模擬降雨對草地貪夜蛾羽化出土的影響

閆三強，呂寶乾，唐繼洪，盧 輝，唐 雪，蘇 豪，向凱萍

(1. 海南大學(xué)林學(xué)院，?？?570228; 2. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物有害生物綜合治理重點實驗室/海南省熱帶農(nóng)業(yè)有害生物監(jiān)測與控制重點實驗室，?？?571101;3. 海南大學(xué)植物保護學(xué)院，?？?570228)

草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda，隸屬鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuida灰翅夜蛾屬Spodoptera，原產(chǎn)于美洲熱帶地區(qū)(Goergenetetal., 2016)，具有適應(yīng)性廣、繁殖能力強、暴發(fā)性為害、防控難度大等特點(郭井菲等，2019)。草地貪夜蛾是聯(lián)合國糧農(nóng)組織全球預(yù)警的跨國界遷飛性農(nóng)業(yè)害蟲(楊普云和常雪艷，2019；Liuetal.，2020)，迅速在北美洲、中美洲、加勒比群島、南美洲和亞洲地區(qū)的100多個國家蔓延擴散，定殖為害(Brévaultetetal., 2017; Toumnouetetal., 2018; Kajugaetetal., 2018; Sharanabasappaetetal., 2018; Albasinietetal., 2020)。自2018年底，我國云南發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾幼蟲以來，現(xiàn)該蟲已擴散到華南、西南、華中和華東地區(qū)27個省1 423個縣，并已經(jīng)向我國黃淮海夏玉米產(chǎn)區(qū)和北方春玉米產(chǎn)區(qū)蔓延(郭井菲等, 2019)，成為嚴(yán)重威脅我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大災(zāi)害性害蟲。草地貪夜蛾低齡幼蟲主要取食玉米的葉片和莖稈，高齡幼蟲還會鉆蛀玉米的雌穗和雌穗，嚴(yán)重影響作物葉片和果穗的正常發(fā)育，從而造成玉米大面積減產(chǎn)(王亞如等, 2020)。

草地貪夜蛾在我國的發(fā)生為害具有明顯的區(qū)域性，西南、華南等周年繁殖區(qū)，發(fā)生面積占比在80%以上，長江中下游、江淮等遷飛過渡區(qū)，發(fā)生面積占比為10%～20%，北方重點防范區(qū)發(fā)生面積占比不足1%(姜玉英等, 2019)。草地貪夜蛾屬入侵害蟲，抗性相關(guān)基因掃描檢測發(fā)現(xiàn)，入侵我國的草地貪夜蛾本身已經(jīng)具有較高的抗藥性(Zhangetal., 2020)，而且國內(nèi)長期單一和不合理使用農(nóng)藥，草地貪夜蛾的化學(xué)防治效果已經(jīng)受到影響(王芹芹等, 2019; 李永平等, 2019; 秦夢真等, 2020)。此外，化學(xué)藥劑的殘留對環(huán)境和生態(tài)的污染和破壞嚴(yán)重，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展(蘇湘寧等, 2020)。在這種形勢下，探索草地貪夜蛾遷飛監(jiān)測預(yù)警體系和綠色防控體系刻不容緩。草地貪夜蛾的生長發(fā)育和田間暴發(fā)為害與氣象因子密不可分，其中溫度是國內(nèi)外研究較多較深入的一個因子(Du Plessisetal., 2020; 張紅梅等, 2020; Sampaioetal., 2021)。而土壤水分條件是昆蟲化蛹、羽化和繁殖的重要限制因子，害蟲的種群密度與各世代的數(shù)量均會受到其影響(Chenetal., 2019)。但國內(nèi)外針對降雨影響草地貪夜蛾羽化出土的研究甚少。本試驗在室內(nèi)條件下模擬不同級別降雨，研究兩種不同質(zhì)地的土壤在不同模擬降雨量下的水分狀況對草地貪夜蛾土中蛹?xì)v期和羽化率的影響，為草地貪夜蛾災(zāi)變規(guī)律、預(yù)測預(yù)報和綠色防控研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

于海南省儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護研究所(下文簡稱環(huán)植所)實驗大棚里進行試驗。大棚內(nèi)溫度為27.5±2.5℃，光周期為L ∶D=14 ∶10。

