森林昆虫学第四章昆虫生态学

第四章 昆虫生态学,重点：昆虫与环境的关系及应用； 森林昆虫种群及森林昆虫群落的基本概念； 森林害虫预测预报概念及方法。,昆虫生态学研究的内容，按对象的层次可分为： (1)个体生态学(autecology of insects)，以昆虫个体为对象，研究某种昆虫对环境条件的适应性和可塑性，以及环境因素对其形态、生长发育、繁殖、存活、习性、行为等的影响。 (2)昆虫种群生态学(population ecology of insects)，以昆虫种群为对象，研究在一定环境和时间、空间条件下，昆虫种群数量变动及其变动的原因。 (3)昆虫群落生态学(community ecology of insects)，以群落为对象，研究在一定区域和时间、空间内，昆虫所处群落的结构、功能、演替及其原因等。 (4)生态系统生态学(ecosystem ecology)，以生态系统为对象，研究昆虫在该生态系统中的地位和作用。,昆虫生态学(insect ecology):是研究昆虫与环境相互关 系的科学。,是研究昆虫对不同生态环境的适应性及变异现象，分析昆虫种内、种间关系及其对环境条件反应的行为机制，研究昆虫种群在不同地域、环境和时间、空间内的数量动态规律，昆虫在所处群落和生态系统中的地位、作用，以及改变自然环境后昆虫生存和数量变动状况等，为环境保护、资源昆虫的保护利用、昆虫区系、害虫预测预报、综合治理等提供理论依据。,昆虫生态学的主要任务,非生物环境： 气候因子（温度、湿度、降水、光、风） 土壤因子(土壤质地、结构和理化性质） 地形因子（坡度、坡向和坡位） 生物环境： 即有机因素，主要包括昆虫的食物和天敌。,第一节 昆虫与环境的关系,环境是指与昆虫发生直接或间接联系的外部空间事物的总和。,1.温度 温度是气象因子中对昆虫影响最显著的一个因子。昆虫是变温动物，在生理上缺乏调节体温的机能，其体温基本取决于周围环境的温度的变化，因此它们的新陈代谢强弱和生命活动，在极大程度上受外界温度的支配，昆虫的发育进度及世代的多少都受温度的影响。,一、非生物因素与昆虫,温度不仅直接影响昆虫，而且对昆虫的天敌和食料同样有很大的影响，从而间接影响昆虫的分布和数量变化。,根据昆虫对温度条件的适应性，划分为： 致死高温区：4560，兴奋-死亡； 亚致死高温区：4045 ，热昏迷； 适温区：840；生命活动正常进行； 亚致死低温区：-108，冷昏迷 致死低温区： -40-10，死亡。,1.1 温区,适温区：又称有效温区，840，生命活动正常进行； (1)高适温区 ：3040，最高有效温度； (2)最适温区：2030，寿命适中，繁殖力最大； (3)低适温区：820，此温区的下限，称为最低有效温 度，只有高于这一温度，昆虫才开始发育，又称为发育起始点(发育起点)温度。,昆虫完成一定发育阶段（1个虫期或一个世代）所需累计温度的总合称为积温；全部有效温度的总和是这一阶段的有效积温，通常为一常数（K）；单位：日度。 K=NT； K=N(T-C) （N 发育历期；T 平均温度；C 发育起点温度；T-C 发育有效温度；V 发育速率。）,1.2 有效积温法则,例：槐尺蠖卵在定温27.24.5 天，在地窖干燥期内198天。代入公式计算得： K=(27.2-C) 4.5 K=(19-C) 8 计算得: K=84 日度 C=8.5,应用 （1）估测害虫可能发生的代数 世代数=某地1年的总有效发育积温总和/某虫完成1代所需的有效积温。 （2）预测害虫发生期: N=K/（T-C） （3）控制昆虫发育进度 T=（K/N）+C，人工繁蜂时应用，按释放日期的需要计算出室内繁蜂所需的温度。 （4）预测害虫地理上分布的北限 只有全年有效积温之和，大于昆虫完成1个世代所需的总积温的地区，这种昆虫才能发生。,1.3 有效积温的应用及局限性,局限性 （1）只考虑温度因素，忽略了其它因素影响。 （2）是以温度与发育速率呈直线关系作为前提的，实际上呈“S”形的曲线关系。 （3）不适用于专性滞育、多年1代、或迁飞的昆虫。,2.湿度,湿度对昆虫发育速度的影响远不如温度明显，只有在湿度过高或过低而且持续一定时间，其影响才比较明显。湿度通过影响昆虫的新陈代谢而直接影响昆虫或通过影响食物、天敌而间接地影响。 主要对昆虫的繁殖、存活、产卵、地理分布等产生影响。,如:小地老虎在土壤含水量为3070%时正常发育，90%历期延长，死亡率加大。东亚飞蝗在相对湿度为70%产卵量最大。,3.温、湿度的综合作用,3.1温、温度系数 温、湿度系数Q是降水量M与平均温度总和T的比值，基本公式为：,用以比较不同地区、不同月份、不同年份的气候特点，以便分析害虫发生与气候条件的关系。,Average temperature (C) monthly,在坐标纸上以纵轴表示月平均温度,横轴表示月总降水量,并以线条依次连结各月温湿度交合点所成的图。,3.2 气候图,Dry, hot,Damp, hot,Dry, cold,Damp, cold,Rainfalls (mm) monthly,4.1光的性质 一般人类可见光波为4000-7700埃，而昆虫的视力偏于短波光，可视区在2530-7000埃。因此它们可以看到人眼看不见的紫外光，利用黑光灯诱虫效果好就是这个道理。 4.2光强度的影响 日出性昆虫；夜出性昆虫；昼夜活动性昆虫；弱光性昆虫。,4.光,光周期：一昼夜中光照与黑暗交替的节律。 临界光周期：引起昆虫种群中50%个体进入滞育的光周期。,4.3光周期,5.风,间接影响 ：影响环境的湿度、温度 直接影响： 影响体内水分散失,从而对体温产生影响； 影响昆虫的活动和体型； 影响昆虫的地理分布； 影响昆虫的迁移、传播。,6.土壤对昆虫的影响,土壤温湿度 土壤理化性质,二、生物因素,主要包括昆虫的食物和天敌。,1.食物因素对昆虫的影响 1.1昆虫的食性 植食性、肉食性、腐食性、杂食性； 单食性、多食性、寡食性。,1.2 昆虫对植物的选择性,昆虫和植物建立取食被取食关系 植物理化因素是否吸引昆虫 植物能否满足昆虫营养需要 昆虫能否解毒,1.3 植物对昆虫的抗虫性,植物抗虫性： 植物在长期进化过程中形成抵 御害虫取食的能力。抗虫机制表现在不选择性、抗生性和耐害性。,利用植物抗虫性机制选育具有抗虫性的植物。,植物抗虫性机制可分为： （1）不选择性 植物不具备引诱昆虫产卵或取食的化学物质或物理形状； 植物具有拒避产卵或抗拒取食的特殊化学物质或物理形状； 昆虫的发育期与植物的发育期不吻合，导致昆虫不产卵、不取食或少取食。,（2）抗生性 被取食后不能全面满足昆虫的营养需要；或含有对昆虫有毒的物质； 被取食的部位产生化学的或组织上的变化从而抗拒昆虫继续取食。,3）耐害性 植物在遭到昆虫为害后表现出忍耐被害或再生补偿的能力。阔叶树被害后再生能力强，可以忍受大量的失叶，失去40%的叶子，不影响来年的生长，而针叶树失去30%的叶子即对其生长有影响。,2.