林业科学  2011, Vol. 47 Issue (10): 122-127   PDF    
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冀卫荣, 杨芳
Jin Weirong, Yang Fang
庞泉沟自然保护区隐翅虫亚科级多样性
Diversity of Rove Beetles (Coleoptera: Staphylinidae) in the Pangquangou Nature Reserve, Shanxi Province
林业科学, 2011, 47(10): 122-127.
Scientia Silvae Sinicae, 2011, 47(10): 122-127.

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收稿日期:2010-07-05
修回日期:2010-10-17

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冀卫荣
杨芳

庞泉沟自然保护区隐翅虫亚科级多样性
冀卫荣, 杨芳    
山西农业大学林学院 太谷 030801
摘要: 采用巴氏罐诱法,对庞泉沟国家级自然保护区的不同功能区——核心区(绿色长廊)、缓冲区(八道沟)、远离农田的实验区(神尾沟)及靠近农田的实验区(八水沟)林地地表隐翅虫亚科级甲虫物种多样性进行调查研究,旨在探明该保护区有代表性林地隐翅虫的物种组成及受不同程度人为干扰下的隐翅虫多样性格局。结果表明:1)共捕获隐翅虫标本1 862号,分属于9亚科。其中,前角隐翅虫亚科为优势类群,与四眼隐翅虫亚科、异形隐翅虫亚科、隐翅虫亚科和尖腹隐翅虫亚科一起构成研究样地的常见类群。2)不同功能区生境中隐翅虫物种组成和数量分布各不相同,个体数量核心区最多,其他α多样性各项指标均为缓冲区最高,βw为靠近农田实验区最高。3)群落相似性分析表明核心区与其他3个生境差异性较大,缓冲区与其他3个生境有一定程度上的相似。适度干扰可提高物种多样性,降低人为过度干扰有利于增加隐翅虫生物多样性。
关键词:隐翅虫    多样性    庞泉沟自然保护区    核心区    缓冲区    实验区    
Diversity of Rove Beetles (Coleoptera: Staphylinidae) in the Pangquangou Nature Reserve, Shanxi Province
Jin Weirong, Yang Fang    
College of Forestry, Shanxi Agricultural University Taigu 030801
Abstract: The effects of biological conservation practice on diversity of rove beetles (Coleoptera: Staphylinidae) were studied in Pangquangou Nature Reserve (111°22′—111°33′E, 37°45′—37°55′N, elevation 1 600-2 831 m), Shanxi Province, China. Pitfall catches were set in four sites, i. e., Lüsechanglang of the core zone (CZ), Badaogou of the buffer zone(BZ), Shenweigou of the test zone, which is far from farmlands(TZFF) and Bashuigou of the test zone, which is near to farmlands(TZNF) to catch the beetles from May to September in 2006 and 2007. A total of 1 862 rove beetles belonging to 9 subfamilies were caught. Of these rove beetles caught, Aleocharinae accounted for 80.15% in number, as the dominant group; Staphylininae, Oxytelinae, Omaliinae and Tachyporinae accounted for from 1%~10%, as the common groups; and the Proteininae, Pseudopsinae, Steninae and Xantholininae accounted for less than 1%, as the rare groups. The Proteininae, Pseudopsinae and Xantholininae are the newly recorded subfamilies in Shanxi. There were difference in the beetle composition and numbers among the sites. CZ had the greatest number of individuals and relatively lower evenness index. BZ had a very high richness, diversity and dominance index. TZNF had a very high β-diversity index. A branching pattern was established for groups linkage, based on sub-family assemblages of the rove beetle in the four sites with Euclidean distance. BZ and TZFF were similar; CZ had a very low similarity with other zones. It is inferred that the high diversity of rove beetles species in BZ may be due to the edge-associated species and the presence of species from the adjacent habitats. Nevertheless, the biological conservation practice, which could relieve the pressure of human disturbance, significantly contributed to the re-establishment and maintenance of the diversity of rove beetles assemblages in the studied area.
Key words: Staphylinidae    biodiversity    Pangquangou National Nature Reserve    core zone    buffer zone    test zone    

