晉西北黃土區3種螞蟻日活動規律研究

摘"要：為探究晉西北區3種螞蟻日活動規律及其對溫度的響應。以中華紅林蟻、日本弓背蟻和中華小家蟻作為研究對象，采用樣地調查法分析了3種螞蟻進出洞數量日變化規律，通過一元線性回歸方法分析了螞蟻日活動規律與溫度之間的相關性。結果表明：3種螞蟻均是8：00能力最低，隨后活動能力顯著增強，"16：00左右活動能力達到最高峰；日本弓背蟻日活動規律與溫度之間存在正相關關系，中華紅林蟻和中華小家蟻日活動規律與溫度之間不相關。

關鍵詞：晉西北；螞蟻；一元線性回歸分析

中圖分類號：Q968 ""文獻標志碼：A

Study on daily activities of three ant species in "loess region of northwest Shanxi

LI Chun-yu， "SHEN Rui， "CAI Zi-yang， "LI Mei， "YAN Jia-liang*

（Taiyuan Normal University，Institute of Geography Science，Jinzhong 030619，China）

Abstract："In order to explore the daily activity patterns of three ant species in northwest Shanxi province and the interaction mechanism with temperature. Takeing Formica sinensis， Camponotus japonicus"and Monomorium chinense"as the research object， and analyzed the daily changes of the number of ants entering and going out of the hole by using the sample survey method. The correlation between the daily activity patterns of ants and temperature was analyzed by unary linear regression. The activity capacity of the three ants was the lowest at 8 o 'clock， and then the activity capacity increased significantly， reaching the peak at around 16 o 'clock. There was a positive correlation between the daily activities of Camponotus japonicus"and temperature， but there was no correlation between the daily activities of Formica sinensisnbsp;and Monomorium chinense.

Key words："Northwest Shanxi; Ants; Unary linear regression analysis

螞蟻隸屬于節肢動物門（Arthropoda）昆蟲綱（ Insecta） 膜翅目（ Hymenoptera）

蟻科（ Formicidae），廣泛存在于各種陸地生態系統中，是世界上數量和種類最多的物種，也是世界上三大群居昆蟲之一，除高原雪線以上和極地地區以外均有分布。螞蟻對環境變化十分敏感，常被作為關鍵類群進行研究^[1]。螞蟻為大型土壤動物，其種群密度龐大且蟻群之間分工與等級體系十分嚴格。目前全世界已記載螞蟻種類為"13908 種，包括17亞科338屬^[2]。

螞蟻是陸地生態系統中常見的物種，被稱為生態系統的工程師，在世界各種生態系統中具有多種效應^[3]。螞蟻多樣性、豐富度及群落結構變化被認為能夠指示生態系統運行狀況。螞蟻在食物鏈中不僅是消費者還充當分解者的角色，螞蟻能分解動植物的尸骨遺骸，把有機物轉化成無機物，供生產者吸收，從而促進生態系統的物質循環和能量流動^[4]。螞蟻種類、螞蟻筑巢方式、蟻丘位置和環境條件等也會改變土壤性質。螞蟻筑巢活動產生的通道和團聚體等，不僅可以改善土壤的透水性和通氣性，還可以改變土壤含水量、容重、孔隙度等，從而增加微生物活性及多樣性，調控土壤呼吸過程^[5-7]。已有學者對螞蟻活動做出研究，例如James T^[8]對紅火蟻研究發現溫度和季節對螞蟻覓食活動的影響十分顯著，夏季是螞蟻數量最多的季節，6月份為螞蟻覓食最高峰，秋冬季覓食率降低。也有研究發現螞蟻活動強度和多樣性隨緯度增加而明顯降低，主要受能量的制約^[9]。螞蟻活動是對自然環境長期適應的結果，探究螞蟻活動有利于揭示螞蟻生命活動的機理^[10-11]。

當前對螞蟻活動研究多在云貴高原、西藏等地且多為大尺度研究^[12-14]，而對晉西北區夏季螞蟻活動規律鮮少報道。因此本文以晉西北黃土區人工恢復植被下的不同類型螞蟻為研究對象，采用樣地調查法探究螞蟻活動，以期揭示螞蟻活動規律及其對溫度的響應。

