寧夏云霧山草原甲蟲群落組成與多樣性

王章訓(xùn)，張?jiān)茣?huì)，王新譜(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

寧夏云霧山草原甲蟲群落組成與多樣性

王章訓(xùn)，張?jiān)茣?huì)，王新譜
(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

2013年6月到9月，采用巴氏罐誘法與掃網(wǎng)相結(jié)合的方法對(duì)云霧山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)核心區(qū)草地、核心區(qū)樹(shù)林、檸條地、緩沖區(qū)草地、試驗(yàn)區(qū)草地共5個(gè)不同樣地地表甲蟲群落組成和多樣性進(jìn)行了調(diào)查。本次調(diào)查共獲得標(biāo)本23科95種，總個(gè)體數(shù)為8 841頭，其中步甲科標(biāo)本4 762頭，數(shù)量最多，占53.86%；花金龜科次之，占19.32%；擬步甲科、金龜科、埋葬甲科的數(shù)量也相對(duì)較多，這5個(gè)科構(gòu)成云霧山保護(hù)區(qū)的優(yōu)勢(shì)類群。在5個(gè)樣地中，核心區(qū)林地的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)都為最高，分別為2.28和7.55。核心區(qū)草地優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和物種豐富度最低，檸條地的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)都為最小。各樣地的均勻度指數(shù)無(wú)顯著性差異(P>0.05)。相似性分析顯示，試驗(yàn)區(qū)與緩沖區(qū)之間相似性系數(shù)為0.514 7，為中等相似水平。其他樣地兩兩之間相似性系數(shù)都介于0.25～0.5，為中等不相似水平。

群落組成；甲蟲多樣性；草原；云霧山

草原生態(tài)系統(tǒng)不僅是重要的綠色生態(tài)屏障，而且也是重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地[1]，我國(guó)草地面積近4×108hm2，占全國(guó)陸地面積的40.7%[2]。近年來(lái)，由于環(huán)境惡化，草原減少，草原生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性變化也逐漸引起了人們的關(guān)注[3-5]，王建芳等[6]研究了河北壩上草原的甲蟲多樣性，董俊斌[7]對(duì)內(nèi)蒙古草原甲蟲進(jìn)行了調(diào)查。這些研究幫助人們?cè)诓菰恋乩梅绞?、?duì)草原的適度干擾以及對(duì)進(jìn)一步做好草原蟲害防控工作方面[8]提供了科學(xué)建議和數(shù)據(jù)支撐。

地表甲蟲作為昆蟲綱最大的類群，棲息地多樣，對(duì)于生物多樣性的研究和保護(hù)具有特定的價(jià)值。步甲、擬步甲等在生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)方面起著十分重要的作用，其群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境存在密切關(guān)系。因此，步甲、擬步甲等的數(shù)量變化可作為監(jiān)測(cè)環(huán)境變化的重要指標(biāo)[9-11]。研究發(fā)現(xiàn)，棲息土壤地理化特征、植被分布情況、地表枯枝落葉、演替階段、棲息地破碎化、耕作及其他人為干擾等因素均可能影響甲蟲的組成、數(shù)量和分布[12]。我國(guó)針對(duì)甲蟲多樣性研究的生境多集中在森林[13-14]、荒漠[15-17]、農(nóng)田和濕地[12,18]，典型草原昆蟲的多樣性研究目前在我國(guó)還進(jìn)行的很少[6-8]。

云霧山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于寧夏南部山區(qū)，處于蒙新區(qū)和華北區(qū)的過(guò)渡地帶[19]，是典型的以保護(hù)黃土高原草原生態(tài)系統(tǒng)為主要保護(hù)對(duì)象的草原自然保護(hù)區(qū)。目前，已針對(duì)該地區(qū)開(kāi)展了干擾對(duì)草原土壤中有機(jī)碳的影響、植被恢復(fù)跟氣候變化的關(guān)系、本氏針茅群落根系分布特征、保護(hù)區(qū)價(jià)值等多方面多領(lǐng)域的研究工作[20-23]。鑒于我國(guó)草原昆蟲多樣性研究的匱乏，以及云霧山自然保護(hù)區(qū)獨(dú)特的生境和地理位置，筆者以昆蟲中最為豐富、對(duì)環(huán)境變化敏感的鞘翅目甲蟲作為研究對(duì)象，主要研究了云霧山草原甲蟲的群落組成、群落多樣性以及不同干擾對(duì)甲蟲多樣性的影響，以期討論該地區(qū)甲蟲的分布特征和相互關(guān)系，了解保護(hù)區(qū)的物種多樣性的基本狀況和空間分布特征。