地表甲虫作为陆生甲虫的一部分,食性复杂,有植食性、捕食性、腐食性、粪食性、尸食性和寄生性等类型,在生态系统的能量流动和物质循环中起着十分重要的作用。山地林地表甲虫是森林生态系统的重要组成部分,其物种的组成和数量变化可以作为监测环境变化的重要指标。近年来,对此类甲虫的研究已成为生物多样性研究的重要内容(Eyre et al., 1996; Rainio et al., 2003; Magura et al., 2003; 贾凤龙等,2000于晓东等,2001a; 2001b; 2002a; 2002b; 2003; 2004)。在已往研究中,有使用科级水平进行研究的(艾尼瓦尔·吐米尔等,2005贾凤龙等,2000冀卫荣等,2008b于晓东等,2001b2002b20032004),也有使用物种水平进行比较分析的(冀卫荣,2008a罗天宏等,2002于晓东等,2001a2002aEyre et al., 1996; Rainio et al., 2003; Magura et al., 2003),使用亚科级水平进行多样性分析,特别是在某个生态区域内专门对隐翅虫科物种的多样性研究还未见报道。

鞘翅目(Coloptera)隐翅虫科(Staphylinidae)昆虫个体数量庞大,有较广的生境及食性,与人类的关系非常密切(郑发科,1992萧刚柔,1992),是一类重要的自然资源。隐翅虫科在多个区域内地表甲虫中均属于优势类群(冀卫荣等,2008b于晓东等,2001b2002b20032004)。目前,隐翅虫科分类某些亚科可以鉴定到种,另一些仅能鉴定到亚科(郑发科,199219931994)。从生态学上看,以科为单位的群体有着相似的行为、生物学习性以及能量消耗方式,属的级别单位同样也符合这一生态学原理(杨星科,1997)。亚科介于科与属之间,应该也遵循这一原理,也同样适合物种多样性研究。

山西地处我国华北区黄土高原亚区,整个地貌属山地型高原,大部分在海拔1 000~2 000 m之间,境内有吕梁、中条、太行、五台等主要山地。庞泉沟自然保护区地处吕梁山脉中段,是华北山地的典型代表,素有“华北落叶松故乡”的美称,主要保护对象是华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)和世界珍禽褐马鸡(Crossoptilon mantchuricum) (山西庞泉沟国家级自然保护区,1999)。区内森林植被保存良好,为开展不同森林群落类型的科学研究提供了良好的环境(孙向阳等,1996于广志等,2003)。对该保护区内的落叶松林,赵世魁等(2007)采用漏斗法,对不同海拔的林地进行过华北落叶松天然林和人工林土壤动物的群落多样性研究。

笔者采用目前地表甲虫研究者广泛使用的采集方法——巴氏罐诱法(艾尼瓦尔·吐米尔等,2005贾凤龙等,2000于晓东等,2001a2001b2002a2002b20032004Baars,1979),于2006—2007年对该保护区内保护程度不同的区域——核心区、缓冲区和实验区(包括远离农田和靠近农田)内森林群落里的地表甲虫进行了野外系统采集,2007—2008年已将甲虫科级水平和步甲物种级进行了物种组成及多样性格局的比较(冀卫荣等,2008a2008b),2009—2010年将地表甲虫另一优势科——隐翅虫科亚科级水平进行分析统计,研究目的在于探明该保护区有代表性林地隐翅虫的物种组成及受不同程度人为干扰下的隐翅虫多样性格局。此外,也希望探讨在同样的研究地内不同研究对象和不同分类水平,在不同的环境下地表甲虫的多样性及其变化规律,为深入开展自然保护区的物种多样性保护和利用提供基础数据,为华北山地林天然林保护及生态林恢复工程提供理论依据。

