Динамика численности насекомых-вредителей
Динамика популяций насекомых -вредителей представляет интерес для фермеров, экономистов сельского хозяйства, экологов и тех, кто занимается благополучием животных.
Факторы, влияющие на население
[ редактировать ]- Независимый от плотности : влияет на популяцию одинаково независимо от ее плотности. Примеры: [1]
- Зимние заморозки могут привести к гибели постоянной доли картофельных цикадок на арахисовом поле, независимо от общего количества цикадок.
- Личинки японских жуков хорошо выживают при обильных летних дождях.
- Температура, влажность, пожары, штормы, растворенный кислород для водных видов.
- Зависит от плотности : влияет на популяцию в большей или меньшей степени по мере ее увеличения. Примеры: [1]
- Большая популяция может быть более уязвима к болезням и паразитам.
- Более крупная популяция может иметь большую внутривидовую конкуренцию , тогда как меньшая популяция может иметь более сильную межвидовую конкуренцию .
- Эмиграция населения может увеличиться по мере его густонаселенности.
Таблицы смертности
[ редактировать ]Таблица смертности показывает, как и сколько насекомых погибает при созревании от яиц до взрослых особей. Это помогает в борьбе с вредителями, определяя, на какой стадии жизни насекомые-вредители наиболее уязвимы и как можно увеличить смертность. [2] Когортная таблица смертности отслеживает стадии жизни организмов, тогда как статическая таблица смертности показывает распределение стадий жизни среди популяции в определенный момент времени. [3]
Ниже приводится пример таблицы смертности когорты, основанной на полевых данных Варгаса и Нишиды (1980). [4] Общий уровень смертности составил 94,8%, но это, вероятно, заниженная оценка, поскольку в ходе исследования куколки собирались в чашки, и это могло защитить их от птиц, мышей, суровой погоды и так далее. [4]
Этап ( ) | Число живых на этапе ( ) | Причина смертности | Число умирает | Доля выжившей исходной когорты ( ) | Доля умирающей исходной когорты ( ) | Смертность на этом этапе ( ) |
---|---|---|---|---|---|---|
Яйцо | 1000 | Trichogramma confusum Осиный паразитизм | 386 | 1 | .386 | .386 |
Яйцо | 614 | Orius insidiosus хищничество и неизвестно | 232 | .614 | .232 | .378 |
Личинка 1 | 382 | O. insidiosus , каннибализм и неизвестно | 90 | .382 | .090 | .236 |
Личинка 2 | 292 | Каннибализм и неизвестность | 59 | .292 | .059 | .202 |
Личинка 3 | 233 | Каннибализм и неизвестность | 34 | .233 | .034 | .146 |
Личинка 4 | 199 | Каннибализм, болезни, паразитизм и неизвестное | 59 | .199 | .059 | .296 |
Личинка 5 | 140 | Каннибализм, болезни, паразитизм и неизвестное | 69 | .140 | .069 | .493 |
Личинка 6 | 71 | Каннибализм, болезни, паразитизм и неизвестное | 1 | .071 | .001 | .014 |
Красный | 70 | Болезнь и неизвестность | 18 | .070 | .018 | 0.257 |
Взрослый | 52 (28 мужчин, 24 женщины) | .052 |
Ожидаемая продолжительность жизни
[ редактировать ]Из таблицы смертности мы можем рассчитать ожидаемую продолжительность жизни следующим образом. Предположим, что этапы расположены равномерно. Средняя доля организмов, живущих на стадии между началом и концом есть [3]
- .
Общее количество будущих стадий, которые предстоит пережить людям в возрасте и старше [3]
- .
Тогда продолжительность жизни в возрасте является [3]
- .
Мы могли бы проделать те же вычисления, используя простое количество особей, а не их пропорции.
Базовая репродуктивная скорость
[ редактировать ]Если мы еще узнаем число яиц, произведенных (плодовитость) в возрасте , мы можем подсчитать количество яиц, произведенных на одну выжившую особь как
- ,
где — количество особей, живущих на данном этапе.
Базовый репродуктивный уровень , [3] Также известный как коэффициент воспроизводства населения, это соотношение дочерей и матерей. Если оно больше 1, население увеличивается. В стабильной популяции коэффициент замещения должен колеблться около 1. [2] Мы можем рассчитать его на основе данных таблицы смертности как [3]
- .
