樣方法和Winkler分離法在西雙版納半常綠季雨林螞蟻多樣性研究中的運用

甘 田， 徐正會，羅叢鳳，崔文夏， 劉 霞

(1.西南林業(yè)大學(xué)生物多樣性保護與利用學(xué)院/云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點實驗室，云南 昆明 650224；2. 肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東 肇慶 526000)

樣方法和Winkler分離法在西雙版納半常綠季雨林螞蟻多樣性研究中的運用

甘 田1,2， 徐正會1*，羅叢鳳1，崔文夏1， 劉 霞1

(1.西南林業(yè)大學(xué)生物多樣性保護與利用學(xué)院/云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點實驗室，云南 昆明 650224；2. 肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東 肇慶 526000)

【目的】為了深入揭示中國西雙版納地區(qū)半常綠季雨林的螞蟻多樣性?！痉椒ā坎捎脴臃椒ê蚖inkler法分別調(diào)查了該植被類型的螞蟻群落?！窘Y(jié)果】旱季半常綠季雨林的螞蟻群落包括7亞科、43屬、106種，其中優(yōu)勢種2個(西氏擬毛蟻PseudolasiussilvestriiWheeler、亮紅大頭蟻PheidolefervidaSmith)，常見種14個，稀有種90個?！窘Y(jié)論】中國熱帶地區(qū)螞蟻多樣性水平很高，目前的調(diào)查很不充分，亟待開展更多深入細(xì)致的研究。在熱帶雨林地區(qū)5個樣方適合做快速調(diào)查，做充分調(diào)查至少需要10個樣方。樣方法和Winkler法各有利弊，但是樣方法可以采獲更多的螞蟻物種，建議在今后的調(diào)查中把兩種方法結(jié)合起來。

螞蟻；多樣性；熱帶雨林；樣方法；Winkler分離法

【研究意義】螞蟻隸屬于昆蟲綱Insecta、膜翅目Hymenoptera、蟻科Formicidae，是一類常見的社會性昆蟲，全球已記載17亞科、334屬、13,217種[1]。螞蟻的生物量大，具有改良土壤、傳播植物種子、幫助植物授粉、消耗小型動物尸體、控制害蟲等功用[2-4]。螞蟻還可以減少植食性動物對植物的傷害和取食，提高種子產(chǎn)量和質(zhì)量，提高植物的競爭優(yōu)勢[5]。云南省西雙版納地區(qū)地處北回歸線以南，具有比較典型的熱帶氣候，是中國目前保存熱帶雨林最多的地方。加之地貌復(fù)雜，小氣候多樣，是中國目前已知螞蟻區(qū)系最豐富的地區(qū)?！厩叭搜芯窟M展】根據(jù)徐正會等人在西雙版納自然保護區(qū)螞蟻物種多樣性研究中所獲半常綠季雨林螞蟻物種最豐富的結(jié)果[3]?！颈狙芯壳腥朦c】于2012年3月采用樣方法和Winkler分離法分別對該植被亞型的螞蟻多樣性開展了更深入的調(diào)查研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】旨在全面揭示該植被亞型的螞蟻群落結(jié)構(gòu)、多樣性特征和多樣性指標(biāo)累計曲線，并比較2種方法的優(yōu)劣，為中國熱帶地區(qū)螞蟻多樣性調(diào)查和保護提供參考。

表1 西雙版納半常綠季雨林螞蟻多樣性調(diào)查樣地概況

1 材料與方法

1.1 樣地概況

調(diào)查樣地位于云南省西雙版納傣族自治州勐臘縣尚勇鄉(xiāng)曼莊村，森林類型為熱帶雨林的半常綠季雨林亞型，主要由熱帶常綠樹種組成，群落外貌基本上終年常綠，但在旱季出現(xiàn)少量落葉成分。在典型的半常綠季雨林內(nèi)設(shè)置樣地，分別采用樣方法和Winkler分離法在樣方內(nèi)取樣調(diào)查。其中樣方法合計調(diào)查12個樣方，每個樣方大小1 m×1 m，樣方間距10 m，沿坡面取樣； Winkler分離法合計調(diào)查20個樣方，每個樣方大小2 m×2 m，樣方間距為10 m，沿坡面取樣。樣地概況見表1。

