河南雞公山國家級自然保護(hù)區(qū)昆蟲多樣性研究

蔡東章，王德森

(1.河南雞公山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，河南信陽 464000；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲學(xué)系，廣州 510642；3.廣東省生物農(nóng)藥創(chuàng)制與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642；4.生物防治教育部工程研究中心，廣州 510642)

雞公山自然保護(hù)區(qū)位于河南省信陽市南部李家寨鎮(zhèn)境內(nèi)的豫鄂兩省交界處，地理坐標(biāo)為：114°01′～114°06′E，31°46′～31°51′N，總面積2 917 hm2。保護(hù)區(qū)地處北亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，位于世界動(dòng)物地理區(qū)劃的古北區(qū)和東洋區(qū)分界線上。區(qū)內(nèi)匯集有豐富的動(dòng)植物資源，保存著較為完整的天然次生植被和原生植物群落，是中州植物種子資源貯存庫、野生動(dòng)物的庇護(hù)所。獨(dú)特的地理位置使許多在其他地區(qū)早已滅絕的孑遺物種和一些系統(tǒng)發(fā)育上屬于原始孤立的類群被保留下來，使得該區(qū)動(dòng)植物區(qū)系具有原始古老、多方交匯、種類繁多、地理成分聯(lián)系復(fù)雜的特征，成為中原地帶不可多得的資源基因庫。

雞公山自然保護(hù)區(qū)地貌類型復(fù)雜，水熱條件優(yōu)越，森林植被多樣，食物資源豐富，為昆蟲的繁衍提供了良好的條件，已知昆蟲有18目162科1 589種，占河南昆蟲總種數(shù)的20.33%、中國昆蟲總種數(shù)的2.10%、世界昆蟲總種數(shù)的0.16%(葉永忠等，2014)。盧寶泉(1990)對雞公山保護(hù)區(qū)陸生半翅目昆蟲進(jìn)行了區(qū)系特點(diǎn)分析，探討了豫南地區(qū)在世界動(dòng)物區(qū)系中的歸屬以及雞公山地區(qū)陸生半翅目昆蟲區(qū)系形成和生態(tài)地理的特點(diǎn)。韓鳳英等(1995)對雞公山保護(hù)區(qū)采集到的蜻蜓目昆蟲進(jìn)行了報(bào)道，共采集到30種，其中18種為河南省新記錄。葉永忠等(2014)編著的《河南雞公山國家級自然保護(hù)區(qū)科學(xué)考察集》僅對雞公山區(qū)域內(nèi)所包含的昆蟲種類進(jìn)行了記載。郭振超等(2015)對雞公山保護(hù)區(qū)的蟻科昆蟲區(qū)系進(jìn)行了研究，明確了該區(qū)蟻科昆蟲區(qū)系具有典型的東洋界特征。然而，有關(guān)雞公山區(qū)域內(nèi)昆蟲群落結(jié)構(gòu)、昆蟲群落與植物群落互作關(guān)系、昆蟲區(qū)系組成、昆蟲群落多樣性等相關(guān)研究還未見報(bào)道。

為此，在本研究中，作者在河南雞公山國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)開展了昆蟲資源調(diào)查工作，旨在明確保護(hù)區(qū)內(nèi)9種植被類型中昆蟲群落的情況，初步統(tǒng)計(jì)分析群落多樣性、區(qū)系組成和群落的相似性。研究結(jié)果可以為進(jìn)一步研究雞公山自然保護(hù)區(qū)昆蟲資源狀況奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

2018年5-10月份，在雞公山自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)共采集昆蟲2 110頭。2018年5月-2019年12月對所采集的昆蟲進(jìn)行整理和鑒定。

1.2 植被類型

本研究選取了雞公山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)分布范圍廣且具有代表性的9種植被類型作為昆蟲采集地，分別是馬尾松林、落羽杉林、杉木林、闊葉混交林、針闊混交林、竹林、灌草叢、草甸和水生植被。每種植被類型選取3塊25 m×25 m標(biāo)準(zhǔn)樣地，樣地概況見表1。

