调查热浪对自然和农业生态系统的影响

BOB体育密歇根州立大学昆虫学助理教授Will Wetzel和他的实验室分析了极端天气事件和气候变化如何影响昆虫和植物之间的相互作用。

将吉姆他是密歇根州立大学的助理教授。BOB体育昆虫学系他正在研究bob体育登录热浪等极端天气事件如何影响密歇根州的各种生态系统。他的工作重点是研究温度变化的影响,或整个生长季节的变化模式。

威尔·韦泽尔的大头照
将吉姆

Wetzel说:“我们目前还没有很好地了解极端天气将如何破坏农业生态系统中提供免费害虫控制服务的重要相互作用。”

Wetzel指出,大多数生物学研究关注的是手段之间的差异,因为这更简bob体育登录单。

“我们通过这种方式学到了很多东西,它给了我们大部分关于生物学的知识,但它忽略了最初激励我成为生物学家的东西,那就是可变性本身,”他说。

“大部分工作都在我的实验室关注不同程度变化的原因和后果,特别是当涉及到天气和天气时间的变化时,并询问其后果。”

Wetzel和Zsofia Szendrei:热浪和马铃薯害虫

sofia Szendrei的大头照
Zsofia Szendrei

Wetzel和密歇根州立大学的昆虫学家Zsofia Szendrei最近获得了一项为期四年,45.5万美元的奖学金美国农业部国家食品和农业研究所bob体育合法吗(USDA-NIFA)来研究热浪如何影响马铃薯害虫管理。

马铃薯是密歇根州一种有价值的作物。根据密歇根州马铃薯工业委员会在美国,该行业为该州的经济贡献了约12.4亿美元。

他说:“这笔赠款的总体目标是为了解极端天气事件(如热浪和洪水)将如何影响农业系统的生态奠定基础,从而改进我们如何利用生态来管理害虫。”

Wetzel和Szendrei的工作将集中在科罗拉多马铃薯甲虫和蚜虫上,蚜虫是一种从植物叶子中吸取液体的小虫子。

叶子上的科罗拉多马铃薯甲虫
叶子上的科罗拉多马铃薯甲虫

“科罗拉多马铃薯甲虫以迅速进化出对杀虫剂的抗性而闻名。我们有一些杀虫剂可以对抗它,但其中一些对环境非常有害,”韦策尔说。“我们非常需要对科罗拉多马铃薯甲虫进行生态管理的策略,而不是使用合成杀虫剂,所以这是在这个系统中工作很重要的一个重要原因。”

制定科罗拉多马铃薯甲虫和蚜虫的生态管理策略对密歇根州的马铃薯种植者来说非常重要。

Wetzel说:“我们希望制作一份日历,记录马铃薯植物最脆弱的时间,以及害虫对热浪事件反应最强烈的时间。”“当天气变暖时,昆虫生长得更快,因此在生长季节的特定时间,突然出现的高温可能会引发害虫问题。种植者可能真的要注意那个时候的热浪。

“然而,其他时候,昆虫实际上很容易受到高温的影响。例如,如果热浪发生时,害虫是卵,这实际上可能是一件好事,种植者可能不必担心害虫控制。”

该项目将于2021年开始。大部分研究将在密歇根州立大学进行bob体育登录W.K.凯洛格生物电台(KBS在那里,Wetzel已经开发了一种技术,可以在现场产生热浪条件。

乔什·斯努克:马铃薯植物和害虫的初步研究bob体育登录

乔什·斯努克徒步旅行
杰克斯努克

杰克斯努克最近获得昆虫学硕士学位的她,在美国农业部的资助下,完成了马铃薯害虫研究基金的大部分初步研究bob体育登录项目GREEEN密歇根州马铃薯工业委员会

韦泽尔说:“乔希是第一个在野外做实验的人,他给了我们强有力的初步数据,表明热浪是有影响力的,而且它们的时间很重要。”

为了收集这些数据,斯努克使用温室塑料制造了开放式的房间,白天可以吸收阳光,晚上则配备了电陶瓷加热器来提高温度。

他还在室内进行了一系列实验,将植物和科罗拉多马铃薯甲虫暴露在模仿密歇根州热浪的为期四天的热浪中。结果与一组对照植物进行了分析。

斯努克很高兴自己在研究中发挥了作用,为韦策尔和泽德雷提供了进一步研究马铃薯害虫和bob体育登录热浪的资金。

斯努克说:“bob体育登录这项研究很重要,因为它着眼于农民和/或任何类型的资源管理者在他们做出管理决策时必须处理的未来状况。”

Elizeth Cinto Mejia:植物群落

伊丽莎白·辛托·梅贾Wetzel实验室的博士候选人,通过观察植物群落,或所有生长在特定区域的植物(类似于自然花园),采取了一种更全面的方法来研究气候变化和变异的应用。

植物群落为人类提供了很多服务,也为昆虫、其他动物和土壤提供了很多服务。每个植物群落都很复杂,有很多相互作用。”

