摘要:2010年7~9月主要采用巴氏罐诱法对四川西昌市郊紫茎泽兰入侵地5种类型林分的地表甲虫群落进行调查,共采集地表甲虫标本886份,隶属15科,其中粪金龟科、隐翅虫科和丽金龟科昆虫个体数量多,是西昌市郊林下地表甲虫的优势类群。云南松(Pinus yunnanensis)林林下地表甲虫个体数量极显著高于其他4种林分(P<0.01)。多样性分析表明,云南松林与柏木(Cupressus funebris)林林下地表甲虫丰富度指数显著高于麻栎(Quercus acutissima)林(P<0.05)。各林分类型地表甲虫优势度指数及均匀度指数差异不显著,柏木林优势度指数、均匀度指数最高。云南松林与冷杉(Abies sp.)林、车桑子(Dodonaea viscose)灌丛林林下地表甲虫多样性指数差异极显著(P<0.01)。相似性研究表明,不同林分类型地表甲虫群落相似性多为中等不相似及中等相似,仅冷杉林和车桑子灌丛林为极不相似。研究结果表明,西昌市郊各类型林分地表甲虫组成和数量分布与天然林存在一定差异,建议对人工纯林进行林分改造以增加生物多样性。
关键词:林分类型;地表甲虫;群落多样性;西昌;紫茎泽兰入侵地
中图分类号:Q958 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)12-2815-05
Effects of Stand Types on the Community Diversity of Ground-Dwelling Beetles in the Invaded Regions of Eupatorium adenophorum Spreng.
QI Dong-ming
(School of Animal Science, Xichang College, Xichang 615013, Sichuan,China)
Abstract: The diversity of ground-dwelling beetles in 5 stand types from the suburbs of Xichang city was investigated with the bait-traps method. 886 beetles’ specimens were gathered and belonged to 15 families. The Geotrupidae, Rutelidae and Staphylinidae were the dominant groups whose individuals were the most. The number of individuals of ground-dwelling beetles was the highest in the Pinus yunnanensis forest among the five stand types (P<0.01). The study of diversity showed that the richness of the ground-dwelling in Pinus yunnanensis forest and the Cupressus funebris forest were significantly higher than that of the Quercus acutissima forest(P<0.05). The dominance and evenness of the 5 stand types had no significant difference. The diversity of the Pinus yunnanensis forest had very significant difference with the Abies sp. forest and Dodonaea viscose shrub (P<0.01). The study of similarity showed that most of the similarity was middling dissimilar and middling similar, but the similarity of the Abies sp. forest and shurb was significantly different. The results showed that the composition and individuals of the ground-dwelling beetles in the 5 stand types of the suburbs of Xichang city had significant difference with the natural pure forest. It was suggested to design stand rebuilding for the artificial pure forest to increase the biodiversity.
