中国媒介生物学及控制杂志  2015, Vol. 26 Issue (5): 458-463

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李海龙, 袁江玲, 张桂林, 郑重, 尹小平, 孙响, 刘晓明
LI Hai-long, YUAN Jiang-ling, ZHANG Gui-lin, ZHENG Zhong, YIN Xiao-ping, SUN Xiang, LIU Xiao-ming
新疆北部干旱区湿地蚊类物种多样性的水平分布及与气象因子关系
Horizontal pattern and correlation with meteorological factors on mosquito diversity in the arid wetlands in north of Xinjiang Uygur Autonomous Region
中国媒介生物学及控制杂志, 2015, 26(5): 458-463
Chin J Vector Biol & Control, 2015, 26(5): 458-463
10.11853/j.issn.1003.4692.2015.05.007

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收稿日期: 2015-04-28
网络出版时间: 2015-08-12 13: 53
新疆北部干旱区湿地蚊类物种多样性的水平分布及与气象因子关系
李海龙1, 袁江玲2, 张桂林1, 郑重1, 尹小平3, 孙响1, 刘晓明1    
1 新疆军区疾病预防控制中心, 乌鲁木齐 830011;
2 新疆维吾尔自治区疾病预防控制中心;
3 阿拉山口出入境检验检疫局
摘要: 目的 调查和分析新疆北部边境干旱区主要湿地蚊类多样性沿纬度梯度的分布及与重要环境因素的关系。方法 采用CO2灯诱法, 对新疆北部边境干旱区5个主要湿地蚊类进行调查取样, 测定蚊类的α多样性、β多样性随纬度梯度的变化情况, 并应用冗余分析法对气象因子与物种多度之间的关系进行分析。结果 共捕获蚊类20 731只, 隶属5属16种, 刺扰伊蚊占捕获总数的55.98%, 是新疆北部干旱区湿地的优势蚊种;由南向北, 5个湿地的物种丰富度分别为8、11、5、9和8, Shannon-Weiner多样性指数分别为1.23、1.11、0.24、0.57和0.35, Pielou多样性指数分别为0.59、0.46、0.15、0.26和0.17;相邻湿地间Cody指数分别为5.5、4.0、2.0和2.5;排序分析前4个排序轴特征值分别为0.510、0.256、0.142和0.078, 气象因子与物种多度间的相关系数分别为0.999、0.999、0.995和0.996, 前4个排序轴蒙特卡洛检验差异有统计学意义(P<0.01)。结论 刺扰伊蚊是新疆北部干旱区湿地的优势蚊种, 新疆北部干旱区湿地蚊类α多样性、β多样性随纬度升高总体上呈下降趋势、γ多样性变化不明显。排序分析结果显示, 降雨量对新疆北部湿地蚊类群落结构和分布影响最为重要, 其次是气温和日照时数, 说明新疆北部边境干旱区5个主要湿地蚊类多度是多种气象因子综合作用的结果。
关键词: 干旱区湿地     蚊类     多样性     气象因素     冗余分析    
Horizontal pattern and correlation with meteorological factors on mosquito diversity in the arid wetlands in north of Xinjiang Uygur Autonomous Region
LI Hai-long1, YUAN Jiang-ling2, ZHANG Gui-lin1 , ZHENG Zhong1, YIN Xiao-ping3, SUN Xiang1, LIU Xiao-ming1     
1 Center for Disease Control and Prevention of Xinjiang Military Command Area, Urumqi 830011, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China;
2 Xinjiang Center for Disease Control and Prevention;
3 Alashankou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau
Abstract: Objective To better understand the changes of mosquito biodiversity patterns along latitude gradient in arid wetlands of north of Xinjiang, and explain the correlation between species abundance and environment through redundancy analysis(RDA). Methods Mosquitoes were collected from 5 arid wetlands with CO2 light-trap, and α biodiversity index, β biodiversity index were estimated with consideration of latitude increase, and relation between species abundance and environment was analyzed by RDA ordination. Results A total 20 731 mosquitoes of 16 species in 5 genera were collected in subject area, and Aedes vexans which accounted for 55.98% of total captured was the predominant species in arid wetlands of north Xinjiang Uygur Autonomous Region. The indices of 5 wetlands, from south to north, were 8, 11, 5, 9, 8 for richness, 1.23, 1.11, 0.24, 0.57, 0.35 for Shannon-Weiner index, and 0.59, 0.46, 0.15, 0.26, 0.17 for Pielou index, respectively. And the Cody index was 5.5, 4.0, 2.0, 2.5, between two wetlands neighbored respectively. And eigenvalues were 0.510, 0.256, 0.142, 0.078, species-environment correlations were 0.999, 0.999, 0.995, 0.996, for 4 axes respectively, and Monte Carlo permutation tests were significant statistically for each axis(P<0.01. Conclusion Aedes vexans was the predominant species in arid wetlands of north frontier of Xinjiang Uygur Autonomous Region. Both α biodiversity index and β biodiversity index showed overall decline with increasing latitude, and no obvious change was observed through γ biodiversity analysis. Precipitation had the most significant impact on abundance, followed by temperature and light hours. And comprehensive effect of meteorological variables contributed to the pattern of species abundance in 5 wetlands in north of Xinjiang.
Key words: Arid wetland     Mosquitoes     Diversity     Meteorological factors     Redundancy analysis    

