生物防治第二講

1、生物防治的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)種群及其特征環(huán)境因子對(duì)種群的影響自然種群的調(diào)節(jié)群落與生態(tài)系統(tǒng) 掌握害蟲發(fā)生規(guī)律、種群動(dòng)態(tài) 了解天敵的種群動(dòng)態(tài)、天敵的效能 害蟲與天敵的相互關(guān)系 作物害蟲天敵三者的關(guān)系 因此，需要有環(huán)境、種群、群落生態(tài)、系統(tǒng)生態(tài)知識(shí)，作為生物防治的基礎(chǔ)。成功的害蟲生物防治種群及其特征種群的概念種群系統(tǒng)的功能個(gè)體與種群的特征種群的增長(zhǎng)種群的概念 種群是在一定空間和一定時(shí)間內(nèi)，由同一物種的一群個(gè)體組成的生物單元，它與所處的環(huán)境相互作用，組成一個(gè)開放性的種群系統(tǒng)。 種群是同物種個(gè)體的集合而成，個(gè)體與種群好比樹木與森林（純林）的關(guān)系。 一定區(qū)域，一定空間種群分布、性比、年齡組配種群動(dòng)態(tài)：遷入、出生，

2、數(shù)量增加死亡、遷出，數(shù)量減少種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)（密度效應(yīng)）種群遺傳環(huán)境特點(diǎn) 食物 空間 氣候 捕食 競(jìng)爭(zhēng) （等等）個(gè)體特點(diǎn) 運(yùn)動(dòng) 取食 交配 產(chǎn)卵 發(fā)育 避難 （等等）種群發(fā)展過(guò)程 產(chǎn)卵率 死亡率 遷移率種群狀態(tài)變量 種群密度 空間分布 年齡結(jié)構(gòu) 基因頻率種群系統(tǒng)的功能反饋圈行為調(diào)節(jié)，適應(yīng)性進(jìn)化反饋圈，環(huán)境個(gè)體生物學(xué)特征 出生死亡壽命性別年齡（蟲齡）基因型繁殖期滯育期種群特征 出生率死亡率平均壽命性比年齡組配基因頻率繁殖率滯育率種群變動(dòng)（新出生和遷入體數(shù)使種群增大，死亡和遷出使種群變小）不同分布型種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)（為有限資源）種 群 增 長(zhǎng) 模 型l 指數(shù)增長(zhǎng)模型(Exponential growth) dN/

3、dt = rNl 邏輯斯諦增長(zhǎng)模型(Logistic growth) dN/dt = rN(K-N/K)時(shí) 間邏輯斯諦增長(zhǎng)指數(shù)增長(zhǎng)種類大小當(dāng)N0=10，r=0.2和K=600時(shí)，種群的指數(shù)增長(zhǎng)和邏輯斯諦增長(zhǎng)（虛線代表K值）環(huán)境阻力種群年齡蟲態(tài)結(jié)構(gòu)矩陣 鉅 陣N 年齡結(jié)構(gòu) 蟲 態(tài) 結(jié) 構(gòu) E. 卵, L. 幼蟲, P. 蛹, F. 雌蟲, M. 雄蟲 環(huán)境因子對(duì)種群的影響溫度的影響溫度與緯度影響昆蟲的發(fā)生世代環(huán)境因子對(duì)個(gè)體發(fā)育的影響光對(duì)昆蟲活動(dòng)與生長(zhǎng)發(fā)育的影響環(huán)境因子的綜合作用昆蟲、蜘蛛等一類節(jié)肢動(dòng)物是變溫動(dòng)物，隨著外界環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生不同的反應(yīng)，表現(xiàn)在新陳代謝強(qiáng)度、生長(zhǎng)速率等方面，從而影響