1.2 供試材料

1.2.1供試蟲源

試驗所用草地貪夜蛾由海南省儋州市環(huán)植所害蟲擴繁實驗室提供，飼養(yǎng)條件為溫度26℃、光周期L ∶D=14 ∶10、相對濕度70%。

1.2.2供試土壤

供試土壤分為兩種，其中干砂土購買于儋州瓊西建材市場，磚紅壤(土質(zhì)類型為砂壤土)(楊帆, 2011; 張駿達等, 2015)則收集于海南省儋州市環(huán)植所實驗樓下玉米地內(nèi)表層(20 cm)，其中一部分直接用于試驗，一部分粉碎過篩后在120℃烘箱中烘干24 h備用。

1.3 試驗方法

1.3.1模擬降雨量設(shè)置

根據(jù)國家氣象部門對降水量的定義：1 mm降水量相當(dāng)于于每畝地里增加0.667 m3的水，經(jīng)過換算有1 mm降水量就等于每1 cm2地里增加0.1 mL的水。試驗所用花盆上部面積為200.1 cm2，取不同降水級別一天降雨量的中位數(shù)，即可得不同級別的模擬降雨量，詳見表1。

表1 模擬降雨量

1.3.2草地貪夜蛾羽化出土觀察試驗設(shè)置

試驗分為兩次進行，第一次試驗的供試土壤為砂土，第二次試驗供試土壤為砂壤土。其中第一次試驗于2020年7月29日開始，在養(yǎng)蟲室選取鮮活的草地貪夜蛾預(yù)蛹150頭，待預(yù)蛹化蛹完成且體色呈淡綠色時，選取120頭發(fā)育經(jīng)歷一致的鮮活蛹，分置于12個盛有砂土的塑料花盆中，保持蛹上面的覆土厚度在2 cm左右，然后在花盆外罩細(xì)眼窗紗并扎緊下緣。第一次試驗分為A、B、C和D共計4個處理，每個花盆放置10頭蛹作為一個處理，每個處理設(shè)置3個重復(fù)，對不同處理澆灌相應(yīng)的模擬降水量。模擬降雨后，用土壤水分測定儀(深圳沁之泉凈水設(shè)備有限公司)每天定期測定每個處理花盆里0～8 cm土壤相對含水量，每個處理的土壤相對含水量取3個重復(fù)的平均值，觀察并記錄蛹羽化情況。

蛹的羽化出土觀察時間為20 d，羽化出土且具備正常生命體征的成蟲記為羽化成功。20 d后翻開土壤挖出未能羽化的蛹，體表皺縮或破裂且觸碰后腹部暴露蛹?xì)ね獾捏w節(jié)無反應(yīng)的蛹個體以及未正常羽化，體態(tài)畸形，不具備飛行能力的個體記為羽化失敗。

第二次試驗于2020年8月17日開始，采取上述的試驗方法，選取150頭形態(tài)一致的鮮活蛹，分置于15個盛有砂壤土的塑料花盆中。分為A、B、C、D和E共計5個處理，每個處理設(shè)置3個重復(fù)，其中A、B、C和D處理的供試土壤均為過篩、烘干后的砂壤土，E處理則采用大田砂壤土(土壤相對含水量為66%)，不做模擬降雨處理。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2019進行統(tǒng)計整理，應(yīng)用SPSS 23.0 version對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤的形式表示，并采取LSD檢驗(P<0.05)分析不同級別模擬降雨處理間草地貪夜蛾土中蛹?xì)v期和出土羽化率的差異顯著性。應(yīng)用Origin 2019b version軟件繪圖。

土中蛹?xì)v期=羽化出土日-化蛹日

出土羽化率(%)=(羽化出土數(shù)/10頭)×100

2 結(jié)果與分析

2.1 不同級別模擬降雨對草地貪夜蛾土中蛹?xì)v期的影響

研究發(fā)現(xiàn)，在供試土壤為砂土的情況下，不同級別的模擬降雨對草地貪夜蛾土中蛹?xì)v期的影響差異不顯著(F=1.064，P=0.3959>0.05)。不同處理下蛹?xì)v期排列為：B中雨(7.18±0.18 d)>C大雨(7.00±0.00 d)>A小雨(6.75±0.25 d)>D對照-1(6.50±0.50 d)(圖1)。A、B、C和D處理兩兩之間均無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。

在供試土壤為砂壤土的情況下，不同級別的模擬降雨對草地貪夜蛾土中蛹?xì)v期的影響差異不顯著(F=1.4090，P=0.2435>0.05)。不同處理下蛹?xì)v期排列為：C大雨(7.75±0.25 d)>B中雨(7.71±0.36 d)>A小雨(7.35±0.19 d)>D對照-1(7.10±0.23 d)>E對照-2(7.05±0.19 d)。C處理與E處理表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)，與其他處理則均無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)(圖2)。

圖1 不同級別模擬降雨處理下草地貪夜蛾砂土中的蛹?xì)v期Fig.1 Pupal duration of Spodoptera frugiperda in sandy soil in different grades of simulated rainfal注：A，小雨；B，中雨；C，大雨；D，對照-1。Note:A,Light rain;B，Moderate rain;C,Heavy rain;D,CK-1.

