長春師范大學校園昆蟲多樣性調查

許振文,韓雨芙,包安妮,劉曉美,朱文明,盧冠軍

(長春師范大學地理科學學院,吉林 長春130032)

昆蟲隸屬于節肢動物門,昆蟲綱,在自然界中分布廣泛,占據的生境類型豐富多樣。昆蟲在生態系統中扮演重要角色,有些昆蟲可以為農林除害,在捕食的過程中幫助植物授粉,部分昆蟲可以分解凋落物,促進能量流動和物質循環。對于人類而言,有些昆蟲及其采集的蜂蜜具有藥用價值和食用價值,可以治療多種疾病[1]。特定區域內昆蟲豐富度及種群動態能反映該地的環境條件及質量[2],對生態系統起重要的指示作用。

昆蟲豐富度受人類活動的影響十分顯著。人類在開發和利用自然環境的過程中,昆蟲的棲息地逐漸被農田、種植園、建筑用地等取代,對昆蟲賴以生存的生態系統直接造成了嚴重的干擾和破壞,在城市綠地建設過程中,人們通過改變生態環境類型間接影響昆蟲豐富度。為了解昆蟲的可利用生境現狀,亟待對不同區域的昆蟲豐富度展開調查。目前有關昆蟲豐富度的研究主要集中在大區域生境中,楊歡[3]調查了成都城市綠地昆蟲豐富度,秦軍方[4]調查了燕山中部地區昆蟲豐富度,額爾敦畢力格[5]調查了呼和浩特市東部地區昆蟲豐富度,而對小區域昆蟲豐富度的研究較少。

大學校園是學生和教師進行科研文化交流和工作的場所,同時是城市中一個特殊的小區域[6]。大學校園植被覆蓋率較高,綠化景觀較為完備,生境類型豐富多樣,包括林地、灌叢、草地、濕地等,為昆蟲提供良好的覓食條件和多樣的生存空間。本文以長春師范大學主校區為研究區域,開展昆蟲豐富度調查研究,旨在明確校園內昆蟲豐富度,揭示不同生境昆蟲豐富度差異規律及其原因。

1 研究區域與方法

1.1 研究區域

長春師范大學主校區(43°91′N,125°40′E)位于吉林省長春市二道區,屬于溫帶大陸性季風氣候,年平均氣溫4.8℃,多年平均降水量約600 mm,年無霜期140～150 d。校園土壤肥沃,植被覆蓋率較高,生物種類豐富。綠地規劃建設較為完善,包括林地、灌木叢、鏡面湖、草地以及建筑區周圍的植被,其中林地占地面積最大,為昆蟲的生長和繁殖提供了良好的自然條件。

1.2 樣地的選取

為準確認識校園內不同生境昆蟲多樣性及優勢度的差異,根據校園內人類活動情況、植被類型與分布特點,選取校園內3處典型樣地(A區、B區、C區)進行調查。A區為綠化區,位于長春師范大學南門東側,以高大喬木和油松為主,上層植被為樟子松、紅皮杉、冷杉等高大喬木,中層有雞樹條莢蒾、毛櫻桃、長白忍冬等灌木和藤本植物,下層有打碗花、酸模葉蓼、龍葵等草本植物[7]。樣地內植被類型豐富,土壤腐殖質層發育較好,人類活動較少,由于高大喬木的阻擋,綠化區內風速較小,適宜昆蟲的生長繁殖。B區為灌木叢,位于長春師范大學主校區西南角,生境介于綠化區與生活區之間,人類活動較弱,無高大喬木,植被類型以灌木和草本植物為主,四周無高大喬木和建筑的遮擋,因有鐵軌,高架橋等對昆蟲有一定干擾。C區為生活區,位于學生公寓和教學樓之間,多為硬化路面,有稀疏的草本植物和藤本植物,人類活動頻繁,對部分昆蟲干擾較大。

1.3 標本的采集、制作與鑒定

2021年5月至7月,采用燈光誘捕法在上述3個樣地對昆蟲進行采樣與調查,從日落時分開始采集,每次采集3 h,15～20 d采集一次,共采集5次。在實驗開始前記錄當日的日落時間。日落前30 min,將白色背景布離地約10 cm垂直搭建在昆蟲采集樣地,在幕布中央靠上處固定1個白熾燈引誘昆蟲[8]。毒瓶底部放置一層脫脂棉,使用醫用注射器注入乙酸乙酯,將棉花浸濕不滴漏,蓋緊瓶蓋,用于放置誘捕昆蟲。

日落時開始第一次觀察并統計昆蟲種類與數量,每隔30 min記錄落布昆蟲的種類及數量,同時,每個種類的昆蟲取樣2頭個體,并將捕捉到的昆蟲單獨放入毒瓶中,防止由于昆蟲之間爭斗導致其肢體或翅膀缺失。昆蟲采集結束后,將收集到的昆蟲帶回實驗室。將昆蟲還軟后,用昆蟲針將大型昆蟲和小型昆蟲分別固定在展翅板和泡沫板上,參考《中國昆蟲生態大圖鑒》[9]《昆蟲識別圖鑒》[10]《昆蟲臉書》[11]《昆蟲學基礎與常見種類識別》[12]對其進行分類與鑒定,制作成標本,保存于標本盒中。

