基于保育式生物防治的蜜粉源植物调查与群落构建研究

任斌斌 王建红*李广 邵金丽 Ren Binbin Wang Jianhong Li Guang Shao Jinli   2018-06-11 16:15:28

摘要:以北京城市绿地为研究对象,对有害生物及其天敌、优势天敌补充营养蜜粉源植物以及基于生物防治的蜜粉源植物群落构建方法进行研究。结果表明:调查共发现17种刺吸害虫,瓢虫、草蛉、食蚜蝇和寄生蜂是其主要天敌类群。草本植物中,欧防风等12种植物、欧防风1种植物及荆芥1种植物分别对食蚜蝇、寄生蜂和草蛉具有良好的诱集作用。木本植物中,山茱萸等5种植物、紫叶李等7种植物、糠椴等4种植物及山茱萸等7种植物分别对食蚜蝇、寄生蜂、瓢虫和草蛉具有诱集作用。将不同花期的蜜粉源植物成片配置于目标害虫植物周围,是进行生防型植物群落构建的基本方法与步骤。

关键词:园林植物;蜜粉源植物;调查;群落构建;保育式生物防治

文章编号:1000-6664(2018)01-0108-05

中图分类号:S 688

文献标志码:A

收稿日期:2017-01-19

修回日期:2017-11-15

基金项目:北京市科技计划课题“北京通州区生态绿化城市建设关键技术集成研究”(编号D171100001817001)资助

Abstract: Using the Beijing urban green space as the research object, the pests and their natural enemies of the green space, the kinds of floral resource plants providing nutrition for the advantage natural enemies and the method of floral resource plant community construction based on biological control are studied. The results show that 17 kinds of sap-sucking insects are found in this survey, ladybugs, lacewings, hoverflies and parasiticwasps are the main natural enemies of sap-sucking insects. In all herbage plants, 12 kinds of plants including Pastinaca sativa have good effect on trapping the hoverflies, Pastinaca sativa also can trap the parasitic wasps while Nepeta cataria can trap the lacewings. In all woody plants, 5 kinds of plants including Cornus officinalis have good effect on trapping the hoverflies, 7 kinds of plants including Prunus ceraifera. Pissardii have good effect on trapping the Parasitic wasps, 4 kinds of plants including Tiliam and Shurica have good effect on trapping on the ladybugs, and 7 kinds of plants including Cornus officinalis have good effect on trapping the lacewings. Planting floral resource plants with different flowering season around the target pests is the basic method of bio-control type plant community construction.

Key words: landscape plants; floral resource plant; investigation; community construction; conservation biological control

近年来,随着绿化事业的不断发展和贸易往来的不断扩大,绿地有害生物发生面积不断增加,危害程度总体呈上升趋势,已对城市绿地生态系统的稳定、安全及园林绿化建设的可持续发展构成威胁。与此同时,长期不合理的化学用药、不科学的园林植物配置进一步造成了城市绿地生态系统失衡,致使园林有害生物防治陷入“越打药,虫害发生越重,虫害发生越重,打药越重”的恶性循环中,亟需以生物防治为主的绿色防控技术进行防治。

生物防治分为传统生物防治、增补式生物防治及保育式生物防治3类。其中,保育式生物防治主要通过改善天敌生存、繁衍、栖息和觅食等生态环境措施和改变农药使用方式等手段显著提高自然界中天敌的控害能力来控制有害生物,是实现有害生物可持续控制和生态系统平衡的有效方法,常用措施包括提供蜜粉源植物、提供天敌栖息场所、提供人工食物以及提高植物生物多样性等。

多数寄生性和捕食性天敌昆虫成虫具有通过取食非寄主食物来补充营养的习性[1],天敌昆虫通过补充营养能够显著延长其成虫寿命[2-5],促进生殖系统发育[6-8],甚至一些天敌昆虫不经过补充营养阶段就不能达到性成熟[9-10]。因而在目标害虫周围合理配置蜜粉源植物,可显著提高目标害虫天敌昆虫的控害能力。

