全 文 :书盐池四墩子人工柠条带—草地群落交错带
地表甲虫多样性研究
贾彦霞1,王新谱1,2
(1.宁夏大学农学院,宁夏 银川750021;2.宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室,宁夏 银川750021)
摘要:研究了宁夏盐池四墩子人工柠条带边缘与柠条带内部和天然草地间地表甲虫多样性的差异,探讨边缘效应
对地表甲虫群落的影响。调查共设9个重复样带,每个样带分别由边缘深入到柠条带内部和草地内部100m,共设
81个样点,利用巴氏罐诱法调查地表甲虫群落组成。共记录地表甲虫56种,隶属于13科,其中步甲科(17种)和
拟步甲科(12种)种类最多,拟步甲科、步甲科、金龟科和鳃金龟科的个体数量,分别占总个体数量的41.78%,
10.81%,10.54%和10.45%,共同构成研究区域地表甲虫的优势类群。甲虫的个体数量、多样性和均匀度从柠条
带、边缘到天然草地逐渐降低,都达到了显著水平。边缘效应强度分析呈现边缘正效应(1.0396>1)。
关键词:边缘效应;地表甲虫;多样性;柠条地;荒漠草原
中图分类号:S812.6 文献标识码:A 文章编号:10045759(2013)05034506
犇犗犐:10.11686/cyxb20130541
生态斑块的交错区常被认为是相邻生态系统的边缘,表现出一定的边缘效应[1,2]。边缘效应的研究方面,绝
大部分是关于高等植物或脊椎动物的,而无脊椎动物的资料较少[3]。已有研究表明,昆虫对于生境变化高度敏
感,一些地表甲虫已经成为监测生境和生物多样性变化的指示类群[46]。地表甲虫是宁夏盐池荒漠草原的优势昆
虫类群[7],而柠条(犆犪狉犪犵犪狀犪犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻)是该地区用于生态恢复所种植的主要植物。因此通过比较人工柠条林
带和天然草地边缘及周围环境间的甲虫物种组成和数量差异的研究,不仅可以从理论上丰富边缘的生态学研究
内容,还可以进一步为该地区生态系统的维护和生物多样性保护提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 研究样地概况
盐池县(N37°04′~38°10′,E106°30′~107°41′)地处宁夏回族自治区东部,该区属于典型的中温带大陆性气
候,年均气温8.1℃,年降水量为250~350mm,主要集中在7-9月。植被分布类型主要有灌丛、草原、草甸、沙
地植被和荒漠植被,其中灌丛、草原、沙地植被数量较大,分布也广,草原分荒漠草原和干草原,群落中常见植物种
类有长芒草(犛狋犻狆犪犫狌狀犵犲犪狀犪)、大针茅(犛狋犻狆犪犵狉犪狀犱犻狊)、猫头刺(犗狓狔狋狉狅狆犻狊犪犮犻狆犺狔犾犾犪)、冰草(犃犵狉狅狆狔狉狅狀犮狉犻狊狋犪
狋狌犿)等[8]。
本次研究所选取的样地有2种,其植被特征为。
柠条带:人工种植6~8年的柠条地,面积约50hm2,柠条行间距4.0m,株间距0.6m,平均株高1.2m,平
均树冠约1.2m。柠条行间主要有栉叶蒿(犖犲狅狆犪犾犾犪狊犻犪狆犲犮狋犻狀犪狋犪)、猪毛蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪狊犮狅狆犪狉犻犪)、牛枝子(犔犲狊
狆犲犱犲狕犪狆狅狋犪狀犻狀犻犻)、阿尔泰狗娃花(犎犲狋犲狉狅狆犪狆狆狌狊犪犾狋犪犻犮狌狊)等草本植物。
草地:没有开垦过的原始荒漠草本植物带,主要植物有长芒草、牛枝子、匍根骆驼蓬(犘犲犵犪狀狌犿狀犻犵犲犾犾犪狊
狋狉狌犿)、糙隐子草(犆犾犲犻狊狋狅犵犲狀犲狊狊狇狌犪狉狉狅狊犪)等,夏季群落高度约0.11m,盖度约为58%。
1.2 样地设置
根据研究边缘效应的建议,以距离梯度形式研究柠条带内部、柠条带边缘和天然草地的差异。在设计样点
第22卷 第5期
Vol.22,No.5
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
