白龍江沙灘公益林保護(hù)區(qū)不同撫育措施對(duì)地表甲蟲多樣性的影響

李丹春，劉長(zhǎng)仲，曹秀文，付作霖

( 1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州　730070；2.甘肅省白龍江林管局林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 蘭州　730000)

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白龍江沙灘公益林保護(hù)區(qū)不同撫育措施對(duì)地表甲蟲多樣性的影響

李丹春1,2，劉長(zhǎng)仲1，曹秀文2，付作霖2

( 1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州730070；2.甘肅省白龍江林管局林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 蘭州730000)

【目的】 對(duì)白龍江沙灘公益林保護(hù)區(qū)地表甲蟲的群落組成和多樣性進(jìn)行研究，為保護(hù)區(qū)生態(tài)恢復(fù)的撫育措施提供參考.【方法】 在林區(qū)內(nèi)選擇修枝、割灌、間伐及對(duì)照4個(gè)不同撫育措施的人工云杉林地，采用巴氏罐誘法進(jìn)行誘集地表甲蟲，對(duì)其物種組成及多樣性變化進(jìn)行比較分析.【結(jié)果】 共采集甲蟲標(biāo)本543號(hào)，隸屬17科.其中步甲科個(gè)體數(shù)量最多，占總數(shù)的33.89%，是該地區(qū)地表甲蟲的優(yōu)勢(shì)類群，隱翅蟲科次之，占32.23%，球蕈甲科的個(gè)體數(shù)量占10.31%.大多數(shù)科的物種數(shù)在不同撫育措施沒有顯著差異，而步甲科、隱翅蟲科等在不同撫育措施下分布有顯著差異.間伐區(qū)甲蟲個(gè)體數(shù)量最多，與修枝區(qū)、割灌區(qū)及對(duì)照區(qū)差異極顯著(P<0.01).未經(jīng)過撫育措施的對(duì)照區(qū)甲蟲個(gè)體數(shù)量最少，多樣性最低，種類貧乏，物種分布不均勻.多樣性指數(shù)在修枝區(qū)最高，與間伐區(qū)、割灌區(qū)差異不顯著，與對(duì)照區(qū)差異顯著(P<0.05).物種豐富度在間伐區(qū)最高，與對(duì)照區(qū)差異顯著(P<0.05)，但與修枝區(qū)、割灌區(qū)差異不顯著.【結(jié)論】 保護(hù)區(qū)內(nèi)地表甲蟲群落的物種多樣性與不同撫育措施密切相關(guān)，在對(duì)保護(hù)區(qū)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)時(shí)，采取合理有效的間伐撫育措施，將有助于提高該地區(qū)地表甲蟲的物種多樣性.

地表甲蟲；多樣性；人工云杉林；撫育措施；沙灘公益林

白龍江沙灘公益林保護(hù)區(qū)位于甘肅省南部，甘南藏族自治州舟曲縣境內(nèi)，是甘肅省重要的森林生態(tài)屏障.該區(qū)位屬于長(zhǎng)江水系嘉陵江支流的白龍江上、中游.海撥2 360～2 480 m，氣候以北溫帶高寒濕潤為主，大地構(gòu)造以強(qiáng)烈侵蝕切割形成的西部高山峽谷地貌為主，屬秦嶺褶皺帶西端，年降水量448.9～911.6 mm，年平均氣溫4.3～5.7 ℃.植被類型主要以云、冷杉等亞高山針葉林為主.

白龍江林區(qū)歷史上由于過度亂砍濫伐，大面積的針闊混交林退化為落葉闊葉灌叢，生物多樣性受到破壞，水土流失嚴(yán)重，泥石流災(zāi)害頻繁.長(zhǎng)期以來，云杉林作為用材林經(jīng)營，80年代后期，開始應(yīng)用粗枝云杉(PiceaasperataMast.)、青海云杉(PiceacrassifoliaKom.)等大規(guī)模植被恢復(fù)試驗(yàn)[1]，1998年實(shí)施天保工程后，人工林已從單純的用材林轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)公益林.撫育措施是一項(xiàng)重要的森林經(jīng)營措施，不同于一般的森林采伐方式，包括修枝、割灌、間伐等營林措施.由于保護(hù)區(qū)實(shí)施天保工程來，生態(tài)公益林禁止任何人工采伐及營林措施，保護(hù)區(qū)內(nèi)的林木樹種單一，郁閉度逐年增大，光合效率低，造成樹勢(shì)衰弱.為了有效地實(shí)現(xiàn)其生態(tài)效益最大化，研究如何優(yōu)化人工云杉林群落結(jié)構(gòu)、維持生態(tài)系統(tǒng)多樣性已成為白龍江林業(yè)管理部門的當(dāng)務(wù)之急.

