Functional Models for Soil Erosion Prevention on Typical Slope Land in Southern China
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摘要:目的 探究自然降雨条件下南方典型坡地水土保持措施对土壤侵蚀的影响，为南方红壤地区采取合适的水土保持措施、改善生态环境提供参考。方法 选取福建省建瓯市建安坡面径流观测场2018–2020年降雨量、径流量、泥沙量等数据，通过分析多年降雨特征和分布情况，研究不同水土保持措施的土壤侵蚀防治效果。结果 降雨主要集中在3–6月，该时期降雨天数达到全年的1/3以上，且降雨侵蚀力最大月份与最大降雨量月份并不完全重合；多种水土保持措施均有效抑制降雨对土壤的侵蚀。其中，最大降雨量月份下，茶园内设置水平台地梯壁种百喜草（T3）处理对土壤流失的缓解效果最佳，其土壤流失量仅为2.47 t·hm−2；降雨侵蚀力最大月份，果园内设置水平台地梯壁种百喜草（T9）处理下径流小区的土壤流失量最低，为2.07 t·hm−2。结论 茶、果园内设置水平台地梯壁种植白喜草的措施对极端降雨月份下土壤侵蚀防治效果较佳，是一种适宜的水土保持举措。Abstract:Objective Impact on soil erosion by rainfalls under different water and soil conservation programs applied on the slope lands in southern China was analyzed.Methods Information on rainfall, runoff, sediment, and others relevant factors was collected at a slope runoff observation site in Jianan from 2018 to 2020 and analyzed.Results The rainfall in the area concentrated from March to June in a year amounting to more than 1/3 of the annual precipitation. However, the peak precipitation and soil erosivity on the site did not always coincide in a same month. Some conservation strategies or land use models mitigated the erosion to varying extents. For instance, by planting Paspalum notatum on the horizontal terraces with ladder walls at tea plantations (T3), the soil loss was reduced to a rate of merely 2.47 t·hm−2. And a similar practice at fruit orchards (T9) resulted in a minimum soil erosion of 2.07 t·hm−2 under heavy rainfall.Conclusion Planting P. notatum on terraces with ladder walls at a tea plantation or a fruit orchard could apparently effectively curtail erosion of soil by rainfall. It could be an applicable conservation measure for a land of similar geographic and climatic conditions.
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Keywords:
- Rainfall /
- red soil /
- runoff plot /
- soil erosion /
- slope land
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0. 引言
