以昆蟲為指示生物對森林環境評估研究概述

胡元斌等

一、森林生態系統健康的概念及內涵

森林生態系統是地球上最重要的生態系統，因為森林是空氣的凈化物， 森林有自然防疫作用，森林對氣候有調節作用等等。一般廣義的森林生態系統健康是指生態系統在保障正常的生態服務功能、滿足合理的人類需求的同時， 維持自身持續向前發展的能力和狀態， 或者對目前絕大多數受到脅迫的森林生態系統來說， 是一種目標、一種需要恢復的理想化目標[2]。

進入20世紀以來，伴隨著人口增長和經濟發展，自然資源被加速和過度開發，森林進一步減少和退化。隨之出現的全球氣候變暖、生物多樣性減少、土壤侵蝕加劇、水旱災害頻繁等一系列生態危機，促使人們開始重新認識森林的作用，協調與森林的關系。20 世紀70 年代末期，德國首先提出了森林健康的概念。20 世紀90 年代美國在“森林病蟲害綜合治理”的基礎上，進一步完善了森林健康思想。森林健康（ Forest health） 也稱森林生態系統健康（ Forest ecosystem health），是生態系統健康的一個主要分支，因而在很大程度上繼承了生態系統健康的理論與方法，但由于森林生態系統的特殊性和復雜性，也產生了森林健康的特定內涵。20世紀80年代針對森林衰退問題提出了森林健康的概念。1992年瑞士聯邦林業研究所出版了《Forest Health》，專門分析了森林衰退問題及其控制對策。1992年美國國會通過了《森林生態系統健康和恢復法》，對森林健康形成了共識。

二、以昆蟲為指示生物對森林環境評估的研究概述

目前，以指示生物對森林生態系統健康進行評估的研究已很多，也較為方便和準確。對昆蟲為指示生物森林生態系統單個環境的研究很多。但是對森林生態系統整體的研究還不很多。本文在于整體的以昆蟲為指示生物對森林生態系統中土壤、水和大氣環境進行評估。

1.以昆蟲為指示生物對森林生態系統進行評估的優勢

首先，昆蟲與植物是陸地生物群落中最為重要的組成部分，二者間的相互作用是多方面的。作為動物界種類最多的類群，昆蟲是自然生態系統物質和能量循環不可缺少的重要環節，可顯示整個森林生態系統結構與功能的許多特征。其次，昆蟲的生物量在整個陸地生態系統中是驚人的，構成了自然界生物多樣性的重要組成部分，具有其他物種無法替代的生態功能。昆蟲群落的變化在很大程度上可以影響到森林生態系統食物網的組成，因此也直接或間接地影響較高等生物的分布和豐度。再者，昆蟲能占據大量尺度小、異質性強的各類生境空間，對其生存環境條件的變化十分敏感，是生境變化的響應指示者，具有廣泛的生物地理學和生態學探針的功能。

2.以昆蟲為指示生物的森林生態環境評估概述

2.1 蜉蝣目（Ephemeroptera）、雙翅目（Diptera）和毛翅目（Trichoptera）為主體的水生昆蟲群落對水環境的評估。

利用水生昆蟲作指示生物進行水質監測，主要利用蜉蝣目、雙翅目和毛翅目為主體的水生昆蟲群落特征及各種類對水質敏感性的不同對水質進行快速生物評價并形成了規范化的執行條例。其主要的研究方法為科級水平生物指數法（Family - Level Biotic Index 簡稱FBI） 進行評價?？萍壣镏笖凳荋ilsen-hoff 于1988 年提出，并提供了10 目69 科的耐污值，該指數是目前美國環境保護局推薦使用的指數之一，該指數的公式為： FBI = Σs i = 1 NiTi/ N ，式中N 代表樣品科的個體總數， Ni 代表第i 科的個體數， Ti代表第i 科的耐污值， S 為科數。水質評價標準沿用Hilsenhoff 標準：FBI = 0. 00～3. 75 極清潔；3. 76～4. 25 很清潔；4. 26～5. 00 清潔，5. 01～5. 75 一般，5. 76～6. 50 輕度污染；6. 51～7. 25 污染；7. 26～10. 00 嚴重污染。

