南京老山地區鞘翅目昆蟲多樣性及區系分析

董 雯,施筱迪,湯 亮,曹婷婷,高翠青*

(1. 南方現代林業協同創新中心,南京林業大學林學院,南京 210037;2. 贛南師范大學,江西贛州 341000;3. 上海師范大學,上海 200233;4. 張店區自然資源保障中心,山東淄博 255030)

鞘翅目Coleoptera作為昆蟲綱第一大目,是世界上昆蟲種類最為豐富的類群,目前已記載有5亞目24總科207科39萬種左右(聶瑞娥等,2019;丁強等,2022)。該目昆蟲食性復雜,許多植食性種類都是農林業生產中的重要害蟲,應進行一定的監測及防控;一些捕食性種類則作為天敵昆蟲對人類有益;部分種類具有醫藥價值,可以進行合理開發和利用(袁樹先等,2014)。

老山地區受人為干擾較少,天然次生林保存較完好,其生物多樣性與周邊生態環境息息相關(凌云等,2010)。老山地區昆蟲資源的專項研究工作已經有一些報道(李朝暉,2002;李朝暉等,2004;虞蔚巖等,2008;虞蔚巖等,2010;鐘華瀚等,2018),但研究對象局限于鱗翅目Lepidoptera和蜻蜓目Odonata。到目前為止,對該地區鞘翅目昆蟲資源狀況及分布情況的研究仍是一片空白。本研究對老山地區鞘翅目昆蟲種類進行了區系分析及多樣性研究,進一步掌握了老山地區昆蟲資源現狀,從而為老山地區生物多樣性的保護、害蟲防治等提供科學依據和基礎參考資料。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

南京老山地區地處南京市江浦境內,總面積約97.04 km2,區域主體為老山山脈(韓茜等,2022)。該地區屬于低山丘陵區,平均海拔200 m左右,最高山峰490 m,氣候溫和濕潤雨量充沛,為北亞熱帶季風氣候特征,森林覆蓋率高達80%(邵燕和湯庚國,2007;姜衛衛等,2012)。老山地區以落葉闊葉與常綠闊葉混交林為主,動植物資源豐富。

老山地區的主體是于1916年創建的老山林場,它是江蘇省面積最大的國有林場。而在老山林場基礎上建立的老山國家級森林公園,則是全省成立最早的國家級森林公園之一(陳積敏和溫作民,2011)。

1.2 昆蟲采集及標本鑒定

根據老山地區的自然環境和植被類型等特征,選取了20條樣線(圖1),采用人工踏查和燈誘相結合的方式進行調查。在2020年和2021年的4-10月進行了人工踏查,調查頻次為每月1次,每次調查均覆蓋所有樣線。主要采用網捕、振落、搜索等方法,全面調查路線兩側2 m范圍內的鞘翅目昆蟲,同時拍攝生態照片。燈誘集中在每年的7-8月,選取較為晴朗的夜晚,共進行了6次,定時定點開燈,收集鞘翅目昆蟲。

圖1 老山地區鞘翅目昆蟲采集樣線圖

筆者聯合鞘翅目各類群專家,通過發送生態照、標本照和郵寄干制標本等方法進行種類鑒定。采集到的昆蟲標本均存放于南京林業大學林學院昆蟲標本室。

1.3 數據分析方法

利用EXCEL軟件對鞘翅目昆蟲名錄進行整理排序和分類,再根據以下指數進行多樣性分析。

1)物種豐富度(S)

即物種的數目,直接用該地區鞘翅目昆蟲種數來表示(陳振寧和曾陽,2001)。

2)多樣性指數(H′)

采用Shannon-Wiener公式(黃紅英等,2003):H′=-∑pilnpi,pi=Ni/N。

3)均勻度指數(E)

采用Pielou公式(張智英等,2005):

E=H′/lnS。

4)豐富度指數(R)

采用Margalef公式(閆偉東等,2021):

R=(S-1)/lnN。

5)優勢集中性指數(D)

采用Simpson公式(趙紅蕊等,2010):

D=∑pi2。

上述計算公式種,pi是第i種的個體比例,Ni是第i種的個體數,N是全部物種的個體總數。調查過程中使用了人工踏查和燈誘兩種采樣方法,但是由于燈誘種類較少,共9科15種(見本文增強出版附件材料),無法進行各項計算,故老山地區鞘翅目群落多樣性特征計算均將燈誘到的種類去除,僅對人工踏查所采集到的種類進行了數據分析。