1 研究区域和方法 1.1 研究地点及样地概况

庞泉沟国家级自然保护区(111°22′—111°33′E, 37°45′—37°55′N)位于山西省西部吕梁山脉中段的关帝山林区。南北长15 km,东西宽14.5 km,总面积10 443.15 hm2,海拔1 600~2 831 m。保护区处于温带大陆性季风气候区,年均温度4.2 ℃,年降水量822 mm,全年无霜期90~120天,地貌是华北山地的典型代表(山西庞泉沟国家级自然保护区,1999)。区内植物资源丰富,华北落叶松和云杉(Picea meyeri)在区内集中分布, 此外还有白桦(Betula platyphylla)和青杨(Populus cathayana)等树木。

本研究主要根据该保护区不同功能区划,选取有代表性的林地,分成4组样地,分别是:核心区(CZ):绿色长廊(4块样地);缓冲区(BZ):八道沟(4块样地);远离农田实验区(TZFF):神尾沟(3块样地);靠近农田实验区(TZNF):八水沟(4块样地)。各组研究地及样地编号、海拔、坡度及乔木层的主要树种的具体情况如下:CZ(1)2 200 m,20°,云杉林;CZ(2)2 100 m,10°,桦-青杨林;CZ(3)2 000 m,35°,落叶松林;CZ(4)1 870 m,5°,落叶松林;BZ(1)1 920 m,8°,落叶松林;BZ(2)1 890 m,7°,落叶松林;BZ(3)1 850 m,11°,落叶松林;BZ(4)1 830 m,9°,落叶松林;TZFF(1)1 930 m,38°,落叶松林;TZFF(2)1 910 m,15°,落叶松林;TZFF(3)1 880 m,23°,落叶松林;TZNF(1)1 740 m,8°,落叶松林;TZNF(2)1 730 m,9°,落叶松林;TZNF(3)1 730 m,21°,落叶松林。TZNF(4)1 730 m,9°,落叶松林。每组样地其他特征见表 1

表 1 不同研究地植被郁闭度等特征 Tab.1 Arbor, shrub, herbaceous and litter of different plots surveyed
1.2 研究方法及标本处理

采用巴氏罐诱法进行标本采集和数据的收集。以一次性塑料水杯(高9 cm,口径7.5 cm)作为巴氏罐诱法容器,杯壁上方1/4处打一个小孔(直径约0.5 cm),避免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,质量比为2:1:1:20,每个诱杯内放引诱剂40~60 mL。

基于庞泉沟自然保护区山地为主的地形特点, 每个样地沿坡向设置诱点,每诱点间距离大于25 m。采用5点取样法,每块样地内设置诱杯20个,4个杯子为一引诱点。在无雪季节每月定点在各样地采集1次标本,放置诱杯时间为3天(Baars,1979于晓东等,2001a2001b2002a2002b20032004)。

在野外研究地收集到的地表甲虫标本以不同样地、诱点、诱杯为编号存放入75%的酒精指形管内,带回实验室。用三角纸片和胶水制成标本,晾干后收集起来。每号标本都分别添加详细的采集信息标签,进行分类鉴定和统计分析。标本存放在山西农业大学林学院森林保护系标本室。

1.3 数据分析处理

以每个月采集到的隐翅虫物种组成和数量为原始数据,对原始数据进行平方根形式的标准化转换,然后进行亚科级水平的αβ多样性的计算和分析。α多样性包括丰富度指数S、多样性指数H′、均匀度指数J及优势度指数D。本文中S采用亚科数测度;H′分析采用Shannon-Wiener多样性指数,计算公式为Pi=ni/Ni,其中Pi是第i亚科个体数占总亚科个体数的比率,ni是第i亚科的个体数,Ni是总亚科个体数量;J分析采用Pielou指数,J=H′/ lnSD采用Simpson指数,计算公式为(马克平等,1994a1994b)。β多样性的计算采用Whittaker指数,计算公式为βw=S/-1,其中S为研究样地所记录的亚科数,为各诱点的平均亚科数(马克平等,1995)。以欧式距离为测度系数对各样地隐翅虫亚科组成和数量分布的差异采用组间连接法进行聚类分析。以上的数据分析采用Excel和SPSS统计软件完成。