目前,保育式生物防治相关研究均集中于国外,涉及蜜粉源植物、人工饲料、天敌栖息和越冬场所、化学生态和保育式生物防治关系等[11]。国内相关研究则甚少涉及。本文以北京城市绿地为研究对象,对有害生物及其天敌、优势天敌蜜粉源植物以及基于保育式生物防治的蜜粉源植物群落构建方法进行研究,以期为园林绿地虫害管理提供思路,为城市绿地植物景观设计提供依据。

1 研究方法1.1 常见虫害及其天敌调查方法

1.1.1 研究地概况

选择北京市海淀区北坞村路与闵庄路交叉口西北侧绿地(样地1)、万泉河桥东南角绿地(样地2)和大望京公园(样地3)作为有害生物及其天敌的调查样地。结合群落常见种,筛选出供试植物(表1)。

1.1.2 调查方法

样地内,每种供试植物各随机抽取3株,于其东南西北4个方向随机各抽取一根枝条,其下悬挂黄板(北京中捷四方生物科技有限公司生产,25cm×40cm,两面着胶),调查时间为2015年4—11月,每14d一次,每次调查后更换黄板。阔叶植物调查内容为:所抽取枝条、枝条顶部向下10个叶片上害虫种类和数量以及黄板上天敌种类和数量;针叶植物调查内容为:所抽取枝条顶部向下20cm范围内的枝条、针叶上害虫种类和数量及悬挂黄板上天敌的种类和数量。

1.2 优势天敌蜜粉源植物调查方法

1.2.1 草本植物调查方法

选择北京市园林科学研究院、北京市植物园、颐和园、香山公园、陶然亭公园、景山公园、奥林匹克森林公园、北京市园林科学研究院东侧绿地、东坝郊野公园、北京药用植物园、上地软件园绿地等作为调查样地,调查时间为2015年4—11月,每7d调查一次处于花期时的草本植物上的天敌种类与数量。

调查植物包括以下58种:甘野菊、筋骨草、鸭趾草、蛇鞭菊、荆芥、醉蝶花、万寿菊、夏至草、鸢尾、黑心菊、薄荷、匍枝毛茛、波斯菊、一串红、三七景天、藿香蓟、蓝花鼠尾草、德国景天、抱茎苦荬菜、蛇莓、八宝景天、蒲公英、萱草、旋覆花、玉簪、泥胡菜、硕葱、地榆、花葱、金鸡菊、田旋花、麦冬、蓍草、打碗花、紫花苜蓿、天人菊、美女樱、阿拉伯婆婆纳、日光菊、福禄考、毛蕊花、加拿大一枝黄花、大花马齿苋、二月兰、欧防风、紫花地丁、荠、莳萝、三色堇、矮牵牛、野胡萝卜、角堇、虎杖、刺芹、红花酢浆草、红蓼、美国石竹、桔梗。

1.2.2 木本植物调查方法

分别选择北京市园林科学研究院和北京市园林科学研究院东侧绿地作为调查样地,于每种植物始花期,在其四周悬挂4块黄板,7d后记录黄板上的天敌种类与数量,并更换黄板,调查时间为2014年3—11月,2015年3—11月。

调查植物包括以下3 6种:野蔷薇、紫丁香、枇杷叶荚蒾、山楂、暴马丁香、金银木、紫叶李、小叶女贞、红王子锦带、榆叶梅、女贞、糠椴、海棠、水蜡、紫叶小檗、贴梗海棠、流苏、二乔玉兰、三桠绣线菊、连翘、栾树、土庄绣线菊、迎春、文冠果、碧桃、紫藤、青檀、稠李、紫荆、丝绵木、水栒子、山茱萸、华北珍珠梅、枣、丰花月季、石榴。

