干旱和放牧耦合驱动草原蝗虫爆发成灾的机理研究

Grasshoppers are important insect pest in northern grassland farming of China, while drought stess is a normal factor to limite grassland productuin in arid or semiarid regions, and grazing action is main mode for peoples to utilize grassland for living. A lot of researches had repoted that there were close correlationship between drought stress and some pest insect outbreaks, or between heavily grazing and grasshopper outbreaks. According to previous research data and conclusion, we suggest a hypothesis that the coupling of droght stress and heavily grazing is a key factor to drive the population dynamic of grasshoppers in Inner Mongolia, China. The mechanism of droght stress and heavily grazing enhancing grasshopper outbreaks may include changes of plant community character , plant nutrient states, secondary substance content in plant, micro - environment weather condition, and community structure of grasshopper natural enemy. This project wants to validate the hypothesis on a systematic and full scale design in field manipulated experiments for drought stress and heavilly grazing, and to analyzing how much of variation of grasshopper population dynamic coulld be explained by each effect factors. We want to answer the following key questions: How much of the plant community characters, plant nutrion states and secondary component, micro- environment weather condition, and grasshopper natural enemy be changed? If drought stress and heavily grazing have similar/equal ecological efficiency on grasshopper fitness? Is there a apparent competition relationship between different grasshopper species which have varied phenology?

蝗虫灾害是我国北方草原地区畜牧业生产中的重要问题，而干旱是草原牧草生长的主要气候限制因素，放牧是人类利用草原的方式，前人的研究证实干旱胁迫和重度放牧与害虫的爆发成灾有密切关系。根据前人的基础提出假说：在内蒙古草原，干旱胁迫和放牧耦合是草原蝗虫发生的主要驱动因子，其生态与生理学机制可能包括改变植物群落状况、改变植物的营养状态、改变植物的次生化合物含量降低抗性、改变生活微环境的气候条件、改变天敌群落动态。本研究通过系统全面的野外控制试验验证这一假说，分析每一作用机制解释蝗虫种群动态变异的重要性及其相互联系，全面认识干旱和放牧耦合驱动草原蝗虫种群爆发的机理。重点回答干旱和放牧耦合是否引起植物群落特征、叶片营养物质和次生物质含量、蝗虫生活微环境的气候、蝗虫天敌种群数量的显著改变？如何改变？二者对蝗虫的适合度是否具有相同的生态学效应？不同物候期的蝗虫物种间是否存在相互制约的表观竞争关系？

降水和放牧是驱动草原蝗虫发生的重要因素，但其如何发挥作用尚存在大量争论。本文研究放牧和季节性降水增加的耦合效应通过改变栖息环境中食料植物的养分含量来驱动草原蝗虫灾害发生的生理与生态学机理。通过野外样地，设置放牧和季节性增加降水处理，利用室外笼罩和室内饲养的方法研究不同物候期的优势种蝗虫毛足棒角蝗，亚洲小车蝗，狭翅雏蝗对羊草和克氏针茅在不同放牧和降水处理下的适合度响应，来分析草原降雨量变化和放牧耦合对草原蝗虫发生程度的影响。研究结果表明：1. 放牧显著地(p<0.05)降低春季羊草叶片中可溶性糖态C%和可利用C%的含量，但对淀粉态C%和总C%的含量无显著影响；极显著地增加氨基酸态N%、可利用N%和总N%含量，但对蛋白质态的N%无影响；显著增加可利用C%:N%的比值。降水的作用在放牧和不放牧间有波动，对可溶性糖态C%和氨基酸态N%有降低的趋势，但没有达到显著水平。放牧会显著地(p<0.05)降低毛足棒角蝗室内雌虫五龄到成虫的死亡率，缩短发育厉期，增加生长速率，增加成虫体重。降水对该蝗虫的影响，均不显著(p>0.05)。2. 放牧显著地(p<0.05)降低夏季克氏针茅叶片中可利用C%的含量和淀粉态C%，但对总C%的含量是显著增加（p<0.05）；显著地增加氨基酸态N%和总N%含量，但对蛋白质态的N%无影响；显著降低总C%:N%的比值。降水的作用在放牧和不放牧间有波动，但没有达到显著水平。放牧会显著地(p<0.05)增加亚洲小车蝗室内成虫体重和室外发育进度，对室内雌虫五龄到成虫有降低死亡率，缩短发育厉期，增加生长速率，但差异不显著。降水显著降低该蝗虫室外发育进度。 3. 放牧对秋季羊草叶片中可溶性糖态C%含量有降低趋势，但不显著，对淀粉态C%和总C%的含量也无显著影响；放牧显著地降低总N%含量，但对氨基酸态N%、可利用N%和蛋白质态的N%无显著影响；放牧显著增加可利用C%:N%的比值。降水显著降低秋季羊草的总N%含量，显著增加总C%:N%。放牧会显著地(p<0.05)降低狭翅雏蝗室内雌虫五龄到成虫的死亡率，缩短发育厉期，增加生长速率，增加成虫体重。降水显著降低秋季羊草的总N%含量，显著增加总C%:N%。放牧会显著地(p<0.05)降低狭翅雏蝗室内雌虫五龄到成虫的死亡率，缩短发育厉期，增加生长速率，增加成虫体重。降水对该蝗虫的影响，均不显著(p>0.05)。