中国蜡蝉总科多样性格局及重要农林害虫适生区预测研究

【摘要】：蜡蝉总科Fulgoroidea隶属于半翅目Hemiptera头喙亚目Auchenorrhyncha,是重要的植食性昆虫和农林害虫,给农林生产造成了巨大损失。中国是蜡蝉总科物种数最丰富的国家之一,积累了大量的地理分布数据,为物种多样性格局及适生区预测研究奠定了基础。本论文构建了中国蜡蝉总科物种分布信息数据库,分析了物种丰富度格局和特有性分布格局,预测了褐飞虱、白背飞虱、灰飞虱、恶性巨齿瓢蜡蝉、八点广翅蜡蝉和碧蛾蜡蝉等6种重要农林蜡蝉类害虫在现今和未来(2050年和2070年)的适生区。主要结果如下:1.中国蜡蝉总科物种分布信息数据库构建整理了中国蜡蝉总科16科1335种的14722条分布记录,构建了中国蜡蝉总科物种分布信息数据库。通过物种累计曲线得到了数据库中物种数占预测物种数的87.5%,同时回归模型结果显示了数据库的物种数至少为预测物种数的82.7%,上述结果表明了数据库的采样完整度较高。飞虱科、菱蜡蝉科和瓢蜡蝉科的物种数及分布记录数明显多于其他科,其中飞虱科物种数和分布记录数分别为421种和7796条,菱蜡蝉科物种数和分布记录数分别为185种和1049条,瓢蜡蝉科的物种数和分布记录数分别为172种和1383条。袖蜡蝉科、颖蜡蝉科、象蜡蝉科和蛾蜡蝉科物种数分别为130种、121种、53种和53种,分布记录数分别为1020条、376条、523条和579条。扁蜡蝉科、广翅蜡蝉科、短翅蜡蝉科和蜡蝉科物种数分别为52种、32种、26种和23种,分布记录数分别为570条、527条、220条和173条。璐蜡蝉科、粒脉蜡蝉科、颜蜡蝉科、阉蜡蝉科和娜蜡蝉科物种数分别为18种、16种、13种、11种和9种,分布记录数分别为95条、159条、104条、100条和48条。2.中国蜡蝉总科物种丰富度格局及其与环境因子的关系将中国国土划分为1°×1°的网格,分别统计每个网格中蜡蝉总科物种数及每个科(共16科)的物种数,分析了蜡蝉总科及每个科的物种丰富度格局。结果表明了中国蜡蝉总科物种丰富度呈现不均匀的分布,黄河以南、青藏高原以东地区的物种丰富度明显高于其他地区,尤其是台湾岛、海南岛、云南南部、云贵高原东部、秦岭西部和东南山体地区;各科物种丰富度格局具有一定的差异。采用最小二乘法回归模型、空间误差自回归分析模型和模型平均法分析了中国蜡蝉总科及每科(共11科)物种丰富度格局与15个环境因子的关系。结果显示了中国蜡蝉总科物种丰富度格局主要受末次冰期以来的温度变化、年均温和净初级生产力的影响,也显示了影响各科物种丰富度格局的主导环境因子不同,其中飞虱科、颖蜡蝉科、扁蜡蝉科、象蜡蝉科和广翅蜡蝉科物种丰富度格局主要受末次冰期以来的温度变化的影响,瓢蜡蝉科、蛾蜡蝉科和短翅蜡蝉科物种丰富度格局主要受净初级生产力的影响,菱蜡蝉科和袖蜡蝉科物种丰富度格局主要受年均温的影响,粒脉蜡蝉科物种丰富度格局主要受年均降水和国内生产总值的影响。3.中国蜡蝉总科特有性中心和特有分布区及其形成机制基于中国蜡蝉总科的860个特有种6907条分布记录,分别计算每1°×1°网格中的特有种丰富度和权重特有性值从而对特有性空间分布格局进行可视化,在此基础上,结合选取了特有种丰富度和权重特有值前5%的网格作为特有性中心,共确定了台湾岛、海南岛、云贵高原东部、武夷山、秦岭西部和云南西部等6个位于山区的特有性中心。