345-350
2013年10月
收稿日期:20121024;改回日期:20130114
基金项目:国家自然科学基金项目(41261012)资助。
作者简介:贾彦霞(1977),女,宁夏同心人,副教授,硕士。Email:helenjia_2006@126.com
通讯作者。Email:wangxinpu@yahoo.com.cn
时,每条样带以柠条地边缘为中心,分别向柠条地和草地延伸100m,以每隔25m的距离设置样点,每个研究样
带包括9个研究样点[9]:柠条地边缘1个,柠条地和天然草地内各4个(距柠条地边缘的距离分别为25,50,75,
100m);每个样点由9个诱杯组成,间隔1m,九宫格放置,将每个样点的9个诱杯的捕获结果合并,作为1个收
集单位,每个样带包括81个诱杯。具体取样方案见图1(示2条样带)。
图1 样地设置
犉犻犵.1 犜犺犲狊犪犿狆犾犻狀犵狊犻狋犲犱犲狊犻犵狀
1.3 取样方法
本研究以巴氏罐诱法进行标本采集[10,11],采用400mL塑料杯(高9.0cm,口径7.5cm)作为诱器,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、酒精和水的混合物,重量比为2∶1∶1∶20,每
个诱杯内放引诱剂40~60mL,采集到的标本制作成盒装针插标本。采样时间为2010年6月至10月,每月采样
一次,每次放置诱杯时间3d。
1.4 数据分析处理
以地表甲虫科级水平的丰富度、个体数量、多样性以及均匀度为研究对象,将45个研究地点根据与柠条地边
缘的距离分为3组:柠条生境包括深入到柠条地内部的3个距离组,柠条地边缘包括其他3个距离组。
多样性指标分析采用丰富度指数、多样性指数、均匀性指数和优势度指数等参数[12],其计算公式如下:物种
丰富度(S)表征群落中包含多少个物种的量度,常以“S”来表征。
Shannon-Wiener多样性指数:犎′=-∑狆犻ln狆犻,狆犻=
狀犻
犖
Pielou均匀度指数:犑′= 犎′ln犛
Berger-Parker优势度指数:犆=
狀max
犖
其中,狀犻为群落中第犻个物种的个体数;犖 为群落各物种的总个体数;狆犻为第犻种的个体占总个体的概率;犛为物
种数;狀max为优势种的种群数量。
群落相似性指标(狇)采用Jaccard提出的相似性系数公式[13]:
狇= 犮犪+犫-犮
其中,狇为群落系数;犮为样地犃 和犅 共有种的种数;犪为样地犃 的全部种数;犫为样地犅 的全部种数。
边缘效应强度(犈)[14]:犈=犿犢
∑
犿
犻=1
狔犻
令由犿个群落所形成的交错区的这一指标为犢,犿 个群落的这一指标为狔犻(狔犻=1,2,3,……,犿)。再以Shan
non-Wiener多样性指数犎′和Berger-Parker优势度指数犆这2个定量指标去拟合上述公式,则可得出分别
由犎′值和犆值计算出的边缘效应值犈犎′和犈犆:
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犈犎′=犿犎′∑犎犻′
,犈犆=犿犆∑犆犻
其中,犎′为群落组成的交错带地表甲虫的多样性指数;犎犻′为各群落里地表甲虫的生物多样性指数;犆为群落组
成的交错带里地表甲虫的优势度;犆犻为各个群落里地表甲虫的优势度指数。
2 结果与分析
2.1 地表甲虫群落组成结构分析
本研究共获得盐池四墩子地表甲虫1101个,计56种,分属于13科(表1),其中步甲科(17种)和拟步甲科
(12种)种类最多,花金龟科、叩甲科、叶甲科、皮蠹科和虎甲科种类最少,都只有1种。从个体数量上来看,其中
拟步甲的个体数量最多,占总个体数量的41.78%,步甲、鳃金龟和金龟3科的个体数量也较多,均占个体总数
10%以上,4科合计占该地区地表甲虫总数的73.57%,为该地区的优势类群。叶甲、埋葬甲2科的个体数量在
1%~5%之间,为该地区常见类群。阎甲、肖叶甲、皮蠹、虎甲4科个体数量少于1%,为该地区比较不常见的类
群。在采集到的种类中,弯齿琵甲(犅犾犪狆狊犳犲犿狅狉犪犾犻狊犳犲犿狅狉犪犾犻狊)和阿小鳖甲(犕犻犮狉狅犱犲狉犪犽狉犪犪狋狕犻犪犾犪狊犺犪狀犻犮犪)是本