Это потому, что каждый вычисление продукта (родители первого поколения в возрасте )/(яйца первого поколения) раз (яйца второго поколения, произведенные по возрасту) родители)/(родители первого поколения в возрасте ).
Если - первоначальный размер популяции и - численность населения после поколения, тогда [3]
- .
Время генерации
[ редактировать ]Время формирования когорты — это средняя продолжительность между рождением родителя и рождением его ребенка. Если измеряется в годах, то [3]
- .
Внутренняя скорость роста
[ редактировать ]Если остается относительно стабильным на протяжении поколений, мы можем использовать его для аппроксимации внутренней скорости роста для населения: [3]
- .
Это потому, что
- ,
где аппроксимация следует из ряда Меркатора . это изменение во времени, . Тогда у нас есть
- ,
что является дискретным определением внутренней скорости роста.
Модели роста
[ редактировать ]В целом рост населения примерно следует одной из следующих тенденций: [1]
- Рост логистики выравнивается при некоторой пропускной способности .
- Перерегулирование («циклы бума» и «спада»).
- Колебания на уровне или ниже грузоподъемности.
На скорость роста насекомых-вредителей сильно влияют, помимо других переменных, температура и количество осадков. Иногда популяции вредителей быстро растут и перерастают в вспышки заболеваний. [5]
Расчеты градус-дней
[ редактировать ]Поскольку насекомые являются экзотермическими , «температура, вероятно, является единственным наиболее важным фактором окружающей среды, влияющим на поведение, распространение, развитие, выживание и размножение насекомых». [6] В результате для оценки развития насекомых обычно используются градус-дни роста , часто относительно точки биофиксации . [6] то есть биологическая веха, например, когда насекомое выходит из окукливания весной. [7] Градусо-дни могут помочь в борьбе с вредителями. [8]
Ямамура и Киритани приблизились по темпу разработки как [9]
- ,
с текущая температура, является базовой температурой для данного вида, и является тепловой постоянной для вида. Генерация определяется как продолжительность, необходимая для интеграла по времени равным 1. Используя линейные приближения, авторы подсчитали, что если температура увеличится на (например, может быть = 2 °C для изменения климата к 2100 г. относительно 1990 г.), то увеличение числа поколений в год было бы [9]
- ,
где — текущая среднегодовая температура в данном месте. В частности, авторы предполагают, что потепление на 2 °C может привести, например, к появлению примерно одного дополнительного поколения для Lepidoptera , Hemiptera , двух дополнительных поколений для Diptera , почти трёх поколений для Hymenoptera и почти пяти поколений для Aphidoidea . Эти изменения в вольтинизме могут произойти в результате биологического расселения и/или естественного отбора ; авторы указывают на предыдущие примеры каждого из них в Японии. [9]
Геометрическое броуновское движение
[ редактировать ]Сундинг и Зивин моделируют рост популяции насекомых-вредителей как процесс геометрического броуновского движения (GBM). [10] Модель является стохастической и позволяет учитывать изменчивость темпов роста в зависимости от внешних условий, таких как погода. В частности, если текущая популяция насекомых, - это внутренняя скорость роста , и – коэффициент дисперсии, авторы полагают, что
- ,
где представляет собой приращение времени, и является приращением винеровского процесса , при этом будучи стандартно-нормально распределенными. В этой модели в краткосрочных изменениях численности населения преобладает стохастический член: , но в долгосрочных изменениях преобладает тренд, . [10]
Решив это уравнение, мы находим, что численность населения в момент времени , , имеет логнормальное распределение :
- ,
где это начальная популяция. [10]
В качестве примера авторы рассматривают применение мевинфоса на листовом салате в долине Салинас , Калифорния, с целью борьбы с тлей . Предыдущие исследования других авторов показали, что ежедневный процентный рост зеленой персиковой тли можно смоделировать как возрастающую линейную функцию среднесуточной температуры. В сочетании с тем фактом, что температура имеет нормальное распределение, это согласуется с уравнениями GBM, описанными выше, и авторы пришли к выводу, что и . [10] Поскольку ожидаемая популяция, основанная на логарифмически нормальном распределении, растет с , это означает, что время удвоения тли составляет дни. Обратите внимание, что в другой литературе указано, что время генерации тли находится примерно в диапазоне от 4,7 до 5,8 дней. [11]
Повторяющиеся циклы вспышек
[ редактировать ]В исследовании 2013 года была проанализирована динамика популяций чайной черепахи — вредителя моли, который поражает чайные плантации, особенно в Японии. Данные состояли из подсчета взрослых бабочек, отлавливаемых световыми ловушками каждые 5–6 дней на чайной станции Кагосима в Японии с 1961 по 2012 год. Пиковые популяции были в 100–4000 раз выше, чем на самом низком уровне. Вейвлет - разложение показало четкий, относительно стационарный годовой цикл популяций, а также нестационарные пунктуации между концом апреля и началом октября, что соответствует 4–6 вспышкам этого мультивольтинного вида в год. [12] Циклы возникают в результате превышения численности населения . [13]
Эти бабочки имеют поэтапный жизненный цикл развития, и традиционная гипотеза предполагает, что эти циклы должны быть наиболее синхронизированы среди популяции весной из-за предшествующего воздействия холодных зимних месяцев, а по мере наступления лета этапы жизни становятся более случайными. ассорти. [12] Это часто наблюдается в Северной Америке. [13] Однако вместо этого в этом исследовании было обнаружено, что популяции более коррелируют с течением сезона, возможно, потому, что колебания температуры усиливают синхронность. Авторы обнаружили, что, когда температура впервые поднималась выше примерно 15 °C (59 °F) весной, динамика популяции пересекала бифуркацию Хопфа от стабильности к повторяющимся циклам вспышек до новой стабилизации осенью. Выше порога Хопфа амплитуда популяционного цикла увеличивалась примерно линейно с температурой. Это исследование подтвердило классическую концепцию температуры как «кардиостимулятора всех показателей жизнедеятельности». [12]
Понимание динамики жизненного цикла важно для борьбы с вредителями, поскольку некоторые инсектициды действуют только на одну или две стадии жизни насекомого. [13]
Эффекты борьбы с вредителями
[ редактировать ]Б. Чейни, консультант по ферме в округе Монтерей, Калифорния, считает, что при применении мевинфос уничтожит практически всю тлю на поле. [10] Уайетт, ссылаясь на данные различных испытаний по борьбе с членистоногими , подсчитал, что процент уничтоженной салатной тли составляет 76,1% для эндосульфана и 67,0% для имидаклоприда . [14]
Инсектициды, применявшиеся против непарного шелкопряда в 1970-х годах, имели уровень уничтожения примерно 90%. [15]
Влияние изменения климата
[ редактировать ]Утверждается, что изменение температуры является самым большим прямым абиотическим воздействием изменения климата на травоядных насекомых. [16] В регионах с умеренным климатом глобальное потепление повлияет на перезимовку , а более высокие температуры продлят летний сезон, обеспечивая больший рост и размножение. [16]
По оценкам исследования 2013 года, с 1960 года вредители сельскохозяйственных культур и патогены перемещались в более высокие широты со скоростью около 2,7 км/год. [17] Это примерно соответствует оценкам темпов изменения климата в целом. [18]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Мейер, Джон Р. (8 апреля 2009 г.). «Динамика населения» . Курс общей энтомологии в Университете штата Северная Каролина . Проверено 17 июня 2014 г.
- ^ Jump up to: а б Мейер, Джон Р. (8 апреля 2009 г.). «Таблицы жизни» . Курс общей энтомологии в Университете штата Северная Каролина . Проверено 17 июня 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Эльзинга, Чарльз. «Популяционная биология: таблицы смертности и теоретические популяции» (PDF) . Лабораторное пособие для дипломированных специалистов по биологии организмов . стр. 37–48 . Проверено 17 июня 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с Роджер Варгас; Тосиюки Нисида (февраль 1980 г.). «Таблица жизни кукурузного ушного червя Heliothis zea (Boddie) в сладкой кукурузе на Гавайях» (PDF) . Труды Гавайского энтомологического общества . XXIII (2): 301–307.
- ^ «Динамика численности насекомых-вредителей» . Техасский центр исследований и распространения знаний A&M AgriLife в Уэслако . Архивировано из оригинала 10 августа 2014 года . Проверено 16 июня 2014 г.