4、其數(shù)量、體型大小、行為、全年活動(dòng)期長(zhǎng)短，以及地理分布區(qū)域?；顒?dòng)的溫度范圍為636 ；低溫或在冬季，進(jìn)入休眠或滯育狀態(tài)。昆蟲發(fā)育時(shí)間與溫度關(guān)系常用各種指數(shù)函數(shù)關(guān)系來(lái)表達(dá)。溫度的影響R(t) = exp( 1/22 (T Tm)2 其中 為高溫下潛在的飽和發(fā)育速率； Tm 是最適發(fā)育溫度； 為發(fā)育隨溫度變化的速率發(fā)育時(shí)間（小時(shí)）發(fā)育速率（100/小時(shí)）溫度（ ）昆蟲發(fā)育時(shí)間、速度與溫度關(guān)系曲線（引自林昌善，1990）溫度與緯度影響昆蟲的發(fā)生世代 三化螟：海南發(fā)生7代，廣東4-5代， 長(zhǎng)江流域3代，山東紋縣1代。赤眼蜂：廣東一年可發(fā)生30代左右， 長(zhǎng)沙23代，浙江余姚1920代， 成都1819代，濟(jì)

5、南14代，內(nèi)蒙 呼和浩特10代，陜西咸陽(yáng)14代。柞 蠶：日照14小時(shí)地區(qū)，年發(fā)生2代， 日照13小時(shí)地區(qū)，年發(fā)生1代。 環(huán)境因子對(duì)個(gè)體發(fā)育的影響溫度溫度卵卵幼蟲幼蟲預(yù)蛹預(yù)蛹蛹蛹 世代世代25 1d2d3.5d4d1012d30 622h1d2d3d8d不同溫、濕度下廣赤眼蜂的世代歷期溫溫 度度濕濕 度度完成一世代完成一世代28.0830.65 73.9%90.2%9d30.6931.00 75%78.05%7d松毛蟲赤眼蜂的發(fā)育歷期 干 第一區(qū) 第二區(qū) 第三區(qū) 濕死亡死亡壽命壽命生殖力生殖力發(fā)育速度發(fā)育速度濕 度濕度對(duì)昆蟲活動(dòng)的不同影響的假想曲線圖（引自林昌善，1990）A、高濕度區(qū)對(duì)昆蟲活動(dòng)

6、無(wú)害 B、高濕度不利于昆蟲活動(dòng)第一區(qū)為干旱區(qū)，第二區(qū)為適合的濕度區(qū)，第三區(qū)為高濕度區(qū)光對(duì)昆蟲活動(dòng)與生長(zhǎng)發(fā)育的影響在自然界，光來(lái)自太陽(yáng)的幅射。由于地球沿自軸運(yùn)轉(zhuǎn)又繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，有晝夜變化；隨緯度的不同有季節(jié)變化，影響昆蟲的活動(dòng)、趨光性。光強(qiáng)度的日夜周期，決定著昆蟲晝夜活動(dòng)的節(jié)律（生物鐘），影響其取食、交尾、產(chǎn)卵和棲息等。日照長(zhǎng)短可引起昆蟲滯育。環(huán)境因子的綜合作用昆蟲一般生活于小氣候環(huán)境，除受大氣的氣溫、光照、降雨、風(fēng)等的影響外，還受小生境的溫度、濕度、植被、土壤（pH、含鹽量、干濕度）、食物等因子的影響。從昆蟲對(duì)生境的反應(yīng)，可看出環(huán)境多因子的作用：行為上對(duì)不良環(huán)境的回避，選擇合適的棲境；生理上反應(yīng)

7、，進(jìn)入專性滯育或兼性滯育，冬眠或夏眠；通過(guò)遺傳，改變適應(yīng)性，提高抗逆性。昆蟲的抗藥性是對(duì)人為造成的不良環(huán)境的抗逆性表現(xiàn)。約有450種害蟲對(duì)各種農(nóng)藥產(chǎn)生了抗性。有些害蟲如印度谷螟、小菜蛾對(duì)蘇云金桿菌(Bt)產(chǎn)生抗性。Bt的室內(nèi)淘汰實(shí)驗(yàn)，經(jīng)36世代后，印度谷螟的抗藥性提高250倍。生物防治為解決生防與化學(xué)防治的矛盾，有的作了天敵的抗性篩選。如用亞胺硫磷處理尼氏鈍綏螨33次，其抗性水平從LC50為52.5g/ ml 至995g/ml 提高18.9倍?？箒啺妨蛄讱⑾x雙品系的尼氏鈍綏螨，對(duì)殺蟲雙的抗性提高8.55倍（黃明度等，1980，1987）。自然種群的調(diào)節(jié)種群的相互作用類型種群的平衡和調(diào)節(jié)種群的相