昆蟲是陸地生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)種，它們壽命短，分布廣，生活史復(fù)雜，對(duì)生物環(huán)境和非生物環(huán)境的變化均十分敏感[2-4]，因此是生態(tài)系統(tǒng)中的指示類群.地表甲蟲是鞘翅目甲蟲的一部分，是棲息于地表最龐大、種類最豐富的昆蟲類群之一.其物種的組成及數(shù)量變化可作為重要的監(jiān)測(cè)環(huán)境變化的指標(biāo).近年來，地表甲蟲的研究已作為生物多樣性的重點(diǎn)內(nèi)容.于曉東等[5]利用地表甲蟲對(duì)不同生境變化的敏感性，成功地監(jiān)測(cè)生境和生物多樣性的變化.國內(nèi)研究大多集中在不同生態(tài)區(qū)域的植被生境類型地表甲蟲多樣性研究，如于曉東等[6-8]、冀衛(wèi)榮等[9]、張倩等[10]對(duì)自然保護(hù)區(qū)地表甲蟲多樣性的研究及李玉杰等[11]、冀衛(wèi)榮等[11]對(duì)市郊、農(nóng)業(yè)生境中地表甲蟲的研究.以上研究表明不同生境類型、農(nóng)林業(yè)活動(dòng)等人為干擾對(duì)地表甲蟲多樣性造成強(qiáng)烈影響.從人工云杉林進(jìn)行撫育的角度研究地表甲蟲多樣性的影響目前還鮮有報(bào)道.鑒于此，本研究通過對(duì)人工云杉林采取不同撫育措施后的地表甲蟲多樣性調(diào)查，探討不同生境內(nèi)的地表甲蟲特點(diǎn)，以期為當(dāng)?shù)厣锒鄻有缘拈L(zhǎng)期監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ)信息.

1　研究地點(diǎn)與方法

1.1研究地點(diǎn)

研究區(qū)位于白龍江沙灘公益林保護(hù)區(qū)境內(nèi)(E 103°57′02″～104°38′28″,N 33°13′09″～33°51′31″ )，選取的調(diào)查地點(diǎn)為沙灘科研站(修枝區(qū))、四分區(qū)(割灌區(qū))、人命池溝(間伐區(qū))、小草坡(對(duì)照區(qū))4個(gè)地區(qū)，分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示，主要的樹種為中齡林階段的人工云杉林.其中沙灘科研站林地為修枝區(qū)，即對(duì)該樣地內(nèi)的林木進(jìn)行地面至2 m以下的枝條進(jìn)行修剪，改善林內(nèi)通風(fēng)與光照狀況及林木生長(zhǎng)條件，減輕樹冠受雪壓和風(fēng)害的受災(zāi)程度，防止病蟲害蔓延；四分區(qū)林地為割灌區(qū)，對(duì)影響樹木正常生長(zhǎng)的灌木、藤蔓等進(jìn)行割除清理，以保持林內(nèi)通風(fēng)良好，為林木的生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的環(huán)境；人命池溝林地為間伐區(qū)，是在林地中伐去部分林木，增強(qiáng)保留木的生長(zhǎng)空間和營養(yǎng)面積，改變林下的光照、溫度和濕度條件，為保留的林木創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育；小草坡林地作為對(duì)照區(qū)，未進(jìn)行人工營林措施.生境內(nèi)共設(shè)置樣地12塊，每塊樣地大小設(shè)為30 m×20 m，4個(gè)調(diào)查地區(qū)分別設(shè)置3塊樣地.