运用非加权组平均法、特有性分析和特有性简约分析,在1°、1.5°和2°网格尺度中共获得了6个特有分布区,其地理位置与特有性中心一致。特有性中心和特有分布区的形成可能是由于山区复杂性的地形提高了栖息地的多样性,增加了可用的生态位空间,促进了新物种的形成和物种共存。同时,山区长期稳定的气候环境有助于物种长期的生存、物种专一化、新物种的形成以及降低物种灭绝的可能性,而山区发生的造山运动和火山爆发等地质历史事件能够在当地形成地理隔离,也可促进新物种的形成。蜡蝉自身的扩散能力和寄主植物的多样性格局也可能有助于特有性中心和特有分布区的形成。4.6种重要农林蜡蝉类害虫在现今和未来的适生区从Random Forest、Max Ent、GLM和Domain模型中选取了AUC值最高的模型(最优模型),对6种重要农林蜡蝉类害虫在中国现今和未来(2050年和2070年)的适生区进行了预测,适生区被划分为非适生区、低度适生区、中度适生区和高度适生区。在现今,褐飞虱、白背飞虱、灰飞虱、恶性巨齿瓢蜡蝉、八点广翅蜡蝉和碧蛾蜡蝉的适生区面积分别为3.06×10~6 km~2、4.16×10~6 km~2、2.02×10~6 km~2、4.36×10~6 km~2、1.76×10~6km~2和1.13×10~6 km~2;其中恶性巨齿瓢蜡蝉的适生区为全国分布,褐飞虱、白背飞虱、灰飞虱和八点广翅蜡蝉的适生区均主要位于黄河以南、青藏高原以东的地区,而碧蛾蜡蝉的适生区主要分布在长江以南、青藏高原以东的地区。与现今相比,在2050年和2070年,6个物种的适生区主要分布范围基本保持不变,适生区和各类适生区的面积发生了不同程度的变化。褐飞虱、白背飞虱和灰飞虱在2050年和2070年的适生区面积均减少,减少的范围在1.3-38.61%之间,这3个物种在2050年和2070年的低度适生区面积也在减少,减少的范围在0.33-49.59%之间。褐飞虱2050年的中度适生区面积减少了7.63%,2070年增加了8.43%,白背飞虱在未来时期的中度适生区面积均增加,2050年和2070年分别增加了55.37%和56.19%,而灰飞虱在未来时期的中度适生区面积均减少,2050年和2070年分别减少了67.42%和22.98%。褐飞虱在未来时期的高度适生区面积均增加,2050年和2070年分别增加了70.1%和20.73%,白背飞虱和灰飞虱却减少,减少的范围在47.27-81.81%之间。八点广翅蜡蝉和碧蛾蜡蝉在2050年和2070年的适生区面积均增加,增加的范围在14.2-51.32%之间,这两个物种的低度适生区面积呈现了不同的变化规律,其中八点广翅蜡蝉2050年和2070年的低度适生区面积分别减少了41.1%和2.75%,而碧蛾蜡蝉2050年增加了27.08%,2070年减少了29.27%。两个物种的中度适生区和高度适生区面积均增加,增加的范围在26.12-1030.21%之间。恶性巨齿瓢蜡蝉的适生区面积在2050年增加了1.92%,2070年减少了16.97%,低度适生区面积在2050年和2070年分别减少了24.03%和48.55%,中度适生区面积的变化规律与适生区一致,在2050年增加了27.1%,2070年减少了36.14%,而高度适生区面积在2050年和2070年分别增加了19.42%和137.26%。适生区域尤其是高度适生区域应加强害虫的监测工作,从而制定有针对性、更合理的防治措施来减少农林生产损失。