2.2 彈尾目（Collembola）土壤昆蟲對土壤環境的評估。

彈尾土壤昆蟲是土壤中的優勢物種之一，屬于中型土壤動物。彈尾目昆蟲因其在土壤中的特殊地位和功能，其群落結構和種群特征被作為土壤質量評估的指標特征，多年來一直被廣泛應用。隨著環境污染問題的提出和重視，彈尾目昆蟲的群落結構和種群特征也被逐步用于重金屬、農藥和其他類型的污染土壤環境評估中。尤其近年來，彈尾目昆蟲在對污染環境的生態評估研究中得到越來越多的重視。彈尾目昆蟲的活動、取食、繁殖及其他全部的生命活動范圍一般都在土壤的表層（0～25cm） 內，它們是土壤環境變化的受害者和直接目擊者；因為彈尾目昆蟲對周圍環境的特別敏感，正常情況下，每平方米森林的彈尾目土壤昆蟲為10萬頭。因此，研究統計彈尾目昆蟲群落結構和種群特征的變化能有效地反映土壤污染的實際情況。

2.3 食葉性的鱗翅目（Lepidoptera）昆蟲以及刺吸式的同翅目（Homoptera）等昆蟲對大氣環境的評估。

根據調查顯示，在森林生態系統或者其他生態系統中，當遭受SO2 ，NOx 和O3 等污染，生態系統中的食葉性的鱗翅目昆蟲以及刺吸式的蚜和木虱等同翅目昆蟲，以及小蠹蟲等樹皮下鉆蛀性鞘翅目（Coleoptera），這些植食性昆蟲的生長速率和種群密度都呈上升趨勢。大氣污染被認為是引起植物生理、生化性質和組成成分發生變化的重要因子之一 . 由于這種變化，寄主植物對植食性昆蟲的價值也許將發生改變.研究還發現，以韌皮部取食的昆蟲的種群密度是與CO2的濃度呈正相關。即，當大氣中SO2 ，NOx 和O3的含量超出正常指標時，很多植食性昆蟲的生命周期將會顯著變化，他們的種群密度將會顯著上升；當大氣中CO2的濃度發生顯著變化時，韌皮部取食的昆蟲的種群密度亦發生顯著的正相關變化。因此，可以根據某種特定昆蟲的種群波動，有效的判斷大氣環境的污染程度以及大氣中各氣體成分的比例，從而對大氣環境進行評估。

三、以昆蟲為指示生物對森林環境評估的方法概述

1.以蜉蝣目、雙翅目和毛翅目為主體的水生昆蟲群落對水環境的評估

在森林中的池塘或者有一定寬度的溪流中，放置D型網在岸邊。用力攪動，使網內的水生昆蟲全部落在網上。并隨機檢出水中石塊20 塊及枯枝落葉上的昆蟲標本約30 頭 ，使采獲的水生昆蟲個體不少于300 頭。將水網中放置與一淺盆中，注入清水。并在相隔不遠處做3-4組對照，每組網中的水生昆蟲以200頭左右為最宜，采獲的昆蟲標本在野外立即挑出，保存于75%～85%的酒精中。按照此方法在其他樣地中，得到水生昆蟲數量。根據，科級水平生物指數法（Family - Level Biotic Index 簡稱FBI），FBI = Σs i = 1 NiTi/ N ，式中N 代表樣品科的個體總數， Ni 代表第i 科的個體數， Ti代表第i 科的耐污值， S 為科數。可算出該處水環境的健康狀況，0.00～3.75 極清潔；3.76～4.25 很清潔；4.26～5.00 清潔，5.01～5.75 一般，5.76～6.50 輕度污染；6.51～7.25 污染；7.26～10.00 嚴重污染。這樣就可以得到水環境的健康狀況。