1.2調(diào)查方法和標(biāo)本鑒定

主要采用巴氏罐誘法[3]進(jìn)行標(biāo)本采集與數(shù)據(jù)收集.于2014年7月～9月在各樣地內(nèi)進(jìn)行地表甲蟲群落調(diào)查.用一次性塑料水杯( 高15 cm，口徑7 cm) 作為巴氏罐誘法容器，為了避免雨水過多導(dǎo)致標(biāo)本流失，在距杯上沿2 cm處對(duì)稱打4個(gè)小孔，直徑約0.3 cm.每塊樣地內(nèi)設(shè)60個(gè)誘杯，采用“Z”形取樣法，間距為1.5 m，引誘劑為醋、糖、醫(yī)用酒精和水的混合物，質(zhì)量比為2∶1∶1∶20，每個(gè)誘杯內(nèi)放引誘劑40～60 mL，誘杯放置時(shí)間為4 d.每?jī)商煺{(diào)查一次，同時(shí)結(jié)合掃網(wǎng)采集、吸蟲管、堆積誘集等采集方法進(jìn)行全面的標(biāo)本采集與數(shù)據(jù)收集，將采集到的地表甲蟲標(biāo)本帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行針插標(biāo)本制作，并附采集信息，最后進(jìn)行分類鑒定及統(tǒng)計(jì)分析.標(biāo)本鑒定主要依據(jù)相關(guān)論著[13-16]，并在有關(guān)專家的幫助下完成.

1.3數(shù)據(jù)分析

以研究區(qū)樣地內(nèi)的地表甲蟲數(shù)量分布及科級(jí)組成為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)每60個(gè)誘杯2 d內(nèi)捕獲的甲蟲數(shù)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，從地表甲蟲科級(jí)水平的豐富度、多樣性、個(gè)體數(shù)量及均勻度對(duì)地表甲蟲進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[16].

物種豐富度采用物種數(shù)(S)測(cè)度.

均勻度分析采用Pilou指數(shù)， 即：J=H′/lnS，式中，J為均勻度，S為物種數(shù).

以Jaccard相似性公式計(jì)算不同區(qū)域間的相似性系數(shù)[16]，Q=c/a+b-c，a和b分別為兩個(gè)區(qū)域甲蟲群落的物種數(shù)，c為兩個(gè)區(qū)域共有的物種數(shù).不同撫育措施間地表甲蟲多樣性指數(shù)及單位捕獲量的比較，主要通過單因素方差分析(ANOVA)和最小顯著差法(LSD)進(jìn)行檢驗(yàn).以上的數(shù)據(jù)分析使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 17.0完成.

2　結(jié)果與分析

2.1甲蟲主要類群及數(shù)量

經(jīng)過分類鑒定和數(shù)量統(tǒng)計(jì)，野外采集共獲甲蟲標(biāo)本543號(hào)，分屬于17科.其中步甲科(Staphylinidae)個(gè)體數(shù)量最多，共184號(hào)，占總數(shù)的33.89%；隱翅蟲科(Staphylinidae)次之，共175號(hào)，占總數(shù)的32.23%，兩科合計(jì)占總體個(gè)數(shù)的66.12%，為該地區(qū)個(gè)體數(shù)量最豐富類群.球蕈甲科(Leiodidae)的個(gè)體數(shù)量占10.31%，葬甲科(Silphidae)、金龜科(Scarabaeidae)和閻甲科(Histeridae)的個(gè)體數(shù)量占總個(gè)體數(shù)在1%～10%，為該地區(qū)常見類群；螢葉甲亞科、瓢蟲科、叩甲科、鍬甲科、花茵科、擬瓢甲科、畫甲科、肖葉甲科8科個(gè)體數(shù)量占百分比少于1%，為該地區(qū)不常見類群(表1).此外，還有少量標(biāo)本未能鑒定，需進(jìn)一步鑒定.

表1　白龍江林區(qū)不同樣地地表甲蟲群落組成和數(shù)量Tab.1　Composition and number of ground-dwelling beetles captured in different areasin the Bailongjiang forestry

Ⅰ:修枝區(qū);Ⅱ:割灌區(qū);Ⅲ:間伐區(qū);Ⅳ:對(duì)照區(qū).

2.2不同撫育措施下地表甲蟲個(gè)體數(shù)量存在顯著差異的類群

在不同撫育措施區(qū)內(nèi)調(diào)查的地表甲蟲中，有5個(gè)科的甲蟲個(gè)體數(shù)量的分布有顯著差異(表2).步甲科是該地區(qū)的優(yōu)勢(shì)種群，在間伐區(qū)的數(shù)量最多，與修枝區(qū)、割灌區(qū)及對(duì)照區(qū)差異極顯著(P<0.01)，割灌區(qū)與修枝區(qū)差異不顯著，但割灌區(qū)和修枝區(qū)兩者與對(duì)照區(qū)都差異極顯著.隱翅蟲科的數(shù)量在割灌區(qū)最多，與修枝區(qū)、間伐區(qū)及對(duì)照區(qū)差異極顯著(P<0.01)，修枝區(qū)與間伐區(qū)差異不顯著，且與對(duì)照區(qū)差異極顯著.球蕈甲科在對(duì)照區(qū)數(shù)量最多，與修枝區(qū)及割灌區(qū)差異不顯著，與間伐區(qū)差異顯著(P<0.05).象甲科在間伐區(qū)數(shù)量最多，與修枝區(qū)和割灌區(qū)差異不顯著，與對(duì)照區(qū)差異顯著(P<0.05).露尾甲科在修枝區(qū)個(gè)體數(shù)量最大，與修枝區(qū)、割灌區(qū)和對(duì)照區(qū)差異不顯著，與割灌區(qū)差異顯著(P<0.05).