2 结果与分析 2.1 群落组成和数量变化

共获得隐翅虫科Staphylinidae标本1 863号,分属于9个亚科(表 2)。其中,前角隐翅虫亚科个体数占总个体数的80.15%,为该保护区隐翅虫科的优势类群。尖腹隐翅虫亚科、四眼隐翅虫亚科、异形隐翅虫亚科和隐翅虫亚科个体数量占总个体数在1%~10%,为该保护区隐翅虫科常见类群;胸片隐翅虫亚科、大眼隐翅虫亚科、伪隐翅虫亚科和原隐翅翅虫亚科个体数量占总个体数百分比少于1%,为该地区隐翅虫科不常见的类群。

表 2 隐翅虫各亚科在不同功能区生境中组成及数量分布 Tab.2 Abundance of rove beetles subfamilies collected with pitfall traps in four sites

郝赤等(2003)记述了山西省范围内隐翅虫的种类、采集时间、地点及生境,描述了山西省境内隐翅虫科7个亚科,500余号标本。本研究所采集的原隐翅翅虫亚科、伪隐翅虫亚科和胸片隐翅虫亚科3个亚科在其文章中没有被记录。

2.2 多样性分析

根据保护区不同功能区样地诱到的隐翅虫种类和数量为原始数据,按1.3数据处理中给出的公式,计算各功能区生境中隐翅虫各亚科级丰富度S、多样性H′、均匀度J、个体数量N、优势度D以及β多样性指数,对各项指数再进行方差分析和多重比较,结果见表 3。庞泉沟自然保护区4个不同功能区中隐翅虫亚科级物种丰富度指数S不存在显著差异(F=2.704,P>0.05),由高到低排序是缓冲区>远离农田实验区>核心区>靠近农田实验区;其中缓冲区和靠近农田实验区之间存在显著差异;多样性指数H′存在显著差异(F=2.169,P<0.05),H′S在各样地中的排序一致;均匀度指数J在各生境中不存在显著差异(F=1.92,P>0.05),由高到低排序为缓冲区>靠近农田实验区>靠近农田实验区>核心区;个体数量N存在极显著差异(F= 2.169,P<0.01),由高到低排序为核心区>远离农田实验区>缓冲区>靠近农田实验区,其中远离农田实验区、缓冲区和靠近农田实验区之间无显著差异;优势度指数D存在显著差异(F=4.27,P<0.05),指数大小排序为:缓冲区>远离农田实验区>核心区>靠近农田实验区,其中缓冲区与靠近农田实验区之间存在显著差异。β多样性指数βw由高到低排序为:靠近农田实验区>核心区>远离农田实验区>缓冲区。

表 3 隐翅虫亚科级丰富度、多样性指数、均匀度指数、个体数量、优势度指数以及β多样性 Tab.3 Subfamily richness, diversity, evenness, abundance and β diversity of Staphylinidae as measured by pitfall traps in four sites
2.3 生境相似性分析

对4个功能区生境中隐翅虫亚科种类及其数量以欧式距离方法进行聚类分析(图 1),从图中可知核心区与其他3个生境的相似性最低,其次是靠近农田实验区与缓冲区与远离农田实验区相似性较低,缓冲区与远离农田实验区的相似性最高,同时其与核心区、远离农田实验区、靠近农田实验区均有一定程度上的相似。

