鞘翅目昆蟲多樣性變化對不同生境類型的生態(tài)反應,昆蟲學論文

鞘翅目昆蟲多樣性變化對不同生境類型的生態(tài)反應,昆蟲學論文昆蟲是生物界的一個主要類群，在生物多樣性保衛(wèi)中具有重要地位。生物多樣性是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。人類的衣、食、住、行及物質(zhì)文化生活的很多方面都與生物多樣性維持密切的關(guān)系。生物多樣性的價值首先在于它能夠提供人類利用的自然資源，再加上受生物影響的環(huán)境資源。生物資源與非生物資源不同，假如得到合理保衛(wèi)與利用，則是能夠再生的，因而在持續(xù)發(fā)展中具有重要意義。昆蟲綱是動物界中物種數(shù)目最多的綱，它們以其諸多的物種數(shù)目、一些物種的超高數(shù)量，它們的多樣性和生物量表現(xiàn)出它們對生態(tài)系統(tǒng)功能的宏大作用，同時也反映出它們的宏大經(jīng)濟服務功能。另外，昆蟲生物多樣性的保衛(wèi)對于維持農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和防止病蟲害的爆發(fā)具有十分的意義。鞘翅目昆蟲是昆蟲綱中最大的一個目，是食物鏈(網(wǎng))中的重要環(huán)節(jié)，與生境內(nèi)植物群落有著密切的功能聯(lián)絡，在生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)造和功能中具有重要的作用。李巧等對元謀干熱河谷不同人工林中鞘翅目甲蟲的多樣性進行比擬，結(jié)果表示清楚多樹種混交的恢復對昆蟲多樣性的提高有顯著促進作用。路有成等對皖南低丘板栗林土壤甲蟲群落特征進行了研究。張兵蘭等對香港嘉道理農(nóng)場次生林區(qū)碰撞誘捕網(wǎng)和黑光燈捕蟲器采集所得鞘翅目甲蟲進行了多樣性比擬。楊韶松等對云南元陽梯田稻作物傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的鞘翅目昆蟲多樣性進行了研究。筆者選取哈爾濱市不同生境區(qū)域中的樣地，分析鞘翅目昆蟲的群落構(gòu)造及其多樣性，討論鞘翅目昆蟲多樣性變化對不同生境類型的生態(tài)反響，旨在為城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展、森林生態(tài)系統(tǒng)的多樣性保衛(wèi)提供科學根據(jù)和理論基礎(chǔ)。1、材料與方式方法1．1研究區(qū)大概情況3種不同生境區(qū)域，華而不實2塊位于哈爾濱市區(qū)內(nèi)東北林業(yè)大學林場(12662～12663E，4572～4573N)和哈爾濱植物園(12664～12665E，4569～4572N)。另一塊選在尚志帽兒山鎮(zhèn)的帽兒山實驗林場老山實驗站(12730～12734E，4520～4525N)位于張廣才嶺西北部小嶺余脈，距哈爾濱市108km，總面積為26507km2。屬于大陸季風氣候，年平均氣溫2．80℃，1月平均氣溫－19．70℃，7月平均氣溫21℃，年平均降水量737．12mm，蒸發(fā)量為1093．3mm，全年日照時數(shù)為2471．3h，無霜期120～140d。帽兒山實驗林場老山實驗站(簡稱老山實驗站)主要植被為山楊(Pobulusdavidiana)、蒙古櫟(Quercusmongolica)和五角槭(Acermono)。東北林業(yè)大學林場以蒙古櫟和少量的山楊為主要樹種。哈爾濱植物園是以五角槭為主要樹種。各生境類型林下灌木及草本植物種類不多，地表腐殖質(zhì)較少。1．2研究方式方法該項目是與CanadianFoodInspectionAgen-cy(簡稱CFIA)和USDAForestService的合作項目。化學信息素誘捕器及誘餌的來源是加拿大CFIA的TtoyKimoto提供的。調(diào)查采樣的時間為2020年5～9月，每月在每個樣地采集3次，每塊樣地調(diào)查面積約為1km2。