1 材料與方法

1.1研究區概況

本研究樣地位于山西省西北部的五寨縣石咀頭村（38°44'—39°17'N，111°28'—112°00'E），海拔1397—1533ｍ，該地氣候屬溫帶大陸性季風氣候，春季干旱多風，降水多集中在夏秋季，降水分配不均且年季變化大，年平均降水量為473.6mm。該地區晝夜溫差大，年平均氣溫"4.8℃左右，土壤類型以黃綿土和栗褐土為主，孔隙度高，土壤有機質含量低。研究區分布有不同時期人工栽種的小葉楊（Populus simonii）和檸條（Caragana intermedia），實驗區內螞蟻類型主要有中華紅林蟻（Formica sinensis）、日本弓背蟻（Camponotus japonicus）和中華小家蟻（Monomorium chinense）。

1.2 樣地調查

2021年7月中旬，在晉西北五寨縣選取典型人工恢復植被小葉楊林（65年生）和檸條灌叢（50年生）。小葉楊林螞蟻類型為中華紅林蟻。檸條樣地螞蟻類型為日本弓背蟻、中華小家蟻。分別在兩種植被類型下選取100×100m的樣方進行植被調查，樣地基本情況見表1。

1.3數據采集與處理

于2021年7月25日—7月27日采取樣地調查法探究螞蟻的活動規律，首先確定中華紅林蟻、日本弓背蟻、中華小家蟻的螞蟻洞類型，每種螞蟻類型選取10個洞口，各洞口直徑大小不等，經測量紅林蟻洞口直徑范圍在4.6-19.3mm之間、弓背蟻在4.2-11.3mm之間、小家蟻在2.5-7.1mm之間，使用木棒和標簽將洞編號為1-10號。每隔1小時統計各個洞10分鐘內進出入螞蟻數量，統計時間從8：00-12：10、14：00-18：10，共統計3天。并且每小時記錄一次當日氣象溫度。

箱形圖（Box-plot）是一種能顯示數據分布情況的統計圖。箱形圖并不顯示實際的數值，可通過圖中的最小值、下四分位數、中位數、上四分位數和最大值等五個統計量來描述連續型變量的分布。用“o”標出溫和的異常值，用“*”標出極端的異常值^[15]。本文將統計得到的不同時段3種螞蟻進出洞數量，計算出最大值、最小值等值，應用箱形圖對不同時間段不同類型螞蟻之間進行比較，對比不同時間螞蟻活動數量的差異。

使用"SPSS 18.0軟件進行一元線性回歸分析，使用Origin"2018畫圖，探究螞蟻活動與溫度的相關性。

2 結果與分析

2.1 中華紅林蟻日活動規律

由圖2可知，箱形圖顯示出不同時段紅林蟻進出洞數量變化。上四分位數15點時段最大為67，其次為16點時段56，9點時段為55，其余相差較小。下四分位數全部在2.5-16.25之間，中位數在15-37之間總體相差不大。圖中出現了4個異常值，各異常值數值依次為124、122、149、66，可能是因為該時間段林紅林蟻處于比較活躍的時期，且異常值出現的洞口直徑較大，而洞口直徑大的螞蟻活動較為頻繁。"8、12、17點時段螞蟻進出洞數量都較小，最小值分別為8、2、3只，可見該時間段螞蟻活動最不活躍。最大值為10點時段124和16點時段149。各時段的四分位距相差較小，說明各時段螞蟻活動數量相差較小。可見紅林蟻在16點左右最活躍，在8點左右活動數量最少，但總體活動數量相差較小。這可能是因為紅林蟻的棲息地為小葉楊林，小葉楊林是闊葉林蓋度較大，可以使日間地面不至于被太陽直接的照射而強烈增溫，晚間因為地表有蓋度而降溫較慢，所以螞蟻活動數量差異不明顯。