圖2 不同級別模擬降雨處理下草地貪夜蛾在砂壤土中的蛹?xì)v期Fig.2 Pupal duration of Spodoptera frugiperda in sandy loam in different grades of simulated rainfall注：A，小雨；B，中雨；C，大雨；D，對照-1；E，CK-2。Note:A,Light rain;B，Moderate rain;C,Heavy rain;D,CK-1；E，CK-2.

綜上可得，不同級別的降雨處理對砂土和砂壤土中草地貪夜蛾蛹?xì)v期均無顯著性影響，中雨和大雨處理對草地貪夜蛾土中蛹?xì)v期有一定的延長作用。

2.2 不同級別模擬降雨對草地貪夜蛾出土羽化的影響

不同級別模擬降雨處理對草地貪夜蛾在砂土中羽化率的影響差異極顯著(F=11.619，P=0.003<0.05)。不同處理下蛹的羽化率排列為：B中雨(36.7%±6.7%)>A小雨(13.3%±3.3%)>D對照-1(6.7%±3.3%)>C大雨(3.3%±3.3%)(表 2)。B處理蛹的羽化率顯著大于其他處理(P<0.05)，A、C、D處理兩兩之間均未表現(xiàn)出顯著性差異(P>0.05)。砂土中的草地貪夜蛾蛹主要在入土后6～7天羽化出土。分析不同級別模擬降雨處理間砂土的水分狀況變化趨勢(圖3)可知，砂土10 d內(nèi)水分含量變化幅度較大。A、B、C、和D處理第6～7天的土壤相對含水量分別為0～15%、38%～45%、82%和0(圖3)。結(jié)合羽化日附近不同土壤相對含水量對應(yīng)的羽化率分析，草地貪夜蛾蛹在相對含水量為38%～45%的砂土中羽化率最高，土壤相對含水量過大(>80%)和過小(<20%)均極不利于蛹的羽化。

圖3 砂土0～8 cm土壤水分變化情況Fig.3 Changes of 0～8 cm water content of sandy soil

表2 不同級別模擬降雨處理下草地貪夜蛾砂土中羽化情況

不同級別模擬降雨處理對草地貪夜蛾在砂壤土中羽化率的影響差異極顯著(F=19.115，P=0.000<0.05)。不同處理下蛹的羽化率排列為：E對照-2(70.0%±5.8%)>A小雨(56.7%±8.8%)>D對照-1(33.3%±3.3%)>B中雨(23.3%±3.3%)>C大雨(13.3%±3.3%)(表3)。A處理與E處理蛹的羽化率無顯著性差異(P>0.05)且均顯著高于D處理、B處理和C處理(P<0.05)。C處理蛹的羽化率最低且與A處理、D處理和E處理均表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)。砂壤土中的草地貪夜蛾蛹主要在入土后6～8 d羽化出土。砂壤土10 d內(nèi)土壤水分狀況相對穩(wěn)定，A、B、C、D和E處理第6～8天的土壤相對含水量分別為45%～55%，83%～90%，95～100%，0和40%～58%(圖4)。結(jié)合羽化日附近不同土壤相對含水量對應(yīng)的羽化率分析，草地貪夜蛾蛹在相對含水量維持在40%～60%的砂壤土中羽化率最高，在干砂壤土中的羽化率次之，在土壤相對含水量大于80%的條件下羽化率極低。