地区的优势种,占地表甲虫总量的36.78%。
表1 盐池四墩子地表甲虫数量分布
犜犪犫犾犲1 犃犫狌狀犱犪狀犮犲狅犳犵狉狅狌狀犱犱狑犲犾犻狀犵犫犲犲狋犾犲狊犮狅犿犿狌狀犻狋狔犻狀犛犻犱狌狀狕犻,犢犪狀犮犺犻犆狅狌狀狋狔
科Family
柠条带犆犪狉犪犵犪狀犪
种数
Species
amount
个体数
Adividual
numbers
边缘Edge
种数
Species
amount
个体数
Adividual
numbers
天然草地Grassland
种数
Species
amount
个体数
Adividual
numbers
总计Total
种数
Species
amount
个体数
Adividual
numbers
百分比Percentage(%)
种数
Species
amount
个体数
Adividual
numbers
虎甲科Cidindelidae 1 4 1 1 0 0 1 5 1.82 0.45
步甲科Carabidae 10 51 13 39 13 29 17 119 30.91 10.81
埋葬甲科Silphidae 3 24 3 9 4 16 4 49 7.27 4.45
阎甲科 Histeridae 1 3 3 3 1 4 3 10 5.45 0.91
蜉金龟科Aphodidae 2 28 3 30 2 5 3 63 5.45 5.72
金龟科Scarabaeidae 5 58 5 30 2 28 6 116 9.09 10.54
鳃金龟科 Melolonthidae 2 62 4 34 4 19 4 115 7.27 10.45
花金龟科Cetonidae 1 28 1 20 1 27 1 75 1.82 6.81
叩甲科Elateridae 1 15 1 20 1 22 1 57 1.82 5.18
皮蠹科Dermestidae 1 6 1 1 1 2 1 9 1.82 0.82
拟步甲科Tenebrionidae 10 146 9 157 9 157 12 460 21.82 41.78
叶甲科Chrysomelidae 1 3 1 4 1 7 1 14 1.82 1.27
肖叶甲科Eumolpidae 0 0 0 0 2 9 2 9 3.64 0.82
总计Total 38 428 45 348 41 325 56 1101
2.2 地表甲虫群落多样性总和分析
在科级水平上,甲虫的物种丰富度S在边缘高于柠条带和天然草地生境,但没有达到显著差异(犘>0.05);
而多样性指数 H′和个体数量从柠条带、边缘到天然草地逐渐降低,3种生境之间有极显著差异(犘<0.01);均匀
度指数J′的变化也是从柠条带、边缘到天然草地逐渐降低,也达到了显著水平(犘<0.05);优势度指数C的变化
正好和多样性、均匀度相反,但柠条带和天然草地之间达到显著水平(犘<0.05),和边缘没有达到显著差异(犘>
0.05),边缘和天然草地生境也没有显著差异(犘>0.05)(表2)。
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表2 盐池四墩子地表甲虫群落多样性
犜犪犫犾犲2 犇犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犵狉狅狌狀犱犱狑犲犾犻狀犵犫犲犲狋犾犲狊犮狅犿犿狌狀犻狋狔犻狀犛犻犱狌狀狕犻,犢犪狀犮犺犻犆狅狌狀狋狔
植被
Vegetation
物种丰富度(犛)
Speciesabundance
多样性指数(犎′)
Diversityindex
均匀性指数(犑′)
Evennessindex
优势度指数(犆)
Dominanceindex
个体数量
Abundance
柠条带犆犪狉犪犵犪狀犪 26.3333±3.1798 1.4825±0.0068A 0.4076±0.0028Aa 0.1706±0.0017b 142.6667±1.2019A
