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在我国,松墨天牛(Monochamus alternatus Hope)是马尾松(Pinus massoniana Lamb.)、黑松(P. thunbergia Parl.)、赤松(P. densiflora Siebold & Zucc.)、华山松(P. armand Franchi)等松科植物蛀干害虫[1-2],同时也是国际重大森林检疫性有害生物松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)在东南亚地区最主要的媒介昆虫[3-6],该虫在松材线虫扩散和侵染过程中起着携带、传播和协助病原侵入寄主植物的关键性作用[7-12]。当前,松材线虫病疫情防控工作已然成为我国林业有害生物防控中的重大科技难题,而对松材线虫主要媒介昆虫松墨天牛的有效防治是除治松材线虫病最关键的环节之一[9,11-15]。早在2003年松墨天牛就已被列入“全国林业危险性有害生物名单”。
松墨天牛在我国主要分布于热带、亚热带以及温带的19个省(自治区、直辖市),历史认为分布的北界是河北省和山东省,虽然推测在山西省可能有松墨天牛分布,但从未曾发现有松墨天牛野外种群[16-18]。然而,山西省于2018年首次发现松材线虫病重要媒介昆虫——松墨天牛野外种群,当年晋城市沁水县有4 888株白皮松(P. bungeana Zucc.ex Endl)遭受松墨天牛危害致死,且虫口密度大、寄主植物死亡率高[19]。与此同时,随着松墨天牛在山西省成功定殖,松材线虫全面入侵山西省也成为了可能,严重威胁着山西省及我国北方地区松树资源的生态安全。山西省林草局已把松墨天牛列入“山西省补充林业检疫性有害生物”名单。
截止到2023年3月,山西省松墨天牛发生危害区域仍集中在晋城市沁水县内,尚未出现向省内其它区域传播扩散态势。鉴于此,本研究拟深入明确松墨天牛在山西省的危害特征及发生规律,采用松墨天牛诱捕器动态监测、危害木解剖和数据预测模型等方法,旨在:1)分析山西省松墨天牛成虫的形态特征;2)明晰山西省松墨天牛成虫发生历期;3)计算山西省松墨天牛发生世代数;4)明确松墨天牛在寄主树种白皮松上的发生危害特征。本研究结果可为有效防控松墨天牛在山西省内进一步扩散蔓延并阻断松材线虫对山西省的入侵提供理论科学依据。
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在晋城市沁水县大尖山林场松墨天牛危害区域内,建立24块30 m × 30 m的调查样地(表1),采用“每木检尺法”对样地内的乔木树种(DBH ≥ 2.5 cm)进行测量,同时调查树木是否遭受松墨天牛危害,并统计危害木上松墨天牛产卵刻槽数、幼虫虫口密度及羽化孔数量。
样地
Plots海拔
Altitude/m坡度
Slope/(°)郁闭度
Canopy density白皮松密度
The density of
P. bungeana/
(tree∙hm−2)侧柏密度
The density of
Platycladus orientalis/
(tree∙hm−2)油松密度
The density of
P. tabuliformis/
(tree∙hm−2)乔木总密度
The total density
of tree/
(tree∙hm−2)1 1 099 23 0.50 422.22 466.67 44.44 933.33 2 1 092 31 0.39 477.78 677.78 0 1 155.56 3 1 099 22 0.40 377.78 844.44 88.89 1 311.11 4 1 102 19 0.40 622.22 577.78 0 1 200.00 5 1 111 13 0.50 366.67 655.56 11.11 1 033.33 6 1 078 23 0.50 744.44 655.56 0 1 400.00 7 1 099 12 0.60 133.33 1044.44 622.22 1 800.00 8 1 102 6 0.45 166.67 1166.67 255.56 1 588.89 9 1 101 4 0.50 233.33 788.89 0 1 022.22 10 1 098 9 0.40 477.78 544.44 0 1 022.22 11 1 084 7 0.40 388.89 800.00 11.11 1 200.00 12 1 087 7 0.67 355.56 477.78 122.22 955.56 13 1 032 19 0.52 277.78 844.44 0 1 122.22 14 1 025 29 0.50 166.67 677.78 0 844.44 15 1 024 18 0.66 133.33 611.11 66.67 811.11 16 1 021 10 0.47 222.22 566.67 0 788.89 17 1 104 10 0.45 322.22 388.89 33.33 744.44 18 1 103 12 0.53 388.89 677.78 22.22 1 088.89 19 1 115 13 0.51 388.89 711.11 22.22 1 122.22 20 1 074 11 0.56 322.22 800.00 22.22 1 144.44 21 1 089 14 0.61 311.11 855.56 111.11 1 277.78 22 1 094 10 0.68 411.11 655.56 33.33 1 100.00 23 1 120 12 0.68 366.67 788.89 55.56 1 211.11 24 1 121 12 0.71 411.11 833.33 44.44 1 288.89 Table 1. The characteristic of forest stands damaged by M. alternatus in Qinshui County Shanxi Province
