最低.可為進一步研究寄主作物多樣性對湖北棉鈴蟲的影響打下基礎.

　　關鍵詞:寄主作物,雜食害蟲,多樣性指數,區域差異

　　0引言

　　上世紀90年代之前，棉鈴蟲Helicoverpaarmigera(Hübner)曾是我國最主要的農作物害蟲之一.棉鈴蟲不僅危害棉花，同時也危害眾多其他經濟作物.從上世紀末開始，我國開始采用抗蟲棉花控制棉花害蟲.得益于抗蟲棉花的廣泛種植，棉鈴蟲的危害開始下降[1].不過，直到今天，棉鈴蟲仍是一種不容忽視的農作物害蟲.

　　在我國，棉鈴蟲是少數幾種較難控制的農作物害蟲之一.其主要原因是因為棉鈴蟲是一種高度雜食性害蟲[2-3].以我國華北和長江流域為例，其寄主作物高達數十種.除棉花外，其主要寄主作物還包括玉米、小麥、大豆、花生和蔬菜等常見作物[3].

　　因此，可以預見，這些寄主作物的比例構成對棉鈴蟲的田間種群密度具有重要的影響.近年來，由于政策和價格原因，湖北省各地棉花種植面積大幅下降[4].隨著棉花種植面積的下降，其他作物如玉米和蔬菜的種植面積可能增加，由此可能導致棉鈴蟲寄主作物的構成和多樣性發生變化.

　　另外，由于氣候環境和土地資源的差異，湖北各地棉鈴蟲寄主作物種植面積的構成本身存在很大差異，由此可能導致寄主作物多樣性出現空間差異.到目前為止，這種寄主作物構成及多樣性的時空差異到底有多大，具體格局到底怎樣，尚少見相關研究，特別是量化研究.

　　為此，本文中通過抽樣調查收集了湖北省內14個點位2005—2016年間棉鈴蟲的主要寄主作物種植面積數據.然后以這些數據為基礎，量化寄主作物多樣性并分析其時空差異，為后續研究寄主作物多樣性對棉鈴蟲田間種群大小的影響打下基礎.

　　1材料與方法

　　1.1研究區域

　　本文中的研究區域涵蓋除鄂西山區以外的湖北省絕大部分農作物種植區.研究涉及14個樣點縣市(或區).14個點位從西到東分別是:枝江、宜城、棗陽、鐘祥、荊州、公安、監利、潛江、仙桃、天門、曾都、孝感、新洲、武穴.

　　1.2數據來源

　　棉鈴蟲寄主作物種植面積數據來源于《湖北農村統計年鑒》(2006—2017)[5].統計年鑒含有包括棉鈴蟲主要寄主作物在內的湖北省各地主要農作物的種植面積數據.以統計年鑒為依據，本文中將棉鈴蟲的主要寄主作物分為7類:小麥、油菜、蔬菜、玉米、大豆、棉花、花生，然后分樣點分別收集了各年度的種植面積數據.

　　為了使不同點位的數據具有可比性，本文中同時收集了各點位的作物總面積數據，并以作物總面積為基準計算了各類寄主作物的種植面積比例.本文所稱的寄主作物面積比例均是指寄主作物占全部農作物總面積的比例.

　　1.3數據分析

　　1.3.1辛普森指數

　　辛普森指數是一種度量物種多樣性的常用方法[6].這里采用該指數來計算各地每年棉鈴蟲寄主作物的多樣性.

　　1.3.3混合效應回歸分析

　　采用混合效應回歸模型分析不同類型的自變量對因變量影響.模型假定自變量包括兩種影響效應:固定效應和隨機效應.固定效應的影響通過參數估計及相應的顯著性檢驗確定，而隨機效應通過協方差及相應的顯著性檢驗確定.不但如此，該模型允許自變量為分類變量.也就是說可以檢驗和分析分類變量的不同水平對因變量的影響差異.