昆虫的天敌,（1）病原微生物 真菌（虫霉菌、白僵菌、绿僵菌） ； 细菌（金龟子乳状病芽孢杆菌、BT）； 病毒（核型多角体病毒、质型多角体病毒、颗粒体病毒）。,（2）天敌昆虫 捕食性天敌昆虫 寄生性天敌卵寄生、幼虫寄生、蛹寄生、成虫寄生、跨期寄生;单寄生、复寄生、重寄生,（3）其它捕食性天敌,生物因素 只影响某些个体； 与种群个体数量关系密切； 对昆虫的影响是相互的； 受非生物因素的影响.,三、非生物因素、生物因素对昆虫影响的特点,非生物因素 影响较均匀； 与种群个体数量无关； 单方面对昆虫发生影响； 可以通过生物因素对昆虫产生间接影响.,种群:特定时间内占据特定空间的同种有机体的集合。,第二节森林昆虫种群及其动态,种群具有： 种的一般生物学属性，(如形态结构、生活方式、遗传性相同，以及与其它种存在严格的生殖隔离)。 群体自身的生物学属性，如出生率、死亡率、性比、平均寿命、年龄组配、基因频率、繁殖速率、密度及数量变动、空间分布、迁移率、滞育率等。,一、种群的数量特征,1. 种群密度,1.1 种群绝对密度的估计 总数量调查 取样调查：样方法；标记重捕法。 1.2 种群相对密度的估计 用时间、百分比、虫株率等表示。 如：单位时间内灯诱或网捕到的昆虫。,单位空间内昆虫个体数，分为绝对密度和相对密度。,昆虫种群数量的变动主要取决于种群密度、繁殖速率、死亡率、迁移率等。,出生率(B) 是指种群增长的固有能力，分为： 生理出生率：种群在理想条件下理论上产生新个体的最大数量。 生态出生率：特定生态条件下的实际出生率。 死亡率(M) 一定时间内种群死亡个体数占总数的百分比。 生理死亡率：种群在理想条件下，种群中个体均因年老而死亡，即昆虫个体都活到了生理寿命后才死亡的情况。 生态死亡率：在一定环境条件和时间下的种群死亡率。,.种群出生率和死亡率,内禀增长率(rmax,rm,r) 在最适宜环境条件下，维持最适生活水平的动物种群所具有的最大增长能力。 种群迁移率 一定时间内种群迁入数量与迁出数量之差占总体的百分率。,性比是反应种群中雌性个体和雄性个体比例的参数。一般用雌虫占种群总个体数表示种群的性比。 大多数昆虫自然种群的性比趋向11，但也随种类而异。同一种群性比会因环境因素的变化而发生变化。,二、种群的结构特征,1.性比,年龄组配 自然种群中各年龄组的相对比例。 幼体较多成体较少 上升 成体较多幼体较少 衰落 均匀分布 稳定,2.年龄组配,种群分布 指种群在空间扩散分布的形式；也称为空间格局或空间分布。,三、昆虫种群的空间分布,1.空间分布类型 1.1均匀分布/正二项分布：个体间保持一定的距离，分布均匀。,1.2随机分布/泊松分布 每一个体在种群领域中各个点出现的机会均等，且某一个体存在不影响其它个体的分布。,种群内个体间互不独立，呈现明显的聚集现象，总体中一个或多个个体的存在影响其它个体在同一取样单位的出现概率。,1.3 聚集分布,生命表：系统描述同期出生的一昆虫种群在各发育阶段 存活过程的一览表。,四、昆虫生命表,特定时间生命表（垂直生命表或静态生命表）年龄组配稳定前提下，以特定时间（如天、周、月等）系统调查并记载在X时刻开始时种群的存活数量或X期间的死亡数量；适于具有稳定年龄组配和世代重叠的昆虫种群的研究。 特定年龄生命表（水平生命表或动态生命表）以种群年龄阶段（虫态、虫龄等）作为划分标准，系统观察并记录不同发育阶段或年龄期间的死亡数量、死亡原因以及成虫阶段的繁殖数量；适用于世代离散的昆虫种群的研究。