主要通過懸掛化學信息素誘捕器的方式方法來收集昆蟲，并配合設(shè)立誘餌木的方式方法來引誘鞘翅目昆蟲，所用的餌木種類有山楊、蒙古櫟、五角槭和水曲柳(Fraxinusmandshurica)。將采集的全部標本連同收集液一起裝入收集瓶中，注明采集時間、地點和誘捕器編號，并帶回實驗室進行分類與鑒定，所有標本至少鑒定到科，大部分標本鑒定到種，部分疑難標本請相關(guān)專家鑒定。1．3數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)均使用Excel和SPSS17．0統(tǒng)計分析軟件處理。物種豐富度(dM)采用Margalef(1958)指數(shù)根據(jù)下面公式計算:dM=(S－1)/lnN。式中，S為物種數(shù)，N為全部種的個體總數(shù);多樣性指數(shù)采用Shannon-Wiener(1949)公式計算:H=－Si=1(PilnPi)，Pi表示第i個種的多度比例(Pi=根據(jù)下面公式計算，群落類似性系數(shù):r=2D/(a+b)。式中，r為群落系數(shù)，D為樣地A和B共有種的種數(shù);a為樣地A的全部種數(shù);b為樣地B的全部種數(shù)。2結(jié)果與分析2．1哈爾濱市不同生境區(qū)域鞘翅目昆蟲的群落組成經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在哈爾濱市選取的3個生境類型中，共獲得鞘翅目昆蟲標本3215個，從屬鞘翅目55科、120屬、233種(表1)。華而不實，老山實驗站是3個生境類型中鞘翅目昆蟲類群最豐富的區(qū)域，共188個種，分屬50個科;東北林業(yè)大學林場次之，共75個種，分屬29個科;哈爾濱植物園最少，32個種，分屬19個科。老山實驗站鞘翅目昆蟲個體總數(shù)最多，為2803頭，占總量的87．19%;東北林業(yè)大學林場次之，為335頭(10．42%);哈爾濱植物園最少，為77頭(2．39%)(圖1)。2．2哈爾濱市不同生境區(qū)域鞘翅目昆蟲的優(yōu)勢類群優(yōu)勢種是指群落中占優(yōu)勢的種類，包括群落每層中在數(shù)量和體積上最大、對生境影響最大的種類。此處優(yōu)勢類群是指物種個體數(shù)占樣地個體總數(shù)大于10%的種類。在哈爾濱市不同生境類型中的優(yōu)勢類群略有不同，老山實驗站為小蠹科(Scolyt-idae);東北林業(yè)大學林場為小蠹科(Scolytidae);哈爾濱植物園為露尾甲科(Nitidulidae)和象甲科(Curculionidae)。這講明在哈爾濱不同生境區(qū)域鞘翅目昆蟲在種類組成上具有不同優(yōu)勢類群。從各生境類型的優(yōu)勢類群總的個體數(shù)量來看，老山實驗站個體數(shù)量最多，有1478頭，占樣地總個體數(shù)量的52．73%;東北林業(yè)大學林場次之，有91頭，占樣地總個體數(shù)量的27．16%;哈爾濱植物園最少，有28頭，占樣地總個體數(shù)量的36．36%(表1)。狹幅種，也稱為狹適種，是指對某種生態(tài)因素適應范圍較小(即生態(tài)幅窄)的生物，在這里處指僅存在于1個樣地中的種類。3種生境類型中的鞘翅目昆蟲均有狹幅種，華而不實老山實驗站的狹幅種最多，有24種;東北林業(yè)大學林場次之，有4種;哈爾濱植物園最少，有1種。這講明在哈爾濱市不同生境類型區(qū)域，其鞘翅目昆蟲種類組成上可能具有一定的差異，老山實驗站是3個生境類型中鞘翅目昆蟲類群最為豐富的區(qū)域。2．3哈爾濱市不同生境區(qū)域鞘翅目昆蟲的群落多樣性特征由表2可知，老山實驗站物種豐富度最高(6．1725)，東北林業(yè)大學林場次之(4．8159)，哈爾濱植物園最低(4．1438)。各生境區(qū)域鞘翅目昆蟲群落的多樣性指數(shù)較接近，東北林業(yè)大學林場(2．6831)和哈爾濱植物園(2．5265)的多樣性指數(shù)高于老山實驗站(2．0418)，老山實驗站的多樣性指數(shù)最低，但物種豐富度最高，講明老山實驗站鞘翅目昆蟲種類豐富，昆蟲個體數(shù)量多，表現(xiàn)出較高的物種豐富度。各生境區(qū)域鞘翅目昆蟲群落的均勻度指數(shù)變化趨勢與多樣性指數(shù)變化趨勢一樣。