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将收集到的松墨天牛成虫带回实验室内,分别测定雌雄成虫虫体的体长、头宽、体宽、前胸背板宽、鞘翅长、触角长和上颚长。
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于2019—2022年3月中旬至10月下旬,在松墨天牛发生危害区域累计悬挂24个松墨天牛诱捕器和植物源引诱剂(中捷四方生物科技股份有限公司),进行为期4 a的松墨天牛成虫种群动态监测实验。监测期间,松墨天牛诱芯每隔30 d更换一次,每隔7 d记录诱捕器内诱集到的松墨天牛成虫数量,并将收集的虫体带回实验室内进行鉴定。
此外,通过查阅相关文献,分析山西省沁水县松墨天牛成虫发生历期与辽宁[20],山东[21]、湖北[22]、江苏[23]、安徽[24]、湖南[25-26]、四川[27]、贵州[28]、江西[29]、广东[30]、云南[31]等地松墨天牛成虫发生历期差异情况。
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本研究根据“总有效积温定律”(公式1)[32],来计算松墨天牛发育速率(1 / D)和温度(T)之间的线性关系(公式2),将公式2简化后得到公式3,通过计算系数a、b值来最终可估计松墨天牛各虫态的总发育起点温度(LT)和总有效积温(K)。此外,根据已报道的松墨天牛不同虫态发育历期[33],可计算出松墨天牛从卵到蛹阶段的总发育历期和总发育速率,构建发育速率与温度之间的线性关系,进而计算出松墨天牛总发育起点温度(LT)和总有效积温(K),再结合沁水县的气象资料推算出松墨天牛在该地区的世代数(公式4)。
式中,D为昆虫平均发育历期,T为温度,LT为发育起点温度,K为有效积温,a、b为参数,N为世代数,Ni为i月的天数,Ti为i月的月平均温度。
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于2022年6—7月和2023年3月,在调查样地内随机选取36株因松墨天牛致死的寄主树种,将其从树干基部锯倒后,从危害木的基部向端部截成长度为40 cm长的木段,按照顺序进行编号。首先,记录每节木段上松墨天牛的羽化孔的数量和相对高度;继而,利用液压劈木机解剖各木段,并用斧头将木段劈开成2 cm的薄片,记录松墨天牛幼虫的数量和相对高度;最后,将收集的幼虫装入打孔的5 mL离心管中,带回实验室内采用形态鉴定和分子鉴定的方法确定其为松墨天牛幼虫。
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本研究获得的相关调查数据使用Microsoft office 2020软件进行整理,采用SPSS 22.0软件完成松墨天牛雌、雄成虫形态指标进行单变量方差分析(ANOVA)和Fisher最小显著差异检验(LSD),文中相关作图使用Origin 2022 和Graph Pad 6.0软件完成。
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分析山西省沁水县松墨天牛成虫形态特征可知(图1),雌雄成虫的头宽、体宽、前胸背板宽、体长及上颚长度均差异不显著,但成虫的鞘翅长、触角长、触角长/体长、胫节长、股节长这5个指标在雌雄之间的差异达到显著水平(图2)。此外,松墨天牛雌、雄成虫触角长和体长比值的差异达到极显著水平,二者数值变化范围分别为1.10~1.55 和1.89~4.11,且二者之间没有重叠的数据,因此可使用松墨天牛成虫“触角长/体长”这一形态指标作为松墨天牛性别判定的指标。
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据2019—2022年松墨天牛成虫诱捕数量可知,近4年山西省沁水县松墨天牛成虫虫口密度呈现先上升后下降的变化趋势(图3),其中2019年全年共诱集松墨天牛成虫1 309头,2020年诱捕松墨天牛成虫数量急剧上升至6 621头,较2019年增加了4倍,随后两年松墨天牛成虫诱捕数量开始逐步下降,到2022年全年只诱集到907头松墨天牛成虫。进一步分析松墨天牛成虫发生历期可知,山西省沁水县松墨天牛种群成虫的发生期约为5月下旬至10月上旬,其中始见期为5月下旬,始盛期为6月中旬,羽化高峰期为6月中旬至7月中下旬,盛末期为7月中下旬,终见期为10月上旬(图4)。
Figure 3. The trapping individuals of M. alternatus adults from 2019 to 2022 in Qinshui county, Shanxi province.