表1 不同植被類型樣地概況

1.3 樣地調(diào)查

采用五點(diǎn)取樣法在晴天的10 ∶00-16 ∶00進(jìn)行昆蟲采集。具體采集方法根據(jù)昆蟲的種類、活動(dòng)能力和活動(dòng)范圍，選取網(wǎng)捕法、振枝法、掃集法和搜索法等。對27塊樣地，每月完成一輪調(diào)查。將采集到的昆蟲分類保存，帶回室內(nèi)進(jìn)行分類整理和標(biāo)本制作，然后進(jìn)行種類鑒定，并做好記錄。

1.4 昆蟲種類鑒定

昆蟲種類的鑒定主要參考《河南森林昆蟲志》(楊有乾等，1988)、《河南昆蟲志鞘翅目(一)》(祝長清，1999)、《河南直翅類昆蟲志》(王治國和張秀江，2007)、《河南蜻蜓志》(王治國，2007)、《中國蝴蝶原色圖鑒》(周堯，1999)、《中國蛾類圖鑒》(中國科學(xué)院動(dòng)物研究所，1981)、《中國天牛彩色圖鑒》(華立中等，2009)、《中國昆蟲生態(tài)大圖鑒》(張巍巍和李元?jiǎng)伲?011)等書籍。鑒定工作在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲學(xué)系完成。

1.5 昆蟲多樣性分析

昆蟲多樣性評價(jià)主要選擇以下四個(gè)指標(biāo)：物種多度(S)、物種豐富度指數(shù)(R)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(E)。計(jì)算公式如下：

物種多度(S)采用昆蟲種數(shù)S測度；

R=(S-1)/lnN，(S為昆蟲種數(shù)，N為昆蟲個(gè)體總數(shù))；

H′=-∑PilnPi，(Pi=Ni/N，Pi為群落中昆蟲i的個(gè)體數(shù)比例，Ni為群落中昆蟲i的個(gè)體數(shù)，N為昆蟲個(gè)體總數(shù))；

E=H′/lnS，(H′為多樣性指數(shù)，S為昆蟲種數(shù))。

1.6 不同植被類型中昆蟲群落相似性分析

昆蟲群落相似性采用Jaccard相似性系數(shù)(J)進(jìn)行分析。計(jì)算公式如下：

J=c/(a+b)-c，(a為A植被類型中昆蟲種數(shù)，b為B植被類型中昆蟲種數(shù)，c為A、B兩種植被類型中共有昆蟲種數(shù))。

根據(jù)Jaccard相似性系數(shù)原理判定，當(dāng)J為0～0.25時(shí)，為極不相似；當(dāng)J為0.25～0.50時(shí)，為中等不相似；當(dāng)J為0.50～0.75時(shí)，為中等相似；當(dāng)J為0.75～1.00時(shí)，為極相似。

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

所有原始數(shù)據(jù)錄入Excel 2007中，并利用該軟件對不同植被類型中的昆蟲群落多樣性指數(shù)和相似性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。采用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用單因素方差分析法和LSD多重比較法，分析不同植被類型對昆蟲群落多樣性的影響，顯著性水平設(shè)定為P=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 昆蟲群落結(jié)構(gòu)

采集的2 110頭昆蟲，經(jīng)鑒定隸屬于15目106科 880種(表2，附表1)。其中鱗翅目Lepidoptera 25科274種、鞘翅目Coleoptera 15科206種、半翅目Hemiptera 28科185種、膜翅目Hymenoptera 6科89種，分別占總種數(shù)的31.14%、23.41%、21.02%和10.11%。這4個(gè)目占科數(shù)(106科)的69.81%，占種數(shù)(880種)的85.68%。其次是直翅目Orthoptera 11科35種、蜻蜓目Odonata 5科 29種、雙翅目Diptera 5科 25種、纓翅目Thysanoptera 2科17種，分別占總種數(shù)的3.98%、3.30%、2.84%、1.93%。纓尾目Thysanura、蜚蠊目Blattaria、竹節(jié)蟲目Phasmatodea、螳螂目Mantodea、等翅目Isoptera、廣翅目Megaloptera和脈翅目Neuroptera等7個(gè)目的種類較少，均小于10種。