1.2 調(diào)查方法

1.2.1 樣方法 在每個1 m×1 m樣方內(nèi)，先用小鏟仔細(xì)檢查地表層螞蟻個體和蟻巢，捕捉全部零散個體。發(fā)現(xiàn)蟻巢時，先將整個蟻巢鏟入白色塑料盤內(nèi)，將土塊敲碎攪勻，根據(jù)蟻巢個體數(shù)量從盤內(nèi)樣品中劃出1/2、1/4、1/8、1/16或1/32份統(tǒng)計數(shù)量，再采集30頭標(biāo)本，書寫標(biāo)簽。地表樣調(diào)查完畢后，先清除地表的地被物，再用小手鎬挖掘土壤層，深度20 cm，仔細(xì)檢查蟻巢、零散個體并采集標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)蟻巢時統(tǒng)計個體數(shù)量并采集30頭標(biāo)本。最后用1塊2 m×2 m的白色幕布平置于樣方之上，振動地表以上5 m范圍內(nèi)的小喬木和灌木，捕捉震落于幕布上的全部螞蟻個體。采集到的標(biāo)本均保存于盛有95 %乙醇或無水乙醇的凍存管內(nèi)，帶回實驗室進行整理[3]。

1.2.2 Winkler分離法 在每個2 m×2 m樣方內(nèi)，用手鈀將全部地被物及螞蟻等小型動物快速收集到孔徑0.2cm的篩網(wǎng)內(nèi)，篩出的地被物碎屑及其攜帶的螞蟻等小型動物轉(zhuǎn)移至布袋中，書寫標(biāo)簽，扎緊袋口，帶回宿營地分離標(biāo)本。在宿營地，將布袋內(nèi)的碎屑及其攜帶的螞蟻等小型動物樣品分裝到有網(wǎng)眼的方形網(wǎng)袋內(nèi)，懸掛于Winkler袋中，再將Winkler袋上口扎緊固定、懸掛起來，袋子下口收攏并固定1個盛有少量95 %乙醇或無水乙醇的塑料杯，讓從地被物內(nèi)鉆出的螞蟻等小型動物落入其中，懸掛72 h后，將收集到的標(biāo)本保存于凍存管等容器中，書寫標(biāo)簽，帶回實驗室進行整理[6]。

1.3 標(biāo)本整理和鑒定方法

在實驗室內(nèi)，根據(jù)“同種形態(tài)相同”和“同種同巢”原則對螞蟻標(biāo)本進行歸類、編號，將每號標(biāo)本中的9頭制作成三角紙干制標(biāo)本用于鑒定，其余個體用95 %乙醇或無水乙醇浸漬保存。依據(jù)相關(guān)分類文獻[3,7-10]，采用形態(tài)分類方法將螞蟻標(biāo)本逐一鑒定到種，然后進行統(tǒng)計分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

1.4.1 優(yōu)勢種、常見種、稀有種的確定 依據(jù)各個物種的個體數(shù)占全部物種個體總數(shù)的百分比確定：>10 %為優(yōu)勢種，以A表示；1 %～10 %為常見種，以B表示；<1 %為稀有種，以C表示[3,11]。