边缘Edge 28.6667±2.4037 1.2554±0.0017B 0.3298±0.0013Bb 0.2356±0.0058ab 116.0000±1.1547B
天然草地Grassland 26.6667±2.4037 1.1857±0.0006C 0.3193±0.0032Bc 0.2615±0.0271a 108.3333±1.2019C
注:同列数据间不同字母表示在5%水平(小写)上和1%水平(大写)上差异显著。
Note:Datafolowedbydifferentlettersinthesamecolumnindicatesignificantlydifferentat0.05level(smal)and0.01level(capital).
根据Jaccard的相似性系数原理,当狇为0~0.25
时,为极不相似;狇为0.25~0.50时,为中等不相似;狇
为0.50~0.75时,为中等相似;狇为0.75~1.00时,
为极相似。比较柠条带-天然草地及边缘地表甲虫相
似性(表3),柠条带、边缘及天然草地3种生境相互间
都表现了中等程度的相似性。
2.3 不同边缘距离地表甲虫多样性
对距边缘不同距离的地表甲虫群落多样性和物种
表3 盐池四墩子地表甲虫群落相似性比较
犜犪犫犾犲3 犜犺犲狊犻犿犻犾犪狉犻狋狔犮狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳犵狉狅狌狀犱犱狑犲犾犻狀犵
犫犲犲狋犾犲狊犮狅犿犿狌狀犻狋狔犻狀犛犻犱狌狀狕犻,犢犪狀犮犺犻犆狅狌狀狋狔
植被Vegetation 柠条带犆犪狉犪犵犪狀犪 边缘Edge 天然草地Grassland
柠条带犆犪狉犪犵犪狀犪 1 0.6275(32) 0.5490(28)
边缘Edge 1 0.6226(33)
天然草地Grassland 1
图2 不同边缘距离的地表甲虫群落多样性和物种数
犉犻犵.2 犆狅犿犿狌狀犻狋狔犱犻狏犲狉狊犻狋狔犪狀犱狀狌犿犫犲狉狅犳狊狆犲犮犻犲狊狅犳
犵狉狅狌狀犱犱狑犲犾犻狀犵犫犲犲狋犾犲狊狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犲犱犵犲犱犻狊狋犪狀犮犲
组成进行比较分析,结果见图2。柠条带地表甲虫群
落多样性都是随着距边缘距离的增加而增加,距边缘
100m处柠条带比靠近边缘的柠条带的多样性增加了
0.2576,但随着天然草地距边缘距离的增加多样性有
所下降。柠条带地表甲虫群落的物种组成随着距边缘
距离的增加而增加,距边缘50m的柠条带3采集到地
表甲虫21种,占调查地区总种数的38.18%,距边缘
100m的柠条带1采集到地表甲虫32种,占总种数的
58.18%;天然草地地表甲虫群落的物种组成总体上变
化不是很明显。
2.4 边缘效应强度分析
通过度量群落中种群数量和结构的定量指标(如
物种丰富度、个体多度、群落物种多样性等),探讨植物
群落边缘效应强度。
经过计算,犈犎′=1.0396>1,犈犆=0.9675<1,变换为倒数为1.0336>1,可以看出这种边缘类型呈正的边
缘效应作用。
3 讨论
对人工柠条带—草地交错带地表甲虫的调查显示,拟步甲科和步甲科从物种数和个体数量来看,都要高于其
他甲虫,而这2个科的甲虫都对环境的变化非常敏感,盐池四墩子属于荒漠半荒漠生境,植被不同程度的退化,导
致一些优势种群的个体数量较多(弯齿琵甲和阿小鳖甲),稀有种群的个体数量较少,这一现象和前人研究的结果
相似[8,15]。由此认为,这2个科的昆虫可以被作为荒漠植被退化或生境单一的指示类群。
从科级多样性水平看,柠条林带内甲虫在个体数量上、多样性和均匀度都高于边缘和天然草地,但在丰富度
正好相反,随着边缘距离的增加都表现出了先减弱再增加的趋势,这与前人的研究结果不太一致[1618]。原因有以
下几点:一是交错带所处的生境条件复杂,这与昆虫的多样性密切相关,也决定了陆生节肢动物的丰度和多样
