胡杨叶片纤维素质量分数及含水率对春尺蠖择食程度的影响.pdf

第 卷 第 期东 北 林 业 大 学 学 报.年 月 .)国家自然科学基金项目()第一作者简介:黄倩倩女 年 月生绿洲生态教育部重点实验室(新疆大学)硕士研究生:.通信作者:阿不都拉阿不力孜新疆历史文化旅游可持续发展重点实验室(新疆大学)讲师:.收稿日期:年 月 日责任编辑:段柯羽胡杨叶片纤维素质量分数及含水率对春尺蠖择食程度的影响)黄倩倩(绿洲生态教育部重点实验室(新疆大学)乌鲁木齐)阿不都拉阿不力孜玉米提哈力克 田奥磊 程生媛(新疆历史文化旅游可持续发展重点实验室(新疆大学)(绿洲生态教育部重点实验室(新疆大学)摘 要 以择食胡杨()叶片的食叶昆虫春尺蠖()为研究对象在塔里木河上游沙雅地区、中游英巴扎地区、下游阿拉干地区各选取与河道距离不同的 个监测样地(距离河道、)采集胡杨叶片样本结合野外观察和室内分析探究叶片纤维素质量分数及含水率对春尺蠖择食的影响 结果表明:胡杨叶片纤维素质量分数与春尺蠖择食程度的相关性显著但与叶片含水率的相关性不显著春尺蠖取食胡杨叶片时表现出明显的“雄株叶偏食性”(即喜欢吃雄株叶片)受虫害脱叶的雄性胡杨占胡杨总量的 雌性胡杨仅占 个地区未受虫害胡杨的叶片纤维素质量分数、剩余叶片百分比()高于受虫害胡杨 中游英巴扎样地的受虫害程度较高、范围较广叶片纤维素质量分数水平为.受虫害胡杨的叶片纤维素质量分数及剩余叶片百分比随离河道距离的增加而增加即虫害分布呈明显的河流廊道效应 上游沙雅样地的虫害分布与河道距离呈正比离河道越远胡杨叶片受虫害的程度越高关键词 胡杨纤维素含水率春尺蠖分类号./(.)()()/():.().().胡杨()是一种古老而珍贵的树种具有抗旱、耐盐、耐风沙等特点及极强的适应性在防风固沙、维持区域生态系统平衡方面发挥重要作用 近年来由于气候变化及区域水资源短缺导致塔里木河沿岸胡杨林长势衰退 春尺蠖()属于暴发性食叶害虫在新疆地区的危害尤为严重 胡杨树皮下休眠过冬的食叶昆虫春尺蠖每年 月进入活跃期偏爱食幼嫩叶片 研究表明胡杨径向生长量、木材产量会受虫害影响 春尺蠖虫害会使胡杨在短时间内因损失大量叶片而导致长势受损无法进行光合作用严重危害胡杨生存及绿色屏障功能的充分发挥在遭受虫害后森林总初级生产力()因植物生长变慢而大幅度降低 因此为了确保胡杨的健康发展需要充分了解春尺蠖的择食规律及其影响因素采取科学有效的防治措施 目前关于春尺蠖 的 研 究 多 集 中 于 其 发 育 节 律、嗅 觉 基因、活动区域及 强 度 的 遥 感 监 测、发 生 预测、种群空间分布、发生及发展规律、防治等方面针对胡杨叶片的研究主要集中于其叶片性状特征和叶面积指数等方面 关于胡杨叶片理化性质(纤维素、含水率)对春尺蠖择叶吞食的影响等方面的报道较少 研究区概况选择在塔里木河上游的沙雅县二牧场(地理中心坐标:)、中游的轮台县英巴扎(地理中心坐标:)、下游的若羌县阿拉干(地理中心坐标:)设置监测样地 该区属于典型的大陆性温带干旱荒漠气候 月气温为 月气温为 蒸发量 年降水量 主要集中在 月 研究区流域荒漠河岸林群落草本植物主要有芦苇()、胀果甘草()、骆驼刺()、花花柴()等灌木主要以多枝柽柳()、铃铛刺()为主胡杨为建群种塔里木河流域内的天然胡杨林是新疆沙漠地区面积最大、覆盖面最广的自然林种其面积约为全球胡杨林总面积的 中国天然胡杨林面积的 春尺蠖这类暴发性食叶害虫在新疆南北疆均有发生对植物群落尤其是以胡杨为优势种的阔叶林造成严重危害 胡杨叶片在 月份可能因春尺蠖虫害出现干枯现象 月份胡杨二次展叶后一般不会造成大面积死亡 部分区域受干旱及病虫害的双重影响灾害情况严重少量胡杨出现死亡 材料与方法.