1 研究地概況

云霧山草原自然保護(hù)區(qū)建于1982年，是中國(guó)第2個(gè)草原保護(hù)區(qū)，位于寧夏回族自治區(qū)固原市，地理坐標(biāo)106°24′-106°28′ E，36°13′-36°19′ N，海拔1 800-2 150 m，屬于中溫帶半干旱氣候區(qū)，為典型的干旱半干旱氣候；年平均氣溫7.01 ℃，年降水量425.5 mm，年日照時(shí)間2 300～2 500 h，無(wú)霜期137 d。土壤為黃土母質(zhì)上發(fā)育的淡黑壚土和黃綿土，土層分布均勻深厚。建群植物主要有本氏針茅(Stipacapillata)、大針茅(S.grandis)、冷蒿(Artemisiafrigida)、星毛委陵菜(Potentillaacaulis)、百里香(Thymusmongolicus)、白蓮蒿(A.sacrorum)、阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)、虎榛子(Ostryopsisdavidiana)[22]。

根據(jù)不同的地理位置、干擾強(qiáng)度和植被類型，選定了核心區(qū)林地、核心區(qū)草地、檸條地、緩沖區(qū)草地和試驗(yàn)區(qū)草地共5個(gè)研究樣地(表1)。

2 研究方法

2.1 取樣方法

標(biāo)本采集采用巴氏罐誘法[24]，以一次性塑料水杯(高9 cm，口徑 7.5 cm)作為巴氏罐誘法容器，在距水杯口1.5 cm處打幾個(gè)小孔，以避免由于降雨使杯子水滿而造成標(biāo)本流失，埋入地下使杯口基本與地面保持水平。引誘劑為醋、糖、工業(yè)酒精和水按照2∶1∶1∶20的比例混合，每個(gè)誘杯內(nèi)放引誘劑30～40 mL。每個(gè)樣地設(shè)置3個(gè)樣方，樣方間相距30 m。每個(gè)樣方放置5行誘杯，每行10個(gè)，誘杯間距2 m，行間距2.5 m，每個(gè)樣方50個(gè)誘杯。每個(gè)樣地共設(shè)誘杯150個(gè)。2～3 d收集一次。調(diào)查時(shí)間從7月持續(xù)到9月，共收集20次。在用巴氏罐誘捕的同時(shí)結(jié)合網(wǎng)捕、直接搜尋等方法在樣方范圍內(nèi)進(jìn)行采集。

表1 調(diào)查樣地特征Table 1 Description of the five sampling areas of Yunwu Mountain National Nature Reserve

將采集所得標(biāo)本制成針插標(biāo)本，對(duì)照相關(guān)鑒定資料[17,25-28]進(jìn)行鑒定，標(biāo)本保存于寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院標(biāo)本室和云霧山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局標(biāo)本室。

2.2 數(shù)據(jù)分析處理

利用優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、均勻度、物種豐富度、相似性指數(shù)等來(lái)分析甲蟲群落特征[29-30]，具體公式如下：

(1)優(yōu)勢(shì)度分析采用Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)：

式中，ni為樣地內(nèi)第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)，N為樣地內(nèi)所有物種的個(gè)體數(shù)，S為物種數(shù)。

(2)物種多樣性分析采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：

式中，Pi為第i種個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)N的比率，N為全部物種的個(gè)體總數(shù)，S為物種數(shù)。

(3)均勻度分析采用 Pielou 指數(shù)：

J=H′/Hmax.

式中,Hmax=lnS，S為群落中總的物種數(shù)。H′為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，J為均勻度指數(shù)。

(4)物種豐富度分析采用Margalef指數(shù)：

dMa=S-1/lnN.

式中,S為物種數(shù)，N為全部物種的個(gè)體總數(shù)。

(5)相似性指數(shù)：采用Jaccard相似性公式：

Cj=c/(a+b-c).