- ^ Jump up to: а б Кертис Петцольдт; Эбби Симан (2006). «Влияние изменения климата на насекомых и патогены» (PDF) . Изменение климата и сельское хозяйство: содействие практическим и прибыльным мерам реагирования . Расширенный университет Вермонта и Колледж сельского хозяйства и наук о жизни штата Нью-Йорк.
- ^ «Фруктовые насекомые-даты Biofix» . Юта Пестс . Архивировано из оригинала 17 июня 2014 года . Проверено 17 июня 2014 г.
- ^ Прюсс, Кеннет П. (1 июня 1983 г.). «Дневные методы борьбы с вредителями» . Экологическая энтомология . 12 (3): 613–619. дои : 10.1093/ee/12.3.613 .
- ^ Jump up to: а б с Коджи Ямамура; Кейзи Киритани (1998). «Простой метод оценки потенциального увеличения числа поколений в условиях глобального потепления в умеренных зонах» . Прикладная энтомология и зоология . 33 (2): 289–298. Бибкод : 1998AppEZ..33..289Y . дои : 10.1303/aez.33.289 .
- ^ Jump up to: а б с д и Дэвид Сундинг; Джошуа Зивин (август 2000 г.). «Динамика популяции насекомых, использование пестицидов и здоровье сельскохозяйственных рабочих». Американский журнал экономики сельского хозяйства . 82 (3): 527–540. дои : 10.1111/0002-9092.00044 . S2CID 12938719 .
- ^ Ли, Тан (8 мая 1995 г.). «Глава 6: Кратчайшее время генерации» . Книга рекордов насекомых Университета Флориды . Проверено 16 июня 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с Уильям А. Нельсон; Оттар Н. Бьернстад; Такэхико Яманака (16 августа 2013 г.). «Повторяющиеся вспышки насекомых, вызванные температурными изменениями стабильности системы» . Наука . 341 (6147): 796–799. Бибкод : 2013Sci...341..796N . дои : 10.1126/science.1238477 . ПМИД 23907532 . S2CID 206549137 .
- ^ Jump up to: а б с Мессер, Андреа Элиз (1 августа 2013 г.). «Температура изменяет динамику популяций распространенных вредителей растений» . Новости штата Пенсильвания . Проверено 17 июня 2014 г.
- ^ Вятт, Ти Джей (28–31 июля 2002 г.). «Возврат к динамике популяций насекомых, использованию пестицидов и здоровью сельскохозяйственных рабочих: выбор пестицидов и снижение риска» (PDF) . Документ выбран для презентации на ежегодных собраниях Американской ассоциации экономики сельского хозяйства.
- ^ Майкл Х. Джерарди; Джеймс К. Гримм (май 1979 г.). История, биология, ущерб и борьба с непарным шелкопрядом, Porthetria Dispar (L.) . Крэнбери, Нью-Джерси: Associated University Press. п. 129 . ISBN 978-0838620236 .
- ^ Jump up to: а б Джеффри С. Бэйл; Грегори Дж. Мастерс; Ян Д. Ходкинсон; Кэролайн Омак; Т. Мартин Беземер; Валери К. Браун; Дженнифер Баттерфилд; Алан Бьюс; Джон К. Коулсон; Джон Фаррар; Джон Э.Г. Гуд; Ричард Харрингтон; Сьюзан Хартли; Т. Хефин Джонс; Ричард Л. Линдрот; Малкольм К. Пресс; Илиас Симрньюдис; Аллан Д. Ватт; Джон Б. Уиттакер (23 января 2002 г.). «Травоядные животные в исследованиях глобального изменения климата: прямое влияние повышения температуры на травоядных насекомых». Биология глобальных изменений . 8 (1): 1–16. Бибкод : 2002GCBio...8....1B . дои : 10.1046/j.1365-2486.2002.00451.x . S2CID 86258707 .
- ^ Дэниел П. Беббер; Марк А.Т. Рамотовский; Сара Дж. Гурр (1 сентября 2013 г.). «В условиях потепления в мире вредители сельскохозяйственных культур и патогены движутся к полюсам». Природа Изменение климата . 3 (11): 985–988. Бибкод : 2013NatCC...3..985B . дои : 10.1038/nclimate1990 .
- ^ Барфорд, Элиот (1 сентября 2013 г.). «Вредители сельскохозяйственных культур растут вместе с глобальным потеплением» . Природа . Новости природы. дои : 10.1038/nature.2013.13644 . Проверено 17 июня 2014 г.