　　本文中通過混合效應回歸模型進行了兩方面的分析:一是根據全部14個點位和全部年份的綜合數據分析不同點位多樣性指數的空間差異.其中因變量為多樣性指數，點位為固定效應，年份為隨機效應;二是以聚類分析得到的分類結果為依據通過模型檢驗寄主作物種植面積比例對多樣性指數的影響差異，該分析同樣假定年份為隨機效應.

　　1.3.4聚類分析

　　采用系統聚類分析方法，以7種寄主作物的種植面積比例為聚類指標對14個點位進行了聚類分析.系統聚類分析需對原始數據進行標準化處理，選用合適的距離計算公式和聚類方法.本文中采用標準差標準化方法對原始數據進行標準化處理，選用最遠距離法進行相關聚類分析，繪制聚類樹形圖.相關統計分析全部通過SPSS統計軟件完成.

　　2結果與分析

　　2.1寄主作物種植面積比例分布

　　首先，為了數據的可比性，本文中以作物種植總面積為基準，計算14個點位2005—2016年12年間的7種寄主作物種植面積比例，研究發現同一點位不同年份7種寄主作物種植面積比變化不大，因此計算14個點位2005—2016年12年7種寄主作物的種植面積比平均值.

　　從14個點位綜合來看，小麥、油菜、棉花和蔬菜4種寄主作物種植面積比例較高，其中棗陽、曾都和宜城小麥種植面積比例較高，分別為:41.38%、32.86%和26.77%，武穴油菜種植面積比例最高，為26.91%，同時這4個點位的其他寄主作物種植比例相對較低，而鐘祥、天門等地7種寄主作物種植比例相對比較平均.

　　2.2多樣性指數的時間變化

　　然后根據14個點位2005—2016年間每年小麥、油菜、蔬菜、玉米、豆類、棉花、花生的種植比例，按公式(1)和(2)計算得到各地每年的辛普森指數和香農指數，共168組數據.分點位對12年的數據進行回歸分析，發現大部分點位的寄主作物多樣性指數年度變化不顯著(P>0.01)，少部分點位年度變化顯著(P<0.01)，如:棗陽、公安、潛江、仙桃等.回歸分析按14個點位分別進行，多樣性指數分辛普森指數和香農指數兩種情形.在每個回歸分析中，多樣性指數為因變量，年份為自變量.

　　2.3多樣性指數的點位差異

　　以辛普森指數為目標，點位為固定效應，年份為隨機效應，采用混合效應回歸分析發現辛普森指數在14個點位之間存在顯著差異(P<0.01).辛普森指數從高到低依次為:枝江、鐘祥、天門、孝感、仙桃、宜城、潛江、荊州、公安、新洲、監利、棗陽、曾都、武穴.

　　以香農指數為目標，點位為固定效應，年份為隨機效應，采用混合效應回歸分析發現香農指數在14個點位之間存在顯著差異(P<0.01).香農指數從高到低依次為:鐘祥、枝江、宜城、天門、孝感、仙桃、潛江、荊州、新洲、公安、監利、武穴、曾都、棗陽.

　　由于地理環境存在差異，所以寄主作物多樣性出現地區差異并不奇怪.以棗陽、曾都、武穴等地為例，前兩地屬于鄂北低山丘崗區，以小麥等作物為主，而武穴屬鄂東南低山丘陵區，以油菜等作物為主，所以這幾地的寄主作物多樣性相對較低.比較而言，位于平原地帶的鐘祥和天門等地，適宜種植多種作物，所以寄主作物多樣性相對較高.

　　2.4多樣性指數的區域差異

　　以7種寄主作物的種植面積比例為基本指標對14個樣點進行系統聚類，根據樹形圖中顯示的距離跨度變化，可將14個點位分為4類，按樣點的地理位置，4類分別屬于鄂北(G1)，鄂中南(G2)，鄂東北(G3)，鄂中北(G4).

　　其中鄂北包括宜城、棗陽、曾都3個點位，鄂東北包括孝感、新洲2個點位，鄂中北包括鐘祥、天門2個點位，鄂中南包括枝江、荊州、公安、監利、潛江、仙桃、武穴7個點位.進一步以辛普森指數為目標，分類變量為固定效應，年份為隨機效應，基于混合效應回歸模型的分析結果顯示4類區域的辛普森指數之間存在顯著差異(F=304.088，P<0.01).

