Temperature-dependent Nymphal Development Models of Paromius exiguus (Distant) (Hemiptera: Lygaeidae) on Imperata cylindrica and Calamagrostis epigeios and its Population Dynamics in the Fields

Abstract

본 연구는 흑다리긴노린재 약충의 온도 발육 모델을 개발하고 성충 및 약충의 계절적인 발생을 예측하기 위해 수행하였다. 온도 발육 모델을 개발하기 위해 8개 항온 조건(17.5, 20, 22.5, 25, 27.5, 30, 32.5, 35 oC) 및 14:10(L:D) h의 광주기로 흑다리긴노린재의 2가지 기주 식물인 띠와 산조에서 약충의 발육기간을 연구하였다. 두 기주 식물 모두에서 온도가 상승함에 따라 발육기간은 감소하였다. 띠에서 각 약충 단계별 발육기간은 산조에 비해 상당히 길었다. 발육률과 온도의 관계를 직선 회귀와 5가지 비선형 모델(Lactin 1, Lactin 2, Briere 1, Briere 2과 Logan 6)에 의해 분석한 결과, 영기별 발육 영점온도는 띠의 경우 1령이 15.5, 2령이 15.7, 3령이 12.2, 4령이 10.1, 5령이 9.2 그리고 전체 약충기에서는 13.1oC 이었으며, 산조에서는 1령이 5.7, 2령이 11.5, 3령이 9.5, 4령이 9.9, 5령이 11.2 그리고 전체 약충기에서는 10.0 oC 이었다. 발육 완료에 필요한 온일도(DD, Degree-days)는 띠의 경우 1령이 50.2, 2령이 43.1, 3령이 69.0, 4령이 103.6, 5령이 159.2 그리고 전체 약충기에서는 365.2DD 이었으며, 산조에서는 1령이 60.9, 2령이 34.0, 3령이 44.3, 4령이 55.7, 5령이 90.9 그리고 전체 약충기에서는 277.5DD 였다. 5가지 비선형 모델 중 Lactin 1, 2 및 Logan 6 모델이 두 기주 식물에서 흑다리긴노린재의 발육률과 온도와의 관계를 가장 잘 설명해주었다. 각 발육단계별 발육 완료율는 2파라미터 Weibull 함수에 의해 잘 묘사되었으며, 두 기주 식물 모두에서 흑다리긴노린재는 17.5-35 oC 범위에서 성충까지 성공적으로 발육을 완료하였다. 약충의 사망률의 경우, 두 기주 식물 모두 약충 5령 단계에서 가장 높은 사망률을 보였다. 예측모델은 2 파라미터 Weibull 함수를 통해 작성하였고 시화 간척지에서 조사된 자료와 비교 분석하였다. 2010, 2011, 2012의 3년 동안, 모델은 90% 누적 약충 발생시기를 50% 누적 발생시기보다 정확하게 예측하였다. Weibull 함수를 통해 묘사되고 야외 조사 자료를 통해 입증된 식들은 향후 흑다리긴노린재 야외 개체군의 동태를 예측하는데 사용될 수 있을 것이다.

주요어 : 흑다리긴노린재(Paromius exiguus), 온도 발육 모델, Weibull 함수, 예측 모델

Temperature-dependent nymphal development and population dynamics of Paromius exiguus (Distant) were investigated to develop the temperature-dependent development models and to predict the seasonal occurrence of adults and nymphs in the fields. To develop the temperature-dependent nymphal development models, the developmental time of nymphal stages of P. exiguus was studied at eight different constant temperatures (17.5, 20, 22.5, 25, 27.5, 30, 32.5 and 35 °C) and a photoperiod of 14:10 (L:D) h on two host plants, Imperata cylindrica and Calamagrostis epigeios. On both plants, the nymphal developmental time decreased with increasing temperature. The developmental time was significantly longer on I. cylindrica for each nymphal stage and thus for the total nymphal stage, as well. The relationship between developmental rate and temperature was fitted to a linear and the five nonlinear models (Lactin 1, Lactin 2, Briere 1, Briere 2 and Logan 6). The lower developmental thresholds for the first, second, third, fourth, fifth instar, and total nymphal stages were 15.5, 15.7, 12.2, 10.1, 9.2, and 13.1°C, respectively on I. cylindrica and 5.7, 11.5, 9.5, 9.9, 11.2, and 10.0°C, respectively on C. epigeios. Thermal constants (DD, degree days) required for completion of the first, second, third, fourth, fifth and total nymphal stages, were 50.2, 43.1, 69, 103.6, 159.2, and 365.2DD, respectively on I. cylindrica and 60.9, 34.0, 44.3, 55.7, 90.9, and 277.5DD, respectively on C. epigeios. Lactin models and Logan 6 model were found to be better to describe the relationship between temperature and the developmental rate of P. exiguus nymphs on both host plants. The distribution of development completion of each nymphal stage was well described by the two-parameter Weibull function. On both plants, P. exiguus successfully developed to the adult stage within the temperature range of 17.5-35°C. The highest mortality always occurred in the fifth nymphal stage at all temperatures on both plants. The forecasting model was developed by fitting the field-observed data from Sihwa reclaimed land to the two-parameter Weibull function and evaluated by comparing the model outputs with field-observed data. The model made prediction of the 50% cumulative nymphal emergence dates less accurately than the 90 % cumulative emergence on both generations in 2010, 2011 and 2012. The equations developed by Weibull function and validated in this study can be used to predict the P. exiguus population dynamics in the fields.

Keywords: Paromius exiguous, temperature-dependent development models, Weibull function, forecasting model.