式中,a和b分別表示群落A和群落B的物種數(shù)，c為兩個(gè)群落的共有物種數(shù)。根據(jù)Jaccard相似性系數(shù)原理，當(dāng)Cj=0-0.25，為極不相似；當(dāng)Cj=0.25-0.50，為中等不相似；當(dāng)Cj=0.50-0.75，為中等相似；當(dāng)Cj=0.75-1.00，為極相似。以此來(lái)判斷相似性程度。

(6)科屬多樣性采用G-F多樣性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算[31]，F(xiàn)指數(shù)，DF：

式中,Pi=Ski/Sk，Sk為名錄中k科中的物種數(shù)，Ski為名錄中k科i屬中的物種數(shù)，n為k科中的屬數(shù)，m為名錄中甲蟲群落的科數(shù)。

G指數(shù)，DG：

式中,qj=Sj/S，S為名錄中的物種數(shù)，Sj為名錄中j屬的物種數(shù)，p為名錄中的屬數(shù)。

G-F指數(shù)：

并規(guī)定：如果甲蟲群落中所有的科都是單種科，即DF=0，則該地區(qū)的G-F指數(shù)為零，DG-F=0。

利用SPSS 16.0對(duì)甲蟲數(shù)據(jù)的顯著性檢驗(yàn)：采用單因素方差分析各樣地的物種數(shù)、多樣性、均勻度以及優(yōu)勢(shì)度的差異性，并用LSD法對(duì)各測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。多樣性、均勻度以及優(yōu)勢(shì)度的計(jì)算用Excel 2010完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 草原甲蟲群落種類組成

研究共采集到甲蟲23科95種，總個(gè)體數(shù)為8 841頭(表2)?？萍?jí)水平上，步甲科(Carabidae)有11種，4 762頭，占個(gè)體總數(shù)的53.86%，數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；擬步甲科(Tenebrionidae)12種，物種數(shù)最多，其次是葉甲科(Chrysomelidae)和瓢蟲科(Coccinellidae)，分別有11種和10種，但他們的個(gè)體數(shù)都不高，3科之和僅為8.44%?；ń瘕斂?Cetoniidae)僅白星花金龜(Potosiabrevitarsis)1種，個(gè)體數(shù)達(dá)1 708頭，占總數(shù)的19.32%。

3.2 不同生境甲蟲群落的分布差異

在5個(gè)樣地中，核心區(qū)林地采到19科的甲蟲，F(xiàn)指數(shù)、G指數(shù)、G-F指數(shù)均為最高(表3)，且顯著不同于核心區(qū)草地、檸條地及試驗(yàn)區(qū)草地甲蟲群落的科屬分布(P<0.05)，與緩沖區(qū)草地?zé)o顯著差異(P>0.05)。核心區(qū)草地僅有8科甲蟲，且單科單種的比例較高，導(dǎo)致該樣地G-F指數(shù)僅為0.10,均顯著低于其余4個(gè)樣地。

從物種數(shù)的比較看，核心區(qū)林地最多，顯著多于其余4個(gè)樣地(P<0.05)，其次是緩沖區(qū)草地，核心區(qū)草地物種數(shù)最低，但與檸條地、試驗(yàn)區(qū)草地間沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。個(gè)體數(shù)在各樣地中的比較結(jié)果則顯示緩沖區(qū)草地?fù)碛凶疃嗟膫€(gè)體數(shù)，與核心區(qū)林地沒(méi)有顯著性差異，核心區(qū)草地的群落個(gè)體數(shù)也為最低，與檸條地、試驗(yàn)區(qū)草地間沒(méi)有顯著差異。

表2 甲蟲類群和個(gè)體數(shù)量Table 2 Families and individuals of beetles captured from 5 areas in Yunwu Mountain Nature National Reserve

注：FCA,GCA,CB,GBA,GEA同表1。下同。

Note: FCA, GCA, CB, GBA, GEA same in Table 1. The same below.

表3 不同生境甲蟲科屬多樣性比較Table 3 Diversity of families and genus of the beetles from different sampling areas in Yunwu Mountain National Nature Reserves

注：同行不同小寫字母表示相同指標(biāo)不同地區(qū)間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Different lower case letters for the same parameter indicate significant difference among different areas at 0.05 level. The same below.

選取種群數(shù)量最多(所占比例>2.5%)的5種昆蟲錐步甲(Carabusglyptopterus)、文步甲(C.vladimirskyi)、白星花金龜(Potosiabrevitarsis)、赤胸長(zhǎng)步甲(Dolichushalensis)、黑緣嗡蜣螂(Onthophagusmarginalis)在各樣地中的分布情況作為指標(biāo)進(jìn)行分析,結(jié)果表明,文步甲在核心區(qū)草地、核心區(qū)林地和檸條地中的數(shù)量都是最多，且在核心區(qū)林地的顯著多于其余4個(gè)樣地(P<0.05)，緩沖區(qū)草地個(gè)體數(shù)量最大的是白星花金龜，顯著多于其余4個(gè)樣地(P<0.05)，試驗(yàn)區(qū)草地則是錐步甲占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，赤胸長(zhǎng)步甲在核心區(qū)草地和核心區(qū)林地兩個(gè)樣地?cái)?shù)量較多，而在緩沖區(qū)草地和試驗(yàn)區(qū)草地和檸條地3個(gè)樣地中有很少的分布；黑緣嗡蜣螂的分布情況與赤胸長(zhǎng)步甲剛好相反，在試驗(yàn)區(qū)草地、緩沖區(qū)草地、檸條地3個(gè)樣地中數(shù)量較多，而在核心區(qū)林地和核心區(qū)草地中幾乎沒(méi)有分布(圖1)。

