国内外昆虫种群动态研究概述_刘志军

增刊

2001年12月山西林业科技SHANXI　FORESTRYSCIENCEANDTECHNOLOGYSup.Dec.2001文章编号:1007-726X(2001)增-0001-03

国内外昆虫种群动态研究概述

刘志军,马忠秋,党　申

摘要:112(1.中科院石家庄农业现代化研究所,河北　石家庄　050021;2.青海省水利厅水保局,青海　西宁　810000)昆虫种群动态研究经历了田间种群动态研究、实验种群动态研究和种群系统研

究的发展阶段。在田间种群和实验种群动态研究阶段,研究重点是描述昆虫种群的动

态变化。在田间种群研究阶段,主要进行种群聚集与扩散迁移的研究和自然种群的数

量调查。通过对实验种群的研究,使昆虫种群动态研究得到进一步发展,并根据实验

的结果提出了种群生长型的特征。在种群系统研究阶段,将害虫种群与其所处的环境

作为一个系统整体来研究,并且在计算机和各种数学手段的帮助下,模拟、预测和控

制昆虫种群动态变化。

关键词:昆虫;种群动态;种群系统

中图分类号:　　　文献标识码:AS763.302

种群动态变化研究是种群生态学研究的核心问题,并且种群生态学的许多重要理论都是通过研究昆虫而获得的。在实际的农林业生产过程中害虫种群动态的监测与预测也具有十分重要的意义,对害虫种群动态的正确模拟与预测是保证农林业稳产、高产的重要环节[1]。

昆虫种群动态研究经历了田间种群动态研究、实验种群动态研究和种群系统研究的发展阶段。在田间种群和实验种群动态研究阶段,研究重点是描述昆虫种群的动态变化。由于电子计算机的日益普及和其他学科(数学、系统论、控制论等等)思想的渗透,在种群系统研究阶段,不仅能够预测昆虫种群动态的变化,而且能够控制昆虫的种群动态变化。

1　田间种群动态研究阶段

早期的昆虫种群动态研究以叙述性、描述性为主,主要进行种群聚集与扩散迁移的研究和自然种群的数量调查。1911年Howard和Fiske进行了从欧洲侵入美洲的两种害虫舞毒蛾及棕尾毒蛾的天敌的详细野外研究,首次对昆虫死亡因素进行了分类,并且认为昆虫的寄生者对种群增加具有更大的限制作用。1914年Muir通过简单的数学模型考察了寄生性昆虫与其寄主间的个体数量变动。1922年Tothill对美国白蛾自然调节情况作了研究[2]。总之本阶段种群动态研究处于初始的萌芽状态。

2　实验种群动态研究阶段

随着实验手段的不断完善,开展了对昆虫试验种群的研究。将种群由田间转移到实验室中去,在特殊人为控制的条件下进行了田间复杂条件下不可能进行的各种实验。本阶段昆虫种群

收稿日期:　2001-09-25

作者简介:　刘志军(1974—　),男,吉林集安人,1995年毕业于吉林林学院,硕士,助研。

　　　　　　　　　　　　　　　　　山西林业科技　　　　　　　　　　　　　　　　　2001年2

　　　　　　　　　　动态研究主要集中在对试验种群生长型的论证上。Malthus提出的人口增长曲线和Verhulst提出的Logistic曲线,被引用于描述昆虫种群的增长过程,成为描述昆虫种群增长的基础曲线。Raymondpeal的牛乳瓶饲养果蝇的实验,是试验种群的开端。在模拟种群逻辑斯蒂生长的实验中最权威的是Gause1934年所做的草履虫培养实验。在混和试验种群的研究中,Gause(1932,1934)做了两种酵母菌的竞争实验,酿酒酵母和裂殖酵母,对Lotka-Volterra的竞争模型进行了论证。

通过对实验种群的研究,利用生命表可以计算出衡量昆虫生物潜能的一个重要指标——内禀增长能力。内禀增长能力是指具有稳定的年龄组配的种群在食物数量与空间上不受限制,同种其他个体的密度维持在最适水平,并且在环境中排除其他有机体(包括天敌等)的情况下,在某一特定的温度、湿度、光照与食物性质的环境条件的配合下,种群的最大瞬时增长速率(Andrewartha&birch1954)。内禀增长能力同时综合了产卵量、产卵速率、存活率和发育速率诸因素对昆虫种群数量变动的影响。从理论上说,它应当能比任一单项指标更能精确地描述昆虫种群数量变化的情况。因此研究各种实验种群的内禀增长能力可以使我们更加深刻地理解自然种群数量的变动机制。基于Lotka等人对实验种群的研究工作,B.G.Murray提出了种群动态第一定律和种群动态第二定律。