表2　不同撫育措施間地表甲蟲個(gè)體數(shù)量存在顯著差異的類群Tab.2　Abundance distribution of little-layer beetles in different intermediate-cutting

同行數(shù)據(jù)上標(biāo)不同字母表示差異顯著,*表示P<0.05，**表示P<0.01.

2.3不同撫育措施間的物種多樣性和均勻度

對(duì)不同撫育措施下的地表甲蟲進(jìn)行科級(jí)多樣性、豐富度和均勻度及個(gè)體數(shù)量分析，結(jié)果呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律.地表甲蟲的數(shù)量由未經(jīng)過撫育措施的對(duì)照區(qū)、修枝區(qū)、割罐區(qū)到間伐區(qū)依次增多(表3).

表3　不同生境間地表甲蟲的多樣性、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和個(gè)體數(shù)量比較Tab.3　Comparisons of indices of diversity,evenness,richnessd and number of individuals from different intermediate-cutting

同行數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同字母表示差異顯著,*表示P<0.05，**表示P<0.01.

間伐區(qū)個(gè)體數(shù)量最多，物種多樣性較高，種類豐富，物種分布均勻，未經(jīng)過撫育措施的對(duì)照區(qū)甲蟲個(gè)體數(shù)量最少，多樣性最低，種類貧乏，物種分布不均勻.修枝區(qū)物種多樣性最高，分布均勻.割灌區(qū)與修枝區(qū)各項(xiàng)指數(shù)均相似.經(jīng)方差分析及多重比較，甲蟲個(gè)體數(shù)量在間伐區(qū)最多，與修枝區(qū)、割灌區(qū)及對(duì)照區(qū)差異極顯著(P<0.01).多樣性指數(shù)在修枝區(qū)最高，與間伐區(qū)、割灌區(qū)差異不顯著，與對(duì)照區(qū)差異顯著(P<0.05).物種豐富度在間伐區(qū)最高，與修枝區(qū)、割灌區(qū)差異不顯著，但與對(duì)照區(qū)差異顯著(P<0.05).均勻度指數(shù)在修枝區(qū)最高，對(duì)照區(qū)較低，但4個(gè)樣地之間無顯著差異.

2.4不同撫育措施間的地表甲蟲組成相似性分析

由表4可以看出，在4種不同生境中，修枝區(qū)與割灌區(qū)、間伐區(qū)及割灌區(qū)與間伐區(qū)之間的相似性系數(shù)分別為0.387 5、0.314 8及0.320 3，均為0.25～0.50，為中等不相似水平.此外，對(duì)照區(qū)與修枝區(qū)、割灌區(qū)及間伐區(qū)3個(gè)樣地之間地表甲蟲的相似性系數(shù)在0～0.25，為極不相似水平.說明未經(jīng)過撫育措施的區(qū)域與其他區(qū)域相似性均較低，人為活動(dòng)對(duì)地表甲蟲群落組成及多樣性有較大的影響.

表4　不同撫育措施間地表甲蟲群落的相似性系數(shù)(q值)Tab.4　Similarity coefficient (q) of the litter-layer beetle communitie scollected from different intermediate-cutting

q值在0.25～0.5，表示中等不相似水平，q值小于0.25，表示極不相似水平.