,一个假设的生命表 (Southwood, 1978),X 按年龄或一定时间划分的单位时间间距；lx 在x期开始时种群数量；dx x至x+l期死亡数； ex在x期开始时种群平均生命期望值； qx在X期内的死亡率； Lx在x期和x +l期种群的平均存活数量； Lx= （lx+lx+1）/2 Txx期后平均存活数的累计数Tx=Lx+Lx+1+.Lx+w,生物群落：指一定生境内各种生物种群构成的集合体。,第三节 生物群落,一、生物群落,森 林 群 落,稻 田 群 落,苹 果 园 群 落,生物群落的基本特征 (1)物种多样性和稳定性：一般认为群落的结构越复杂， 多样性越高，群落也越为稳定。 (2)优势现象：群落中各个生物成员在群落中的重要性不同。如常常一个或几个优势种可能决定群落的特征。 (3)群落结构：包括空间结构、时间结构和营养结构。,1、空间结构 垂直结构：包括不同类型群落的垂直分化和同一群落的垂直分层两个部分。如一个森林群落常可以划分为乔木层、灌木层、草木层、苔藓、地衣层等；在同一植物上各种昆虫的生态位有所不同。,二、森林昆虫群落的结构,水平结构：指组成群落的各物种在水平方向上的分布模式或分布格局。如受到亲代分布习性、环境异质性、种间相互关系作用等因素的综合影响。,甘蓝夜蛾,思茅松毛虫,美国白蛾,2、时间结构 昼夜节律、季节动态和演替。 群落随时间而变化的动态特征，称为群落演替。 3、营养结构 食物链和食物网、营养级（将食物网中错综复杂的种间关系简化为营养层次之间的关系）。如自养生物、食草动物、肉食动物。,共分六个区（界）: 古北区 欧洲、非洲北部、亚洲大部分； 新热带区 南美和中美； 非洲区 非洲、马达加斯加及其附近岛屿；新北区 北美各国； 澳洲区 澳大利亚及其附近岛屿; 东洋区 亚洲南部各国.,第四节 昆虫地理分布,一、世界动物地理区划,二、中国动物地理区划,东洋区 西南地区 华中地区 华南地区,古北区 东北地区 华北地区 蒙新地区 青藏地区,指生态系统内现存的相互作用的植物、动物和微生物物种的总和；或指生命的种类及其过程，包括所有的有机体的种类、它们间的遗传差异及相关的群落和生态系统，多样性各个生物阶元（物种、生态系统等）的数量及相对频率。生物多样性包括不同的组织层次，即遗传多样性、物种多样性、群落或生态系统多样性。,第五节 生物多样性,一、生物多样性,1.多样性的测度 是测度均质群落内或生境内物种组成状况的指标；包括丰富度指数、物质多样性指数和均匀度指数。 2.多样性的侧度 测度沿环境梯度的变化物种的替代程度或物种的周转率；可分为二元数据测度法和数量数据测度法。 3.多样性的侧度 指一个景观内各群落、多样性所形成的多样性，又称总体多样性；它的数据来自各均质群落的样本，可用多样性指数测定。,二、生物多样性的测度,1. Berger Parker优势度指数 I=Nmax / NT Nmax：优势种群数量；NT： 全部种群数量。 2. Shannon-Wiener多样性指数：H=-PilogPi （I=1,2,3,s） Pi：第i种的个体数与总个体数的比值；S：物种数。 3. 均匀度指数：E=H / Hmax=H / lns E：均匀度；H：多样性指数；s：种类数；个体总数Nni 4. 丰富度指数 Pi=Ni / N Ni：为第I类群个体数；N：为个体总数。 5. Sorenson相似性系数：Cs=2j/(a+b) j ：样地共有物种数；a和b分别为样地A和样地B的物种数。,三、常用生物多样性指数,