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性[19,20]。柠条林带内部、边缘以及天然草地生境在多个环境因子上都存在差异,在甲虫的物种组成和栖境选择
上也表现出差异性;二是生境内部受干扰程度较大,迫使某些地表甲虫迁移到栖境边缘,如本研究地区阿小鳖甲
在边缘的个体数量较其他2个生境高,导致边缘生境的多样性下降,也有人认为可能是由于不同物种对边缘反应
的差异造成的。研究发现边缘类型呈正效应作用,说明边缘地带阳光比较充沛,而且植被盖度不是很大,地表甲
虫活动范围也比较开阔,所以柠条带-天然草地边缘是地表甲虫理想的栖息场所。当然边缘效应的研究更要注
重统计学意义,只有长期监测边缘效应的动态演替变化,才能证明其可靠性。
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943第22卷第5期 草业学报2013年
犇犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犵狉狅狌狀犱犱狑犲犾犻狀犵犫犲犲狋犾犲狊犪狋狋犺犲犲犱犵犲狅犳犵狉犪狊狊犾犪狀犱犪狀犱犪狉狋犻犳犻犮犻犪犾
犆犪狉犪犵犪狀犪犳犻犲犾犱狊犻狀犛犻犱狌狀狕犻,犢犪狀犮犺犻犆狅狌狀狋狔,犖狅狉狋犺狑犲狊狋犆犺犻狀犪
JIAYanxia1,WANGXinpu1,2
(1.ColegeofAgriculture,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China;2.MinistryofEducation
KeyLaboratoryforRestorationandReconstructionofDegradedEcosystemin
NorthwesternChina,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Theinfluencesofedgeeffectsongrounddwelingbeetles(Coleoptera)acrossanartificial犆犪狉犪犵犪狀犪
intermediagrasslandecotonewereinvestigated.ThestudywasconductedinSidunzi,YanchiCounty,Ningxia,
NorthwestChina.Duringthefieldresearch,atotalof1101beetlesbelongingto13familieswerecolectedwith
pitfaltraps.Ofthesebeetles,Carabidae(17species)andTenebrionidae(12species)werethemostabundant
species.Fourfamiliesdominated:Tenebrionidae,Carabidae,ScarabaeidaeandMelolonthidaewhichaccounted
for41.78%,10.81%,10.54%and10.45%ofthetotal,respectively.Fromartificial犆犪狉犪犵犪狀犪犻狀狋犲狉犿犲犱犻犪to
theedgeandthentograssland,familyabundance,diversityandevennessdecreasedinsequence,andweresig
nificantlydifferentbetweenthethreehabitattypes.Edgeeffectintensityondiversityofecotonewasabove1
(1.0396),andhadapositiveeffect.
犓犲狔狑狅狉犱狊:edgeeffect;grounddwelingbeetles;diversity;犆犪狉犪犵犪狀犪field;desertsteppe
053 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.5