样方设置与数据采集 年 月分别在塔里木河流域上游沙雅、中游英巴扎、下游阿拉干不同河道距离(、)处设置 个 的样方 在每个样方中按“”型的抽样方法选取 棵胡杨记录其性别、叶片是否被食等信息并在胡杨树冠南侧和北侧采集健康无损叶或虫害叶 片 装入保鲜膜塑料袋及时送回实验室冰箱冷藏 同时对胡杨及树冠下春尺蠖粪便情况进行拍照并记录.叶片纤维素质量分数与含水率的测定纤维素质量分数测定:将胡杨叶片剪去叶柄晾干后送至兰州波力森生态科技有限公司进行检测试验采用范氏洗涤纤维分析法使用 纤维测定仪对样品中纤维素进行测定 将胡杨叶片粉碎后过 筛孔后精确称取样品约 (精确到.)洗涤得到酸性洗涤纤维素()及酸性洗涤木质素()纤维素酸性洗涤纤维素酸性洗涤木质素含水率测定:将采集的新鲜树叶剪去叶柄装入自封袋称质量并记为 记密封袋质量为 烘干后的胡杨叶片与自封袋质量记为 含水率()().虫害程度估算剩余叶片百分比法:胡杨叶片与其养分摄入的各项生理属性及功能密切相关春尺蠖幼虫往往取食胡杨叶片虫害严重时会吃光全部树叶导致胡杨长势衰弱 当胡杨受害虫侵袭时最直观的表现为胡杨叶片量减少因此叶片数量可作为量化胡杨健康程度的指标 剩余叶片百分比()可表征胡杨受害虫侵袭后的叶片损失量 .在计算剩余叶片百分比时使用视觉估计法该方法简单便捷廉价且能有效实施但实际操作时易受干涉造成不良反馈及评价 因此本研究使用 软件计算剩余叶片百分比将彩色影像中枝干等非光合组织与叶片分离(图)分别估算叶片部分面积()、空隙面积(图中红色部分)、叶片整体面积()胡杨剩余叶片百分比公式如下:为了使虫害程度的判断标准明确且可度量并在最大程度减少不确定性在已有的落叶水平分类基础上将剩余叶片百分比水平分为 个区间:分别对应 个虫害等级与脱叶状态(图表)表 虫害程度划分虫害程度脱叶状态剩余叶片百分比()/无到轻微脱叶轻度至中度脱叶严重脱叶极端到完全脱叶 春尺蠖粪便量:叶片剩余量通常决定树木受害虫侵袭后的生长状况虽然使用 软件计算剩余叶片百分比为界定虫害程度提供了较为可靠的方法但计算结果会受类似树冠中枯枝这类因子的影响且胡杨单株枯枝量会随林龄的增加而增大因此在用剩余叶片百分比来估算虫害程度的同时加入树冠下春尺蠖粪便量作为判断标准将粪便量分为 个等级分别对应虫害程度等级(图)综合判定胡杨受虫害程度第 期 黄倩倩等:胡杨叶片纤维素质量分数及含水率对春尺蠖择食程度的影响.叶片整体面积.叶片部分面积.空隙面积.虫害程度级.虫害程度级.虫害程度级.虫害程度级图 剩余叶片百分比估算、虫害等级示意图.虫害程度级胡杨叶片.虫害程度级胡杨叶片.虫害程度级胡杨叶片.虫害程度级胡杨叶片.虫害程度级胡杨树冠下春尺蠖粪便量.虫害程度级胡杨树冠下春尺蠖粪便量.虫害程度级胡杨树冠下春尺蠖粪便量.虫害程度级胡杨树冠下春尺蠖粪便量图 树冠下春尺蠖粪便量.数据处理使用 .软件对数据进行皮尔森相关性、单因素方差分析用 软件在显著性水平为.下比较数据间的差异 结果与分析.