新疆湿地是内陆型湿地生态系统,与沿海地区和中部地区相比具有孤岛性、多变性、富营养、矿化度高等特点。新疆北部主要分布有额尔齐斯河、乌伦古河、额敏河、伊犁河、艾比湖等重要湿地,其中乌伦古河、额敏河、伊犁河、艾比湖均属于国家级湿地公园。新疆干旱区湿地水资源补给季节性变化很大[1],多数河流依靠山地融雪和降雨补给,水体的不稳定性更符合蚊类孳生繁衍的条件[2],使得当地蚊虫危害十分严重,刺叮骚扰对当地居民的健康、生活和工作产生了很大影响。新疆地区以往的研究多见于蚊虫分类、群落结构[3]、生物节律[4]、防治[5, 6, 7],近年来有从该地区自然蚊体中分离出辽宁病毒、Tahyna病毒等虫媒病毒的研究和报道[8, 9, 10, 11],但针对新疆干旱区湿地生境蚊类物种多样性及蚊虫密度与环境因素关系的相关研究较少[12]

本研究以额尔齐斯河下游、伊犁河下游、乌伦古河分支布尔根河河流湿地、额敏河河口及艾比湖平原湖泊湿地五大湿地为调查研究的空间范围,对当地蚊类种群构成、多样性水平分布格局及物种多度与气象因子之间关系等内容进行调查、统计和分析。 1 材料与方法 1.1 调查样地

研究选择新疆北部地区的5个干旱区湿地,按纬度高低以Ⅰ~Ⅴ表示,其中Ⅰ为伊犁河下游三道河地区(43°50′33″N,80°38′44″E,海拔540 m),Ⅱ为艾比湖西侧农五师九十团毗邻地区(44°48′54″N,82°53′16″E,海拔201 m),Ⅲ为乌伦古河下游塔克什肯口岸地区(46°10′51″N,90°48′47″E,海拔1114 m)、Ⅳ为额敏河河口(46°28′43″N,82°53′46″E,海拔407 m),Ⅴ为额尔齐斯河下游北湾地区(48°01′51″N,85°32′30″E,海拔417 m)(图 1),每个取样区间分别选择河岸林、居住区树林、盐渍化荒地3种生境。

图 1 调查区域分布图 Figure 1 Map of sample area
1.2 取样方法

取样工作于2006-2009年的6-8月蚊虫活动高峰期进行。采用CO2灯诱法在日出前后(06:30-07:30)及日落前后(22:30-23:30)收集标本,在不同生境连续取样15 d,所获标本进行分类鉴定、登记和计数。各调查区气象数据来自中国气象科学数据共享服务网。 1.3 数据分析

以各蚊种累计构成比为基础数据,制作帕累托图,以描述蚊类构成情况。以各水平梯度内出现的蚊种数表示物种丰富度。用α多样性指数(Shannon?Wiener指数和Pielou指数)测定蚊类多样性,用β多样性(Cody指数)比较相邻纬度梯度之间物种组成上的差异,用γ多样性描述和比较蚊类丰富度沿环境梯度的变化[13]。以各湿地生境所捕获蚊虫的数量表示物种多度。

采用CANOCO5.0(Trial Version)软件对5个湿地各生境蚊虫物种多度及气象因子进行冗余(RDA)分析,其中对所有数据进行ln(x+1)处理。 2 结 果 2.1 蚊类组成