“无论你去到哪里,无论是密歇根还是莫斯科,你都能看到生活在某个地方的所有这些生物,它们中的大多数都依赖于这些植物群落的变化。它们是金字塔的重要基础,支撑着许多生物。”

elizabeth Cinto Mejia和Will Wetzel在现场
elizabeth Cinto Mejia(左)和Will Wetzel在W.K. Kellogg生物站的一个开放式研究室内,Cinbob体育登录to Mejia在那里进行热浪如何影响植物群落的研究。

Cinto Mejia正在研究热浪如何影响植物开花和繁殖的能力,特别关注密歇根州的老田野群落。这些植物群落包括马利筋,金菊,紫锥菊,以及草和其他开花物种的混合物,是蝴蝶和各种其他昆虫的家园。

“热量可以使植物绝育,所以如果六月份热浪来袭,一组植物正在开花,那组植物可能会绝育,或者至少繁殖能力差。然后,在接下来的一年里,我们会看到更少的植物物种,而如果热浪在8月到来,当不同种类的植物开花时,那么整个群落可能会走上不同的轨道,”韦泽尔说。

“这是一个非常令人兴奋的假设,人们还没有深入研究过——这些极端事件发生时间的微小变化可能会完全改变整个植物群落的轨迹。”

此次研究将bob体育登录在KBS进行,利用开窗室内模拟4天的高温天气。Cinto Mejia将跟踪对她田间植物群落的影响。

她说:“我们知道,在昆虫等许多生物的不同生命阶段,高温会产生不同的影响。”“为什么不包括植物群落的各个阶段?”

“观察夏初和夏末的植物群落,我们可以观察到生长和物候或植物生命周期的差异。知道群落随着时间的推移在几年之内和几年之间发生变化,了解热浪的时间如何改变特定植物物种和群落的变化是非常重要的。”

奥利维亚:马利筋

奥利维亚·科普的大头照
奥利维亚应付

奥利维亚应付他加入了Wetzel实验室国家科学基金会在获得博士学位后获得博士后奖学金威斯康星大学将重点关注早春解冻如何影响马利筋的出现和依赖这种植物的昆虫。

“Wetzel实验室一直在研究热浪,这是夏季温度变化的一个方面,但也有类似的早春解冻,基本上是春季热浪。在气候变化的影响下,这种情况越来越频繁。”

特别有趣的是帝王蝶,它需要马利筋来完成它的生命周期。更多地了解气候变化如何影响马利筋可以帮助君主保护。

“这个项目的重点是植物与昆虫相互作用的时间。基本上,当昆虫遇到植物时,它们有多老,这对它们的相互作用有什么影响?’”柯普说。“我们知道,植物的出现和发育会受到天气模式和植物基因的影响。我们正试图更好地了解马利筋的生长时间,特别是当它涉及到春季温度和冻结/冻结周期的变化时。最终,我们想知道植物发育时间的变化如何影响昆虫群落。”

初步研究表明,即使是短暂bob体育登录的热浪,如春季变暖事件,也会对马利筋及其相关的生态系统产生长期影响。

马利筋上的毛毛虫
一只帝王蝶毛虫在普通马利筋上

Wetzel说:“我们已经看到,仅仅四天的高温就能改变这些马利筋植物和以它们为食的昆虫长达两年。”“这项工作给我们的一个启示是,我们必须关注这些短暂但极端的事件。尽管它们似乎转瞬即逝,但它们可能会产生持久的影响。”

Wetzel指出,这并不适用于马铃薯或其他一年生作物系统,因为它们每年都要重新种植。

Cope说:“我们试图弄清楚的是热浪是如何影响植物发芽的时间的。”“他们是让他们慢下来,还是把他们打回去?”它是否使所有不同的植物彼此更相似,还是因为一些植物对热浪更敏感而存在更大的可变性?”

气候变化的新视角

该实验室对热浪和变化bob体育登录的研究采用了一种不同的方法来研究气候变化的影响——这是Wetzel感到兴奋的事情。

“我认为这些项目如此令人兴奋的原因之一是它们颠覆了当前的思维。很多工作都集中在气候变化如何改变生物事件的时间,比如春天的出现或开花。我们的工作表明,气候变化本身的时间,也就是热浪等极端事件发生的时间,会影响生物学。”“时机在两个方面都很重要。”

Elizeth Cinto Mejia和Will Wetzel在看一个开放式生长室的内部。这些房间配备了加热器来模拟夜间的热浪情况。

从研究生时代起,Wetzel就对可变性感兴趣,他渴望看到它在研究生态系统中所带来的不同。

他说:“我觉得很有趣的是,在一个生长季节里,温度的轻微变化可能会持久地改变生态系统。”“我们并不经常看到一组植物和昆虫,然后问,‘我现在看到的,今天在我面前的植物生长和昆虫飞来飞去,是不是仅仅是几年前某个特定时间发生的三四天高温的产物?如果这是真的,就像我们的初步证据表明的那样,它真的会改变我们对气候和天气如何影响生态的看法。”

与有才华的新兴科学家和职业科学家一起做这项有意义的工作是一个额外的好处。

他说:“与我们的社区成员一起工作——我们的学生、博士后,所有这些即将做出惊人事情并改变世界的早期职业科学家——这是我最喜欢这份工作的一部分。”

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