　　根據回歸模型估計，4個區域辛普森指數的平均值從低到高依次是鄂北(G1)，鄂中南(G2)，鄂東北(G3)，鄂中北(G4).以香農指數為目標的類似分析發現4個區域的香農指數之間存在顯著差異(F=597.421，P<0.01).

　　回歸估計顯示，4個區域香農指數的平均值從低到高依次是鄂北(G1)，鄂中南(G2)，鄂東北(G3)，鄂中北(G4)，結果與基于辛普森指數的分析一致.

　　3結論與展望

　　基于辛普森指數和香農指數的時間變化分析顯示，除棗陽、公安、潛江、仙桃等少數點位外，大部分點位的寄主作物多樣性在2005—2016間無顯著變化，表明這些點位的寄主作物構成基本穩定.基于辛普森指數和香農指數的空間差異分析顯示，14個點位的寄主作物多樣性存在顯著差異.對兩種指數進行排序發現，枝江和鐘祥等地相對較高，而棗陽和曾都等地相對較低.按區域劃分，鄂中北最高，鄂中南、鄂東北次之，鄂北最低，區域之間寄主作物多樣性存在顯著差異.

　　上述分類結果顯示湖北棉鈴蟲寄主作物多樣性與區域地理環境存在密切關聯.鄂中地區屬江漢平原地帶，適宜種植多種經濟與糧食作物[8-9]，因此這一地區寄主作物多樣性相對較高.而鄂北為低山丘崗地帶，只適宜種植某些經濟與糧食作物，且這些作物的分布一般比較分散，因此這一地區寄主作物多樣性相對較低.

　　因篇幅所限，本文中只對棉鈴蟲寄主作物多樣性的時空差異進行分析.后續研究包括進一步分析寄主作物多樣性對棉鈴蟲時空分布的影響.從小尺度上講，寄主作物多樣性可能影響害蟲的寄主植物選擇，進而對田間害蟲種群數量產生直接影響[10-15].

　　而從大尺度上講，寄主作物多樣性可能影響害蟲的遷飛轉移，也會對田間害蟲種群數量產生影響[3].在大尺度上，寄主作物多樣性還可能與氣候條件等其他因子產生相互作用，進而對害蟲空間分布產生更為復雜的影響.后續我們將結合棉鈴蟲調查數據對上述可能的影響開展研究.相關結果將另行發表.

　　4參考文獻

　　[1]WuK，LuY，FengH，etal.SuppressionofcottonbollworminmultiplecropsinChinainareaswithBttoxin-containingcotton[J].Science，2008，321:1676-1678.

　　[2]阿克旦·吾外士，李號賓，馬祁，等.新疆南部棉區棉鈴蟲在不同寄主植物上的分布及轉移危害[J].植物保護，2004，30(3):68-70.

　　[3]FengH，GouldF，HuangY，etal.ModelingthepopulationdynamicsofcottonbollwormHelicoverpaarmigera(Hübner)(Lepidoptera:Noctuidae)overawideareainnorthernChina[J].EcologicalModeling，2010，221:1819-1830.

　　[4]WanP，XuD，CongS，etal.HybridizingtransgenicBtcottonwithnon-Btcottoncountersresistanceinpinkbollworm[J].PNAS，2017，114(21):5413-5418.

　　生物論文投稿期刊：《生物多樣性》1993年創刊，為國家一級核心期刊。雙月刊，大16開本。一直以來，《生物多樣性》(由季刊發展為雙月刊)本著立足國內、面向國際的原則，憑著其前瞻性的研究論文和讀者至上的服務宗旨,已成為反映中國生物多樣性研究和發展水平的、國內生物學領域公認的高水平學術刊物，受到作者和讀者的高度評價。

轉載請注明來自發表學術論文網：http://www.cnzjbx.cn/nylw/20265.html