表3 不同級別模擬降雨處理下草地貪夜蛾砂壤土中羽化情況

圖4 砂壤土0～8 cm土壤水分變化情況Fig.4 Changes of 0～8 cm water content of sandy loam

2.3 模擬降雨處理草地貪夜蛾蛹在不同質(zhì)地土壤中羽化率比較

A處理砂土和砂壤土在草地貪夜蛾羽化日的土壤相對含水量分別為0～15%和40%～55%，蛹在45%～55%的土壤水分條件下的羽化率顯著高于0～15%的(P<0.05)。同時也可以發(fā)現(xiàn)，A處理和E處理砂壤土在蛹羽化日的土壤相對含水量范圍相對一致，分別為45%～55%和40%～58%，而蛹的羽化率在這種土壤水分條件下表現(xiàn)出相對最高的水平，且兩者之間無顯著性差異(P>0.05)，分別為56.7%±8.8%和70%±5.8%。B處理的土壤相對含水量分別為38%～45%和83%～90%，這兩種土壤水分條件下蛹的羽化率未表現(xiàn)出顯著性差異(P>0.05)，分別為36.7%±6.7%和23.3%±3.3%。C處理砂土和砂壤土的土壤相對含水量分別為82%和95%～100%，這兩種土壤水分條件下蛹的羽化率均相對最低且未表現(xiàn)出顯著性差異(P>0.05)，分別為3.3%±3.3%和13.3%±3.3%。D處理蛹羽化日的土壤相對含水量均為0，在這種土壤水分條件下，砂土中蛹的羽化率顯著低于砂壤土的(P<0.05)，羽化率分別為6.7%±3.3%和33.3%±3.3%。而在土壤相對含水量相對適中(40%～60%)的條件下，砂土中蛹的羽化率也顯著低于砂壤土的(P<0.05)，分別為36.7%±6.7%，56.7%±8.8%和70%±5.8%。

圖5 草地貪夜蛾蛹在不同質(zhì)地土壤中羽化率比較Fig.5 Comparison of emergence rate of Spodoptera frugiperda pupae in different soil textures注：A，小雨；B，中雨；C，大雨；D，對照-1；E，對照-2。Note:A,Light rain;B，Moderate rain;C,Heavy rain;D,CK-1;E,CK-2.

3 結(jié)論與討論

草地貪夜蛾無滯育現(xiàn)象，其生活史可分為卵、幼蟲(1～6齡)、蛹和成蟲4個階段。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，草地貪夜蛾的土中蛹?xì)v期為6～9 d，且主要集中在第7～8 天羽化出土。不同級別模擬降雨處理，即不同土壤相對含水量對于草地貪夜蛾土中蛹?xì)v期無顯著性影響。李立坤等(2019)研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤相對含水量對粘蟲Mythimnaseparata(Walker)土中歷期無顯著影響。這與本研究結(jié)果一致。此外，本試驗研究發(fā)現(xiàn)過大的土壤相對含水量對草地貪夜蛾的蛹?xì)v期具有一定程度的延長作用，且這種延長作用在砂壤土中表現(xiàn)出差異性。相關(guān)研究認(rèn)為，昆蟲發(fā)育進度的快慢在一定程度上反應(yīng)了其生長環(huán)境的優(yōu)劣。昆蟲發(fā)育越快，歷期越短，表明環(huán)境條件越適宜其生長(唐繼洪, 2016)。土壤相對含水量過高或過低均延長了粘蟲蛹的歷期(李立坤等, 2019)。陳法軍(2003)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤相對含水量不大于20%和不小于60%時均能顯著延長棉鈴蟲Helicoverpaarmigera(Hübner)蛹的歷期。本研究未發(fā)現(xiàn)過低的土壤相對含水量對草地貪夜蛹的歷期表現(xiàn)出明顯的延長作用，這可能和本試驗的供試土壤有關(guān)，具體原因有待于進一步分析。同時，這在一定程度上也說明草地貪夜蛾更適合在相對干燥的土壤環(huán)境中羽化出土。