Key words: stand types; ground-dwelling beetles; community diversity;Xichang city; invaded regions of Eupatorium adenophorum Spreng.
生物多样性是当前生物学界学者的研究热点之一,利用昆虫作为生物指示类群研究物种多样性的变化与空间格局,已成为生物多样性研究的一个重要方面[1]。与脊椎动物相比,昆虫对于生境变化高度敏感,因而具有生物地理学和生态学特征的探针功能,在生态系统生物多样性监测和保护方面具有重要的意义[2,3]。
地表甲虫隶属于昆虫纲(Insecta)鞘翅目 (Coleoptera),是栖息于地表最庞大、最多样的昆虫类群之一,是生物多样性的重要组分[4]。作为陆生甲虫的一部分,地表甲虫由于其复杂的食性,在生态系统中扮演着不同角色[3]。通过对地表甲虫群落的研究不仅可以帮助人们掌握物种基本组成和季节动态,还能以物种多样性程度为指标量化生态恢复和森林管理措施的各项影响[5]。一些地表甲虫由于对生境变化高度敏感,已经成功地用于监测生境和生物多样性的变化[6,7]。地表甲虫的研究引起众多国外学者的重视[8-11]。国内的相关报道包括陕西[1]、宁夏[3]、北京[5]、云南[12]、四川[6,13-18]、江西[19]和山西[20]等地部分自然保护区和林区的地表甲虫多样性研究,云南的农田生态系统地表甲虫多样性研究[4,21,22],湿地生态系统地表甲虫群落结构研究[23,24],沙漠生态系统的地表甲虫物种多样性及其与环境的关系研究[25],人为干扰较为强烈的四川南充市郊不同生境中地表甲虫物种多样性研究[26]。但关于林分类型对紫茎泽兰入侵地的地表甲虫群落影响研究鲜有报道。
本研究通过对西昌市郊紫茎泽兰入侵地不同林分类型的地表甲虫群落多样性的调查,揭示不同林分类型地表甲虫的分布规律与特点,为当地生物多样性的研究提供基础数据,为监测环境变化、促进林业发展、加强生物防治提供一定的理论依据。
1 研究样地和方法
1.1 研究样地概况
西昌市地理位置为101°46′-102°25′E、27°32′-28°10′N,处于四川第二大平原——安宁河平原腹地,海拔1 500~2 500 m,属亚热带高原季风气候,年平均气温17.1 ℃,全年日照2 000~2 700 h,大部分地区大于10 ℃的年积温达4 000 ℃以上,年总降水量1 000~1 800 mm,分为干、雨两季,6~10月的雨季集中了全年降水量的90%左右。西昌四季温暖如春,有“小春城”之称,为各种植物的生长繁衍创造了十分有利的环境。该地植物类型众多,是生物多样性较丰富的地区之一,具有较高的保护价值和科学研究价值。样地设在西昌市的袁家山和泸山,属于山地地貌为主的川西南横断山脉区,优势乔木为20世纪50年代后飞播的云南松,优势草本植物为入侵植物紫茎泽兰。试验样地选取的云南松(Pinus yunnanensis)林、麻栎(Quercus acutissima)林、柏木(Cupressus funebris)林、冷杉(Abies sp.)林和车桑子(Dodonaea viscose)灌丛林5种林分,试验分别在5种林地样地内取样。
1.2 取样方法和标本鉴定
采用巴氏罐诱法辅以合扫网法、直接搜索法、灯诱法、腐草腐肉诱集法等方法[12,27],于2010年7~9月进行地表甲虫的采集和数据收集。巴氏罐诱法具体做法是:用一次性塑料水杯(高9.0 cm,口径7.5 cm)作为容器,杯壁上方1/4处打一小孔,以免由于雨水过多使标本流失。引诱剂为醋、糖、医用酒精和水的混合物,每个诱杯内放引诱剂40~60 mL,每种林分选5个样方,相邻样方间隔至少50 m。每样方内设诱杯25个(排5列,间距5 m),杯口与地面相平,放置3 d后取样。将所采集到的地表甲虫用乙酸乙酯杀死[28],部分制作成台式标本,部分用75%乙醇保存。参照文献[29-37]在XTL-3A双目解剖镜下进行标本鉴定。