3.3 不同生境甲蟲群落的多樣性

5個(gè)樣地的Shannon-Wiener指數(shù)整體都較高(表4)，由高到低為核心區(qū)林地>緩沖區(qū)草地>試驗(yàn)區(qū)草地>核心區(qū)草地>檸條地，其中核心區(qū)林地與緩沖區(qū)草地顯著高于核心區(qū)草地和檸條地(P<0.05)，檸條地除與核心區(qū)草地?zé)o顯著差異(P>0.05)外，都顯著低于其余3個(gè)樣地。均勻度指數(shù)5個(gè)樣地均處于較低水平，由高到低為核心區(qū)林地>試驗(yàn)區(qū)草地>緩沖區(qū)草地>核心區(qū)草地>檸條地，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)由高到低為緩沖區(qū)草地>試驗(yàn)區(qū)草地>核心區(qū)林地>檸條地>核心區(qū)草地，但各個(gè)樣地間均無(wú)顯著性差異，5個(gè)樣地的物種豐富度核心區(qū)林地的最高，其次為緩沖區(qū)草地，核心區(qū)草地最低，3個(gè)樣地間差異顯著(P<0.05)(表4)。

圖1 5種優(yōu)勢(shì)種在各樣地中的分布情況Fig.1 The quantitative distribution of 5 dominant species in different sampling areas

注：不同字母表示同一物種在不同樣地中分布差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lower case letters for the same species show significant difference among different sampling areas at 0.05 level.

表4 甲蟲物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和豐富度Table 4 The species diversity index, evenness index, dominance index and richness of litter-layer beetles from 5 areas in Yunwu Mountains National Nature Reserves

3.4 不同生境甲蟲群落的相似性

不同樣地之間的甲蟲群落相似性系數(shù)表明(表5)，試驗(yàn)區(qū)草地與緩沖區(qū)草地之間相似性系數(shù)為0.514 7，為中等相似水平。其他樣地之間都為中等不相似水平，核心區(qū)林地和緩沖區(qū)草地的相似度較其余樣地間高，為0.483 1，檸條地與緩沖區(qū)草地的相似性系數(shù)次之，為0.461 5，核心區(qū)草地和核心區(qū)林地的相似性最低，為0.263 9。結(jié)果表明，植被類型和干擾程度共同作用，在一定程度上決定了甲蟲的相似性。

表5 甲蟲群落的相似性系數(shù)Table 5 Similarity coefficient of the beetles communities collected from 5 areas in Yunwu Mountain National Nature Reserves

4 討論

云霧山地處中溫帶半干旱氣候區(qū)，在動(dòng)物地理區(qū)劃分上接近蒙新區(qū)和華北區(qū)的過(guò)渡地帶。從本次調(diào)查結(jié)果看，云霧山典型草原的物種多樣性高于荒漠半荒漠草原[15-16]。在類群組成上表現(xiàn)為白星花金龜(19.32%)等優(yōu)勢(shì)類群的個(gè)體數(shù)量較多，鐵甲科(Hispidae)等稀有類群(0.01%)個(gè)體數(shù)量較少，這表明該地甲蟲群落不是十分穩(wěn)定。在相似的草原生態(tài)系統(tǒng)條件下，王建芳等[6]和董俊斌[7]對(duì)河北壩上草原甲蟲的研究以及對(duì)內(nèi)蒙古草原甲蟲的研究都得出了類似的結(jié)論。由于干擾程度和植被類型的不同，不同生境甲蟲群落組成和優(yōu)勢(shì)類群差異明顯，核心區(qū)草地植被單一，蓋度高，地表植被間隙小，比較不利于地表甲蟲活動(dòng)，所以該生境的甲蟲的科、物種及個(gè)體數(shù)量明顯低于其他生境。而核心區(qū)林地是人工林下草地，生境異質(zhì)性較高，所以甲蟲群落組成和個(gè)體數(shù)量明顯高于其他生境。檸條地的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)都處于最低水平，原因可能是植被相對(duì)單一，植被蓋度較小，且該樣地鄰近村莊，人畜干擾較大。白星花金龜是玉米(Zeamays)、小麥(Triticumaestivum)、果樹(shù)、蔬菜等多種農(nóng)作物的主要害蟲，所以在廢棄農(nóng)田的緩沖區(qū)草地生境數(shù)量顯著大于其他生境。不同生境基本表現(xiàn)了不同的甲蟲群落特征。