8、互作用類型A物種物種B物種物種A物種影響物種影響B(tài)物種環(huán)境物種環(huán)境+0B物物種影種影響響A物種物種環(huán)境環(huán)境+0000 0 000 ：一個(gè)物種的存在能改善另一個(gè)物種的環(huán)境0：一個(gè)物種的存在與另一個(gè)物種無(wú)關(guān)：一個(gè)物種的存在損害另一個(gè)物種的環(huán)境概括起來(lái)，兩個(gè)物種有6種相互作用關(guān)系： 互利共生（） 偏利共生（0） 同居不相容（0） 隨遇相處（00） 捕食（寄生）作用（） 競(jìng)爭(zhēng)作用（）合作相互作用捕食-獵物關(guān)系競(jìng)爭(zhēng)相互作用兩個(gè)物種相互作用的一般模型A和B兩個(gè)物種，其中一個(gè)種的數(shù)量Na影響另一種的環(huán)境可適性或相反情況。G指A或B物種的遺傳性，F(xiàn)指A或B物種對(duì)環(huán)境的可適性A物種B物種一個(gè)物種或兩個(gè)物種給另一

9、物種提供資源，這些資源對(duì)提供者沒(méi)有用處。包括互利共生和偏利共生。合作相互作用物種的合作相互作用將產(chǎn)生全面的正反饋?zhàn)饔?，A物種密度增加將有利于改善B物種的環(huán)境，從而提高B物種的個(gè)體增長(zhǎng)速度和種群密度，隨之而來(lái)就會(huì)改善A物種的環(huán)境，最終進(jìn)一步增加B物種的增長(zhǎng)速度和種群密度等的良性循環(huán)。這種反饋圈為正反饋圈(右上圖)。假定環(huán)境條件穩(wěn)定不變，那么可以期望一個(gè)物種環(huán)境的可適性隨另一物種的密度而改變，即一個(gè)物種的密度可以用另一物種的環(huán)境的可適性來(lái)評(píng)價(jià)。合作相互作用NaFbNbFaA物種B物種競(jìng)爭(zhēng)相互作用一個(gè)或兩個(gè)物種共同利用一種資源，其結(jié)果產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。包括同居不相容，其中一種排斥另一種或共同競(jìng)爭(zhēng)同一資源

10、。如在植物群落中一種植物分泌一種有毒物質(zhì)到土壤（或空氣）中以排斥另一種植物進(jìn)入該區(qū)。某些倉(cāng)庫(kù)害蟲也有此現(xiàn)象。兩個(gè)物種競(jìng)爭(zhēng)同一資源，其相互作用結(jié)果一般是不穩(wěn)定的。物種的競(jìng)爭(zhēng)相互作用將產(chǎn)生負(fù)反饋?zhàn)饔?，A物種密度增加將不利于改善B物種的環(huán)境，從而降低B物種的個(gè)體增長(zhǎng)速度和種群密度，隨之而來(lái)就會(huì)破壞B物種的環(huán)境，最終進(jìn)一步降低B物種的增長(zhǎng)速度和種群密度。這種反饋圈為負(fù)反饋圈（右上圖）。競(jìng)爭(zhēng)相互作用NaFbNbFa+A物種B物種昆蟲在相互競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中求得生存的主要方式使自己成為強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)者，把競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象驅(qū)逐或排除，或掠奪資源或用侵略手段打敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)者一般靠特殊的武器或行為成為競(jìng)爭(zhēng)能手。普通競(jìng)爭(zhēng)者所采取的