Figure 4. The analysis on the occurrence period of adult beetles of M. alternatus in Qinshui county, Shanxi province.
分析我国不同地理种群松墨天牛成虫发生历期可知(表2),我国各地松墨天牛种群的发生期和发生高峰期随着纬度的变化而产生较大的差异。整体而言,随着纬度的增加,各地的松墨天牛种群始见期逐渐推迟,发生高峰期也随之推迟,发生期时长却有所缩短。广东云浮地区,全年可见松墨天牛成虫;江西全南、南康和云南西昌始见期较早,在3月下旬到4月中旬;山西沁水松墨天牛种群的始见期较晚,在5月末至6月初,其余地区均在4月下旬到5月中旬;同时,松墨天牛种群羽化高峰期随纬度增加逐渐后推,广东云浮的羽化高峰期最早,在4月上旬;云南西昌和山东长岛地区最晚,在7月上旬;部分地区出现两个羽化高峰期,如江西南康、全南和广东云浮等地区。
类群
Groups纬度
Latitude/
(°)经度
Longitude/
(°)1月
January2月
February3月
March4月
April5月
May6月
June7月
July8月
August9月
September10月
October11月
November12月
December上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 辽宁大连 39.01 121.44 山东长岛 38.05 120.59 山西沁水 35.70 112.18 湖北十堰 33.13 110.42 江苏江宁 31.90 118.87 安徽马鞍山 31.69 118.51 江西浮梁 29.36 117.10 湖南永定 29.14 110.52 四川宜宾 28.98 104.72 江西南城 27.40 116.64 云南西昌 27.83 102.27 贵州凯里 26.57 107.98 江西南康 25.64 114.45 江西全南 24.64 114.53 广东云浮 22.54 112.02 注:表中黄色部分为松墨天牛成虫发生期,红色部分为松墨天牛成虫发生高峰期
Notes: The yellow part of the table shows the occurrence period of the adult M.alternatus, the red part is the peak occurrence period of the adult M.alternatusTable 2. Comparison of adult duration of different geographical populations of M.alternatus in China
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本研究得到松墨天牛发育速率(1/ D)和温度(T)之间的线性关系,即1/D = 0.11 × 10−2 T−0.14 × 10−1。此外,松墨天牛各虫态的总发育起点温度(LT)为12.73 ℃,其从卵到成虫完成1代所需要的有效积温(K)为1 200 ℃,计算得到山西省松墨天牛理论世代约为1年1.05代(表3)。
月份
Month1月
January2月
February3月
March4月
April5月
May6月
June7月
July8月
August9月
September10月
October11月
November12月
December月均温
Month mean
temperature/℃−2 1.1 8.1 12.5 17.8 22.7 23.4 23 17.9 10.9 5.2 −0.7 月天数
Number of days/d31 28.4 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 理论世代
Theoretical generation1.05 估计世代
Estimated generation1 Table 3. The generation calculation of M. alternatus in Qinshui county, Shanxi Province
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本研究在24块标准地中共调查了1 540株侧柏、764株白皮松和141株油松,其中在196株白皮松树上发现松墨天牛危害状,松墨天牛危害率约为25.65%。分析白皮松树的径级发现(图5),在2.50~27.50 cm径级内均有遭受松墨天牛危害的白皮松树,其危害比例范围在9.52%~32.10% 之间;其中,遭受松墨天牛危害较为严重的径级为2.50~17.50 cm,在径级大于27.51 cm的白皮松树上没有发现有松墨天牛的危害。
Figure 5. The distribution of diameter class of P. bungeana damaged by M. alternatus in Qinshui county, Shanxi Province
分析松墨天牛的幼虫虫口密度及羽化孔的数量随寄主植物树干高度的变化可知(图6),松墨天牛幼虫主要集中于白皮松树干高度0~3 m范围内,占调查总数的85.69%,其中0~1 m范围内比例均为最大,为41.54%,当寄主植物树高超过4 m时幼虫虫口密度相对较少,仅占调查总数的5.06%。松墨天牛羽化孔则主要分布在白皮松树干高度的0~4 m范围内,在此范围内羽化孔数量分布相对较为均匀,其中1~2 m范围内比例最大,为28.62%,在树高超过5 m的木段上没有发现松墨天牛羽化孔。
The Damage Regularity of Monochamus alternatus in Qinshui County, Shanxi Province
- Received Date: 2023-05-26
- Accepted Date: 2023-06-07
- Available Online: 2024-02-20
Abstract: