太原市是能源重化工城市, 工业污染和其交通污染十分严重, 在城市空气污染中除工厂排出的污染物外, 还有汽车尾气排放的SO₂、NO_x和Pb等主要污染物, Pb与烟尘中的固相颗粒相结合成为悬浮微粒(TSP)组成部分。SO₂等有害气体和悬浮颗粒过量超标, 使城市环境污染加重, 对城市生态环境造成不良的影响, 使昆虫区系组成发生改变。林木蚧虫因为具有特殊的身体结构, 分泌蜡质形成介壳和蜡粉, 具有很强的保护能力, 它能在城市环境日益恶化的条件下, 由林木次要害虫发展上升为城市园林树木的重要害虫。日本Kawai等人研究表明, 东京的都市化对林木蚧虫区系有重要影响, 城市蚧虫的发生标志着该地区环境恶劣, 污染严重(Kawai, 1976)。美国、荷兰、瑞典、俄罗斯等都证实城市和工业污染区蚧虫变得非常丰盛(Orell, 1987; Elizabeth, 1989); 在我国瘤坚大球蚧和皱大球蚧在银川、兰州、大连、太原等城市近年来危害逐年加重。

为了了解空气污染物SO₂、Pb在树体、虫体和天敌体内是否积累和积累量, 以及对蚧虫种群发生的影响, 我们于1997~1999年, 以康氏粉蚧为研究材料, 对该虫的抗污染性能和发生机理进行了研究。

1 材料和方法 1.1 研究材料

虫种:康氏粉蚧(Pseudococcus comstocki), 属蚧总科(Coccidae), 粉蚧科(Pseudocdcidae), 粉蚧属(Pseudococcus), 一年发生三代, 危害枝叶, 雌雄成虫交尾后雄虫即死去, 因此本研究以雌成虫作为调查虫口密度和分析化验的虫态。

树种:银杏树(Ginkgo biloba), 白蜡树(Fraxinus chinensis)。

1.2 采样区和采样方法

采样区选择有代表性的太原市五一路, 路旁均以银杏树和白蜡树作为行道树, 长势均匀, 路口位于市中心的闹市区, 随着距市中心远近不同, 车流量、行人数和繁华程度也不同, 形成污染差异, 因此在五一路口(市中心)污染因子浓度TSP为0.577mg/Nm³, SO₂为0.275mg/Nm³, 路中(一般市区) TSP为0.430mg/Nm³, SO₂为0.166mg/Nm³, 路底(市郊边缘区) TSP为0.320mg/Nm³, SO₂为0.121mg/Nm³, 三个区域采样, 分别代表重度污染区、中度污染区和轻度污染区, 每处在街道两旁选十株样树, 每树按树冠的东西南北四个方向取样枝20枝, 剪下1~2年生枝条, 虫口密度以枝端35cm长范围内计数, 以其平均数表示。分析化验该枝条韧皮部和叶片SO₂和Pb的含量, 以照区为山西农业大学校园。选择与样地树木生长基本一致的银杏树和白蜡树为对照。

1.3 材料处理和分析化验方法

剪下的样枝冲洗干净凉干, 刮下韧皮部和叶片放在恒温箱内60℃烘干, 粉碎、过筛后待处理测定。虫体采集在冲洗前进行, 用细铁丝挑下枝条上的蚧虫虫体, 烘干、待测定。含硫量分析采用HNO₃—HClO₄消煮, BaSO₄比浊法, 含Pb量采用原子分光光度计测定。

2 结果与分析 2.1 空气污染程度对康氏粉蚧种群数量变动的影响

通过对全市污染程度不同的区域进行蚧虫调查发现, 从市中心向郊外延伸, 由于空气污染程度逐渐递减, 蚧虫发生危害也明显减轻, 康氏粉蚧仅在工厂区和市中心的重污染区发生普遍, 虫口密度大, 危害严重, 在树枝上成片成团分布, 虫口密度在100头/枝以上, 中等污染区如市内一般区域和公园区发生较轻, 虫口密度一般为12~13头/枝, 个别枝条最多也仅达几十头, 呈点片局部发生, 轻度污染区域如郊区林区等康区粉蚧发生极少, 说明康氏粉蚧的发生与城市空气污染有密切关系, 虫口密度呈现从高向低的变化趋势恰与城市空气污染的递减梯度趋势相吻合, 见表 1。