以榆树和蝟实作为对照。其中,榆树为风媒花,花期极短,非天敌补充营养蜜粉源植物;蝟实在预实验中诱集天敌种类与数量与榆树无显著差异。

1.3 优势天敌蜜粉源植物分析方法

1.3.1 草本植物

对草本植物花期时各周诱集的天敌成虫数量与频度进行统计,并定义诱集作用强弱。其中,花期80%以上调查时间可见该虫,平均数量≥5头时,为“非常强”;花期80%以上调查时间内可见该虫,平均数量<5头时,为“较强”;花期50%以上调查时间内可见该虫,为“中等”;花期20%以上调查时间内可见该虫,为“弱”;花期调查时偶见该虫时,为“极弱”。

1.3.2 木本植物

分别对木本植物花期时各周诱集的天敌成虫数量与同期蝟实和榆树对照上诱集的天敌成虫数量进行t-检验。参照普氏原羚的食性分级标准[12],根据木本植物各周诱集的天敌成虫数量与2种对照之间的差异显著性,定义天敌对木本植物补充营养的偏好性。除丰花月季外,当至少1周木本植物花期诱集的天敌成虫数量与2种对照差异均为P<0.001时,定义为天敌补充营养嗜食植物;当均P<0.01,且至少一值为0.001≤P<0.01时,定义为天敌补充营养喜食植物;当均P<0.05,且至少一值为0.01≤P<0.05时,定义为天敌补充营养一般植物。

2 结果与分析2.1 常见虫害及其天敌

对3块样地调查结果进行统计(表1),供试植物体上有害生物主要为刺吸害虫,共计17种,食叶、钻蛀害虫共计4种。天敌昆虫以刺吸类害虫天敌瓢虫、草蛉、食蚜蝇和寄生蜂类为主。

2.2 优势天敌蜜粉源植物

2.2.1 草本植物分析

1)诱集天敌种类。对草本植物诱集天敌补充营养的频度与数量进行统计与分析(表2),58种草本植物对食蚜蝇的诱集作用最强,其次为寄生蜂,瓢虫与草蛉类相对较弱。

原因可能包括两方面,一是所有种类食蚜蝇均需补充营养后才能达到性成熟[10],仅有一部分寄生蜂需补充营养后才能达到性成熟[13],而草蛉和瓢虫基本不需补充营养就能达到性成熟;二是食蚜蝇、寄生蜂和瓢虫在白天活动,而草蛉主要在黎明和黄昏活动。

2)诱集天敌补充营养植物。在各类天敌中,食蚜蝇优选欧防风等4种植物为补充营养植物,其次为蛇鞭菊等8种植物;蒲公英等18种植物为其补充营养的一般性植物。寄生蜂以欧防风为补充营养的优选植物;刺芹为一般性补充营养植物。瓢虫仅以欧防风、刺芹为其补充营养的一般性植物。草蛉以荆芥为其补充营养的优选植物。

产生上述结果的原因主要包括两方面,一是食蚜蝇、寄生蜂、瓢虫和草蛉的口器均较短,植物花结构对天敌选择补充营养植物具有非常重要的影响[14];二是不同植物的花蜜有着不同的组成成分[15],而不同的天敌昆虫嗜食不同糖类组成成分及含量的花蜜[16]。因此,由于不同天敌对补充营养物质需求的不同,植物花结构的不同,以及植物产生的花蜜营养成分的不同,致使不同天敌在不同蜜粉源植物补充营养的频度不同。

2.2.2 木本植物分析

1)诱集食蚜蝇补充营养植物。t-检验结果显示,山茱萸、糠椴、野蔷薇和丝棉木为食蚜蝇喜食补充营养植物,迎春为食蚜蝇一般补充营养植物(表3),其他植物t-检验结果与对照无显著差异。