1.4.2 優(yōu)勢度指數(shù) 根據(jù)Simpson優(yōu)勢度公式計算優(yōu)勢度指數(shù)[11-13]，即：

式中：Pi=Ni/N，Ni是指第i個物種的個體數(shù)，N是S個物種的總個體數(shù)。

1.4.3 多樣性指數(shù) 根據(jù)Shannon-Wiener多樣性公式計算物種多樣性指數(shù)[11-13]，即：

式中：Pi=Ni/N，Ni是指第i個物種的個體數(shù)，N是S個物種的總個體數(shù)。

1.4.4 均勻度指數(shù) 根據(jù)Pielou均勻度公式計算均勻度指數(shù)[11-13]，即：

E=H/ lnS

式中：H是Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，S是物種數(shù)目。

1.4.5 多樣性指標(biāo)累積曲線 物種累積曲線(Species accumulation curves)用于描述隨著抽樣量的加大物種增加的趨勢，是了解調(diào)查樣地物種組成和預(yù)測物種豐富度的有效工具，在生物多樣性和群落調(diào)查中被廣泛用于抽樣量充分性的判斷和物種豐富度(Species richness)估計[5,13]。運用EstimateS軟件計算物種累積曲線，并通過Excel繪圖功能繪制曲線，以便提高生物多樣性和群落調(diào)查中抽樣的科學(xué)性[15]。

以抽樣量作為橫坐標(biāo)，以物種數(shù)目作為縱坐標(biāo)，將每一抽樣量所對應(yīng)的物種數(shù)目在坐標(biāo)系中標(biāo)出并連起來，就得到了一條曲線，即物種累積曲線。個體密度、優(yōu)勢度指數(shù)、均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)累積曲線與物種累積曲線的做法相同，以抽樣量作為橫坐標(biāo)，以各項指標(biāo)累積值作為縱坐標(biāo)，將每一抽樣量所對應(yīng)的各項指標(biāo)累積值在坐標(biāo)系中標(biāo)出并連起來，就得到了多樣性指標(biāo)累積曲線。通過各項指標(biāo)的變化趨勢，可以判斷抽樣量是否充分。

2 結(jié)果與分析

2.1 群落結(jié)構(gòu)分析

采用樣方法和Winkler分離法調(diào)查西雙版納半常綠季雨林螞蟻群落，合計調(diào)查螞蟻8 582頭，隸屬于7亞科、43屬、106種。其中優(yōu)勢種2個：西氏擬毛蟻(PseudolasiussilvestriiWheeler)、亮紅大頭蟻(PheidolefervidaSmith)，占物種總數(shù)的1.88 %；常見種14個，占物種總數(shù)的13.21 %；稀有種90個，占物種總數(shù)的84.91 %。

采用樣方法調(diào)查4塊樣地、12個樣方，合計調(diào)查螞蟻7 176頭，隸屬于7亞科、35屬、82種。其中優(yōu)勢種2個：西氏擬毛蟻、亮紅大頭蟻，占物種總數(shù)的2.43 %；常見種11個，占物種總數(shù)的13.41 %；稀有種69個，占物種總數(shù)的84.14 %。

采用Winkler分離法調(diào)查4塊樣地、20個樣方，合計調(diào)查地表螞蟻1 406頭，隸屬于5亞科、31屬、68種。其中優(yōu)勢種3個：粗隆頭蟻(StrumigenysstrygaxBolton)、東方小家蟻(MonomoriumorientaleMayr)、寬結(jié)小家蟻(MonomoriumlatinodeMayr)，占物種總數(shù)的4.41 %；常見種18個，占物種總數(shù)的26.47 %；稀有種47個，占物種總數(shù)的69.12 %。

本次調(diào)查中，2種方法均采獲的螞蟻有44種，這些種類在地表、地被物內(nèi)、土壤內(nèi)、樹冠上均有活動，且數(shù)量較多，更容易被采獲。僅在樣方法中采獲的螞蟻有38種，這些螞蟻種類除棲息于地表和地被物內(nèi)，還棲息于土壤中和樹冠上，用Winkler分離法未能采獲。僅在Winkler分離法中采獲的螞蟻有24種，這些螞蟻種類主要在地表和地被物內(nèi)活動，與樣方法相比，Winkler分離法有更多機會采到這些種類。

