空中蟲群飛行行為機(jī)制研究.pdf

1、許多昆蟲利用遠(yuǎn)距離遷飛使自身從時(shí)間和空間上躲避不良環(huán)境并選擇新的生境進(jìn)行定殖。遷飛性昆蟲選擇空中乘風(fēng)飛行，飛行高度通常距離地面幾百米以上，昆蟲可以借助高空的高風(fēng)速實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的遷飛距離。許多遷飛性昆蟲是非常重要的農(nóng)業(yè)害蟲種類，一些天敵昆蟲也具有遷飛的習(xí)性。因此，深入研究昆蟲遷飛行為對于調(diào)整和完善害蟲的防治策略具有重要的意義。昆蟲雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展使直接監(jiān)測空中蟲群活動(dòng)成為可能，雷達(dá)揭示了許多耐人尋味的空中蟲群飛行行為現(xiàn)象，其中最為引人注目的便是

2、聚集成層和共同定向現(xiàn)象。聚集成層和共同定向都可能導(dǎo)致害蟲在相對狹小的區(qū)域內(nèi)降落，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)損失。本研究的目的就是要揭示空中遷飛蟲群的飛行行為機(jī)制，以便為遷飛性害蟲的異地預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。
　　 本研究通過室內(nèi)模擬行為學(xué)試驗(yàn)、雷達(dá)觀測、空中網(wǎng)捕、氣象要素及軌跡分析等方法進(jìn)行空中蟲群飛行行為進(jìn)行研究。在揭示空中蟲群的飛行行為機(jī)制方面取得了進(jìn)展。本文第一部分主要介紹借助自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置在室內(nèi)模擬條件下對空中蟲群的聚集成層、共

3、同定向機(jī)制及昆蟲飛行振翅行為進(jìn)行的相關(guān)研究。第二部分重點(diǎn)介紹利用昆蟲雷達(dá)監(jiān)測和空中網(wǎng)捕等技術(shù)對昆蟲遷飛進(jìn)行野外觀測和取樣調(diào)查，進(jìn)而分析空中蟲群的飛行行為機(jī)制和遷飛動(dòng)態(tài)。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.為了揭示空中蟲群的聚集成層行為機(jī)制，在模擬溫度場和風(fēng)場條件下對鱗翅目蛾類棉鈴蟲的飛行行為進(jìn)行研究。在模擬溫度場中，試蟲群體表現(xiàn)為對溫度的主動(dòng)選擇行為，其選擇的兩個(gè)敏感溫度分別是最優(yōu)飛行溫度(20-22℃)和持續(xù)飛行低溫閾值溫度(13℃

4、)。在模擬風(fēng)場試驗(yàn)中，高速氣流對試蟲具有明顯的吸附效應(yīng)，其原因是在高速氣流周圍產(chǎn)生的負(fù)壓引起向內(nèi)的垂直氣流運(yùn)動(dòng)迫使試蟲加速進(jìn)入并束縛在高速水平氣流控制范圍內(nèi)。因此提出空中遷飛昆蟲對最優(yōu)飛行溫度的主動(dòng)選擇使其趨向于逆溫層頂?shù)淖罡邷靥帲箍罩邢x群在位于逆溫層頂?shù)牡涂占绷髦芯奂蓪硬㈤L時(shí)間維持的關(guān)鍵因子是急流上下邊緣處負(fù)壓所形成的氣流向心垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)環(huán)境溫度顯著低于遷飛昆蟲的最優(yōu)飛行溫度時(shí)，昆蟲會(huì)選擇一直向上爬升直至其持續(xù)飛行低溫閾值所在高

5、度，從而形成溫障層(Ceiling layer).
　　 2.為了明確風(fēng)和磁場變化對昆蟲定向飛行行為的影響，在模擬風(fēng)場和磁場條件下對鱗翅目蛾類粘蟲和棉鈴蟲的定向行為進(jìn)行了研究。懸吊的蛾子在不同風(fēng)速條件下均表現(xiàn)為逆風(fēng)頭向;在高速平流條件下釋放時(shí)，多數(shù)蛾子仍表現(xiàn)為逆風(fēng)頭向振翅飛行。試蟲對側(cè)面風(fēng)的補(bǔ)償角度隨風(fēng)速的增大而減小，在無定向信號(hào)時(shí)，試蟲群體的定向分布于風(fēng)兩側(cè);只有在試蟲體側(cè)設(shè)置明顯點(diǎn)光源時(shí)，供試群體才表現(xiàn)出偏向風(fēng)同一側(cè)的共同定

6、向，因此風(fēng)本身不是遷飛性昆蟲定向的信號(hào)。磁場定向試驗(yàn)結(jié)果表明，試蟲在正常地磁場條件下表現(xiàn)為顯著的群體共同定向。其中，粘蟲群體的共同定向是軸對稱的。當(dāng)將試蟲置于較強(qiáng)的磁場條件下時(shí)，粘蟲和棉鈴蟲供試個(gè)體的定向行為發(fā)生變化，群體共同定向行為消失。試蟲的定向行為不受磁場水平分量極向變化的影響。因此推斷，遷飛性昆蟲可能利用磁場作為自身定向的羅盤信號(hào)，在這個(gè)過程中可能和鳥類一樣利用了磁傾角。
　　 3.對影響棉鈴蟲振翅頻率的關(guān)鍵因子進(jìn)行研究

