文章信息
- 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.
-
文章历史
- 收稿日期:2010-07-05
- 修回日期:2010-10-17
-
作者相关文章
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,2001b;2002b;2003;2004),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,2001a;2002a;Eyre 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,2001b;2002b;2003;2004)。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,1992;1993;1994)。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,2001a;2001b;2002a;2002b;2003;2004;Baars,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,2008a;2008b),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。
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,2001a;2001b;2002a;2002b;2003;2004)。
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α和β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
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。
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′与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。
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。
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,2001a;2002a;Eyre 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。
艾尼瓦尔·吐米尔, 马合木提·哈力克, TomasFRANK. 2005. 农田及生态补偿区甲虫群落结构的差异[J]. 生态学报, 25(9): 2285-2290. |
郝赤, 刘志萍, 李会仙. 2003. 山西省隐翅虫Staphylinidae名录[J]. 山西农业大学学报, 48(3): 224-226. |
冀卫荣, 胡俊杰, 李友莲. 2008a. 山西庞泉沟自然保护区步甲物种组成及多样性格局[J]. 昆虫学报, 51(9): 953-959. |
冀卫荣, 胡俊杰, 孟翔, 等. 2008b. 庞泉沟国家级自然保护区落叶松林地表甲虫的多样性[J]. 林业科学, 44(9): 95-97. |
贾凤龙, 梁铬球, 陈振耀. 2000. 梧桐山甲虫物种多样性[J]. 生物多样性, 8(2): 169-171. |
罗天宏, 于晓东, 周红章. 2002. 东灵山地区阎甲物种多样性研究[J]. 生物多样性, 10(2): 143-148. |
马克平, 刘玉明. 1994a. 生物多样性的测度方法Ⅰ: α多样性的测度方法(上)[J]. 生物多样性, 2(3): 162-168. |
马克平, 刘玉明. 1994b. 生物多样性的测度方法Ⅰ: α多样性的测度方法(下)[J]. 生物多样性, 2(4): 231-239. |
马克平, 刘灿然, 刘玉明. 1995. 生物多样性的测度方法Ⅱ: β多样性的测度方法[J]. 生物多样性, 3(8): 31-43. |
山西庞泉沟国家级自然保护区. 1999. 山西庞泉沟国家级自然保护区[M]. 北京: 中国林业出版社.
|
孙向阳, 周青, 李进军. 1996. 山西省庞泉沟自然保护区生态旅游资源及其评价[J]. 北京林业大学学报, 18(2): 16-23. |
萧刚柔. 1992. 中国森林昆虫[M]. 北京: 中国林业出版社.
|
杨星科. 1997. 长江三峡库区昆虫[M]. 重庆: 重庆出版社.
|
于广志, 蒋志刚. 2003. 自然保护区的缓冲区:模式、功能及规划原则[J]. 生物多样性, 11(3): 256-261. |
于晓东, 周红章, 罗天宏. 2001a. 神农架保护区大步甲和蜗步甲属生境选择与物种多样性研究[J]. 生物多样性, 9(3): 214-221. |
于晓东, 罗天宏, 周红章. 2001b. 云南西北部地区地表甲虫的物种多样性[J]. 动物学研究, 22(6): 454-460. |
于晓东, 周红章, 罗天宏. 2002a. 东灵山地区大步甲属物种分布和季节变化的多样性格局[J]. 生态学报, 22(10): 1724-1733. |
于晓东, 罗天宏, 周红章. 2002b. 东灵山地区地表甲虫群落及季节变化[J]. 昆虫学报, 45(6): 785-793. |
于晓东, 罗天宏, 周红章. 2003. 四川蜂桶寨国家自然保护区地表甲虫物种多样性[J]. 昆虫学报, 46(5): 609-616. |
于晓东, 罗天宏, 周红章. 2004. 横断山区东部四种林型地表甲虫的物种多样性[J]. 动物学研究, 25(1): 7-14. |
赵士魁, 刘贤谦. 2007. 关帝山华北落叶松天然林和人工林土壤动物的群落多样性[J]. 林业科学, 43(6): 105-110. |
郑发科. 1992. 隐翅虫形态分类学纲要[M]. 成都: 四川大学出版社.
|
郑发科. 1993. 中国大眼隐翅虫属研究(鞘翅目:隐翅虫科, 大眼隐翅虫亚科)缘隐翅虫亚属(Ⅰ)[J]. 四川师范学院学报, 14(4): 310-311. |
郑发科. 1994. 中国大眼隐翅虫属(鞘翅目:隐翅虫科, 大眼隐翅虫亚科)缘隐翅虫亚属(Ⅱ)[J]. 四川师范学院学报, 13(3): 167-170. |
Baars M A. 1979. Catches in pitfall traps in relation to mean densites of carabid beetles[J]. Oecologia, 41: 25-46. DOI:10.1007/BF00344835 |
Eyre M D, Lott D A, Garside A. 1996. Assessing the potential for environmental monitoring using ground beetles (Coleoptera: Carabidae) with river side and Scottish data[J]. Annales Zoologici Fennici, 33: 157-163. |
Magura T, Tóthmérész B, Elek Z. 2003. Diversity and composition of carabids during a forestry cycle[J]. Biodiversity and Conservation, 12: 73-85. DOI:10.1023/A:1021289509500 |
Rainio J, Niemela J. 2003. Groundbeetles (Coleoptera:Carabidae) as bioindicator[J]. Biodiversity and Conservation, 12: 487-506. DOI:10.1023/A:1022412617568 |