样方内受虫害植株比例与性别变化对塔里木河流域上游沙雅、中游英巴扎、下游阿拉干各样方中受虫害胡杨的比例、性别进行统计(表)沙雅样地受虫害胡杨的比例随河道距离的增加而增加且有显著变化在离河道 处开始出现受虫害胡杨 处受虫害胡杨比例最高达到 英巴扎、阿拉干样地受虫害的胡杨分布范围广泛离河道 样方中均有分布 英巴扎样地在离河道、处的样方中受虫害胡杨占总胡杨数的比例高于阿拉干样地距离河道最远处样方中受虫害胡杨占总胡杨数的比例最低 阿拉干样地受虫害胡杨占总胡杨数的比例随河道距离增加呈先增加后减少的趋势距河道 处受虫害胡杨比例为 所有样木中受虫害的雄性胡杨占 而雌性胡杨仅有 且在离河道 处才出现受虫害的雌性胡杨.叶片纤维素质量分数、含水率与虫害的关系回归拟合和相关分析表明英巴扎、阿拉干地区受虫害胡杨的叶片纤维素质量分数与剩余叶片百分比间存在极显著相关关系相关系数分别为.、东 北 林 业 大 学 学 报 第 卷.(.)随着胡杨剩余叶片百分比的增加叶片纤维素质量分数随之增加 沙雅地区受虫害胡杨的叶片纤维素质量分数与剩余叶片百分比的相关性不明显 沙雅、英巴扎、阿拉干地区的胡杨叶片含水率与剩余叶片百分比间无显著的相关关系(.)相关系数分别为.、.、.(图).虫害程度与空间分布格局在相同河道距离条件下对沙雅、英巴扎、阿拉干地区各样方中受虫害胡杨的剩余叶片百分比、纤维素质量分数进行 检验分析 结果表明在距离河道 处的样方中英巴扎、阿拉干地区胡杨的剩余叶片百分比有显著差异阿拉干地区的高于英巴扎地区 在距离河道 时 个地区各样方的胡杨剩余叶片百分比差异极显著其中英巴扎的最高沙雅次之 这也表明在距河道 时阿拉干地区的虫害最严重 整体上胡杨叶片纤维素质量分数在各样方间无明显差异只有在离河道 处的样方中 个地区的纤维素质量分数有显著差异(表)表 虫害胡杨株数比例及胡杨性别比例样方距河道距离/受虫害胡杨株数占总胡杨株数比例/胡杨性别比例/雌株雄株沙雅 英巴扎阿拉干图 剩余叶片百分比、叶片含水率与纤维素质量分数的关系表 不同河道距离受虫害胡杨的剩余叶片百分比与纤维素质量分数的差异样方距河道距离/剩余叶片百分比/纤维素质量分数/沙雅(.)(.).英巴扎(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.).阿拉干(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)注:表中数据除英巴扎研究区距河道 米处数据其余数据均为平均值标准误“”表示该样方中无虫害胡杨英巴扎研究区距河道 米处样方中仅 株虫害胡杨数据后同列不同大写字母表示不同研究区相同河道距离间差异显著(.)同列不同小写字母表示不同河道距离同一研究区间差异显著(.)对受虫害胡杨与未受虫害的健康胡杨叶片纤维素质量分数与剩余叶片百分比进行对比分析 受虫害胡杨剩余叶片百分比为 随离河道距离的增加呈略微增加的趋势其中在距河道 处的样方中剩余叶片百分比的最大值为 受虫害胡杨与未受虫害的健康胡杨叶片纤维素质量分数随河道距离的增加呈先下降后增加的趋势受虫害胡杨叶片纤维素质量分数为 健康胡杨叶片纤维素质量分数在距河道 处达到最大值为.在 处达到最小值为.(表)总的来说英巴扎、阿拉干地区的春尺蠖虫害分布范围较广在距河道 范围内均有虫害发生沙雅地区在距河道 处开始出现虫害且在距河道 处的样方中所有样木均被春尺蠖侵害阿拉干地区的虫害范围随着离河道距离的增加呈先增加后减少的趋势英巴扎地区在距河道 内受虫害的胡杨数量基本无差别在距河道 处第 期 黄倩倩等:胡杨叶片纤维素质量分数及含水率对春尺蠖择食程度的影响样方中受虫害胡杨数量减少 沙雅、英巴扎、阿拉干地区各样方中受虫害胡杨的剩余叶片百分比分别为、纤维素质量分数水平分别为.