11、方式是盡量避免競(jìng)爭(zhēng)，以多種資源來(lái)渡過(guò)，即在對(duì)手壓力增大時(shí)轉(zhuǎn)移到另一種資源上。利用它們高度的繁殖能力來(lái)尋找機(jī)會(huì)，以大進(jìn)大出的方式來(lái)爭(zhēng)取分享環(huán)境的資源。捕食獵物關(guān)系一種為另一種提供資源并自己受害。包括草食者、捕食者和寄生者等，它們?cè)讷C物身上獲得利益。NaFbNbFa捕食者獵物關(guān)系捕食者獵物關(guān)系也是一個(gè)負(fù)反饋圈。這種負(fù)反饋使系統(tǒng)產(chǎn)生一種穩(wěn)定態(tài)特征，并且不需要涉及其它調(diào)節(jié)機(jī)制，因?yàn)椴妒痴弑仨毷鼙皇痴叩拿芏人萍s，反過(guò)來(lái)捕食者又限制了被食者的密度。A物種B物種 種群平衡和種群調(diào)節(jié)是生物防治的核心，任何成功的生物防治都是利用天敵種群對(duì)害蟲種群的調(diào)節(jié)作用，使天敵種群對(duì)害蟲種群的自然控制作用最大化，以減小害蟲

12、種群并將其維持在不會(huì)造成危害的較低水平。種群的平衡和調(diào)節(jié)(a) 引入寄生蜂Encarsia inarun后白粉虱Siphoninus phillyreae的田間種群動(dòng)態(tài)；(b) 象甲Callosobruchus chinensis 和寄生蜂Anisopteromalus calandrae的實(shí)驗(yàn)種群動(dòng)態(tài)在自然條件下，物種種群不會(huì)無(wú)限制地連續(xù)增長(zhǎng)，也不會(huì)輕易滅絕。這種使種群的數(shù)量變化維持在一定范圍內(nèi)的過(guò)程就稱為自然控制（natural control），自然控制的結(jié)果是種群數(shù)量的調(diào)節(jié)，既防止種群變得過(guò)大，又會(huì)在種群變得很小時(shí)減輕某種抑制作用的影響，從而使種群在生物群落中，與其它生物成比例地維持在

13、某個(gè)特定水平上，即自然平衡（natural balance），而這個(gè)平均水平叫做平衡密度（equilibrium density）。 自然控制與自然平衡 種群的數(shù)量變動(dòng)時(shí)，種群的一系列特征如出生率、死亡率、密度、年齡結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)型、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力以及特定時(shí)間和空間的數(shù)量分布等的綜合體現(xiàn)，也是所有影響種群因素（內(nèi)因、外因）對(duì)種群作用的綜合結(jié)果。因此，種群數(shù)量變動(dòng)的機(jī)制非常復(fù)雜。隨著生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)學(xué)家提出了許多不同的學(xué)說(shuō)，來(lái)解釋種群動(dòng)態(tài)的機(jī)理。主要學(xué)說(shuō)有： 生物學(xué)說(shuō)氣候?qū)W說(shuō)折衷學(xué)說(shuō) 群落與生態(tài)系統(tǒng)群落與生態(tài)系統(tǒng)食物鏈與食物網(wǎng)生物群落與生態(tài)系統(tǒng) 定義：生物群落是指在一定地段或生境里多種生物種群的

14、集合體。 群落內(nèi)的各種生物，通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，使它呈現(xiàn)一定的組成和結(jié)構(gòu)。隨著時(shí)間的推移，群落有其發(fā)展和演替。 群落的特征：組成群落的物種數(shù)量，一般用物種豐富度（richness）來(lái)表征；對(duì)不同物種的個(gè)體數(shù)量的相對(duì)豐盛度（relative abundance）用均勻度（evenness）來(lái)表征；由這兩個(gè)統(tǒng)計(jì)量所描述的特點(diǎn)，一般用多樣性指數(shù)（diversity indices）來(lái)表征。一般的共識(shí)：自然林的生物群落，物種豐富度、多樣性指數(shù)高，害蟲少發(fā)生或不發(fā)生；而人造純林和農(nóng)田里，植物種類較單一，容易引起害蟲大發(fā)生。因此在害蟲生物防治、綜合防治中提出許多改進(jìn)群落多樣性的措施：柑橘園種植霍香薊和

