华北棉田-玉米田景观格局与龟纹瓢虫的生物控害功能的关系

Biocontrol service, the use of living organisms to control pest populations, is closely related to agricultural landscape pattern. Agricultural landscape system constructed by cotton (C3 plant) and corn (C4 plant) with diverse proportion and spatial arrangement is as the system of investigation. In laboratory, stable carbon isotope ratio analysis is used to examine the change of δ13C values in food web of cotton or maize, aphids and the predatory beetle, Propylaea japonica (Thunberg). The dietary proportion experiment provided a method expressed with the carbon isotope ratio equation between δ13C value of P. japonica adults and the proportion of aphids from a C3-based resource (cotton aphids reared on cotton) and a C4-based resource (maize aphids reared on maize), for use in quantifying the relative contribution of C from different plants at the base of the food web. At field, our objectives were to know the movement of the predatory beetle, P. japonica in agricultural landscapes system constructed by cotton and maize plants and to identify effects of spatial variation on diversity of pest insect and natural enemy in agricultural landscapes system. Based on stable carbon isotope ratio linear equation and ecology energetics, biocontrol service of the predatory beetle, P. japonica in the agricultural landscape system will be estimated. To illuminate relationship between agricultural landscape pattern and biocontrol service can be to provide potential to enhance biological control for regional ecologically pest management.

农田景观格局与天敌的生物控害服务功能密切相关。本研究以棉花（C3作物）和玉米（C4作物）组成的农田景观系统为研究对象，以棉花/玉米-蚜虫-龟纹瓢虫食物链为研究系统，通过室内实验构建定性和定量的稳定同位素碳δ13C标记分析模型，用以追溯天敌(龟纹瓢虫)在C3/C4植物的农田景观系统中的食物来源，为评价天敌昆虫在C3/C4作物农田景观格局中控害功能提供一种方法；通过设计不同比例和形状的棉花和玉米农田景观布局试验，揭示龟纹瓢虫在棉花-玉米作物景观格局系统中的转移扩散规律，明确农田景观格局龟纹瓢虫对蚜虫的调控作用；结合稳定同位素碳标记分析模型和昆虫生态能学方法，定量评估农田景观系统中龟纹瓢虫对蚜虫的生物控害服务功能。这不但在理论上可以丰富和发展生物多样性功能的理论，还可为合理的进行农田景观作物布局，发挥发挥天敌的潜能，有效地开展害虫的区域性生态调控提供新的研究思路。

项目背景：在农田生态系统中，天敌种群通过对有害生物种群的调控作用，降低化学药剂的使用，从而提高作物产量和改善农产品质量以及减少农药对环境的污染，系统的这种作用被称为生物控害服务功能。农田景观格局与天敌的生物控害服务功能密切相关。.研究内容：本项目研究计划从华北棉花、玉米所构成的农田景观出发，以棉花/玉米-蚜虫-龟纹瓢虫食物链为研究系统，从以下4个方面来探索华北棉田-玉米田景观格局与龟纹瓢虫的生物控害服务功能关系。（1）农田景观格局中棉花/玉米-蚜虫-龟纹瓢虫的稳定同位素碳值（δ13C）变化；（2）农田景观格局内蚜虫、龟纹瓢虫种群动态变化及龟纹瓢虫的转移扩散规律；（3）棉花-玉米农田景观格局对害虫和天敌群落多样性的影响；（4）龟纹瓢虫在棉花-玉米农田景观系统中生物控害服务功能的评价。.重要结果：龟纹瓢虫中鞘翅和内脏的稳定同位素碳δ13C标记可以识别出捕获的蚜虫来源于C3植物（棉花）还是C4植物（玉米），并在7天左右可以反映出最近取食的来源，而稳定同位素氮δ15N在3天左右即可反映出最近取食的来源。进一步我们构建了龟纹瓢虫中鞘翅和内脏的稳定同位素碳氮（δ13C和δ15N）与两种主要食物来源比例（棉蚜和玉米蚜比例）的线性和非线性定量关系模型。龟纹瓢虫成虫在大尺度以蚜虫为导向产卵方式，这种产卵习性对多作物种植的农田景观系统中蚜虫的控制发挥着重要的作用。龟纹瓢虫成虫选择缺乏猎物的玉米上栖息，而选择在富含蚜虫的棉花斑块上取食，取食之后又回到玉米斑块栖息。这就暗示着栖息在玉米上的天敌对邻作棉花上害虫具有很大的控制作用。.关键数据及其科学意义：通过整合稳定同位素碳氮标记和构建的线性和非线性关系模型可以定量地识别天敌瓢虫的主要食物来源，各食物来源的比例及其捕获时间。这些将可以为自然天敌类群的生境管理提供定量评价技术和方法。定量评估农田景观系统中龟纹瓢虫对蚜虫的生物控害服务功能。这不但在理论上可以丰富和发展生物多样性功能的理论，还可为合理的进行农田景观作物布局，发挥发挥天敌的潜能，有效地开展害虫的区域性生态调控提供新的研究思路。在全国尺度，根据2007年数据的初步评价结果表明，天敌昆虫的控害服务价值为2621.00×108 元，占其重要作物总经济价值的9.09%；开展昆虫生态服务功能的价值评估，是保护与利用昆虫生物多样性的基础。