【研究意义】甜椒（Capsicum annuum var. grossum）是我国周年化供应的重要蔬菜之一，种植面积达40万hm2以上，约占椒类种植总面积的1/4，是蔬菜产业稳固发展及农民脱贫致富、乡村振兴的带动产业之一。福建是我国重要的甜椒种植基地和南方冬季甜椒北运的主产地之一[1]，其中漳州是福建省最主要的甜椒种植地区，面积和产量占全省甜椒种植总面积和总产量的75%和80%左右[2]。近年来随着全省甜椒产业的发展、壮大及生长栽培模式向设施化、集约化转变，蓟马的发生呈蔓延、扩展态势，该虫以成虫、若虫主要群集在花朵、嫩叶等幼嫩部位锉吸汁液为害（图1-A），直接影响了甜椒的长势、产量和品质。目前，生产上对该虫的防治主要以化学防治为主，生产者见虫就打，由此引发的化学农药滥用现象与我国绿色植保的引领导向冲突不断，挖掘和利用虫生真菌等绿色环保且有效的生防微生物资源用于控害对甜椒的绿色生产具有重要意义。【前人研究进展】蜡蚧轮枝菌（Lecanicillium lecanii）是一种地理分布和寄主范围均比较广泛的虫生真菌，在国内外已被证实对榕管蓟马（Gynaikothrips uzeli ）、西花蓟马（Frankliniella occidentalis）、棕榈蓟马（Thrips palmi）和烟蓟马（T. tabaci）等蓟马具有良好的控制作用[3-6]，其中菌株LL-01为福建省农业科学院植物保护研究所分离并证实对粉蚧的致死效果达84%以上[7]，蜡蚧轮枝菌具有杀虫范围广谱及扩散能力较强的特点[8]。【本研究切入点】福建省漳州市甜椒种植基地上的蓟马种类及蜡蚧轮枝菌LL-01对其的生防潜力有待深入探讨。【拟解决的关键问题】以福建省漳州的甜椒种植基地为观测点，调查、统计不同甜椒上蓟马的种类和数量，并测定蜡蚧轮枝菌LL-01对甜椒蓟马优势种的致病力，以期明确蓟马对甜椒品种的嗜好性及发生种类和优势种等发生情况，揭示蜡蚧轮枝菌对甜椒蓟马优势种的生防潜力，为甜椒蓟马的绿色、可持续防控奠定基础。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
供试甜椒种植基地位于漳州市诏安县（北纬23°45′34.24″、东经117°9′32.67″），面积约0.7 hm2，种植品种为常见的特雅斯、路帅和布兰妮3种，种植方式为大棚种植（长×宽=40 m×8 m），苗龄60 d，肥水和病虫照常管理、措施一致。供试甜椒蓟马优势种采集于该基地，在室温25～28 ℃、相对湿度60%～70%、光周期12 L∶12 D条件下，饲养于该蓟马最嗜好甜椒品种路帅的盆栽植株上，取羽化3 d的成虫（体型最大，活动、取食和为害能力最强）备用；为防止蓟马逃离，盆栽甜椒均置于养虫笼中，并用80目纱网套住接虫的花朵。供试蜡蚧轮枝菌LL-01从受感染的南洋臀纹粉蚧（Planococcus lilacinus）上分离获得，已保藏于中国微生物菌种管理委员会普通微生物中心（保藏号：CGMCC No.21940）[7]，活化采用察氏培养基（NaNO3 3 g、KH2PO4 1 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、KCl 0.5 g、FeSO4 0.01 g、蔗糖30 g、琼脂粉20 g和蒸馏水1000 mL）；取斜面保存的菌株LL-01接种到直径9.0 cm的培养基平板上，置于温度（26±1） ℃、光周期为6 L∶18 D的HGZ−150型光照培养箱内培养7 d备用。
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图 1 甜椒蓟马对3种甜椒的嗜好性注：①A，甜椒蓟马为害状；B，蓟马在3种甜椒上的虫口总量。②不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。Figure 1. Preference of thrips on 3 varieties of sweet peppersNote: ①A: Symptom of thrip infestation on sweet peppers; B: Total population of thrips on 3 varieties of sweet peppers. ②Data with different lowercase letters indicate significant difference (P＜0.05) between treatments.1.2 试验方法
1.2.1 甜椒蓟马发生情况调查
2020年11月至2021年4月，从3种甜椒种植地块中各随机选取3个大棚作为调查棚，每个调查棚至少间隔1个大棚；再将每个调查棚均匀划分为10个长8 m、宽4 m的小区；接着按平行线取样法，选取5个小区作为取样点，每个取样点间隔1个小区；后每月定时在每个取样点内随机采集2朵花和3片嫩叶于50 mL的离心管，每个调查棚共采集10朵花和15片嫩叶，即1次重复。将采集的花朵置于4 ℃冰箱中冷藏12 h，降低蓟马的活跃度后，先在10×放大镜下观察、统计每种甜椒花朵和嫩叶上蓟马成虫、若虫的虫口总量，共调查6次，比较蓟马对3种甜椒的嗜好性；再置于SZ−760型体视显微镜下，结合《中国农作物蓟马》[9]对各虫态的甜椒蓟马进行种类鉴定，并统计每种蓟马的种群数量和相对丰度，后参考余德亿等[10]的方法确定甜椒蓟马优势种。
1.2.2 蜡蚧轮枝菌对甜椒蓟马优势种的致病力测定