結合該地區鞘翅目昆蟲數量特征,進行數量等級劃分:將pi>5%定為優勢類群,1%

2 結果與分析

2.1 老山地區鞘翅目群落組成

調查共采集到980頭鞘翅目昆蟲,隸屬于23科 130屬152種(見本文增強出版附件材料)。根據數量等級劃分,葉甲科Chrysomelidae、瓢蟲科Coccinellidae和天牛科Cerambycidae為優勢類群,擬步甲科Tenebrionidae、象甲科Curculionidae、金龜科Scarabaeidae、芫菁科Meloidae、叩甲科Elateridae、步甲科Carabidae、牙甲科Hydrophilidae、吉丁科Buprestidae和鍬甲科Lucanidae為常見類群,其余均為罕見類群。

2.2 老山地區鞘翅目昆蟲屬、種統計

所采集到的鞘翅目昆蟲當中,有112屬僅記錄單種,占總屬數的86.15%,其余均為多種屬,有18屬,占總屬數的13.85%,由此可見,老山地區鞘翅目昆蟲屬內以單種為主。老山地區鞘翅目昆蟲的屬種比值系數為0.86,小于該比值的科有吉丁科(0.67)、鍬甲科(0.67)、步甲科(0.71)、叩甲科(0.78)、金龜科(0.80)和葉甲科(0.82),這說明以上6個科在老山地區的相對豐富度較大,是區系分析中的活躍成分(表1)。

表1 老山地區鞘翅目昆蟲屬、種統計表

2.3 老山地區鞘翅目昆蟲群落多樣性特征

多樣性指數(H′)從高至低依次是葉甲科>瓢蟲科>天牛科>象甲科>擬步甲科>金龜科>芫菁科>叩甲科>牙甲科>步甲科>吉丁科>鍬甲科>郭公蟲科>虎甲科>龍虱科>閻甲科>長泥甲科>隱翅蟲科>螢科>蠟斑甲科>露尾甲科>蟻形甲科(表2)。

表2 老山地區鞘翅目昆蟲群落數量特征

均勻度指數(E)由大到小依次為葉甲科>瓢蟲科>天牛科>象甲科>擬步甲科>金龜科>芫菁科>叩甲科>步甲科>牙甲科>吉丁科>鍬甲科>郭公蟲科>虎甲科>龍虱科>長泥甲科>隱翅蟲科>螢科>蠟斑甲科>蟻形甲科>閻甲科>露尾甲科(表2)。

豐富度指數(R)從高到低依次是葉甲科>天牛科>金龜科>象甲科>瓢蟲科>步甲科>叩甲科>擬步甲科>吉丁科>鍬甲科>牙甲科>虎甲科>郭公蟲科>閻甲科>龍虱科>螢科>蠟斑甲科>露尾甲科>長泥甲科>蟻形甲科>隱翅蟲科>芫菁科(表2)。

優勢集中性指數(D)由大到小依次是葉甲科>瓢蟲科>天牛科>象甲科>擬步甲科>金龜科>芫菁科>叩甲科>牙甲科>步甲科>吉丁科>鍬甲科,其余的郭公蟲科、虎甲科、龍虱科、閻甲科、長泥甲科、隱翅蟲科、螢科、蠟斑甲科、露尾甲科和蟻形甲科僅記錄單科單屬,剩余13個科當中,只有葉甲科和瓢蟲科的優勢集中性指數較大,可能是因為這兩科的個體數較多,優勢較集中(表2)。

老山地區鞘翅目昆蟲豐富度指數(R)與物種的豐富度(S)趨勢基本一致,S越高,R越大;除天牛科和步甲科外,其余種類的多樣性指數(H′)和均勻度指數(E)也與物種豐富度趨勢基本一致,即S越高,H′和E越大(圖2,圖3)。

圖2 老山地區鞘翅目昆蟲物種豐富度

圖3 老山地區鞘翅目昆蟲多樣性指標

2.4 山地區鞘翅目區系分析

根據張榮祖(1987)的世界動物地理分區和申效誠(2015)的中國動物地理區劃,結合部分昆蟲專著(劉廣瑞等,1997;李后魂等,2009;虞國躍,2010;王小奇等,2012;王直誠,2014;吳鴻等,2014;虞國躍,2020)對采集到的鞘翅目昆蟲進行區系分析,具體種類及區系成分構成見本文增強出版附件材料。