共捕获蚊类20 731只,隶属5属16种,其中伊蚊属(Aedes)8种,按蚊属(Anopheles)、库蚊属(Culex)、曼蚊属(Mansonia)、脉毛蚊属(Culiseta)各2种。刺扰伊蚊(Ae. vexans)、里海伊蚊(Ae. caspius)、尖音库蚊(Cx. pipiens)在各个取样点均有分布;背点伊蚊(Ae. dorsalis)、凶小库蚊(Cx.modestus)、米赛按蚊(An. messeae)、赫坎按蚊(An. hyrcanus)在大部分取样点有分布,其他一些蚊种分布范围相对局限。从捕获蚊种的数量来看,刺扰伊蚊占捕获总数的55.98%,是新疆北部干旱区湿地优势蚊种;里海伊蚊、赫坎按蚊、凶小库蚊、尖音库蚊、米赛按蚊分别占捕获总数的13.68%、11.98%、9.03%、4.89%和1.88%,为新疆北部干旱区湿地的常见种;其余10种捕获数均<1%,为少见种;优势种及常见种累计占捕获总数的97.44%,少见种累计占总捕获数的2.56%(图 2)。

图 2 新疆北部干旱区湿地蚊类组成帕累托图 Figure 2 Pareto chart of mosquitoes composition
2.2 蚊类物种丰富度的水平分布格局

调查结果显示,新疆北部Ⅰ~Ⅴ个梯度带湿地蚊类物种丰富度分别为8、11、5、9和8种(表 1)。其中,Ⅱ带(艾比湖西侧农五师九十团毗邻地区)有11种,丰富度最高,Ⅲ带(乌伦古河下游塔克什肯口岸地区湿地)有5种,丰富度最低。总体而言,从南向北,各湿地蚊种丰富度(γ多样性)变化不大(图 3a)。

表 1 新疆北部干旱区5个湿地蚊类的组成与分布 Table 1 Composition and distribution in 5 wetlands in North
图 3 蚊类多样性沿纬度变化 Figure 3 Diversity patterns of mosquitoes along latitudinal gradient
2.3 蚊类物种多样性水平分布格局

在Ⅰ~Ⅴ梯度中,Shannon?Wiener指数和Pielou指数随纬度的升高总体呈现下降趋势(表 2图 3b)。其中,Ⅰ带蚊种数不是最多,但多样性指数最大,种间分布相对均匀;Ⅱ带优势种发生变化,为赫坎按蚊;Ⅲ带出现了明显下降;各带均匀性、多样性变化没有单调的升降趋势。Ⅰ~Ⅱ、Ⅱ~Ⅲ、 Ⅲ~Ⅳ、 Ⅳ~Ⅴ梯度带之间的Cody指数分别为5.5、4.0、2.0和2.5,β多样性分析中Cody指数随纬度增加总体上呈现下降趋势,显示出蚊类区系及蚊种的分布更替速率相对较为稳定(图 3c)。

表 2 新疆北部干旱区湿地蚊类多样性指数 Table 2 Diversity indices of mosquitoes in wetland of arid area in North of Xinjiang
2.4 5个湿地各生境物种多度与气象因子之间的关系分析

5个湿地不同生境蚊虫多度与气象指标的调查结果见表 3;通过蚊虫多度与气象因子的RDA分析,轴1、轴2、轴3、轴4的特征值均较大,蒙特卡洛检验差异有统计学意义(P<0.01)(表 4图 4),说明降雨量、气温、气压、风速、相对湿度、日照时数的综合作用对新疆北部5个湿地的蚊虫多度具有显著影响。前4个排序轴特征值分别为0.510、0.256、0.142和0.078,气象因子与蚊虫多度间的相关系数分别为0.999、0.999、0.995和0.996,物种排序轴间的相关系数(绝对值)均≤0.0056,表明各排序轴之间几乎相互垂直;对于气象因子来说,前4个排序轴与气象因子的相关系数为0,显示出排序轴与气象因子间线性结合的程度较好地反映了蚊虫多度与气象因子之间的关系,说明排序结果可靠。排序分析的特征值综合为0.9857,其中前3轴的累计值占总特征值的92.10%,表明这3轴集中了全部排序轴所反映的物种-环境格局关系信息的绝大部分。综上所述,降雨量对新疆北部湿地蚊类群落结构和分布影响最为重要,其次是气温和日照时数,它们共同反映出新疆北部边境干旱区5个主要湿地蚊类物种多度是多种气象因子综合作用的结果。