2.2 空气污染与树体含污量和康氏粉蚧虫口密度的关系

为了探讨空气污染程度与树体含污量和康氏粉蚧种群密度变化的关系, 对银杏树韧皮部和叶片及虫体内吸收积累的S和Pb含量进行了化学分析, 见表 2。

从表 2看出: (1)银杏树和白蜡树的韧皮部和叶片均可吸收积累空气中的SO₂和Pb, 空气污染愈严重树体内S和Pb积累量愈多。两树种在空气污染物胁迫下, 对环境的适应性是污染物被吸收后, 通过生理代谢作用而被存留在体内积累, 这种吸收积累的能力表现为寄主树种的一种忍受污染的性能, 在一定的范围内寄主体内含污量(S和Pb)高低与空气污染程度呈正相关。在重污染区树体含污量高, 银杏树韧皮部和叶片含Pb总量为9.27μg/g, 含S总量为758.78μg/g, 白蜡树含Pb总量为5.34μg/g, 含S总量560.51μg/g, 比中—轻度污染区树体内含Pb和含S总量分别增加, 银杏树为10.1%~15.3%, 及13.9%~22.0%, 白蜡树分别增加5.7%~11.9%, 及4.5%~7.8%。

(2) 康氏粉蚧除受空气中污染物的作用外, 还可通过食物链的环节使寄主体内的S和Pb聚集到虫体内, 因此虫体含污量很高, 在银杏树上虫体含Pb量超过韧皮部含量32.9%, 超过叶片含量46.5%, 在白蜡树上虫体含Pb量超过韧皮部含量102.1%, 超过叶片含量138.4%;虫体中S含量在两种树体上都超过韧皮部而少于叶片。

(3) 虫口密度与空气污染程度和树体含污量多少有密切关系。空气污染愈严重, 树体含污量愈高, 虫口密度也愈大, 在重污染区银杏树和白蜡树上虫口密度为76.8头/枝和43.1头/枝, 中—轻度污染区在两种树上, 虫口密度分别为16.4~2.8头/枝和13.7~2.5头/枝, 说明康氏粉蚧具有较强的抗污染性能, 污染物SO₂、Pb可以促进康氏粉蚧种群密度的增加, 更加重其对林木的危害。

2.3 空气污染对康氏粉蚧发育速率的影响

为了解空气污染对康氏粉蚧发育速率的影响, 在第二代雌虫产卵期对不同污染程度的区域调查了产卵数量。由表 3知, 在污染严重的市中心, 由于商贸活动和车辆增多, 微气候发生变化, 气温升高, 空气污染物SO₂和Pb增加, 康氏粉蚧发育速率加快, 产卵量增加, 种群密度随之提高, 污染严重区域与中—轻度污染区相比, 产卵期提早2~3天, 在银杏树上产卵量增加20.7~29.4粒/头, 在白蜡树上增加32.5~44.9粒/头, 虫口密度在银杏树和白蜡树上相应增加74.1~86.7头/枝, 及39.9~47.7头/枝, 并且随着空气污染程度的加重, 导致树体含污量(S, Pb)的提高, 促进作用愈加明显。说明康氏粉蚧是城市污染环境中的一种危险害虫。