、.、.对应各样方中虫害脱叶程度分别为二至三级(轻度、中度至严重脱叶)、三至四级(严重、极端到完全脱叶)、二至三级(轻度、中度至严重脱叶)表 受虫害与未受虫害胡杨叶片的剩余叶片百分比和纤维素质量分数差异样方距河道距离/剩余叶片百分比/受虫害胡杨未受虫害胡杨纤维素质量分数/受虫害胡杨未受虫害胡杨沙雅.(.)(.).(.).(.).(.英巴扎(.).(.).(.)(.)(.)(.)(.).(.).(.).(.).阿拉干(.).(.).(.)(.)(.)(.)(.).(.).(.).(.).(.).(.).注:表中数据为平均值标准误“”表示该样方中无对应数据单个数据表示该样方中仅有 个数据数据后同列不同大写字母表示不同研究区相同河道距离间差异显著(.)同列不同小写字母表示不同河道距离同一研究区间差异显著(.)结论与讨论.受虫害胡杨性别比例胡杨在中国的种植面积超过 过往研究表明雌雄异株植物中以上的物种出现了偏性别比并且大多数偏向于雄性 本研究中雄性胡杨数量占胡杨总数量的比例高达 其中受虫害的雄性胡杨数量占胡杨总数量的而受到虫害侵袭的雌性胡杨仅为胡杨总数量的 春尺蠖取食胡杨叶片时表现出明显的“雄株叶偏食性”(即喜欢吃雄株叶片)雌雄异株物种常表现出偏斜的性别比例原因是雌雄异株物种易受气候变化影响对环境胁迫更敏感 雌性胡杨将更多的光合产物用于繁殖而整个过程易受外界环境影响如资源枯竭等 雌雄异株物种生殖成本不同造成的养分需求差异会导致性别空间隔离或死亡 由于雌性胡杨对干旱更敏感因此雌性胡杨致死率更高从而导致偏雄性的性别比例.胡杨叶片纤维素质量分数及含水率对春尺蠖虫害的影响食物选择性是指动物对生境中食物种类做出的选择而这一复杂的生态适应过程与动物自身生理状况及环境中食物性质密切相关 纤维素是影响植食性动物进行食物选择的重要因素 本研究发现春尺蠖对胡杨叶片的吞食有明显的选择性即在同类生境、同等长势的 株相邻胡杨中 株的叶片因虫害侵袭至完全脱叶 株则未被侵袭 纤维素是大分子多糖其水解产生的葡萄糖可以转化为有价值的化学物质同时纤维素还是重要的膳食纤维会对动物的摄食产生影响 纤维素通过部分水解提取的小碳水化合物分子低聚糖在被食用时会对动物产生生理影响 水也是动植物生命活动的关键制约因子 因此本研究综合分析了胡杨叶片纤维素质量分数及含水率对春尺蠖食叶习性的影响旨在探究虫害发生过程中纤维素质量分数与春尺蠖择食的相互关系通过回归拟合和相关分析发现胡杨叶片纤维素质量分数与春尺蠖择食程度有显著相关性但胡杨叶片纤维素质量分数与叶片含水率的相关性不显著 该现象表明春尺蠖在择食胡杨叶片时受叶片纤维素质量分数的影响 英巴扎、阿拉干地区的各样方受虫害胡杨的叶片纤维素质量分数与剩余叶片百分比间存在极显著正相关关系这表明胡杨受虫害程度受叶片纤维素质量分数的影响 受虫害的胡杨叶片纤维素质量分数随河道距离的增加呈先降后增的趋势 受虫害胡杨叶片纤维素质量分数为时虫害脱叶程度为中度至严重脱叶 纤维素是构成植物细胞壁重要组分其质量分数因物种差异而不同 纤维素合成基因在胡杨适应沙漠环境的过程中起到了关键作用使胡杨在胁迫环境下 东 北 林 业 大 学 学 报 第 卷形成的耐寒、耐热、耐盐碱等生理特性.