2.2 多樣性指標(biāo)累積曲線分析

2.2.1 物種累積曲線 從圖1看出，2種調(diào)查方法所獲物種累計曲線均隨樣方數(shù)增加而增加，但樣方法采獲的物種數(shù)一直大于Winkler分離法，且隨著樣方數(shù)增加，差距加大，表明樣方法可以調(diào)查到更多的螞蟻物種。樣方法所獲物種數(shù)從M1至M1～M6快速上升，從M1～M6至M1～M10緩慢上升，至M1～M11物種數(shù)趨于飽和，表明此時抽樣量充分。Winkler分離法所獲物種數(shù)從W1至W1～W8不等速快速上升，從W1～W8至W1～W10輕微上升并趨于飽和，表明此時抽樣量比較充分。

2.2.2 個體密度累積曲線 從圖2看出，2種調(diào)查方法所獲個體密度累計曲線變化規(guī)律極不相同，樣方法所獲個體密度遠(yuǎn)大于Winkler分離法，且變化波動很大；Winkler分離法所獲個體密度變化平穩(wěn)，遠(yuǎn)低于樣方法。表明樣方法可以調(diào)查到更多的螞蟻個體，尤其是土壤內(nèi)和樹冠上棲息的螞蟻，同時看出樣方法在個體密度調(diào)查中表現(xiàn)出較大的偶然性。樣方法從M1至M1～M2個體密度出現(xiàn)躍升，之后波動下跌，當(dāng)樣方數(shù)為M1～M12時仍未見飽和，表明抽樣量尚不充分。Winkler分離法從W1至W1～W2個體密度明顯上升，之后小幅上揚或下跌，但是總體波動不大，說明樣方數(shù)達到W1～W10時抽樣量已經(jīng)比較充分。

圖1 西雙版納半常綠季雨林螞蟻物種累積曲線Fig.1 Ant species accumulation curves in semi-evergreen monsoon forest at Xishuangbanna

2.2.3 多樣性指數(shù)累積曲線 從圖3看出，2種調(diào)查方法所獲多樣性指數(shù)累計曲線變化規(guī)律相似，但是Winkler分離法所獲多樣性指數(shù)一直大于樣方法，且總體變化趨勢比較平穩(wěn)，表明地表和地被物內(nèi)螞蟻物種的個體分配相對均衡，提高了地表螞蟻群落的多樣性。樣方法的多樣性指數(shù)從M1至M1～M2急劇下跌，之后不等速上升，至M1～M7時小幅下跌，至M1～M10時趨于飽和，表明此時抽樣量充分。Winkler分離法的多樣性指數(shù)從W1至W1～W6保持小幅波動上升，之后保持連續(xù)緩慢上升，至W1～W12時趨于飽和，表明此時抽樣量充分。

2.2.4 均勻度指數(shù)累積曲線 從圖4看出，2種調(diào)查方法所獲均勻度指數(shù)累計曲線總體相似，隨著樣方數(shù)增加，均勻度指數(shù)先下跌，然后上升，再下跌，然后趨于平穩(wěn)；但是Winkler分離法所獲均勻度指數(shù)明顯大于樣方法，表明地表和地被物內(nèi)棲息的螞蟻物種個體分配比較均衡。樣方法的均勻度指數(shù)從M1至M1～M2大幅下跌，之后不等速上升，在M1～M7小幅下跌，至M1～M9趨于飽和，表明此時抽樣量充分。Winkler分離法的均勻度指數(shù)從W1至W1～W2明顯下跌，然后小幅上揚，W1～W3之后小幅下跌或上升，但變幅不大，至W1～W10趨于飽和，表明此時抽樣量充分。

圖3 西雙版納半常綠季雨林螞蟻多樣性指數(shù)累積Fig.3 Ant diversity index accumulation curves in semi-evergreen monsoon forest at Xishuangbanna

圖4 西雙版納半常綠季雨林螞蟻均勻度指數(shù)累積Fig.4 Ant evenness index accumulation curves in semi-evergreen monsoon forest at Xishuangbanna