2.4.1老山地區鞘翅目昆蟲在世界動物地理區系中的分布

老山地區鞘翅目區系組成較復雜,以東洋-古北界共有種和古北種為主,其中前者種類更多,共計70種,占總種數的46.05%,后者共計 63種,占總種數的41.45%,有4種僅在東洋區分布,為東洋種,占總種數的2.63%。此外,還有7種為古北-新北界共有種,占總種數的4.61%,剩下的8種均為廣布種,占總種數的5.26%(表3)。

表3 老山地區鞘翅目昆蟲在世界動物地理區劃中的分布情況

2.4.2老山地區鞘翅目昆蟲在中國動物地理區系中的分布

老山地區鞘翅目中國地理區系分布中占比最大的是華中區,有152種,占比100%,其次是華南區(103種)和華北區(97種),分別占比67.76%和63.82%。其余的西南區、東北區、蒙新區和青藏區的種數分別為63、56、34和19種,分別占比41.45%、36.84%、22.37%和12.50%(圖4)。

圖4 老山地區鞘翅目昆蟲不同中國地理區系數量分布圖

3 結論與討論

本文對老山地區鞘翅目昆蟲的多樣性及區系進行了探索性的研究。在2020年到2021年期間共采集記錄鞘翅目昆蟲980頭,隸屬于23科130屬152種。從屬種關系上來看,該地區單種屬占主導地位,這說明老山地區鞘翅目昆蟲的起源與構成可能比較復雜。除單種屬外,各科的屬種比值系數存在一定差異,這說明老山地區各類群相對豐富度相差較大,這與老山地區植被類型、地理位置有關。

葉甲科個體數最多,共394頭,占總個體數的40.20%,為該地區優勢類群。該類群的多樣性指數、均勻度指數、豐富度指數和優勢集中性指數均最高,說明葉甲科群落結構穩定,物種豐富。瓢蟲科的多樣性指數、均勻度指數和優勢集中性指數僅次于葉甲科,但豐富度指數則低于葉甲科、天牛科、金龜科和象甲科4個科,這說明瓢蟲科相比于葉甲科來說類群較單一,但群落結構較穩定。

在世界地理區系種,老山地區鞘翅目昆蟲以東洋-古北界共有種和古北種為主,東洋種占比較少,研究結果證實,老山地區鞘翅目區系位于東洋界和古北界交匯地帶,且更偏向古北界一側。該地區鞘翅目區系與鱗翅目蝶類(李朝暉,2002;李朝暉等,2004)以及蜻蜓目(虞蔚巖等,2008;虞蔚巖等,2010)的研究結果相似,它們都以東洋-古北界共有種為主,但不同點在于該地區鱗翅目蝶類和蜻蜓目昆蟲區系東洋種比古北種更占優勢,這可能是由于鱗翅目蝶類和蜻蜓目的擴散能力與鞘翅目相比有所不同,再加上年代久遠,區系類型可能會有一定變化。

在中國地理區系中,老山地區鞘翅目昆蟲由華中區、華南區和華北區共同主導,并且大多數種類為多區共有種,缺乏地區特有種,體現了老山地區鞘翅目昆蟲多元化的特點,這也與老山地區蝶類的研究結果(李朝暉,2002)相一致。

該研究對老山地區鞘翅目昆蟲多樣性進行了初步調查,但是由于老山地區植被豐富,位于古北區和東洋區過渡地帶,其區系組成較復雜。同時,鞘翅目昆蟲種類繁雜,由于采樣方法所限,本次調查采集到的鞘翅目昆蟲多以葉表活動的種類和趨光性強的種類為主,對于土表及土下生活的種類探究較少,未來尚需不斷豐富采集方法,對該地區的鞘翅目昆蟲資源開展更深入的研究。

致謝：感謝周德堯(上海嘉定農技中心)、虞國躍(北京市農林科學院)、黃貴強(六盤水師范學院)、阮用穎(深圳職業技術學院)等協助鞘翅目昆蟲種類鑒定。