胡杨叶片纤维素质量分数与虫害程度在不同监测样地间的差异发生春尺蠖虫害最适宜的植被类型是以胡杨为优势种的落叶阔叶林 近年来胡杨林春尺蠖虫害的发生面积逐渐增加虫害严重时叶片所剩无几春尺蠖的空间分布有明显的河流廊道效应即虫害发生率随着距河流距离的增加而降低 本研究中受虫害胡杨的剩余叶片百分比、纤维素质量分数均随河道距离的增加而增加即虫害程度随河道距离增加而减轻这与春尺蠖的空间分布有明显的河流廊道效应一致英巴扎、阿拉干地区的春尺蠖虫害分布范围较广在距河道 范围内均有虫害发生 沙雅、英巴扎、阿拉干地区各样方中受虫害的胡杨叶片纤维素质量分数水平分为.、.、.对应的虫害脱叶级别分别为二至三级(轻度、中度至严重脱叶)、三至四级(严重、极端到完全脱叶)、二至三级(轻度、中度至严重脱叶)其中英巴扎样地的受灾程度较高阿拉干地区的虫害范围随河道距离的增加呈先增后减趋势英巴扎地区在距河道 范围内受虫害的胡杨数量基本无差别在距河道 处受虫害的胡杨数量减少受虫害程度整体上随河道距离的增加而减轻 受虫害的胡杨叶片纤维素质量分数只有在离河道 处的样方中存在差异 沙雅地区在距离河道 处开始才出现受虫害胡杨且在 处的样方中所有样木均受虫害侵袭 出现这一现象与春尺蠖生物特性及生存策略有关 春尺蠖老熟后多在树冠下的土壤中分泌粘液以硬化土壤作为土室化蛹还有部分会进入胡杨树皮中化蛹 塔里木河上游沙雅样地的幼龄胡杨较多且遭河水漫灌中游地区的胡杨虽也会遭受水淹但幼龄胡杨较少下游阿拉干样地胡杨生长虽然受到水分条件限制但和上游沙雅样地相比春尺蠖虫害范围更大、程度更高这是因为在极端干旱情况下胡杨与春尺蠖之间产生合作共生关系春尺蠖的粪便为胡杨提供肥料而胡杨为春尺蠖提供栖息场所综上纤维素是植物细胞壁的主要成分之一其质量分数的多少关乎植物细胞机械组织发达与否会影响胡杨的抗倒伏和抗病虫害能力的强弱因此在未来的胡杨林春尺蠖虫害防治中或在城市道路绿地景观设计将胡杨作为行道树或观赏植被时可从胡杨叶片纤维素质量分数角度入手进行抗性品种选育以选择、培育更抗倒伏和更抗病虫害的胡杨参 考 文 献 王世绩陈炳浩李护群.胡杨林.北京:中国环境科学出版社.买尔当克依木玉米提哈力克 等.输水影响下胡杨胸径生长量时空变化.森林与环境学报():.:.().:./.中国科学院动物研究所.中国蛾类图鉴().北京:科学出版社.:.卿薇阿地力沙塔尔闫文兵.春尺蠖生物学特性研究.应用昆虫学报():.王志平鄂晓明杨建军等.春尺蠖生物学特性与防控技术探讨.内蒙古林业():.刘魏魏王效科逯非等.造林再造林、森林采伐、气候变化、浓度升高、火灾和虫害对森林固碳能力的影响.生态学报():.刘逸豪贾翔侯博展等.叶尔羌河流域胡杨春尺蠖虫态发育节律对地表温度的响应.生态科学():.王霞查干娜仁格日乐等.春尺蠖嗅觉受体基因的鉴定与差异分析.内蒙古民族大学学报(自然科学版)():.陈龙单艳敏廖桂堂等.春尺蠖转录组及嗅觉相关基因分析.西南农业学报():.陈孟禹贾翔陈蜀江等.叶尔羌河流域胡杨春尺蠖发生期遥感预测.生态科学():.邱琳王蕾罗磊等.基于时间序列塔里木河中游胡杨林春尺蠖危害的遥感监测.新疆农业科学():.汪航师茁王岩等.基于 时间序列数据的春尺蠖虫害遥感监测方法研究:以新疆巴楚胡杨为例.遥感技术与应用():.余昊王登元.春尺蠖种群空间分布型及抽样技术研究.新疆农业科学():.余昊王登元王运兵等.春尺蠖种群空间格局的地质统计学分析.