15、保留雜草蘋果園間種大豆等作物稻田保留田埂雜草，不搞三面光食物鏈與食物網(wǎng)食物是動(dòng)物賴于生存的基本條件。食物鏈表示食物從植物轉(zhuǎn)入植食性動(dòng)物，又從植食性動(dòng)物轉(zhuǎn)入肉食動(dòng)物，或者再轉(zhuǎn)入更高一級(jí)肉食動(dòng)物的取食關(guān)系。另一途徑是從死亡的有機(jī)體為始端，經(jīng)腐生動(dòng)物或逐級(jí)分解者構(gòu)成的殘?jiān)澄镦?食物鏈實(shí)質(zhì)是以能量流動(dòng)關(guān)系而形成的鏈鎖狀結(jié)構(gòu)。荔枝荔枝蝽平腹小蜂甘蔗甘蔗螟蟲赤眼蜂木麻黃吹綿蚧澳洲瓢蟲 一種害蟲能取食多種植物；一種植物有多種害蟲，各種害蟲又有多種天敵，這樣就形成多條食物鏈。這些鏈以共同的植物、共同的害蟲、共同的天敵相聯(lián)系，從而形成一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，稱為食物網(wǎng)。 生物防治是從其食物鏈、食物網(wǎng)關(guān)系中找到

16、害蟲的薄弱環(huán)節(jié)，利用某種有益生物去防治害蟲。Agonum japonicum步 甲Brachymeria exarinata 無(wú)脊大腿小蜂B. lasus廣大腿小蜂姬小蜂Anoplogenius cyanescens 步 甲Bracon sp.卷蛾繭蜂Sympisis sp.羽角姬小蜂Tetrastichus sp.卷蛾嚙小蜂Podiobius sp.腹柄姬小蜂姬小蜂 巨胸小蜂Apanteles sp.絨繭蜂Sympisis sp.羽角姬小蜂小 繭 蜂金小蜂Chelonus sp.甲腹繭蜂姬 蜂Beauverio bassiana白 僵 菌寄 蠅Brachymeria sp.大腿小蜂Trich

17、ogramma confusum擬澳洲赤眼蜂Ao-GV 茶小卷蛾顆粒體病毒T. dendrolimi松毛蟲赤眼蜂成蟲成蟲蛹蛹幼蟲幼蟲卵卵蜘 蛛 茶小卷蛾（Adoxophyes orana）天敵天敵之間食物網(wǎng)Epistrophe balterata黑帶食蚜蠅Diplozon loetatorius食蚜蠅姬蜂Leis axyridis異色瓢蟲蚜繭蜂Propylora japonica龜紋瓢蟲金小蜂Syrphus corollae火灰食蚜蠅姬小蜂Syrphus serarius狹帶食蚜蠅Coccinalla septenpunctata七星瓢蟲金小蜂Eristalomyia tenax“工”紋食蚜蠅

18、Coelophora saucia黃斑盤瓢蟲 Toxoptera aurantii茶 蚜蚜繭蜂Paragus quadrifusciatus四系小食蚜蠅Chrysopa seprenpunctata大草蛉姬小蜂Bracon sp. 棉褐帶卷蛾繭蜂Sphaerophoria sp.長(zhǎng)扁食蚜蠅Chrysopa sinica中華草蛉Sphaerophoria menthastri門氏食蚜蠅Paratenodera sinensis中華大刀螳Leucopis punctiornis食蚜斑腹蠅Hierodula patellifera短胸螳螂Ephedrus sp.全脈蚜繭蜂Allothrombinus sp.異絨螨Archaphidus