3　討論與結(jié)論

白龍江沙灘公益林保護(hù)區(qū)人工云杉林地表甲蟲的群落組成中，步甲科和隱翅蟲科個(gè)體數(shù)量最多，分別占總數(shù)的33.89%、32.23%，其中步甲科為該地區(qū)的優(yōu)勢(shì)種群，這與對(duì)國內(nèi)多數(shù)森林自然保護(hù)區(qū)的研究結(jié)果基本一致[5-7]，但球蕈甲科的個(gè)體數(shù)量占總數(shù)的10.31%，與其他研究結(jié)果不同.在未進(jìn)行人工撫育措施的小草坡對(duì)照區(qū)，兩種優(yōu)勢(shì)種群數(shù)量卻很少，說明人工云杉林經(jīng)過人工撫育措施后，地表甲蟲種類及數(shù)量有很大程度增加，有利于增加林下生物多樣性的群落結(jié)構(gòu)，并且通過合理的采伐林木，更能體現(xiàn)地表甲蟲多樣性的變化，這與人類活動(dòng)的適度干擾可以提高環(huán)境的空間異質(zhì)性，能夠?yàn)榈乇砑紫x提供不同的棲息環(huán)境，從而豐富了地表甲蟲的多樣性相一致[18-19].小草坡對(duì)照區(qū)未經(jīng)人為撫育措施，林內(nèi)郁閉度低，自然情形下的林下植被少，但小草坡地區(qū)的地表甲蟲數(shù)量及種類都與其他地區(qū)存在顯著性差異，如何解釋這種結(jié)果，有待今后進(jìn)一步的調(diào)查來證實(shí).

樣地的個(gè)體數(shù)量最多，物種豐富，多樣性指數(shù)高，對(duì)其多樣性有很大影響.由調(diào)查的地表甲蟲多樣性及均勻度可看出，經(jīng)過撫育措施樣地的甲蟲個(gè)體數(shù)量多，物種多樣性，豐富度及均勻度均高于未進(jìn)行撫育措施的對(duì)照區(qū)，說明撫育措施對(duì)地表甲蟲物種組成及多樣性有重要影響.間伐區(qū)的個(gè)體數(shù)量最多，物種豐富，多樣性指數(shù)高，對(duì)物種多樣性影響很大.本研究地表甲蟲多樣性研究基于科級(jí)水平，未做到物種水平，為證實(shí)上述結(jié)果，還需進(jìn)一步深入研究.

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(責(zé)任編輯趙曉倩)

Effect of different intermediate-cutting on ground-dwelling beetles diversity in bailongjiang shatan public welfare forest reserve

LI Dan-chun1,2,LIU Chang-zhong1,CAO Xiu-wen2，F(xiàn)U Zuo-lin2

( 1.College of Pratacultural Science,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Institute of Forestry,Bailongjiang Forestry Management Bureau,Lanzhou 730000,China)

【Objective】 The community composition and diversity of ground beetles were studied in Shatan public welfare forest of Bailongjiang,which provides reference for the ecological restoration of protected areas.【Method】 Four pitfall traps were used in the forest land which use different tending measures reserve to research the community composition or diversity of ground-dwelling beetles.【Result】 This research collected 543 samples,belong to 17 families.There were the most species inCarabidaeandStaphylinidae,with 33.89%,32.23% of the total beetle,Leiodidaewith 10.31% of total.Carabidaewas dominant population of beetles in researching area.Most of the samples did not formed dominant populations of beetle in researching area exceptCarabidaeandStaphylinidaefamilies.The population of the beetle which in the thinning plots was much huger than the pruning plots,cutting brush plots and control plots (P<0.01).The population of the beetle in the no tending measures area was the minimum,also with the situation of the lowest diversity,lacking species and maldistribution of the species.The index of the diversity was the highest in pruning plots,but not as remarkable as thinning plots and cutting brush plots except for control plots (P<0.05).The diversity of the species was the highest in the thinning plots which had significant difference with control plots (P<0.05) except for pruning plots and cutting brush plots.【Conclusion】 The result shows all these indicated,different intermediate-cutting effected diversity of beetle populations in forest reserves.During the ecological restoration,taking the effective and reasonable thinning measures will help to maintain or increase the species diversity of ground-dwelling beetles.

ground-dwelling beetles;diversity;PiceaasperataMast.;intermediate-cutting;Shatan public welfare forest

李丹春(1987-)，男，碩士研究生，主要從事森林病蟲害防治研究工作.E-mail:lidanchun@yeah.net

劉長(zhǎng)仲，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事昆蟲生態(tài)、有害生物綜合治理等方面的研究.E-mail:liuchzh@gsau.edu.cn

甘肅省科技計(jì)劃“甘肅省亞高山人工云杉林結(jié)構(gòu)優(yōu)化及功能恢復(fù)模式研究”(144FKCK072).

2015-04-16；

2015-05-05

S 753

A

1003-4315(2016)04-0065-05