1.3 数据处理和分析
统计每个样地内捕获的甲虫个体,评估物种丰富度、多样性、均匀度及相似性。物种丰富度采用Margalef指数,dMa=(S-1)/lnN;优势度采用Simpson指数,D=1-∑Ni(Ni-1)/N(N-1);多样性采用Shannon-Wiener指数,H=-∑(Ni/N)ln(Ni/N);均匀度采用Pielou指数,J=H/lnS;相似性采用Jaccard指数,q=c/(a+b)。式中,S为物种数,N为个体总数,Ni为第i个类群个体数,c为两群落的共有类群数,a和b分别为群落A和群落B的类群数。相似性指数q值为(0.00-0.25)为极不相似,(0.25-0.50)中等不相似,(0.50-0.75)中等相似,(0.75-1)极相似。借助SPSS软件进行数据分析。
2 结果与分析
2.1 主要类群及数量
经初步鉴定,野外采集共获得甲虫标本886份,隶属15科(其中3份标本因残缺未鉴定),具体情况见表1。其中粪金龟科标本最多,为256份,占标本总数的28.89%,隐翅虫科和丽金龟科次之,分别占总数的22.01%、11.40%,3科甲虫占比均为总数的10.00%以上,上述3科共占甲虫总数的62.00%以上,为西昌市郊林地地表甲虫的优势类群。叩甲科、步甲科、象甲科等8科甲虫数量分别占总数的8.35%~1.13%,均在1.00%以上,为该地地表甲虫的常见类群。圆泥甲科、瓢甲科、大蕈甲科和蚁甲科甲虫数量均不足总数的1.00%,为该地地表甲虫的稀有类群。云南松林地表甲虫个体数量最多,占总数的51.47%;冷杉林地表甲虫数量最少,仅占总数的4.97%。
2.2 不同林分类型的甲虫优势类群
调查发现,西昌市郊各林分类型地表甲虫优势类群存在一定差异。云南松林地表甲虫的优势类群为粪金龟科、隐翅虫科和象甲科,合计占该林分地表甲虫总数的66.01%;麻栎林地表甲虫的优势类群为丽金龟科、隐翅虫科、粪金龟科和叩甲科,合计占该林分地表甲虫总数的84.44%;柏木林地表甲虫的优势类群为粪金龟科、隐翅虫科、拟步甲科和步甲科,合计占该林分地表甲虫总数的77.92%;冷杉林地表甲虫的优势类群为出尾蕈甲科、步甲科和隐翅虫科,合计占该林分地表甲虫总数的77.27%;车桑子灌丛林地表甲虫的优势类群仅2科,为隐翅虫科和粪金龟科,合计占该林分地表甲虫总数的83.33%。
比较不同林分类型地表甲虫优势类群情况,总体而言,西昌市郊紫茎泽兰入侵地林下地表甲虫优势类群为粪金龟科、隐翅虫科与丽金龟科(表2)。差异显著性分析表明,隐翅虫科昆虫在云南松林的个体数量与麻栎林、车桑子灌丛林差异显著(P<0.05),与柏木林、冷杉林差异极显著(P<0.01),而麻栎林与车桑子灌丛林之间、柏木林与冷杉林之间隐翅虫科昆虫个体数量差异均不显著。对于粪金龟科而言,冷杉林未见该科分布,云南松林粪金龟科昆虫个体数量极显著高于麻栎林、柏木林、车桑子灌丛林(P<0.01),而麻栎林、柏木林、车桑子灌丛林3林分中粪金龟科昆虫个体数量差异不显著。就丽金龟科而言,柏木林和车桑子灌丛林中未见该科分布,麻栎林中丽金龟科昆虫个体数量极显著高于云南松林和冷杉林(P<0.01),而云南松林丽金龟科昆虫个体数量与冷杉林差异不显著。
2.3 多样性分析
不同林分类型林下地表甲虫群落多样性情况见表3。差异显著性分析表明,云南松林地表甲虫个体数量极显著高于其他4种林分(P<0.01),麻栎林地表甲虫个体数量显著多于柏木林、冷杉林及车桑子灌丛林(P<0.05)。就丰富度而言,云南松林与柏木林甲虫丰富度显著高于麻栎林(P<0.05),冷杉林、车桑子灌丛林,甲虫丰富度无显著性差异。各林分地表甲虫优势度及均匀度差异不显著。柏木林林下地表甲虫优势度指数、均匀度指数最高,相对其他几种林分,其群落优势类群不明显,分布均匀。车桑子灌丛林地表甲虫群落优势类群(粪金龟科、隐翅虫科)明显,分布不均匀。就多样性而言,云南松林地表甲虫多样性指数最高,与冷杉林、车桑子灌丛林差异极显著(P<0.01),麻栎林、柏木林、冷杉林、车桑子灌丛林之间差异不显著。
2.4 相似性分析
对不同林分地表甲虫进行相似性分析(表4)可见,各林分间Jaccard指数多介于0.25~0.50,说明相似性多属中等不相似。冷杉林和麻栎林Jaccard指数最大,为0.667;云南松林和麻栎林次之,为0.538;说明上述2种林分地表甲虫群落最为相似,而冷杉林和车桑子灌丛林地表甲虫Jaccard指数最小,为0.182,属极不相似,其余各林分之间均为中等不相似。