2.2 日本弓背蟻日活動規律

由圖3可知，箱形圖顯示出不同時段日本弓背蟻進出洞數量變化。螞蟻數量隨著時間的推移呈現出先升高后降低的趨勢，并且不同時段進出洞螞蟻數量相差很大，上四分位數依次是42、87.5、116.5、145、133、157.5、108.5、51、5、26，可知14點時段最大，10-17時段上四分位數值都超過100。下四分位數11點時段最大為70，其次為16點時段下四分位數為67，而8點時段最小僅18.5。最大值依次為：47、106、152、219、261、263、167、266、76，42，16點時段的最大值最大。圖中共出現5個異常值，分別為12點時段261、16點時段為266和16、17點時段為76、18點時段為42，異常值的出現可能是由于洞口直徑相差過大。由圖發現弓背蟻各時段螞蟻活動數量差異相對于紅林蟻較大。日本弓背蟻因其體型較大且生命力強是當地優勢種，所以在數量上較紅林蟻和中華小家蟻較多。

2.3 中華小家蟻日活動規律

小家蟻體型相對較小且爭奪食物及生存空間能力較弱，總活動數量低于日本弓背蟻。圖3為不同時段小家蟻進出洞數量，由圖可知不同時段螞蟻活動數量相差較大，8、12、17、18點時段螞蟻活動數量較少，9、10、14、16點時段螞蟻活動數量較多。在9點時段螞蟻數量出現異常值為90，上四分位數16點時段最大為73.25，18點時段最小為24。下四分位數最大為16.25，最小為5.5，各洞下四分位數相差不大。最大值出現在16點時段，螞蟻數量為97，最小值各時段相差較小。中位數依次為15、35、24、22、21、16、17、27.5、11，9點時段最大為35，可見各洞螞蟻進出數量較為均勻。總體小家蟻進出洞數量早晨和傍晚較低，這可能是由于溫度的影響，但由于小家蟻群落較小所以表現不明顯。3種螞蟻均為16點時段數量最多，可見該時段螞蟻活動最為頻繁。

2.4 "3種螞蟻日活動規律與溫度的線性回歸分析

將溫度作為自變量，將螞蟻數量作為因變量進行一元線性回歸分析，進行統計檢驗（t檢驗在0.05水平上顯著），R²表示相關性，R²值越大，相關性越強，P為顯著相關系數，P值小于0.05說明具有顯著相關性。由圖可以看出3種螞蟻活動數量與溫度的相關性。弓背蟻P=0.022（Plt;0.05），可見弓背蟻活動數量與溫度差異顯著。弓背蟻R²=0.439表示溫度可解釋螞蟻數量的43.9%變化原因，回歸方程為：螞蟻數量=-149.084+9.034*溫度，說明溫度每增加1℃弓背蟻活動數量增加9.034只，這表明溫度會對弓背蟻活動數量產生顯著的正向影響關系。紅林蟻和小家蟻P值分別為0.646、0.519，均大于0.05，說明活動數量與溫度差異不顯著所以不相關。這可能是因為小葉楊林是紅林蟻的棲息場所，植被可以使日間大多數時刻的氣溫降低，氣溫日較差明顯減小，土壤溫度變幅減小，所以對螞蟻活動數量影響較小。檸條灌叢是弓背蟻與小家蟻的棲息場所，而小家蟻與弓背蟻體形差異較大，小家蟻爭奪食物和生存空間的能力較弱，所以數量相對較少且與溫度不相關。

3.結論

本研究采用樣地調查法對中華紅林蟻、日本弓背蟻和中華小家蟻3種螞蟻不同時段進出洞數量進行分析發現：盡管螞蟻類型及進出洞數量之間存在著一定差異，但日活動規律具有一定的相似性。從8點開始螞蟻活動數量呈上升趨勢，到11 點達到峰值隨后降低，由于12點地表溫度過高螞蟻活動數量呈下降趨勢。螞蟻下午活動性比上午較強，8點時段螞蟻活動數量最少，這可能是因為8點氣溫僅在19℃左右，而螞蟻最適活動溫度為25-35℃，所以8點各類型螞蟻活動數量都最少。16點螞蟻進出洞數量達到峰值后降低，但不同類型螞蟻下降幅度不同，16點以后弓背蟻活動數量下降數量最多，這可能是因為弓背蟻生活在檸條樣地，而檸條樣地蓋度小散熱快，所以16點后氣溫下降較快，螞蟻活動數量迅速減少。而小葉楊林蓋度較大氣溫下降慢，所以16點后紅林蟻活動數量下降幅度小于弓背蟻。