優(yōu)勢度指數(shù)特征排列順序為:老山實驗站(0.5273)＞東北林業(yè)大學林場(0．2716)＞哈爾濱植物園(0．2468)。老山實驗站的優(yōu)勢度指數(shù)(0．5273)和優(yōu)勢集中性(0．2987)最高，是由于小蠹科(Scolytidae)所占比例較大而相對較高(表2)。2．4哈爾濱市不同生境區(qū)域鞘翅目昆蟲群落多樣性特征指數(shù)的時間動態(tài)從圖2能夠看出，從5月下旬到8月下旬，老山實驗站的物種豐富度均高于東北林業(yè)大學林場和哈爾濱植物園，老山實驗站和東北林業(yè)大學林場的物種豐富度在7月上旬和8月下旬相接近。各生境類型的物種豐富度在6月末均變小，是由于這個時期哈爾濱市連續(xù)7d持續(xù)降雨，導致各樣地環(huán)境劇烈變化，使鞘翅目昆蟲物種豐富度變小。老山實驗站鞘翅目昆蟲群落種類最為豐富，在6月上旬最高，到達94種;8月份最低，只要27種。其次為東北林業(yè)大學林場，在6月上旬最高，到達29種;8月上旬最低，為9種。哈爾濱植物園鞘翅目昆蟲群落種類最少，在6月下旬和7月下旬最高，有10種;8月下旬最低，只要4種。從時間動態(tài)上來看，哈爾濱植物園的鞘翅目昆蟲個體數(shù)量呈彎曲復雜前進的趨勢，而且波動的幅度小，老山實驗站鞘翅目昆蟲群落個體數(shù)量在6月變化劇烈，呈急劇下降趨勢是由于這個時期哈爾濱市連續(xù)降雨等氣候變化的因素造成的。老山實驗站鞘翅目昆蟲的個體數(shù)量遠遠大于另外2個生境類型，且最高值出如今6月上旬，是由于個別昆蟲類群數(shù)量受小環(huán)境影響忽然增加。例如，6月上旬小蠹科(Scolyti-dae)的大量出現(xiàn)導致昆蟲群落數(shù)量急劇升高。東北林業(yè)大學林場和哈爾濱植物園鞘翅目昆蟲的個體數(shù)量的最高值也出如今6月上旬，此后個體數(shù)量均保持在較低水平。在8月末哈爾濱地區(qū)氣溫逐步下降，各昆蟲群落個體數(shù)量隨之下降，達最低值。各生境類型鞘翅目昆蟲個體數(shù)量的波動是由于環(huán)境中的人為干擾、植被類型以及氣候變化等多重因素綜合的結(jié)果。東北林業(yè)大學林場和老山實驗站的鞘翅目昆蟲群落多樣性指數(shù)隨時間波動較大，東北林業(yè)大學林場7月上旬最高(2．5460)，8月上旬最低(1．4500)，老山實驗站5月下旬最高(2．4139)，6月上旬最低(1．1843)，哈爾濱植物園的鞘翅目昆蟲群落多樣性指數(shù)隨時間的變化比擬平緩，且數(shù)值較低，在6月下旬到達最高峰(1．8637)，隨后彎曲復雜下降，除了6月上旬高于老山實驗站，8月上旬稍高于老山實驗站和東北林業(yè)大學林場以外，其他月份均低于另外2個生境類型。從整體來看，哈爾濱植物園的鞘翅目昆蟲群落多樣性指數(shù)隨時間的波動最小，因而哈爾濱植物園鞘翅目昆蟲群落是比擬穩(wěn)定的。各生境類型均勻度指數(shù)(J)時間動態(tài)為:哈爾濱植物園鞘翅目昆蟲群落的均勻度指數(shù)較高，除5月下旬略低于東北林業(yè)大學林場外，其余月份均高于另外2個生境類型，在7月上旬和8月下旬到達最大值。東北林業(yè)大學林場和老山實驗站的均勻度指數(shù)隨時間的波動趨勢比擬一致，均呈W型。東北林業(yè)大學林場的均勻度指數(shù)在5月下旬到達最大值(0．9637)，老山實驗站的均勻度指數(shù)在8月下旬到達最大值(0．7307)。3個生境類型全年各時期的均勻度指數(shù)由高到低依次為:哈爾濱植物園＞東北林業(yè)大學林場＞老山實驗站?？傊?，鞘翅目昆蟲群落的均勻度指數(shù)變化趨勢與多樣性指數(shù)的變化趨勢相一致。老山實驗站鞘翅目昆蟲群落的優(yōu)勢度指數(shù)隨時間的變化幅度最大，6月上旬到達峰值(0．5896)，5月下旬到達最小值(0．1410);哈爾濱植物園鞘翅目昆蟲群落的優(yōu)勢度指數(shù)時間波動最小，表現(xiàn)平穩(wěn);東北林業(yè)大學林場鞘翅目昆蟲群落的優(yōu)勢度指數(shù)最低，除8月上旬高于哈爾濱植物園外，其余月份均低于另外2種生境類型?？