3 小结与讨论
3.1 采集时间和方法
调查采集时间选在7~9月,此时是鞘翅目昆虫活动频繁的季节,非常有利于标本的收集。然而这一时间又恰是西昌的雨季,频繁的降雨给标本的收集造成一定困难。虽然巴氏罐上预留了排水孔,但仍难抵御大雨的影响。为了解决降雨造成引诱剂和标本流失的问题,尝试在巴氏罐的上方5 cm处加盖木片、树叶或石板等遮挡物,虽对保护引诱剂起到了一定作用,但也阻止了引诱剂作用的发挥,对标本的收集产生了一定的影响[18]。在泸山的标本采集中,少数冷杉林样方中的部分诱杯被猕猴破坏,对研究产生了一定的影响。
3.2 类群组成与林分
从甲虫类群组成来看,采样地地表甲虫的优势类群为粪金龟科、隐翅虫科和丽金龟科,这与该3科昆虫的生物学特性和研究区域林分类型有密切关系。粪金龟科昆虫主要以哺乳动物的粪便为食,隐翅虫科昆虫常栖息于较为潮湿的枯落物、动植物残体、粪便、真菌等环境中,丽金龟科昆虫常盛发于森林和平原,大多为害乔木、果树、灌木中的阔叶树木。每年7~9月间丰沛的降雨有利于地表甲虫的生存,该地区较为丰富的枯落物、野生动物及家禽家畜粪便为地表甲虫提供了食物来源和隐蔽场所。
西昌市郊地表甲虫个体数量、优势类群与同属横断山区的大巴山[1]、蜂桶寨[13]、四川九龙县[18]、四川南充市郊[26]、云南绿春县[4,21]等相比差异较大,这与研究区域气候和生境特点有密切关系。西昌除7~9月丰雨外,气候干燥、光照强度大、降雨量少且年分布不均;优势乔木为20世纪50年代后飞播的云南松林,优势草本植物为入侵植物紫茎泽兰。人工纯林组成单一,结构层次简单,生态质量差,生物多样性低,易受外界环境波动影响[38,39]。飞播的云南松纯林,紫茎泽兰的入侵使该区域林区植物多样性下降,造成地表甲虫数量、优势类群和天然林相比有较大变化。从不同林分的类群组成来看,云南松林具有较多个体数量,主要是由于云南松林林下枯落物较其他林分厚、土壤含水量较高。
3.3 物种多样性
以往研究[1,6,15,16]表明,地表甲虫的丰富度和数量与林内的微生境(尤其是林冠层和枯落物等环境因子)密切相关。从不同林分间物种多样性分析结果来看,云南松林与柏木林林下地表甲虫丰富度指数显著高于麻栎林,这可能与环境特征的复杂性有关。车桑子灌丛林地表甲虫优势度指数、均匀度指数低于其他林分,主要缘于该林分中的隐翅虫科、粪金龟科昆虫的贡献。研究中,车桑子灌丛林中有3个样方未见紫茎泽兰入侵,优势草本植物为茅草,是家畜及野生动物重要的食物采集地,丰富的动物粪便资源使上述2科昆虫优势明显。
各个种之间的个体分配越均匀,Shannon-Wiener指数H值越大[17,40]。鞘翅目昆虫不同类群生态功能各异,彼此之间的关系复杂,不同类群的个体数量往往差异巨大。因云南松林生境条件优越,为地表甲虫提供了良好条件,使该林分具有较多的地表甲虫数量和种类,因此该林分的多样性高于其他林分。冷杉林中枯落物层最为单薄,因此所支持的地表甲虫的数量和种类最少,致使多样性最低。柏木林中地表甲虫个体数量和多样性虽不高,但均匀度指数最高,可能与该林分多为原农田的退耕还林地,微生境同质化较严重有关。
3.4 相似性指数
西昌市郊各林分类型间地表甲虫相似性较高,可能与人为(游客)干扰程度相近、栖息地空间异质性不大、各林分中普遍有外来物种——紫茎泽兰分布有关。冷杉林和车桑子灌丛林地表甲虫极不相似,可能与野生动物(猕猴)干扰、紫茎泽兰入侵程度不同有关。有研究[1]表明,人工林地表甲虫的类群组成和数量分布与天然林差异显著,其原因可能是人为干扰。另有报道[5,14,15,41,42]称,经过管理的人工林中甲虫物种组成与天然林相似程度高,而无人管理的次生林地表甲虫个体数量和丰富度明显低于其他林型。本研究发现,西昌市郊各林分中地表甲虫组成、数量、分布与天然林存在一定差异,人工纯林在增加林业收入、保护生态环境的同时,在保护生物多样性等功能上尚不能完全取代天然林,森林生态系统的变化将直接影响森林的生物多样性。因此,建议对西昌市郊人工纯林进行林分改造,加强保护和管理,以减少或免受人和家养动物的干扰,从而提高生境异质性,增加生物多样性。
致谢:感谢西昌学院动物科学学院2007级野生动物与自然保护区管理专业杨丽、刘俊、郭元东同学在野外工作、标本整理方面给予的帮助,感谢黄志秋教授、张谊副教授、曲继鹏老师对本文撰写提供的指导和帮助。
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