通过对实验种群的研究,使昆虫种群动态研究得到进一步发展,并根据实验的结果提出了种群生长型的特征。

3　种群系统研究阶段

田间种群和实验种群动态研究处于叙述性、描述性阶段,而在种群系统研究阶段不仅要描述昆虫种群动态的变化,而且要预测和控制昆虫种群动态的变化。Lewis和Leslie建立的种群矩阵模型用于描述和预测昆虫种群的动态变化,Pollard进行了矩阵模型的随机处理,Williamson给出了分别计算雌雄动物的矩阵模型。Lesile和Pennycuick等都考虑了带有密度制约作用的矩阵模型[15]。在此基础上矩阵模型得到了进一步改进,Lefkovtch直接用不等期的虫态来分组[3,4,14]。VonFoerster等人建立了种群依赖于时间,又依赖于年龄构成的偏

[21]微分方程模型。Barr等人利用生理时间标度,将年龄和温度统一起来,可以模拟变温下种

群具有年龄结构的动态过程。Morris和Miller组建了适应于各发育期具有明显特征的昆虫种群生命表,在此基础上,Morris和Watt建立了种群趋势指数模型[17,18]。本世纪60年代初,随着电子计算机的发展和广泛应用,昆虫种群动态研究获得空前的发展,成为种群生态学研究的核心问题。电子计算机的广泛应用,使人们可以迅速而准确地处理大批数据,进行以往难以进行的复杂运算。数学的各个分支学科纷纷向昆虫种群生态学渗透,可以利用各种方法进行种群动态研究。例如利用微分方程进行昆虫种群动态的预测及不同种群密度下生殖力的估计;利用概率论、统计决策理论对害虫种群动态进行预测和控制;随机过程理论和MonteCarlo方法用于模拟昆虫种群的生死过程、竞争过程、捕食——被捕食过程(或寄生——被寄生过程)以及昆虫迁飞活动的轨迹等;应用判别分析、聚类分析方法进行害虫的定性预测;突变论用于探讨害虫种群猖獗发生的原因以及治理决策。在东亚飞蝗种群动态中存在调节作用,除生境转移外,由三个制约种群数量增减的反馈机制所构成。通过利用电子计算机和数理统计方法对影响种群发生数量的生物环境条件进行多因素分析,提出从三个方面考虑预测方法,即根,[11][15,16]

虫种群数量的数学预测式。

70年代以来,害虫问题日益突出,害虫在给农林生产造成巨大损失的同时,由于杀虫剂的使用不仅造成严重的环境污染,而且带来一系列其他的社会问题。此时的害虫防治问题不仅仅是消灭害虫那么简单,必须协调好控制害虫种群数量、保证农林生产、选择适当的杀虫剂和保护生态环境这几者之间的关系。这已非传统的害虫防治方法所能解决,必须引进系统论的思想,将害虫种群与其所处的环境作为一个系统整体来研究。Gieir(1964)和Clark(1967)提出

[12]生命系统的基本概念,认为“生命系统由一个对象种群和作用于这个种群的环境所组成”。

Hughest等进一步阐明,生命系统处理方法容许把一个种群作用的环境看成是系统的空间边界。生命系统的研究方法已将系统处理方法引入到了种群动态研究中,但主要用于描述昆虫种群动态变化,没有解决系统的控制问题。Ruesink对系统处理方法在有害生物管理应用中的研究,Tummala等关于有害生物管理的模拟,以及Huffaker应用系统处理方法对有害生物协调管理的研究,对种群系统的理论的形成和发展起着重要作用[13,19,20]。庞雄飞等对种群系统研究的原则与方法也曾进行综述,并讨论了控制指数在种群控制中的应用以及多种群共存系统的信息处理问题[5～7]。应用种群系统的处理方法可以把种群系统建成一个控制系统,通过各种作用因子的控制信号实施对系统的控制,通过改变可控因子使控制信号发生改变而使系统的输出达到预期目标。引入现代系统科学的思想和方法,把种群系统组建成控制系统,研究种群的动态预测和动态控制问题,是近代昆虫种群动态研究的发展趋势。

在系统理论思想的指导和计算机的辅助下,相继出现了一批种群动态的电子计算机模拟模型和害虫种群的最优管理模型。如G.H.Conway(1971)提出苏丹棉铃虫的控制模式;R.E.Stinner等(1974,1977),A.W.Hartstack(1974,1975)分别提出美国棉铃虫种群动态模拟模型和计算机模型。R.Rabbinge等(1975,1976)对松卷叶蛾、榆全爪螨种群动态进行模拟,并在此基础上,提出了以捕食螨控制为主的榆全爪螨综合治理方案。

参考文献:

[1]　李典谟,张知彬.农业虫鼠害的严重性及防治对策[J].中国科学院院刊,1993(3):35—42.

[2]　伊藤嘉昭.动物生态学(上)[M].北京:中国出版社,1982,1—40.

[3]　李天生.不等期年龄组种群等维时间序列的一阶自回归矩阵模型的探讨[J].林业科学(昆虫专辑),1983(8):30—36.