取培养7 d的菌株LL-01，往培养皿中加入10 mL含0.05%吐温−80的无菌水，刮取分生孢子并经3层纱布过滤得孢子原液；用无菌水将孢子原液稀释成1×108、1×107、1×106、1×105和1×104孢子·mL−1 5个处理浓度，以0.05%吐温−80无菌水为对照，每个处理3次重复。取直径9 cm的培养皿，依次铺入相同直径的花泥和滤纸各1片，花泥厚0.5 cm吸水6 mL，滤纸上再放1朵带梗的甜椒花，花梗用湿棉花包裹并与滤纸紧贴；用软毛笔分别往每个处理菌液中挑取30头甜椒蓟马成虫，浸泡10 s后挑到滤纸上，晾干2 min后再挑到花朵上用保鲜膜将培养皿封口，并用0.27 mm的昆虫针在膜上密扎细孔通气；将培养皿置于温度（26±1） ℃、相对湿度（90±5）%、光周期6 L∶18 D的MGC−350HP−2型人工气候箱内，每天定时观察并挑除死亡虫体于叶片上单独观察，以虫体长出菌丝确认有效侵染，直至所有处理中试虫的死亡数停止发生变化为止，统计甜椒蓟马的死亡率，计算菌株LL-01的致死率、致死中浓度LC50和致死中时LT50。
1.3 数据分析
在DPS 7软件中，利用Tukey检验法分别对3种甜椒上蓟马的虫口总量、种群数量和相对丰度及菌株LL-01对甜椒蓟马优势种的致死率进行多重比较；利用机率值分析法计算菌株LL-01对甜椒蓟马优势种的致死中浓度LC50和致死中时LT50，后取实际累计死亡率达50%以上处理的计算数值作为有效结果。
2. 结果与分析
2.1 甜椒蓟马发生情况
2.1.1 甜椒蓟马对3种甜椒的嗜好性
在3种甜椒上调查到的蓟马虫口总量不同；在路帅和布兰妮上分别为1822.3、1620.0头，两者差异不显著，但显著多于特雅斯；在特雅斯上为800. 7头，未达其他2种甜椒的50.00%（图1-B）。可见，在3种甜椒中，蓟马对路帅和布兰妮的嗜好性强，对特雅斯的嗜好性弱。
2.1.2 甜椒蓟马的种类和优势种
在特雅斯、路帅和布兰妮3种甜椒上，调查到有蓟马科Thripidae的花蓟马（Frankliniella intonsa）、黄胸蓟马（Thrips hawaiiensis）和棕榈蓟马（T. palmi）共存，包含1个科2个属3个种（图2）；其中花蓟马的种群数量和相对丰度分别为730.67～1 725.00头和91.31%～94.93%，均显著高于其他2种蓟马；黄胸蓟马和棕榈蓟马的种群数量差异不显著，但它们的相对丰度差异显著，尽管如此两者的相对丰度均未达8.00%（表1）。可见，花蓟马在3种甜椒上的种群数量和相对丰度均占有绝对优势，为优势种。
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图 2 甜椒上的3种蓟马注：A. 花蓟马；B. 黄胸蓟马；C. 棕榈蓟马。Figure 2. Three species of thrips infested sweet peppersNote: A: F. intonsa; B: T. hawaiiensis; C: T. palmi.表 1 3种甜椒上蓟马的种群数量和相对丰度Table 1. Population and relative abundance of thrips on 3 varieties of sweet peppers蓟马种类
Thrip species特雅斯 Teyasi 路帅 Lushuai 布兰妮 Bulanni 种群数量
Population number
（P）相对丰度
Relative abundance
（R）种群数量
Population number
（P）相对丰度
Relative abundance
（R）种群数量
Population number
（P）相对丰度
Relative abundance
（R）花蓟马
Frankliniella intonsa730.67±57.18 a 91.31±1.83 a 1725.00±354.04 a 94.60±0.84 a 1538.00±61.65 a 94.93±0.72 a 黄胸蓟马
Thrips hawaiiensis60.00±13.75 b 7.46±1.33 b 81.33±16.26 b 4.53±0.91 b 65.00±7.55 b 4.03±0.61 b 棕榈蓟马
Thrips palmi10.00±4.58 b 1.23±0.51 c 16.00±4.58 b 0.87±0.08 c 17.00±9.17 b 1.05±0.55 c 注：P 表示Population；R表示Relative abundance（%）；同列数据后不同字母表示处理间差异显著。
Note: P means Population; R means Relative abundance (%); Different lowercase letters in the same column indicates significantly different.2.2 蜡蚧轮枝菌对甜椒蓟马优势种的致病力
2.2.1 菌株LL-01对花蓟马的致死率
菌株LL-01能有效侵染花蓟马（图3-A）；在接菌7 d后，菌株的致死率停止发生变化，1×104和1×105孢子·mL−1处理的致死率相对较低，最高仅44.25%；1×106孢子·mL−1处理的致死率虽达57.47%，但与1×105孢子·mL−1处理差异不显著；1×107和1×108孢子·mL−1处理的致死率相对较高，分别达78.16%和87.36%，两者均显著高于其他3个处理（图3-B）。
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图 3 菌株LL-01对花蓟马的侵染（A）及致死率（B）Figure 3. Infectivity (A) and lethality (B) of LL-01 on F. intonsa表 2 菌株LL-01对花蓟马的LC50Table 2. LC50 of LL-01 on F. intonsa时间