2.4 空气污染对康氏粉蚧天敌的影响

在北方一般地区康氏粉蚧的天敌主要有球蚧花翅跳小蜂, 晋草蛉、长斑弯叶毛瓢虫, 粉蚧短角跳小蜂, 豹尾花翅蚜小蜂, 大草蛉, 中华草蛉等7种, 但在太原市空气污染严重的环境中, 经采样和室内观察培养, 康氏粉蚧的天敌仅发现3种, 即捕食性天敌晋草蛉(Chrysopa shansiensis)和长斑弯叶毛瓢虫(Nephus kottzei)寄生性天敌球蚧花翅跳小蜂(Mcroterys clauseni), 虽然康氏粉蚧严重发生, 成团分布, 危害严重的银杏树和白蜡树枝条上几乎被虫体分泌物覆盖, 但天敌分布率很低, 晋草蛉各虫态总分布率仅为0.35头/枝, 长斑弯叶毛瓢虫各虫态总分布率为2.0头/枝, 球蚧花翅跳小蜂成虫为1头/枝, 寄生率为16.67%, 详见表 4。

因为天敌太少, 仅对天敌体内含S量进行测定, 其含量为302.48μg/g, 比银杏树上康氏粉蚧含S量高出173.4%, 比白蜡树上康氏粉蚧含S量增加17.2%。天敌处在食物链的第三级, 受污染影响最重, 所以体内含污量也最多, 天敌对污染物敏感, 不能忍受污染物的毒害, 导致大量死亡, 造成其种类和数量急剧减少。

2.5 银杏树和白蜡树体内含污量月动态

为了解寄主树体吸收积累污染物的变化动态, 生长期内在污染严重的闹市区五一路口逐月定期采样分析化验枝条韧皮部和叶片内空气污染物S和Pb的含量, 结果见表 5。

从表 5可看出: (1)在整个生育期3~10月中, 树体内污染物S、Pb的积累量银杏树高于白蜡树。两种树体相比, 韧皮部和叶片含Pb总量银杏树比白蜡树增加0.94~5.45μg/g, 含S总量增加101.72~326.89μg/g。(2)两种树体韧皮部中污染物S和Pb的积累量在全生育期中均出现两个高峰, 最高峰值出现在4~5月, 树体生理代谢旺盛的树叶萌发期, 此时银杏树韧皮部含Pb量高达8.87μg/g, 含S量高达254.04μg/g, 白蜡树分别为5.38μg/g及140.48μg/g, 次高峰值出现在初秋季节, 生长旺盛期韧皮部含污量较低。全生长期中含污量月动态变化的特点是生长初期大于生长后期, 生长后期大于生长旺盛期。(3)银杏树和白蜡树叶片内污染物S和Pb的积累量比较平稳, 在整个生育期内呈逐渐增加趋势, 没有高峰期, 因受污染物危害叶片8月份提早衰老变黄, 9月叶片内Pb的积累量急剧下降, 其含量银杏树仅为0.64μg/g, 白蜡树则为0.43μg/g, 叶片内污染物S的含量变化不大, 仍呈不断上升趋势。(4)在整个生长期内, 两种树体韧皮部含Pb量高于叶片, 银杏树韧皮部含Pb量为4.18~8.87μg/g, 叶片含Pb量仅为0.46~4.69μg/g, 白蜡树韧皮部含Pb量为1.64~5.38μg/g, 叶片含Pb量为0.43~4.29μg/g。含硫量则相反, 两种树体叶片含硫量高于韧皮部。

S虽然是植物生长的必需元素, 但维持植物正常需要的S, 主要是以SO₄^2-的形态从土壤中吸收的, 而植物以气孔、皮孔从空气中吸收的SO₂主要以SO₄^2-的形式存在于体内, 再与乙醛或酮类反应形成α-羟基磺酸, 直接危害叶片, 空气中高浓度SO₂必然导致植物生理衰竭, 因此在空气污染严重区域树木叶片提早于8月份变黄, 稍后提早脱落。Pb是重金属元素, 不是植物生长的必需元素, 树体内大量Pb的积累, 可使蛋白质变性, 影响酶和细胞的新陈代谢, 对寄主林木造成损害, 因而银杏树和白蜡树受SO₂、Pb的侵害, 树势衰弱, 抗虫性下降。