圖5 西雙版納半常綠季雨林螞蟻優(yōu)勢度指數(shù)累積Fig.5 Ant predominant index accumulation curves in semi-evergreen monsoon forest at Xishuangbanna

2.2.5 優(yōu)勢度指數(shù)累積曲線 從圖5看出，2種調(diào)查方法所獲優(yōu)勢度指數(shù)累計曲線總體相似，與多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)累計曲線變化規(guī)律相反，且樣方法所獲優(yōu)勢度指數(shù)大于Winkler分離法，表明包括地表樣、土壤樣、樹冠樣在內(nèi)的螞蟻群落具有較高的優(yōu)勢度，其中大量蟻巢個體的發(fā)現(xiàn)起到關(guān)鍵抬升作用；而只包括地表和地被物的螞蟻群落其物種個體分配比較均衡，具有較低的優(yōu)勢度和較高的均勻度。樣方法的優(yōu)勢度指數(shù)從M1至M1～M2急劇上升，之后不等速下跌，至M1～M7時輕度上升，至M1～M9趨于飽和，表明此時抽樣量充分。Winkler分離法的優(yōu)勢度指數(shù)從W1至W1～W2輕度上升，之后不等速小幅下跌，至W1～W9時輕度上升，至W1～W10趨于飽和，表明此時抽樣量充分。

3 討 論

在西雙版納地區(qū)包括半常綠季雨林在內(nèi)的各種植被類型中，已經(jīng)查明螞蟻326種[3,16]。通過此次深入調(diào)查，僅在旱季的半常綠季雨林中就發(fā)現(xiàn)106種螞蟻?？梢姛釒У貐^(qū)螞蟻多樣性水平很高，目前的調(diào)查仍不充分。中國的熱帶雨林范圍比較有限，分布于西藏藏族自治區(qū)墨脫縣、云南省南部和西南部、海南省和臺灣省等地，是中國螞蟻多樣性水平最高的地方，亟待開展更多深入細(xì)致的調(diào)查。

旱季徐正會等在西雙版納半常綠季雨林中發(fā)現(xiàn)45種螞蟻，優(yōu)勢種為西氏擬毛蟻[13]。本次調(diào)查也在旱季，發(fā)現(xiàn)的螞蟻物種高達106個，優(yōu)勢種為西氏擬毛蟻和亮紅大頭蟻，本次調(diào)查在物種數(shù)上遠(yuǎn)超過當(dāng)時的物種數(shù)；優(yōu)勢種西氏擬毛蟻不變，新增了亮紅大頭蟻。究其原因，徐正會等在旱季只采用樣方法一種調(diào)查方法，樣方數(shù)僅有5個，說明抽樣量不充分。

通過對比分析多樣性指標(biāo)累積曲線，發(fā)現(xiàn)不論采用樣方法還是Winkler分離法，隨著樣方數(shù)增加，物種數(shù)目、個體密度、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)各項指標(biāo)均在1～6個樣方之間出現(xiàn)較大的波動，而在6～10個樣方之間變化趨于緩和。在10個樣方之后，除了樣方法的個體密度未見飽和，其余指標(biāo)均趨于飽和，說明抽樣量充分?？梢娫跓釒в炅值貐^(qū)，如果在經(jīng)費和時間受限條件下做快速調(diào)查，5個樣方是可取的；如果做充分調(diào)查，至少需要10個樣方。