[4]　庞雄飞.种群矩阵模型在昆虫生态学研究上的应用[J].华南农学院学报,1980,1(3):27—37.

[5]　庞雄飞.昆虫种群系统的研究概述[J].生态学报,1990,10(4):373—378.

[6]　庞雄飞.昆虫种群控制系统的信息处理(1)[J].华南农大学报,1990,11(3):6—12.

[7]　庞雄飞.昆虫种群控制系统的信息处理(2)[J].华南农大学报,1990,11(4):7—16.

[8]　马世骏.东亚飞蝗在中国的发生动态[J].昆虫学报,1958,8(1):1—40.

[9]　马世骏.东亚飞蝗种群数量中的调节机制[J].动物学报,1965,17(3):261—277.

[10]　马世骏.东亚飞蝗中长期数量预测的研究[J].昆虫学报,1965,14(4):319—388.1965,13(4):328—333.

[11]　Barr,R.,O.etal,1973Ecologicallyandeconomicallycompatiblepestcontrol.Mem.Ecol.Soc.Aust.1:241—264.

[12]　Clari,L.Retal.:Theecologyofinsectpopulationintheoryandpraactice,methuen,london,1967.

[13]　Huffaker,C.B.(ed.):Newtechnologyofpestcontrol,AwilleyintersciencePubl.U.S.A.,1980.

[14]　Lefkovitch,L.P.1965:Thestudyofpopulationgrowthinorganismsgroupedbystages.Biomertrics.21:1—18.

[15]　Leslie,P.h.:Ontheuseofmatriceincertainpopulationmathematics,Biomertrika,33,183—212,1945.

[16]　Lewis,E.G.:Onthegenerationandgrowthofapopulation,Sanhya,6,93—96,1942.[8～10](下转第16页)

WEIJin-qun

(ShanxiHigh-yieldPoplarForestExperimentBureau,037006　Datong,China)

Abstract:ThenaturaldistributionoforientalarborvitaeinShanxiProvinceislimitedtothesouthofinsidetheGreatWall.ThetestoforientalarborvitaesilviculturehasbeencarriedinHuairencountysince1996forrealizingthediversityofafforestationspeciesoutsideYanMenguan.TheresultsshowthattheculturezonesfororientalarborvitaeinthisregionshouldbeconfinedtoXueJiazhuang,JinShatan,LuoZhenying,JiuLiangwaforest-farms,notthehilltoporhillsidefacingthewind.ItsseedsshouldbecollectedasfullyaspossibleinthislocalityorNeiMonggolregion.Theorientalarborvitaesilvicultureeffectisthebestifthree-

+1”replantingseedlingsweremixedwithbroad-leavedtreespecies.year-oldbed-growingseedlingsor"2

Keywords:orientalarborvitae;afforestation;survivalrate

(上接第3页)

[17]　Morris,R.F.:predictivepopulationequationbasedonkeyfactors,Mem.Ent.Soc.Can,2,132—178,1963.

[18]　Morris,R.F.andC.A.Miller.:Thedevelopmentoflifetableforthesprucebudworm,Can.J.Zool.,32,283—301,

1954.

[19]　Ruesink,W.G.:Ststusofthesystemsapproachtopestmanagement,Ann.Rev.Ent,21,27—44,1976.

[20]　Tummala,R.L.etal.:Modelingforpestmanagement,Concepts,techniquesandapplications,MechiganUniv.

Michigan,1974.

[21]　VonForerster,H.,1959Someremarksonchangingpopulationsin“TheKineticsofCellularProliferation”ed.

Stohlman,F.,382—407.

ReviewonPopulationDynamicsofInsects

LIUZhi-jun1,MAZhong-qiu1,DANGShen2

(1.ShijiazhuangInstituteofAgriculturalModernization,CAS,050021　Shijiazhuang,China;

2.QinghaiWaterConservancyDepartment,810000　Xining,China)

Abstract:Thestudyontheinsectpopulationdynamicscanbedividedintothreestages,studyonfieldpopulation,studyonexperimentalpopulation,studyonpopulationsystem.Intheprevioustwostages,duetothelimitationofexperimentalconditionsandmethods,theemphasisofstudyistodescribethedynamicechangeofpopulation.Inthestageoffieldpopulationstudy,moststudyfocusonthecongregationandimmigrationofinsectpopulation,theinvestigationofnaturalpopulationquantity.Withtheimprovementofemperimentalconditions,thestudyofexperimentalpopulationgrowthbecomesveryimportantforthefurtherdevelopmentofpopulationdynamicsstudy.Inthestageofpopulationsystem,integratingtheinsectanditsenvironmentintoawholesystemhasbecomethenewtrendofpopulationdynamicsstudy,furthermore,whththehelpofcomputersandmanymathematicalmethods,scientificallysimulating,estimatingandcontrolinglinsectpopulationhasbecomepossible.

Keywords:insect;populationdynamics;populationsystem