2.6 空气污染对寄主树体内氨基酸和糖类含量的影响

取污染严重区和对照区银杏树枝条韧皮部和叶片组织进行分析化验, 结果见表 6。

从表 6可知, 污染严重区银杏树体内氨基酸组分含量发生变化, 韧皮部和叶片中有13处氨基酸含量高于对照区, 其增幅为24.4%~76.19%, 其中蛋氨酸增加76.19%, 组氨酸增加12.61%, 异亮氨酸增加2.8%, 它们都是对蚧虫有特殊需要的氨基酸。此外污染严重区银杏树体内总碳水化合物含量比对照区增加1.78%, 可溶性糖含量增加6.46%。这些营养物质的增加不仅促进了康氏粉蚧的取食危害, 还抑制了光合作用的正常进行, 降低叶片光合率, 使寄主受到双重危害(吴亚等, 1990)。必须指出的是:在污染严重区空气污染物SO₂和Pb的影响下, 寄主林木生理生化状况发生变化, 特别是导致氨基酸组分变化和糖类含量增加, 从而促进了康氏粉蚧的发育和种群繁殖, 加重危害。

3 结论与讨论

康氏粉蚧危害银杏树, 以前曾被误认为真葡萄粉蚧。经1998年全年生物学观察, 各龄虫标本室内制片和显微鉴定, 确认银杏树和白蜡树上蚧虫均为康氏粉蚧。在太原五一路两旁银杏树和白蜡树相间种植, 但白蜡树上的康氏粉蚧个体比银杏树上的大1/4~1/3, 其原因有待查明。

城市空气污染物SO₂, Pb对康氏粉蚧发生, 具有促进作用。寄主树木受空气中污染物影响, 树势衰弱, 抗虫性降低, 而其韧皮和叶片氨基酸含量和组分改变, 含糖量增加, 有利于虫体营养条件的改善, 提高了蚧虫种群质量, 产卵期提早, 产卵量增加; 天敌种类及其数量大量减少, 大大降低了天敌对康氏粉蚧种群数量的有效控制, 加之虫体对污染物有较强的抗性, 所以在空气污染严重的城市环境中康氏粉蚧种群数量明显增加, 表现出很强的生存优势, 猖獗发生, 使银杏树和白蜡树受害严重。这种促进作用的实质是城市空气污染物SO₂、Pb改变了寄主—蚧虫—天敌三者之间固有的平衡(吕仲贤等, 1994), 并且这种改变有利于康氏粉蚧的发生和危害, 因此, 康氏粉蚧是城市空气污染环境中一种危险害虫。目前在太原市已从次要害虫成为一种主要的园林害虫。

空气污染物SO₂、Pb可在树体、虫体、天敌体内积累, 与树体韧皮部相比, 三者体内含S量从大到小依次为天敌、虫体、树体韧皮部, 说明寄主树体吸收空气中的SO₂可通过食物链的方式聚集到虫体和天敌体内, 这就进一步证实了生态体系中确实存在着生物聚集过程。

银杏树是现存种子植物中最古老的孑遗植物, 具有独特的生理特点和组织解剖结构, 因此也具有很强的抗逆、抗病虫害的性能, 在所有树种中银杏树是病虫害发生最轻微的树种, 在我国北方几乎不发生, 南方虽有发生也无毁灭性病虫害。但在太原市五一路数公里长的范围内, 作为行道树的银杏树上康氏粉蚧发生普通, 尤其在五一路严重污染的路段(五一路口闹市区)发生严重。许多树枝被虫体及其分泌物全部覆盖, 雪白一片, 可见银杏树上康氏粉蚧的猖獗发生是受空气污染物的深刻影响的结果, 是一个环境污染对生态子系统造成重大破坏的典型事例。

由于城市空气中污染物SO₂、Pb可促进康氏粉蚧严重发生, 但对于该虫大发生的空气中含SO₂、Pb的临界浓度还不明确, 有待于进一步研究。只有在掌握了康氏粉蚧种群消长规律与城市空气SO₂、Pb浓度的相关性, 才可利用康氏粉蚧作为生物因子对城市空气污染进行监测与评价。