基于模拟植物群落研究大气CO2浓度升高对森林食叶昆虫的影响

基于开顶式气室（OTC）和模拟树木群落，采用4种取食实验方法（养虫室内离体叶片饲养方式下的非选择性及选择性取食实验以及模拟植物群落内植株原位的非选择性及选择性取食实验）研究森林食叶昆虫取食、生长发育、生理和行为对CO2浓度升高的响应，评价不同实验方法及其对应的系统复杂性和研究尺度对昆虫响应的潜在影响；揭示取食选择行为对昆虫响应的影响，探讨多食性昆虫发生寄主偏嗜性转变的可能性；探讨可能导致植食性昆虫个体响应变异性的虫龄和性别效应。进行CO2浓度升高对不同寄主植物品质影响的长期观测，揭示寄主植物品质与昆虫响应的关系，探讨不同寄主植物响应的特异性及其对食叶昆虫取食响应的影响，探讨可能导致叶片品质对CO2浓度升高响应变异性的叶龄效应及叶片所在冠层高度或位置效应。

随着气候变化问题越来越受到重视，探讨大气CO2浓度升高的生物学效应已成为生态学中最重要的研究内容。植食性昆虫通过取食活动影响着森林的初级生产力、物种组成、能量流和养分循环，因此，研究模拟CO2浓度升高环境下植物-昆虫相互作用的响应方式、强度和机理具有重要意义。本课题主要检验不同取食实验方法（室内离体叶片饲养和开顶式气室原位饲养）是否影响植食性森林昆虫对CO2浓度升高的响应，并检验可能导致植食性昆虫个体响应变异性的几个关键因素——叶龄效应、叶片所在冠层高度/位置效应、虫龄和性别效应究竟会在多大程度上影响昆虫对CO2浓度升高响应的强度。我们假设：不同的昆虫取食实验方法对应着不同的研究尺度和系统复杂性，昆虫响应也因此对应着不同的影响因素；不同实验方法对昆虫行为的限制程度不同，随着昆虫取食受限程度的降低，昆虫进行取食选择或生境选择等行为调节的能力提高；在人为模拟的CO2浓度升高条件下，（同种）昆虫的响应方式和强度很可能受取食实验方法所影响，这将在很大程度上影响实验结果的可外推性和可预测性、以及不同实验结果间的可比性。我们的研究结果显示：CO2浓度升高及其导致的叶片化学成分含量的变化（包括营养成分和次生代谢物含量的变化）总体上对舞毒蛾幼虫生长具有负效应，负效应的程度的确与昆虫饲养方法有关，但同时也受幼虫的虫龄和寄主植物种类所影响。研究发现新叶/老叶、虫龄和昆虫性别都会影响植食性昆虫对CO2浓度升高响应的强度，但不会改变昆虫对CO2浓度升高响应的方向。换言之，我们的研究仍然支持CO2浓度升高对有咀嚼型口器的食叶昆虫有负效应的结论。