草地貪夜蛾常在2～8 cm深的土壤中化蛹，有時也在果穗或葉腋處化蛹。相關(guān)研究表明，完全變態(tài)昆蟲的羽化率會受到土壤含水量的顯著影響(韓云等, 2015)，且土壤相對含水量小于或等于20%有利于棉鈴蟲的羽化出土，土壤相對含水量大于或等于40%的對其羽化出土不利，100%土壤相對含水量則會造成棉鈴蟲蛹大量死亡，羽化失敗率高達90%(陳法軍等, 2003)。小菜蛾P(guān)lutellaxylostella(Linnaeus)在土壤相對含水量(換算后)30.0%、37.2%、74.4%和100%條件下，羽化率分別為53.33%±5.75%、6.67%±0.57%、3.33%±0.45%和0.00±0.00(周福才等，2012)。李立坤等(2019)研究發(fā)現(xiàn)，粘蟲羽化出土的適宜土壤相對含水量為60%，0%和100%的土壤相對含水量都不利于粘蟲正常的羽化出土。劉茂松等(2012)研究表明，羽化期間降雨顯著影響楊小舟蛾Micromelalophatroglodyta(Graeser)蛹的存活，土壤濕度越大，蛹羽化和存活率越低。本試驗結(jié)果表明，蛹期模擬降雨處理對草地貪夜蛾的羽化率影響顯著，蛹期土壤相對含水量維持在40%～60%的范圍內(nèi)有利于草地貪夜蛾的羽化出土，土壤相對含水量過低(<20%)和過高(>80%)均極不利于草地貪夜蛾的出土羽化?？梢钥闯?，不同種類完全變態(tài)昆蟲羽化出土的最適土壤水分含量有所差異，但過大的土壤水分含量對上述昆蟲的羽化出土均極其不利。有學(xué)者研究表明，蛹末期到羽化前期是完全變態(tài)昆蟲發(fā)育階段的脆弱時期，此時昆蟲體內(nèi)進行著劇烈的生理代謝活動，并伴隨著組織的解離和再生，更易受到外界環(huán)境變化的影響(陳法軍等, 2003)。楊燕濤(2000)研究發(fā)現(xiàn)，土壤遇雨后棉鈴蟲蛹死亡的主要機制是土壤中過大的水分含量會惡化通氣，導(dǎo)致蛹窒息而亡；其次是雨后導(dǎo)致蛹室和羽化通道的坍塌從而影響棉鈴蟲的羽化出土。本試驗發(fā)現(xiàn)小雨處理的砂土出現(xiàn)板結(jié)的情況，且部分蛹破裂或呈現(xiàn)“半羽化”的狀態(tài)，其原因可能是本試驗供試砂土經(jīng)過高溫烘干，導(dǎo)致了土壤有機質(zhì)的散失，土壤結(jié)構(gòu)的破環(huán)和土料的分散，較低的模擬降雨量加之砂土較差的保水性使得土壤中的水分很快蒸發(fā)流失，從而導(dǎo)致土壤在蛹羽化前板結(jié)，一定程度上阻塞了蛹羽化出土的通道，使得昆蟲難以破蛹而出或羽化但難以出土(楊燕濤, 2000；黨志浩和陳法軍, 2011)。這說明土壤的板結(jié)也會影響昆蟲蛹的羽化出土。

入土化蛹昆蟲的羽化在一定程度上也受到土壤質(zhì)地的影響(韓云等, 2015)。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，在土壤相對含水量過低(<20%)、適中(40%～60%)和過高(>80%)的情況下，草地貪夜蛾蛹在砂壤土中的羽化率均高于在砂土中的，從而在一定程度上說明砂壤土相對于砂土有利于草地貪夜蛾蛹的羽化出土。這與砂壤土最適宜豆大薊馬Megalurothripsusitatus羽化的結(jié)論一致(韓云等, 2015)，而與桑椹癭蚊Cotarinasp.在砂土中的羽化率顯著高于砂壤土的結(jié)論不同(任杰群等, 2018)。完全變態(tài)昆蟲在不同質(zhì)地土壤中羽化率表現(xiàn)出差異的原因尚不明晰，可能受到土壤質(zhì)地和昆蟲生理特性的共同影響(陳法軍等, 2003)。

不同質(zhì)地土壤的特性不同，砂土孔隙性好，但水穩(wěn)性差，水分滲透和蒸發(fā)速度快，難以維持土壤含水量。砂壤土兼具砂土和壤土的特性，通氣透水性和保水性均相對較好(蘇楊等, 2013)。結(jié)合大田環(huán)境下的自然降雨分析，蛹期頻繁降雨一定程度上有利于砂質(zhì)土壤維持相對適宜的土壤含水量，適宜蛹的羽化出土，而干旱條件下土壤含水量過低則不利于蛹的羽化出土；壤土或砂壤土的田間持水量較大，加之其相對較好的水穩(wěn)性，土壤含水量可以較長時間保持在一定范圍內(nèi)，在干旱條件下更適合草地貪夜蛾蛹的羽化出土，在雨水充足的條件下則不利于其羽化出土(任杰群等, 2018)。鑒于我國玉米產(chǎn)區(qū)的種植用土以砂壤土居多，則草地貪夜蛾在相對干旱的大田環(huán)境下暴發(fā)為害的可能性更大，須對此加以防控。土壤水分含量過大對草地貪夜蛾蛹羽化出土的影響是毀滅性的，在實際生產(chǎn)中適時進行大田漫灌，營造高濕土壤環(huán)境可有效降低草地貪夜蛾蛹的羽化率，從而可達到防治目的。

土壤濕度對草地貪夜蛾出土成蟲的生產(chǎn)力、繁殖力和交配力是否有影響？土壤有機質(zhì)含量、腐殖質(zhì)含量和pH等化學(xué)特性是否也是影響昆蟲蛹羽化出土的因素？上述問題有待于深入研究。