7、發(fā)現(xiàn):持續(xù)飛行時(shí)間，交配行為，溫度及風(fēng)速風(fēng)向顯著影響棉鈴蟲振翅頻率。棉鈴蟲振翅頻率在供試前3個(gè)小時(shí)內(nèi)迅速下降，隨后振翅頻率進(jìn)入平臺(tái)期，3小時(shí)后再次迅速下降，這一動(dòng)態(tài)與昆蟲遷飛過程中的起飛、運(yùn)行和降落三個(gè)階段十分吻合;交配行為致使棉鈴蟲雌、雄蟲振翅頻率降低，但雄蟲振翅頻率在短時(shí)間內(nèi)得以恢復(fù)，而雌蟲則不能。試蟲在19-23℃之間振翅頻率最高，這一溫度區(qū)間恰為棉鈴蟲最優(yōu)飛行溫度區(qū)間，適宜的溫度是遷飛性昆蟲長時(shí)間振翅飛行的關(guān)鍵。在逆風(fēng)頭向條件下

8、，風(fēng)速對試蟲振翅頻率影響不大;但在順風(fēng)條件下，試蟲的振翅頻率伴隨風(fēng)速的增大顯著降低，當(dāng)相對風(fēng)速大于4m/s時(shí)，昆蟲幾乎無法振翅。
　　 4.2007和2009年利用南京農(nóng)業(yè)大學(xué)多普勒昆蟲監(jiān)測雷達(dá)對稻縱卷葉螟的遷飛行為進(jìn)行研究。雷達(dá)觀測表明:稻縱卷葉螟主要選擇黃昏時(shí)分起飛、黎明降落。其飛行高度通常在500m以下?？罩邢x群通常在100-500m高度范圍內(nèi)聚集成層，有時(shí)不同高度上會(huì)同時(shí)出現(xiàn)2個(gè)蟲層。成層現(xiàn)象通常與最大風(fēng)速（低空急流）密

9、切相關(guān)而與溫度無關(guān)。利用數(shù)值模擬的方法對風(fēng)溫場及遷飛動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，2007年浦口地區(qū)的第4代稻縱卷葉螟有4次明顯的遷入、遷出過程。其遷飛動(dòng)態(tài)受臺(tái)風(fēng)、副熱帶高壓和江淮氣旋的強(qiáng)烈影響;降落行為與下沉氣流密切相關(guān)。
　　 5.2009年8月至9月，利用系留氣艇攜帶高空捕蟲網(wǎng)的方法對南京浦口地區(qū)的空中昆蟲群落進(jìn)行采樣研究。結(jié)果表明:半翅目同翅亞目昆蟲為網(wǎng)捕優(yōu)勢類群，其中稻飛虱、蚜蟲及葉蟬等貢獻(xiàn)最大;其次為雙翅目和膜翅目昆蟲。寄生蜂、

10、捕食蝽等天敵昆蟲與其寄主之間存在明顯的伴遷行為。白天和夜間網(wǎng)捕在種類構(gòu)成上存在明顯的不同，不同的昆蟲種類選擇的飛行時(shí)間不同，蚜蟲和寄生蜂等小型昆蟲在白天比較活躍，而稻飛虱、葉蟬及鱗翅目成蟲等在夜間遷飛。對整夜空中蟲群的采樣研究表明，傍晚時(shí)分捕獲的昆蟲數(shù)量與種類明顯多于其他時(shí)段?？罩芯W(wǎng)捕昆蟲數(shù)量動(dòng)態(tài)不同程度受到溫度、風(fēng)速和風(fēng)向的影響。通過對幾種重要稻飛虱種類的軌跡分析研究表明，網(wǎng)捕昆蟲動(dòng)態(tài)能夠真實(shí)反映小型昆蟲的實(shí)際遷飛動(dòng)態(tài)。
　　

11、 6.利用以往雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)對東北地區(qū)春季粘蟲空中蟲群的遷飛行為進(jìn)行研究。結(jié)果表明:空中蟲群的成層趨向于逆溫層頂，選擇較高的溫度是空中蟲群聚集成層的主要原因，但少數(shù)成層現(xiàn)象與風(fēng)切變有關(guān)。低溫是粘蟲遷飛的重要限制因素，當(dāng)溫度低于13℃時(shí)粘蟲很少起飛，空中蟲群也不聚集成層。急劇降溫會(huì)導(dǎo)致空中蟲群的集中降落?？罩邢x群的位移方向的離散度與風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)。當(dāng)風(fēng)速較大(＞5m/s)且風(fēng)向?yàn)闁|北時(shí)，粘蟲蟲群的共同定向基本與風(fēng)向一致;當(dāng)風(fēng)速較小（＜3m