表2 雞公山自然保護(hù)區(qū)昆蟲群落結(jié)構(gòu)

2.2 不同植被類型的昆蟲多樣性

對雞公山自然保護(hù)區(qū)9種不同植被類型中昆蟲多樣性特征進(jìn)行比較分析，結(jié)果如表3所示。不同植被類型中物種豐富度指數(shù)排序?yàn)椋横橀熁旖涣?闊葉混交林>馬尾松林>灌草叢>落羽杉林>杉木林>草甸>水生植被>竹林；其中，兩種混交林顯著高于其他7種植被類型，且兩者之間沒有顯著差異；馬尾松林、灌草叢、落羽杉林、杉木林4種植被類型中物種豐富度指數(shù)較高；草甸、水生植被和竹林中較低，特別是水生植被和竹林顯著低于其他植被類型。物種多度排序?yàn)椋横橀熁旖涣?灌草叢>闊葉混交林>馬尾松林>杉木林>草甸>落羽杉林>竹林>水生植被；針闊混交林、灌草叢、闊葉混交林和馬尾松林中昆蟲物種數(shù)均超過411種，顯著其他植被類型。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)排序?yàn)椋横橀熁旖涣?馬尾松林>灌草叢>闊葉混交林>杉木林>水生植被>落羽杉林>竹林>草甸；針闊混交林中昆蟲Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最高，與馬尾松林和灌草叢的差異不顯著，與其他6種植被類型差異達(dá)到顯著水平；只有草甸顯著低于其他植被類型。均勻度指數(shù)排序：闊葉混交林>針闊混交林>馬尾松林>水生植被>灌草叢>落羽杉林>杉木林=竹林>草甸；且闊葉混交林、針闊混交林、馬尾松林、水生植被、灌草叢中昆蟲均勻度顯著高于杉木林、竹林和草甸；落羽杉林居中，與其他8種植被類型的差異均不顯著。

表3 不同植被類型中昆蟲群落多樣性特征

2.3 昆蟲區(qū)系成分

對昆蟲區(qū)系分析發(fā)現(xiàn)，雞公山自然保護(hù)區(qū)古北種昆蟲最豐富有372種，占總數(shù)的42.26%；其次是東洋種269種，占30.57%；廣布種最少，有239種，占27.15%。詳見表4。

表4 雞公山自然保護(hù)區(qū)昆蟲區(qū)系成分

2.4 昆蟲群落組成的相似性

雞公山自然保護(hù)區(qū)9種主要植被類型中昆蟲群落組成的Jaccard相似性系數(shù)如表5所示。馬尾松林與其他植被類型的昆蟲群落組成相似性均不高，僅與針闊混交林達(dá)到中等相似水平，Jaccard相似性系數(shù)為0.53；落羽杉林與其他植被類型的Jaccard相似性系數(shù)全部<0.50，除竹林外(J=0.19)，全部為中等不相似；杉木林與兩種混交林中等相似，與其他植被類型全部為中等不相似；兩種混交林與其他植被類型大多為中等相似，兩種混交林的Jaccard相似性系數(shù)為0.80，達(dá)到極相似水平；竹林除了與針闊混交林中等相似(J=0.53)外，與其他植被類型全部為中等不相似或極不相似；灌草叢與兩種混交林、草甸、水生植被達(dá)到中等相似水平；草甸、水生植被與其他植被類型多為中等不相似或極不相似。