表 3 新疆北部干旱区5个湿地不同生境蚊类多度与气象指标 Table 3 Abundance of mosquitoes and meteorological factor index in 5 arid wetlands in north of Xinjiang
表 4 新疆北部5个湿地蚊虫RDA分析排序特征值 和物种-环境相关性 Table 4 Eigenvalue and species-environment correlation in 5 wetlands in north of Xinjiang
注:APM. 月平均降雨量; ATM. 月平均气温; AAPM. 月平均气压; AWVM. 月平均风速; ARHM. 月平均相对湿度; ALHM. 月平均光照时长。AC. 里海伊蚊; ADE. 屑皮伊蚊; AF. 黄色伊蚊; AK. 哈萨克斯坦伊蚊; AL. 白黑伊蚊; AV. 刺扰伊蚊; ADO. 背点伊蚊; AS. 新疆伊蚊; AH. 赫坎按蚊; AM. 米赛按蚊; CM. 凶小库蚊; CP. 尖音库蚊; CAL. 阿拉斯加脉毛蚊; CAN. 环跗脉毛蚊; MR. 常型曼蚊; MU. 环跗曼蚊。 图 4 物种-环境因子RDA二维排序结果 Figure 4 Diagram of species-environment biplot with RDA ordination
3 讨 论

Ⅱ带艾比湖西侧农五师九十团毗邻地区蚊类优势种及常见种发生变化为赫坎按蚊和凶小库蚊,可能是因为赫坎按蚊和凶小库蚊主要孳生在含盐量较高的水体当中,而艾比湖湿地为盐渍化程度较高的湿地,故而在艾比湖地区蚊类优势种及常见种发生变化。Ⅰ带伊犁河下游三道河地区、Ⅲ带乌伦古河下游塔克什肯口岸地区、Ⅳ带额敏河河口、Ⅴ带额尔齐斯河下游北湾地区湿地分布有大量的苇湖、河岸林、沼泽及季节性积水,由融雪性洪水形成的大面积临时性积水分布较多,生境类型相似,致使优势种高度一致。

海拔梯度包含了温度、湿度和光照以及各种气象因子的综合效应,对于物种的多样性与海拔高度之间的关系还无绝对的统一观点。本研究中蚊虫物种多度Ⅱ带较Ⅰ带出现增加现象以及Ⅲ带出现大幅度下降现象,可能与艾比湖湿地调查区所处海拔高度(201 m)最低及乌伦古河下游海拔最高(1114 m)有关,与随海拔高度升高物种丰富度及多样性呈现降低的研究结果一致[14, 15, 16, 17, 18, 19]。但也有研究显示物种的多度及多样性随海拔高度呈现先增加后降低的单峰型变化规律[13, 20]。因此,在不同区域气候带和生境类型的研究中,海拔高度的变化对蚊类多样性的影响是值得进一步研究和探讨的问题。

关于蚊类多样性的水平分布格局,一般普遍认为从热带到两极随纬度增加,对于大多数生物多样性有减少的明显趋势[21],本研究中5个湿地多样性指数从南向北总体呈现下降趋势,但在最高纬度出现了略微升高现象,出现这种情况可能是在大尺度生态学研究中按纬度带进行梯度带划分时,同时存在海拔高度变化,造成同一纬度存在不同海拔高度梯度。因此,在今后蚊类的多样性水平或垂直分布格局研究的调查取样和结果分析中,应该考虑和注意到物种在纬度梯度与海拔梯度分布之间的差异、联系以及环境因素对他们的影响,以增加研究结果的完整性。

本研究中对新疆北部5个湿地蚊虫物种多度和气象因子进行RDA分析,气象因子与蚊虫物种多度排序轴的相关性结果表明,与轴1相关性的绝对值以降雨量最大 (P<0.01),其次为日照时数(P<0.01)和气压(P<0.05),其余因子相关性无统计学意义,表明轴1反映了降雨量和日照时数的突出影响;轴2上所有因子的相关性均无统计学意义(P>0.05);轴3除风速相关性有统计学意义外(P<0.01),其余因子与轴3的相关性均无统计学意义;轴4除降雨量和风速相关性无统计学意义外,其余因子相关性均有统计学意义,其中以气温最大(P<0.01),依次是湿度(P<0.01)、气压(P<0.01)、日照时数(P<0.05),反映了气温的影响。上述情况说明,降雨量在新疆北部干旱区湿地蚊类群落结构和种类组成上影响最为重要,其次是气温和日照时数。在国内同类研究中,多采用回归分析方法探讨气象因子与蚊虫密度的相关性,对于各气象因子的结论也不尽相同,其中温度对于蚊虫密度的影响是目前较为统一的结论,而对于湿度、光照、降雨量、气压、风速等气象因子的研究结论尚不统一[22, 23, 24, 25]。本研究结果显示,各种环境气象因素在蚊虫种群动态变化中所起的作用不同,其影响应该是综合性的,强调任何一方都是片面的,这与文献报道的研究结论一致[26]

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