人為干擾程度往往也是影響甲蟲群落分布的重要指標(biāo)，在5個(gè)樣地中，核心區(qū)草地處于保護(hù)區(qū)核心地帶，除了偶爾巡護(hù)員會(huì)經(jīng)過(guò)基本上沒(méi)有人為干擾，而核心區(qū)林地緊臨保護(hù)站，對(duì)其生境有一定程度的干擾，檸條地臨近人流量較大的村莊，受到的外界干擾最為嚴(yán)重，緩沖區(qū)草地和試驗(yàn)區(qū)草地兩個(gè)樣地因?yàn)榫啾Ｗo(hù)站比較遠(yuǎn)，偶爾會(huì)有村民放牧，另外橫穿保護(hù)區(qū)的公路也對(duì)兩個(gè)樣地有一定的干擾。核心區(qū)林地生物多樣性最高，而檸條地和核心區(qū)草地生物多樣性較低。

致謝：感謝寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院楊貴軍副教授幫助鑒定標(biāo)本，云霧山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理站提供試驗(yàn)場(chǎng)所以及康云、許珂同學(xué)在野外標(biāo)本采集時(shí)給予的幫助。

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(責(zé)任編輯 張瑾)

Diversity and community structure of beetles in Yunwu Mountain grassland, NingXia

WANG Zhang-xun， ZHANG Yun-hui， WANG Xin-pu
(School of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China)

In order to investigate the community structure and species diversity of beetles in five sampling areas including core grassland region, core forest region, caragana land, buffer grassland region, experimental grassland region in Yunwu Mountain National Nature Reserve of Ningxia, the survey combined pitfall trap and sweep net was conducted from June to September in 2013. A total of 8 841 beetles, belonging to 95 species from 23 families, were collected. Carabidae, Cetoniidae, Tenebrionidae, Scarabaeidae and Silphidae were dominant groups in Yunwu Mountain National Nature Reserve because Carabidae had 4 762 individuals which was maximum, accounted for 53.86%, and Cetoniidae was second maximum, accounted for 19.32%, and Tenebrionidae, Scarabaeidae and Silphidae had more individuals than other families. Both Shannon diversity index and species richness index of beetles were the highest in the core forest region which was 2.25 and 7.55, respectively. Both dominance index and species richness index were the lowest in core grassland region. Both Shannon diversity index and evenness index were the lowest in the caragana land. There were no significant difference(P>0.05) for evenness index between these five sampling sites. The similarity analysis showed that the similarity coefficient buffer area and experimental area was 0.514 7 which was moderately similar, the similarity coefficient between the others ranged from 0.25 to 0.5 which was moderately dissimilar.

community structure; beetles diversity; grassland; Yunwu Mountain

WANG Xin-pu E-mail:meloidae@126.com

10.11829j.issn.1001-0629.2014-0528

2014-11-25 接受日期：2015-02-10

教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(NCET-07-0470)；寧夏大學(xué)研究生創(chuàng)新項(xiàng)目(GIP2015019)

王章訓(xùn)(1990-),男,重慶人,在讀研究生,主要從事昆蟲分類學(xué)及多樣性研究。E-mail: 823840733@qq.com

王新譜(1973-),男,河北石家莊人, 教授,碩導(dǎo),博士,主要從事昆蟲系統(tǒng)學(xué)與多樣性研究。E-mail: meloidae@126.com

S812.29

A

1001-0629(2015)07-1156-08*

王章訓(xùn)，張?jiān)茣?huì)，王新譜.寧夏云霧山草原甲蟲群落組成與多樣性[J].草業(yè)科學(xué),2015,32(7):1156-1163.

WANG Zhang-xun,ZHANG Yun-hui,WANG Xin-pu.Diversity and community structure of beetles in Yunwu Mountain grassland,NingXia[J].Pratacultural Science,2015,32(7)：1156-1163.