表5 不同植被類型昆蟲群落相似性比較

3 結(jié)論與討論

本次調(diào)查共采集到15目106科880種昆蟲，其中鱗翅目、鞘翅目和半翅目昆蟲較多，與這 3個(gè)目物種數(shù)量較多一致。石蛃目、長翅目和襀翅目在雞公山也有分布(葉永忠等，2014)，但本次尚未采集到。本調(diào)查設(shè)計(jì)樣地涵蓋保護(hù)區(qū)大部分植物種類、生境和地形，但由于時(shí)間短、采集方法不夠全面、沒有開展夜出性昆蟲調(diào)查等因素，只采集到880種，占分布總數(shù)1 589種(此數(shù)據(jù)是葉永忠等在保護(hù)區(qū)及其周邊地區(qū)采取普查的方式采集的種類數(shù)，包括大量農(nóng)業(yè)昆蟲)的55.38%。雞公山地處北亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，一些種類雖有分布，但種群數(shù)量較少，是沒有采集到的另一個(gè)因素。我們將進(jìn)一步豐富采集手段、延長采集時(shí)間段，采取多角度、分類別進(jìn)行昆蟲多樣性分析研究。

許多研究表明，植被類型越復(fù)雜，昆蟲群落多樣性越高(馬國強(qiáng)和劉賢謙，2007；張飛萍和尤民生，2007；徐鄭周等，2010)，本研究結(jié)果符合這一規(guī)律。針闊混交林、闊葉混交林和灌草叢中昆蟲群落多樣性的各項(xiàng)指標(biāo)均較高，與這3類林地中豐富的植物種類密切相關(guān)。馬尾松林中昆蟲群落多樣性指標(biāo)與上述3類林地沒有明顯差異，可能是因?yàn)殡u公山保護(hù)區(qū)馬尾松純林多在陽坡，林內(nèi)灌草種類豐富、蓋度較大。以上4種林地中地面腐殖層較厚、土壤疏松，為各類昆蟲的取食、棲息、繁殖提供了良好的自然條件。落羽杉林、杉木林和竹林中昆蟲群落多樣性的各項(xiàng)指標(biāo)較低是因?yàn)檫@3類林地的郁閉度都大于0.6，而且落羽杉林和竹林多在陰坡、低洼處，不利于植物和昆蟲的棲息、繁殖。因此，分析植被類型對昆蟲群落多樣性的影響時(shí)，不僅要考慮樹種及混交類型，林下植被對昆蟲群落結(jié)構(gòu)的作用也不可忽視(劉哲強(qiáng)等，2015)。

昆蟲群落特征指數(shù)是反映群落結(jié)構(gòu)水平的重要依據(jù)，不僅代表了群落的多樣性、豐富度、均勻度等，也在一定程度上體現(xiàn)了其所處地理環(huán)境、生存環(huán)境及林分狀況等條件(孫儒泳，2001)。因此保護(hù)和發(fā)展混交林、適時(shí)開展撫育間伐、改善林間衛(wèi)生環(huán)境等措施，有助于增強(qiáng)保護(hù)區(qū)林分整體健康狀況，進(jìn)而提高昆蟲群落多樣性，也是維護(hù)生態(tài)平衡，提升森林自然控害潛能、預(yù)防森林蟲害成災(zāi)的重要措施。

昆蟲區(qū)系分析結(jié)果符合雞公山地處位置的實(shí)際情況，古北種372種，稍多于東洋種269種。若不計(jì)廣布種，雞公山保護(hù)區(qū)昆蟲區(qū)系成分中古北種和東洋種相差不大，分別占58.03%和41.97%。因此，雞公山保護(hù)區(qū)適合開展昆蟲資源調(diào)查研究，能在較小的區(qū)域內(nèi)采集到更多種類的昆蟲，大大提高研究效率。

在昆蟲群落相似性方面，總體上兩種混交林與其他森林類型的相似性較高，而竹林、草甸和水生植被與其他森林類型的相似性較低，且多數(shù)接近或達(dá)到極不相似水平。各森林類型中昆蟲群落存在差異，說明不同森林類型中都有對棲息地環(huán)境要求較為嚴(yán)格的特異性昆蟲(金文斌等，2015)。本文僅從數(shù)量上對不同森林類型中昆蟲群落的相似性進(jìn)行了初步研究，下一步可對不同森林類型中特異性種類進(jìn)行深入調(diào)查，進(jìn)一步研究昆蟲與寄主植物、棲息環(huán)境的相互關(guān)系等，為分析保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的變化規(guī)律提供科學(xué)依據(jù)。