Time/d回归方程
Virulence regression
equation致死中浓度
LC50/
(conidia·mL−1)95%置信区间
95% Confidence interval/
(conidia·mL−1)4 y=1.1428+0.5562x 8.60×106 4.55×106～13.39×107 5 y=1.9996+0.5157x 6.58×105 3.55×105～1.18×106 6 y=2.2679+0.4931x 3.47×105 1.70×105～6.46×106 7 y=2.2679+0.4931x 3.47×105 1.70×105～6.46×106 2.2.2 菌株LL-01对花蓟马的LC50
接菌后1～3 d，由于菌株LL-01各处理对花蓟马的致死率均未达50%，故机率值分析法计算出的LC50均偏大，超出本试验设计浓度范围；接菌后4～7 d后，菌株LL-01的LC50均随侵染时间的延长而递减，在第6天达到最低3.47×105孢子·mL−1（表2）。
2.2.3 菌株LL-01对花蓟马的LT50
因菌株LL-01的1×104和1×105孢子·mL−1处理对花蓟马的致死率均未达50%，故机率值分析法计算出的LT50偏大，超出本试验试虫停止死亡的时间；其他3个处理对花蓟马的LT50均随菌液浓度的升高而缩短，在1.00×108孢子·mL−1处理时达到最短3.73 d（表3）。
表 3 菌株LL-01对花蓟马的LT50Table 3. LT50 of LL-01 on F. intonsa孢子含量
Spore content/
(conidia·mL-1)回归方程
Virulence regression
equation致死中时
LT50/
d95%置信区间
95% Confidence
interval/d1×106 y=0.7912+5.8882x 5.19 4.16～6.47 1×107 y=0.8772+6.5684x 4.24 3.50～5.14 1×108 y=0.9855+7.0199x 3.73 3.06～4.54 3. 讨论与结论
近年来，蓟马逐渐成为福建甜椒上的重要害虫，但现阶段该虫对甜椒品种的嗜好性及发生种类和优势种等情况均未明确，影响了后续防控技术方案的制定，不利我省甜椒产业发展。目前，有关甜椒蓟马的研究报道相对较少且不同地区的发生情况存在差异，黄亚冰等[11]报道云南大棚甜椒上有黄胸蓟马、棕榈蓟马和花蓟马3者共存，穆常青等[12]报道北京温室彩椒上西花蓟马（F. occidentalis）的为害日趋严重，张安盛等[13]报道棕榈蓟马是山东日光温室菜椒上的重要害虫，但这些均未涉及甜椒蓟马对寄主品种嗜好性和优势种方面的研究。本研究通过调查福建3种常见甜椒上蓟马的寄主嗜好性及发生种类和优势种等发生情况发现，甜椒蓟马对路帅品种和布兰妮品种的嗜好性强，对特雅斯品种的嗜好性弱；发生种类有花蓟马、黄胸蓟马和棕榈蓟马3种，这与黄亚冰等[11]的报道类似，本研究还通过种群数量和相对丰度的比较确定优势种为花蓟马，这为我省甜椒蓟马的绿色、可持续防控提供靶标；后续将在此基础上，继续分析花蓟马在甜椒上的虫龄结构比例、发育历期、繁殖能力和种群动态等生物学特性，为该虫有效防控时期的确定及防控策略和方案的制定提供参考。
蜡蚧轮枝菌广泛分布于热带、亚热带和温带等地，能有效侵染半翅目Hemiptera、缨翅目Thysanoptera、直翅目Orthoptera和双翅目Diptera等多种昆虫[14]，利用该虫生真菌防控甜椒蓟马具有潜在的生防应用前景。致病力是衡量虫生菌生防潜力和应用前景的重要指标[15]；本研究发现菌株LL-01对甜椒蓟马优势种花蓟马成虫的侵染致死效果随菌液孢子浓度升高和侵染时间延长而上升，接菌7 d后的LC50达3.47×105孢子·mL−1，1×107～1×108孢子·mL−1处理的累计致死率和LT50分别达78.16%～87.36%和3.73～4.24 d，与袁盛勇等[3-4]利用蜡蚧轮枝菌分别侵染棕榈蓟马和西花蓟马成虫、若虫及余德亿等[6]利用蜡蚧轮枝菌侵染榕管蓟马成虫的效果类似。可见，蜡蚧轮枝菌LL-01对甜椒蓟马优势种花蓟马中体型最大，活动、取食和为害能力最强的成虫具有强致病力，结合前人的类似研究结果可以预见该菌株对花蓟马的若虫也会具有强致病力，生防潜力和应用前景良好；后续将进一步细化研究该菌株对花蓟马其他虫态的侵染效果及对它们生长、发育等生物学特性的影响，验证该菌株在田间的防治效果和稳定性，为甜椒蓟马的绿色、可持续防控奠定基础。
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图 1 2018–2020年月降雨量和月降雨侵蚀力
图中数据均在不改变数据分布的情况下，按比例缩放进行标准化处理，突显出降雨量和降雨侵蚀力在月份间的变化。图中纵坐标轴表示月份，横坐标表示年份；颜色越红，表明降雨量或者降雨侵蚀力越大；反之越小。
Figure 1. Monthly precipitation and rainfall erosivity from 2018-2020