在相同的半常綠季雨林樣地中，采用樣方法采集到的螞蟻種類和數(shù)量均顯著多于Winkler分離法，而Winkler分離法所獲多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)明顯高于樣方法。進一步分析發(fā)現(xiàn)，在此次調(diào)查采獲的106種螞蟻中，有38種僅在樣方法中采獲，有24種僅在Winkler分離法中采獲，可見兩種方法各有利弊，互為補充。樣方法的優(yōu)點是調(diào)查范圍包括了地表樣、土壤樣和樹冠樣，對土壤中和樹冠上棲息的螞蟻種類和蟻巢揭示得比較清楚，而且可以把多型的工蟻、兵蟻、蟻后、雄蟻有機聯(lián)系起來，還可以揭示不同螞蟻物種的棲息場所；缺點是調(diào)查耗時較長，需要投入更多的人力和時間。Winkler分離法的優(yōu)點是外業(yè)調(diào)查省時省力，可以快速獲取較多的螞蟻物種；缺點是調(diào)查范圍主要針對地表和地被物內(nèi)棲息的螞蟻，不能采集到樹冠上和土壤內(nèi)棲息的物種，所獲螞蟻標(biāo)本是一堆混合體，不能揭示不同螞蟻物種的棲息場所和蟻巢大小，很難將同一種螞蟻不同型的個體準(zhǔn)確聯(lián)系起來，室內(nèi)物種歸類工作量較大。建議在今后的調(diào)查中把兩種方法結(jié)合起來。

4 結(jié) 論

半常綠季雨林是中國西雙版納地區(qū)螞蟻種類極豐富的植被類型之一。為了深入揭示其螞蟻多樣性，采用樣方法和Winkler分離法分別調(diào)查了該植被類型的螞蟻群落。結(jié)果表明，旱季半常綠季雨林的螞蟻群落包括7亞科、43屬、106種，其中優(yōu)勢種2個(西氏擬毛蟻、亮紅大頭蟻)，常見種14個，稀有種90個。結(jié)論認(rèn)為中國熱帶地區(qū)螞蟻多樣性水平很高，目前的調(diào)查很不充分，亟待開展更多深入細(xì)致的研究。在熱帶雨林地區(qū)5個樣方適合做快速調(diào)查，做充分調(diào)查至少需要10個樣方。樣方法和Winkler分離法各有利弊，但是樣方法可以采獲更多的螞蟻物種，建議在今后的調(diào)查中把2種方法結(jié)合起來。

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ApplicationofSample-plotandWinkler-extractionMethodstoAntDiversityInvestigationinSemi-evergreenMonsoonForestatXishuangbanna,China

GAN Tian1,2,XU Zheng-hui1*,LUO Cong-feng1,CUI Wen-xia1,LIU Xia1

(1.College of Biodiversity Conservation and Utilization, Southwest Forestry University/Key Laboratory of Forest Disaster Warning and Control in Yunnan Province, Yunnan Kunming 650224, China; 2.School of Life Science, Zhaoqing University, Guangdong Zhaoqing 526000, China)

【Objective】The diversity of ants in semi-evergreen monsoon forest at Xishuangbanna were revealed profoundly.【Method】Ant community of the vegetation type were investigated through Sample-plot method and Winkler-extraction method respectively.【Result】106 species belonging to 43 genera and 7 subfamilies of Formicidae were recognized in the ant community of semi-evergreen monsoon forest in dry season, which included 2 dominant species (PseudolasiussilvestriiWheeler andPheidolefervidaSmith), 14 common species and 90 rare ones. 【Conclusion】Ant diversity level was very high in the tropical area of our country, but the update survey was quite insufficient, therefore it needed many deep and detailed researches. In tropical rainforest area, five sample plots were suitable for rapid assessment, but at least 10 sample plots were needed for profound investigation. Both Sample-plot method and Winkler-extraction method had its merits and demerits, but more species could be obtained by Sample-plot method, we suggested to combine the two methods in the future investigation.

Ant; Diversity; Tropical rainforest; Sample-plot method; Winkler-extraction method

1001-4829(2017)12-2799-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.031

2016-09-13

國家自然科學(xué)基金項目(31260521, 39500118)；云南省森林保護學(xué)重點學(xué)科

甘 田(1994-)，女，安徽宣城人，碩士，從事森林昆蟲學(xué)研究工作，E-mail:2449135540@qq.com，*為通訊作者：徐正會， E-mail: xuzhenghui1962@163.com。

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