2)诱集寄生蜂补充营养植物。t-检验结果显示,紫叶李、碧桃和榆叶梅为寄生蜂嗜食补充营养植物,山茱萸、连翘、丝棉木和三桠绣线菊为寄生蜂喜食补充营养植物(表3),其他植物t-检验结果与对照无显著差异。

3)诱集瓢虫补充营养植物。t-检验结果显示,糠椴为瓢虫嗜食补充营养植物,丝棉木和山茱萸为瓢虫补充营养植物(表3),其他植物t-检验结果与对照无显著差异。

4)诱集草蛉补充营养植物。t-检验结果显示,山茱萸、连翘、丝棉木为草蛉嗜食补充营养植物,糠椴、华北珍珠梅和二乔玉兰为草蛉喜食补充营养植物,紫叶李为草蛉补充营养植物(表3),其他植物t-检验结果与对照无显著差异。

5)丰花月季诱集天敌种类与数量。丰花月季为三季有花植物,共对其进行了24次调查,t-检验结果显示,食蚜蝇和寄生蜂仅1次0.01≤P<0.05,其余均为P>0.05;瓢虫5次P<0.001,10次0.001≤P<0.01,6次0.01≤P<0.05,仅3次为P>0.05;草蛉仅2次0.01≤P<0.05。由此可以判断,丰花月季为瓢虫的嗜食补充营养植物。

2.3 基于保育式生物防治的蜜粉源植物群落构建

2.3.1 构建方法与步骤

在目标害虫周围科学配置蜜粉源植物,能够有效促进天敌昆虫的成熟、延长天敌的寿命、提高天敌昆虫生殖力以及提高天敌的雌性比,从而提高天敌对害虫的控制效果,这在国外已有成功案例[17-19]。由此,基于保育式生物防治的蜜粉源植物群落构建可遵循以下基本方法和步骤:

1)依据绿地生态改善、景观美化、文化传承、休闲游憩、防灾避险等功能的要求,选择适宜的骨干树种;

2)依据骨干树种,确定目标虫害;3)依据目标虫害,确定优势天敌;4)依据优势天敌,科学选择与配置天敌昆虫嗜食、喜食或一般补充营养的蜜粉源植物,并应注意以下2点:

(1)为获得长期、持续的诱集作用,便于天敌昆虫及时获得充足的补充营养食物,应充分考虑和选用不同花期的蜜粉源植物;

(2)为实现良好的生防效果,优势蜜粉源植物宜成片配置于目标害虫植物周围,并植于林缘。

2.3.2 构建模式范例

参照上述方法和步骤,依据本文相关研究结果,兼顾景观功能,形成基于保育式生物防治的蜜粉源植物群落构建模式范例。

1)元宝枫+油松+丝棉木-山茱萸+连翘+华北珍珠梅-麦冬+硕葱+蓍草+薄荷+荆芥+甘野菊。

元宝枫、油松为群落骨干树种,易染京枫多态毛蚜、居松长足大蚜、油松长大蚜等刺吸类虫害,丝棉木花期5月,作为食蚜蝇、寄生蜂、瓢虫、草蛉等的补充营养植物点缀于林缘。

中层小乔木及灌木选用山茱萸、连翘和华北珍珠梅,三者均为蜜粉源植物,成片种植。山茱萸是重要的早春开花植物,也是食蚜蝇、寄生蜂、瓢虫以及草蛉的补充营养植物;连翘花期3—4月,是寄生蜂、草蛉的补充营养植物;华北珍珠梅花期6—7月,是草蛉的补充营养植物。

下层地被以麦冬铺底,硕葱、蓍草、薄荷、荆芥、甘野菊等植于林缘形成花带或花境。上述植物均是食蚜蝇的重要补充营养植物,各植物花期可从4月持续到10月。

2)栾树+油松+糠椴-山茱萸+华北珍珠梅+丰花月季-麦冬+硕葱+德国景天+蛇鞭菊+甘野菊。

栾树、油松为群落骨干树种,糠椴作为食蚜蝇、瓢虫及草蛉的补充营养蜜粉源植物点缀于林缘。中层小乔木及灌木选用山茱萸、华北珍珠梅及丰花月季,三者均为蜜粉源植物,成片种植。下层地被以麦冬铺底,硕葱、德国景天、蛇鞭菊、甘野菊等植于林缘形成花带或花境。