图 1 以隐翅虫亚科为属性对4个研究地的聚类分析图 Figure 1 Dendrograms based on the rove beetles sub-family assemblages in the four sites surveyed 基于欧式距离,采用组间连接法制作聚类分析图。括弧内的数字为研究地样地编号。Branching pattern was produced by between groups linkage, based on Euclidean distance. The figure in parentheses shows the serial number of plot.
3 结论与讨论

本研究采用了近年来地表甲虫研究者广泛使用的采集方法——巴氏罐诱法,对庞泉沟国家级自然保护区的不同功能区4组,即核心区(CZ,绿色长廊)、缓冲区(BZ,八道沟)、远离农田的实验区(TZFF,神尾沟)及靠近农田的实验区(TZNF,八水沟)的林地地表隐翅虫亚科级甲虫物种组成及多样性格局进行了调查研究。在群落组成和数量变化上,前角隐翅虫亚科是所采集的隐翅虫亚科虫中是数量最多的一个亚科,为该保护区隐翅虫科的优势类群,这与其本身数量庞大,种类繁多,分布广泛的记载相一致(郝赤等,2003郑发科,1992)。除此之外,尖腹隐翅虫亚科、四眼隐翅虫亚科、异形隐翅虫亚科和隐翅虫亚科4个亚科为该保护区隐翅虫科常见类群;胸片隐翅虫亚科、大眼隐翅虫亚科、伪隐翅虫亚科、原隐翅翅虫亚科4个亚科为该地区隐翅虫科不常见的类群。

从该保护区不同功能区生境中隐翅虫亚科级生物多样性各种参数研究结果分析,个体数量核心区最多,其他α多样性各项指标均是缓冲区的隐翅虫亚科级生物多样性指数均高于其他3个生境,βw是靠近农田实验区最高。笔者在同样的研究地采集的同样批次的林地地表甲虫标本中,对步甲物种的多样性的研究结果,则显示为4组研究地均是靠近农田的实验区最高,核心区最低,缓冲区和远离农田的实验区居中(冀卫荣,2008a)。对此研究结果的解释是步甲物种在林地与农田生态系统中表现出更明显的种类差异,这一结论与其他研究者的观点相吻合。步甲物种对生境的改变敏感,是检测生境的有效指示类群(于晓东等,2001a2002aEyre et al., 1996; Rainio et al., 2003; Magura et al., 2003)。

对该保护区4个功能区生境中隐翅虫亚科种类及其数量以欧式距离方法进行聚类分析,结果表明:核心区与其他3个生境的相似性最低,靠近农田实验区与缓冲区与远离农田实验区相似性较低,缓冲区与远离农田实验区的相似性最高,同时其与核心区、远离农田实验区、靠近农田实验区均有一定程度上的相似。同样的研究地采集的同一批次的标本,以步甲物种种类和数量组成为属性,主坐标和聚类分析结果表明,缓冲区与核心区、与远离农田的实验区之间具有较高的相似性;靠近农田的实验区与其他3个地点相似性低。

本文作者尝试使用亚科级分类单位对研究对象进行了多样性分析研究,探明了该保护区不同生境中隐翅虫亚科的组成及数量分布,并以此对照在同一时间、同一地点,用同样的方法在同样研究地采集的同一批林地地表甲虫标本中,使用步甲科物种的多样性研究结果进行比较,结果两者是不同的、有差异的。鉴于目前步甲物种的分类问题相比较隐翅虫容易解决,生境指示性更敏感等特点,在生态系统中群落的分析研究中,建议使用地表甲虫的步甲物种,其更有代表性及切实可行。也许正是因为隐翅虫科很多虫体更小,分类难度更大一些,很少见到有研究者研究其物种多样性。此外,本研究还未进行生物多样性与环境因子相关性研究,但以目前状况来说,如果能降低该保护区核心区、靠近农田实验区人为过度的干扰, 充分发挥缓冲区和实验区的功能对隐翅虫物种多样性的保护具有一定的积极意义,将对维持更多的物种生存和种群恢复作出贡献。

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