2.以彈尾目土壤昆蟲對土壤環境的評估

最好在雨后森林中的一些樣地中，用鏟子，鏟取面積為0.1m2、深度為25cm的土塊置與白色托盤中。選取不少與5組的對照。用烤蟲器或采蟲篩等工具分離出土壤動物，（烤蟲器使用時，將野外采來的腐爛物放入有隔篩的鐵皮圓筒中，用電燈或其它熱源增高溫度，利用熱量將腐爛物中的昆蟲驅趕到圓筒的下方的漏斗中，再從漏斗落入毒瓶或酒精瓶內，達到采集的目的；采蟲篩使用時，將野外采來藏有昆蟲的土壤，從袋口裝入上層鐵絲框中，提起口袋用力抖動，昆蟲便被篩出，并按體型大小，分別留在不同層次 的鐵篩上或落入下面的毒瓶中。）帶回，將采回的土壤動物烘干，進行分類，挑出各個對照組中的彈尾目土壤昆蟲。按照此方法在其他樣地中，得到分別得出彈尾目土壤昆蟲數量。整理各個組的彈尾目土壤昆蟲的種群數量，取平均數，根據種群數量列表。正常情況下，樣方中彈尾目土壤昆蟲的含量為1000頭。根據種群數量的對比就可以得出土壤環境的健康狀況。

3.以食葉性的鱗翅目昆蟲以及刺吸式的同翅目等昆蟲對大氣環境的評估

在樣地中布置馬氏網，利用昆蟲的趨光性，可以捕捉雙翅，膜翅等目昆蟲。挑出馬氏網誘捕到所需昆蟲，記錄。一般情況下，需要網捕，因為網捕得到的數據更為準確。在樣地中，選取一塊面積為4 m2小塊區域，盡可能的網捕到所有食葉性的鱗翅目昆蟲以及刺吸式的蚜和木虱等同翅目昆蟲，然后分類，統計其種群數量數據。然后，在樣地中布置小蠹蟲的誘捕器，利用小蠹蟲的誘捕器，誘捕小蠹蟲，得到其種群數量數據。在每個樣地中選取1-2生長狀況相近的植株，找到該植株食葉性的鱗翅目昆蟲或者刺吸式的蚜和木虱，用白色網罩將發現的昆蟲包住，防止目標昆蟲的逃跑。記錄目標昆蟲的生命周期，例如，什么時候蛻皮，什么時候化蛹等。將得到到生命周期數據和種群數量數據，聯系起來，然后根據各個樣地的不同數據，就可以大氣環境的健康狀況。

四、討論

目前，昆蟲作為指示生物，對森林生態系統中土壤、水和大氣環境評估的研究，已經取得一定的進展，但是其研究方法也暴露出一些問題。例如，食葉性的鱗翅目昆蟲以及刺吸式的蚜和木虱等同翅目昆蟲的捕捉工作有太多的主觀性，使得這些昆蟲的數據往往不夠準確； 白色網罩昆蟲和馬氏網的方法往往被人為破環，妨礙了實驗的進行；對彈尾目土壤昆蟲的鑒定有一定難度，使得數據往往不夠準確等?？梢岳靡韵碌姆椒右愿倪M，加大管理力度，防止人為破環；加大捕捉面積使得數據更加準確；提高實驗人員的分類學知識提高準確性等。

總之，基于昆蟲是陸地生物群落中的重要組成部分，也是一類生物量龐大、種類繁多的生境變化響應指示者，昆蟲群落的變化在很大程度上可以影響到森林生態系統食物網的組成，能直接或間接地影響較高等生物的分布和豐度等原因， 仍然可以認為森林生態系統中昆蟲對于指示整個系統的變化程度具有舉足輕重的地位和作用。所以以昆蟲為指示生物對森林生態系統評估，具有廣闊的前景。

參考文獻

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