仲夏棉蚜种群崩溃机制研究：从实验到模拟

Aphis gossypii Glover is one of the major cotton pests and outbreaks frequently. Aphis gossypii can lead to 10-30% reduction of cotton yield, which have posed a serious threat to cotton production and industrial development in China. Mathematical models have great potential for studies of aphid dynamics. However, Models to predict aphid population dynamics for practical purposes is failure due to the extremely wild oscillations in aphid numbers caused by intrinsic (size, fecundity, mortality, migration rate) and external (weather, especially temperature) factors. The Aphid population collapse over a few days from peak numbers to local extinction soon after mid-summer on cotton. Modeling and simulation are feasible and necessary for forecasting aphid population crash. Successfully predict the timing of the population crash can effectively reduce the blind use of pesticides, but why and how do aphid population crash are not clear. High temperature and density effect were considered the key factors to the collapse of cotton aphid. Detailed experiments were conducted in the laboratory to compare the effect of constant temperatures and fluctuating temperatures on development, survival and reproduction of Aphis gossypii and assess the effects of frequency of high temperature and density on the time and rate of population crash of Aphis gossypii. Establish mathematical model based on long time-series population dynamics and meteorological datas. The research provide basic information for improving the accuracy of forecasting and deciding the insecticide spraying.

棉蚜是我国重大棉花害虫，严重威胁我国棉花生产及产业发展。模型预测是防治棉蚜的重要手段，但由于影响因素众多，对棉蚜整个种群过程的预测其准确性、有效性和推广性较差。种群崩溃现象为棉蚜预测和防治提供了新思路与切入点，目标性强，重要影响因素范围缩小，提高了预测可行性，但目前棉蚜崩溃机制还不清楚。前期我们已证实，高温显著降低棉蚜存活和繁殖，初始密度影响棉蚜崩溃发生时间和下降速率。我们推测高温和密度是棉蚜种群崩溃的关键影响因子。本课题拟通过室内因子控制试验探明恒温与变温对棉蚜发育、存活和繁殖的影响差异；明确波动性温度的高低、高温出现的频率和密度对棉蚜种群崩溃发生早晚和崩溃速率的影响；再结合3个地点连续15年棉蚜种群动态和气象数据，建立棉蚜种群崩溃数学模型。理论上丰富和加深对蚜虫类种群崩溃机理的认识，生产中预见种群崩溃发生时间，减少农药盲目使用，有效降低成本投入和环境损害，具有重要的经济效益和生态价值。

棉蚜是我国重大棉花害虫，严重威胁我国棉花生产及产业发展。模型预测是防治棉蚜的重要手段，但由于影响因素众多，对棉蚜整个种群过程的预测其准确性、有效性和推广性较差。种群崩溃现象为棉蚜预测和防治提供了新思路与切入点，目标性强，重要影响因素范围缩小，提高了预测可行性。本项目室内研究了18℃、21℃、24℃、27℃、30℃和33℃共6个温度下棉蚜的发育、存活和生殖，组建了实验种群生命表，结果表明：在18~30℃范围内，棉蚜发育历期先缩短后延长，在27℃需要时间最短为4.18d；在18-30℃范围内，随着温度升高每雌产蚜量先增多后减少，27℃时最大值为64.5头。棉蚜内禀增长率（rm）随着温度升高先增大后减小，在27℃时最大为0.361；温度升高至恒温33℃时棉蚜不能存活；平均温相同的波动性温度变化（24℃、32℃/3d、32℃/d、36℃/3d、36℃/d）监测棉蚜的发育历期、存活和繁殖等参数，结果表明：平均温相同，恒温与波动性温度对棉蚜的影响不同。波动性温度条件下棉蚜的发育历期延长，而成虫寿命与每雌产蚜量与恒温无显著差异。每天一次高温处理与每3天一次高温处理对棉蚜的影响不同，棉蚜更能适应每天高温，而每3天一次高温处理若蚜存活率、净生殖率、内禀增长率等参数均呈下降趋势。波动性温度条件下，棉蚜在中度增温（+4℃）条件下成虫寿命显著缩短，轻度增温（+2℃）对成虫寿命和每雌产蚜量没有显著影响；室内监测不同温度（18℃、21℃、 24℃、27℃和30℃）、密度（5、25、50、75 头）及有无天敌存在（0、1）条件下棉蚜种群动态，结果表明：24℃是对整个棉蚜种群发展最适宜的温度；温度和密度是棉蚜种群的主要驱动因素，温度越高初始密度越大种群崩溃越提前，有天敌存在条件下，温度比密度对缩短种群崩溃时间发挥更重要的作用；对三个不同地点的长时间序列棉蚜种群动态数据进行分析，初步建立棉蚜种群崩溃数学模型。理论上丰富和加深对蚜虫类种群崩溃机理的认识，生产中预见种群崩溃发生时间，减少农药盲目使用，有效降低成本投入和环境损害，具有重要的经济效益和生态价值。