傊?，鞘翅目昆蟲群落優(yōu)勢度指數(shù)的變化趨勢與多樣性指數(shù)正好是相反的。哈爾濱市各生境區(qū)域鞘翅目昆蟲群落多樣性指數(shù)(H)和均勻度指數(shù)(J)隨時間變化的趨勢大體上表現(xiàn)一致性(相關(guān)系數(shù)r為0．206～0．932)，多樣性指數(shù)與豐富度指數(shù)大體呈弱相關(guān)(表3)。2．5哈爾濱市不同生境區(qū)域鞘翅目昆蟲群落間的類似性哈爾濱市不同生境區(qū)域鞘翅目昆蟲群落之間的類似性系數(shù)介于0．089～0．216，為中等不類似或極不類似水平。哈爾濱植物園和東北林業(yè)大學林場類似性系數(shù)最高(0．216)，與老山實驗站的類似性系數(shù)最低(0．089)。這講明各生境類型區(qū)域的空間異質(zhì)性較大，導致鞘翅目昆蟲群落間類似性程度普遍較低的現(xiàn)象。老山實驗站和東北林業(yè)大學林場之間一樣類群數(shù)最多，有40種，老山實驗站與哈爾濱植物園之間一樣類群數(shù)最少，只要18種。哈爾濱植物園由于人為因素的干擾(進行了化學防治、園區(qū)內(nèi)人類活動較頻繁等)和植被類型的差異，是影響鞘翅目昆蟲群落的重要因素(表4)。3、結(jié)論與討論研究表示清楚，哈爾濱市3種生境類型獲得鞘翅目昆蟲標本233種，從屬于55科、120屬。小蠹科昆蟲個體數(shù)量在各種生境中均占據(jù)較大優(yōu)勢，可能是由于在這里調(diào)查期間該生境區(qū)域的小蠢科正處于大發(fā)生時期，同時可以能受不同采集時間和方式方法的影響，這種現(xiàn)象有待進一步研究。張兵蘭對香港嘉道理農(nóng)場次生林區(qū)鞘翅目多樣性研究中發(fā)現(xiàn)小蠢科有較高的優(yōu)勢度和較低的均勻度，龐大的數(shù)量講明在調(diào)查期間小蠢科大發(fā)生。影響昆蟲生物多樣性的因素有很多，除了環(huán)境因素外，也有生物因素，但最主要是人類活動的影響，包括下面方面:森林毀壞，包括大面積采伐、火燒、墾殖農(nóng)作等。生物多樣性隨著森林的毀壞而減少最明顯的是熱帶雨林地區(qū)。草地過度放牧和墾殖。草原和荒漠地區(qū)環(huán)境一旦毀壞，極難恢復，生物多樣性消失速度比森林還快。生物資源過度利用。這是導致物種滅絕的重要因素。工業(yè)化和城市化發(fā)展。工業(yè)化和城市化發(fā)展對物種的毀壞非常大，徹底改變了原有的生態(tài)系統(tǒng)和生境，這是毀壞滅亡性的傷害。同時又造成嚴重的環(huán)境污染(如酸雨、河流和土壤的污染等)，對生物滅絕起到加速作用。外來種引進和侵入。外來種引進和侵入使生態(tài)系統(tǒng)中原有種遭到重大威脅。過度旅游開發(fā)。該研究發(fā)現(xiàn)哈爾濱植物園的昆蟲個體總數(shù)及昆蟲多樣性與另外2個生境類型相比少很多，其原因是園區(qū)內(nèi)人類活動過于頻繁，樣地周圍環(huán)境比擬復雜，且相對面積較小。同時，植物園每年都要進行化學防治來預防病蟲害的流行，這也是原因之一。埋葬甲科(Silphidae)只在老山實驗站中有發(fā)現(xiàn)，而且相對多度較高，為9．28%，這與老山實驗站的環(huán)境和該昆蟲的生活習性有關(guān)。樣地區(qū)域內(nèi)常有農(nóng)民放牧，牛糞較多，這樣的環(huán)境有利于糞食性昆蟲生存。于曉東在調(diào)查橫斷山區(qū)東部鞘翅目多樣性時只要在無人管理的農(nóng)耕區(qū)次生林里沒有發(fā)現(xiàn)葬甲，其余樣地中均有發(fā)現(xiàn)。當前的生物多樣性研究應用較多的方式方法是通過Margalef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou指數(shù)和Simpson指數(shù)來表征群落多樣性指數(shù)。該研究中老山實驗站豐富度與另外2種生境類型相比有明顯優(yōu)勢，這與帽兒山實驗林場老山實驗站遠離城市中心，人為干擾小，有保存較好的森林環(huán)境密切相關(guān)。當干擾的頻度和強度處于中度水平常，群落的物種多