Data are standardized by scaling without changing their distribution; monthly changes of precipitation and rainfall erosivity are highlighted; horizontal axis represents year, and vertical axis month; greater precipitation or rainfall erosivity are shown in brighter red color.
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图 2 2018–2020年不同坡地利用模式下平均径流深、径流系数和土壤流失量对比
不同小写字母表示不同处理之间差异显著（P<0.05）。
Figure 2. Average runoff depth, runoff coefficient, and soil loss under land use models from 2018 to 2020
Different letters indicate significant difference between treatments (P<0.05).
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图 3 不同水土保持措施在最大降雨月份和最大降雨侵蚀力月份的效果对比
A为最大降雨量月份；B为最大降雨侵蚀力月份。Ti/T1表示以T1为空白对照，将所有径流小区分别同T1处理的径流深、径流系数和土壤流失量进行比较。
Figure 3. Effects of different conservation measures on soil erosion in months of maximum precipitation or rainfall erosivity
A: the maximun rainfall month; B: the maximum rainfall erosivity month. Ti/T1 indicates T1 as control for comparisons on runoff depth, runoff coefficient, and soil loss among test lots.
表 1 2018–2020年各径流小区概况
Table 1 Overview of runoff communities in 2018–2020
小区编号
Treatments坡度
Gradient/(°)坡长
Slope length/m坡宽
Slope width/m土地利用类型
Land utilization models水土保持措施
Water and soil conservation measuresT1 15 20 5 裸地 Bare soil 顺坡
Down slopeT2 15 20 5 裸地 Bare soil 顺坡（松土）
Down slope（Loosen soil）T3 15 20 5 茶园 Tea garden 水平台地梯壁种百喜草
Horizontal platform planting Paspalum notatum
on the ladder wallT4 15 20 5 茶园 Tea garden 水平台地
Horizontal platformT5 15 20 5 锥栗园 Chinquapin garden 山边沟
Hillside ditchesT6 15 20 5 锥栗园 Chinquapin garden 顺坡
Down slopeT7 15 20 5 毛竹园 Bamboo Garden 顺坡（劈草）
Down slope（brush cutting）T8 15 20 5 毛竹园 Bamboo Garden 顺坡（垦复）
Down slope（reclamation）T9 15 20 5 果园 Orchard 水平台地梯壁种百喜草
Horizontal platform planting Paspalum notatum on the ladder wall
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表 2 2018–2020年各试验小区降雨概况
Table 2 Overview of rainfall at test areas from 2018–2020
年份
Year降雨
日数
Rainfall
days/d产流
次数
Runoff
times最大月
降雨量
Maximum
monthly rainfall/mm降雨
总量
Annual
rainfall/mm降雨侵蚀力
Rainfall erosivity
/(MJ·mm·hm−2·h−1)2018 140 27 447.4 (6月) 1423.8 848.94 2019 156 35 205.2 (5月) 1388.8 921.15 2020 131 26 286.2 (3月) 1415.0 1463.37
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