3)元宝枫+白皮松+糠椴-山茱萸+丰花月季-欧防风+刺芹+荆芥+硕葱+蛇鞭菊+甘野菊。

元宝枫为群落骨干树种,白皮松作点缀,糠椴为蜜粉源植物。中层灌木选用山茱萸和丰花月季。下层地被采用草花混播,种类以欧防风、刺芹、荆芥、硕葱、蛇鞭菊、甘野菊等食蚜蝇的补充营养植物为主,花期可从4月持续到10月。

3 结论与讨论3.1 结论

对北京城市绿地常见害虫及其天敌进行调查统计,结果显示,常见害虫以刺吸类害虫为主;其天敌类群以瓢虫、草蛉、食蚜蝇及寄生蜂等为主。

对优势天敌蜜粉源植物进行调查分析,结果显示,草本植物中,欧防风等12种植物、欧防风1种植物及荆芥1种植物分别对食蚜蝇、寄生蜂和草蛉具有良好的诱集作用。木本植物中,山茱萸等5种植物、紫叶李等7种植物、糠椴等4种植物及山茱萸等7种植物分别对食蚜蝇、寄生蜂、瓢虫和草蛉具有诱集作用。

参考国外成功案例,在掌握绿地骨干树种常见虫害及其天敌发生规律、优势天敌蜜粉源植物的基础上,将不同花期的蜜粉源植物成片配置于目标害虫植物周围,是进行基于保育式生物防治的蜜粉源植物群落构建的基本方法与步骤。

3.2 讨论

1)基于保育式生物防治的蜜粉源植物群落在为天敌昆虫提供补充营养食物的同时,也会有其特有的有害生物,特有的有害生物又会吸引其特有天敌昆虫。从生态学角度来说,这种方式间接丰富了食物链,提高了生物多样性和绿地生态系统的自我调控能力。因此,一方面,从长远来看,利用蜜粉源植物群落进行绿地有害生物防治是一项长期、缓慢但效果持久的工作;另一方面,在短期内,需要对绿地各类昆虫进行有效的动态监控,并根据监控结果,适时增加天敌栖息场所、人工食物等其他必要生物防治措施。

2)众多研究表明,蜜粉源植物在保育式生物防治中扮演着重要的角色,并在国外也已有成功的案例。但由于国外天敌及蜜粉源植物种类与国内存在较大差异,故国外蜜粉源植物相关研究成果多不能在国内直接应用,需要就国内现状进行专门研究。目前,研究团队拟在下一步研究中在北京市园林科学研究院内进行示范和控害效果监测,以此验证研究成果在绿地建设实践中的可行性与有效性,并借此推动我国城市绿地的生物防治工作。

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(编辑/金花)

作者简介:

任斌斌

1982年生/女/山东人/博士/北京市园林科学研究院园林绿地生态功能评价与调控技术北京市重点实验室高级工程师/研究方向为园林生态与植物景观规划设计(北京 100102)

王建红

1970年生/男/山西人/硕士/北京市园林科学研究院园林绿地生态功能评价与调控技术北京市重点实验室教授级高级工程师/研究方向为园林植保(北京 100102)

李广

1982年生/男/河北人/硕士/北京市园林科学研究院园林绿地生态功能评价与调控技术北京市重点实验室助理工程师/研究方向为园林植保(北京 100102)

邵金丽

1978年生/女/山东人/硕士/北京市园林科学研究院园林绿地生态功能评价与调控技术北京市重点实验室高级工程师/研究方向为园林植保(北京 100102)

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