云南农业大学学报():.冯宏祖王兰胡卫江等.沙雅县天然胡杨林春尺蠖发生规律的初步研究.新疆农业科学():.热孜也木阿布力孜玉米提哈力克塔依尔江艾山等.塔里木河下游胡杨叶片性状特征及其对水分胁迫的响应.东北林业大学学报():.巴比尔江迪力夏提玉米提哈力克艾萨迪拉玉苏甫等.应用地基激光雷达数据估算塔里木河下游胡杨叶面积指数.东北林业大学学报():.张靓赵少军魏光辉.塔里木河流域胡杨林区生态输水效益评估.水利科学与寒区工程():.():.():.史军辉刘茂秀王新英等.不同林龄胡杨活立木枯枝生物量和化学计量特征.生态学报():.陈向向张山河韩晓莉等.基于 混池测序分析开发胡杨性别鉴定的标记.植物学研究():.:.():.(下转 页)第 期 黄倩倩等:胡杨叶片纤维素质量分数及含水率对春尺蠖择食程度的影响虫体和虫道中收集的 个菌株中提取出松生茎点霉通过松树发病组织分离与接种试验表明该菌确实会引起松针的褪绿或变色然而并不是所有接种的松枝都会出现明显的症状说明该菌可能在症状不明显的松针中潜伏但目前对于该病原菌潜伏的时间以及潜伏的环境条件并无更详细的研究报道表 不同杀菌剂对松生茎点霉的室内毒力测定结果杀菌剂毒力回归方程半数效应浓度/值质量分数为 的多菌灵./的咯菌腈.质量分数为 的苯醚甲环唑.质量分数为 的腈菌唑./的咪鲜胺.质量分数为 的百菌清.质量分数为 的三唑酮.质量分数为 的甲基硫菌灵.质量分数为 的代森锰锌.质量分数为 的代森锌.注:毒力回归方程中 为杀菌剂质量浓度 为抑制率本文首次对引起内蒙古大兴安岭部分林区的落叶松叶枯、枝枯的病原菌松生茎点霉进行分离与培养经过文献查阅未发现对该菌株的药剂防治 通过对该病原菌进行室内药剂毒力测定与筛选共筛选出 种对松生茎点霉有较高毒力的杀菌剂其中咪鲜胺、苯醚甲环唑对松生茎点霉的毒力最强 本研究为松生茎点霉分类与鉴定及科学合理使用杀菌剂提供参考但该病原菌与昆虫及其寄主的互作关系、致病机制、林间用药效果等方面还有待进一步的深入研究参 考 文 献 杨寅邱钰明王中斌等.重度火烧迹地兴安落叶松()根际土壤真菌群落研究.生态学报():.雷娜庆刘洋萨如拉等.大兴安岭兴安落叶松天然林结构特征.东北林业大学学报():.张俊孙玉军许俊利.东北地区兴安落叶松人工林生长过程研究.西北林学院学报():.高景文敖文军刘顶锁等.大兴安岭兴安落叶松的起源及生物特性.内蒙古科技与经济():.:.().:./.()(.).():.(.).().:./.().().:./.:.():.():.():.().:./.(:).():.():.刘长令翟煜翥张运晓等.防治灰霉病用杀菌剂的开发.农药():.刘丽多李德林向道丽.种杀菌剂防治大棚兴安落叶松幼苗立枯病的试验.防护林科技():.李新阳李敏刘海龙等.陕西黄瓜靶斑病菌鉴定及药剂毒力测定.西北农业学报():.王占斌周暄马鑫博等.药用植物内生真菌的分离及拮抗菌的筛选与鉴定.中国农学通报():.(上接 页).().():.:.():.邢廷杰王勇邓武军等.蛋白质纤维素和单宁酸对东方田鼠摄食的影响.生态学报():.徐向新.固体酸催化纤维素制备低聚糖研究进展.化纤与纺织技术():.白彬陈蜀江耿庆龙等.塔里木河流域春尺蠖发生空间分布与生境关系研究.江西农业学报():.贾翔闫志明陈蜀江等.叶尔羌河流域胡杨春尺蠖虫害分布的河流廊道效应分析.植物保护():.东 北 林 业 大 学 学 报 第 卷