通過對螞蟻日活動數量與溫度進行回歸分析發現：日本弓背蟻日活動數量與溫度之間的線性變化有統計學意義；日本弓背蟻日活動數量與溫度之間存在正相關關系（R²=0.439），溫度升高螞蟻活動數量也會增大。可見溫度是影響弓背蟻日活動數量的重要因素。但中華紅林蟻和中華小家蟻日活動數量受溫度影響不顯著。

參考文獻：

[1]翟獎，錢昱含， 徐正會，等.四川鞍子河自然保護區螞蟻物種的分布格局[J].森林與環境學報，，2020， 40（6）： 612-618

[2]郭蕭，林強， 崔晉波，等.重慶市茶園螞蟻物種多樣性及空間分布格局[J].中國生態農業學報，2014， 22（5）： 585-593

[3]徐正會. 西雙版納自然保護區蟻科昆蟲生物多樣性研究[D].昆明：西南林學院，2006-01-01

[4]Jia X"X， ShaoM A， Zhu Y J， et al. Soil moisture decline due to afforestation across the Loess Plateau， China. Journal of Hydrology， 2017， 546： 113-122.

[5]Bloton B. An Online catalog of the ants of the world[EB/OL]. [2020-05-04]."http：//www.antcat.org.

[6]羅成龍， 徐正會， 熊忠平，等. 四川王朗自然保護區及鄰近地區螞蟻物種的分布格局[J]. 浙江農林大學學報， 2019， 36（4）： 638-645.

[7]段加煥， 徐正會， 張新民，等. 川西高原北部地區螞蟻物種分布格局研究[J/OL]. 廣西師范大學學報（自然科學版）： 1-10[2023-04-11]."https：//doi.org/10.16088/j.issn.1001-6600.2022092603.

[8]James T. Vogt， Wayne A. Smith，Richard A. Grantham，Russell E. Wright. Effects of Temperature and Season on Foraging Activity of Red Imported Fire Ants （Hymenoptera： Formicidae） in Oklahoma[J]. Environmental Entomology， 2003， 32（3）.

[9]沈夢偉， 陳圣賓， 畢孟杰，等. 中國螞蟻豐富度地理分布格局及其與環境因子的關系[J]. 生態學報， 2016， 36（23）：7732-7739.

[10]王邵軍， 王紅， 李霽航. 熱帶森林不同演替階段螞蟻巢穴的分布特征及其影響因素[J]. 生物多樣性， 2016， 24（8）：916-921.

[11]賀達漢， 長有德. 螞蟻行為生態研究進展[J]. 昆蟲知識， 1999（6）： 370-372，352.

[12]黃釗， 徐正會， 劉霞，等. 滇東北地區的螞蟻物種多樣性[J]. 生態學雜志， 2019， 38（12）：3697-3705.

[13]陳超， 熊忠平， 徐正會，等. 青藏高原東北坡螞蟻物種的分布格局[J]. 林業科學研究， 2022， 35（3）： 131-140.

[14]劉霞， 徐正會， 于娜娜，等. 藏東南嘎隆拉和墨脫河谷螞蟻群落研究[J]. 林業科學研究， 2017， 30（1）： 34-40.

[15]劉瑤， 于雷， 余向勇，等. 箱線圖在河流水質評價中的應用研究[C]//中國環境科學學會. 2008中國環境科學學會學術年會優秀論文集（上卷）. 北京：中國環境科學出版社， 2008： 611-615.

基金項目：國家自然科學基金項目“蟻穴結構差異對晉西北黃土區土壤狀況優先流和降水入滲的影響”（42001102）

作者簡介：*為通信作者，閆加亮，副教授，碩士研究生導師，研究方向：生態水文學，Email： yanjialiang_85@163.com；李春雨，碩士研究生，研究方向：生態水文學，Email： 1832709989@qq.com。