1.4 數據處理與分析

分別統計3個樣地昆蟲的個體數量及分類結果,采用Shannon-Wiener指數分析昆蟲物種多樣性;采用Margalef指數分析物種豐富度;采用Simpson指數進行優勢度分析;采用Jaccard相似系數分析3個樣地昆蟲群落相似性。

2 結果與分析

2.1 昆蟲豐富度

通過對校園內3個樣地昆蟲進行統計,共獲得昆蟲標本798頭,隸屬于7目34科(表1)。7目分別為雙翅目(Diptera)、鞘翅目(Coleoptera)、鱗翅目(Lepidoptera)、膜翅目(Hymenoptera)、直翅目(Orthoptera)、半翅目(Hemiptera)和脈翅目(Neuroptera)。校園內昆蟲物種多樣性由高到低依次為:雙翅目共計14科642頭;鞘翅目共計10科93頭;鱗翅目共計3科16頭;直翅目共計2科17頭;半翅目共計2科2頭;脈翅目共計2科4頭;膜翅目共計1科24頭。校園內昆蟲個體數量最多的科為搖蚊科(Chironomidae),共計492頭,占比61.7%,其次為禾蠅科(Opomyzidae),共計95頭,占比11.9%。

表1 長春師范大學主校區3種生境昆蟲物種組成

2.2 樣地昆蟲組成

從物種數量上看,長春師范大學主校區3種典型生境采集到的昆蟲個體數量差異顯著。A區采集到的昆蟲數量最多,共計504頭,隸屬于7目26科;其次為C區,共計206頭,隸屬于3目8科;B區昆蟲數量最少,僅有88頭,隸屬于7目15科。

2.3 不同生境昆蟲多樣性及優勢度分析

3種生境昆蟲Shannon-Wiener指數、Margalef指數、Simpson指數如表2所示。A區的Shannon-Wiener指數和Margalef指數均最高,分別為2.52和4.02;其次為B區,Shannon-Wiener指數與A區相近,Margalef指數明顯低于A區,C區的Shannon-Wiener指數和Margalef指數最低。3種生境昆蟲Simpson指數由大到小依次為:B區、A區、C區。A區與B區的相似度最高,相似系數為0.46,其次是B區與C區,相似系數為0.28,相似性最低的是A區與C區,相似系數為0.21。

表2 3種生境昆蟲多樣性

3 討論

長春師范大學主校區3種生境夜晚采集的昆蟲共798頭,隸屬于7目34科,校園內昆蟲物種多樣性由高到低依次為:雙翅目、鞘翅目、鱗翅目、直翅目、半翅目、脈翅目、膜翅目。此前,許多高校已進行昆蟲豐富度調查研究,胡慶玲等[2]在渭南師范學院開展昆蟲豐富度調查研究,共采集昆蟲8目33科,研究區植被覆蓋率為39.2%,氣候類型屬于半干旱半濕潤氣候,適合昆蟲的生長繁殖。張爭光等[13]在井岡山大學共收集昆蟲9目47科研究選取的樣地與本文相似,但緯度位置低于長春師范大學主校區,氣候類型屬于典型的亞熱帶氣候,昆蟲豐富度較高。范錦勝等[14]在黑龍江大學共收集昆蟲11目49科,研究區域的緯度與本文相近,但植被覆蓋率較高,昆蟲采集時間較長,校園內昆蟲豐富度高于長春師范大學主校區。

Shannon-Wiener指數、Margalef指數、Simpson指數和Jaccard相似系數結果表明,綠化區和灌木叢昆蟲多樣性、豐富度和優勢度較為接近,且明顯高于生活區。從植被類型及多樣性角度分析,綠化區和灌木叢的植物種類繁多,生物多樣性更加豐富。此外,綠化區和灌木叢人類活動較少,為昆蟲的生長繁殖提供了良好的生境。

昆蟲物種組成與其所處環境的植被、土壤和氣候等因素關系密切,不同生境下植被類型和人類活動均會對境內昆蟲多樣性及分布造成影響[15-17]。綠化區植被覆蓋率最高,植物種類豐富多樣,土壤腐殖質層發育良好。由于高大喬木的阻擋,樣地內風力較小,人類活動少,對昆蟲的干擾小,適宜昆蟲的生長繁殖。灌木叢以低矮灌木和草本植物為主,風力較大,人類活動和建筑等對昆蟲有一定干擾,故采集和記錄的昆蟲數量較少,但由于人類活動干擾較小且植被覆蓋率較高,故昆蟲生物多樣性及豐富度較高。生活區有稀疏的草本植物和藤本植物,多為硬化路面,四周為建筑,且人類活動較為頻繁,對昆蟲干擾較大,故昆蟲多樣性、豐富度均較低。

從3種生境昆蟲群落的相似性來看,綠化區和灌木叢的相似性最高,說明二者具有相似的植被,但不同目昆蟲間也有顯著差異,比如綠化區的雙翅目、鞘翅目和直翅目數量明顯高于灌木叢。主要原因是雙翅目成蟲吸食花蜜、樹液及其他腐殖質,鞘翅目和直翅目昆蟲大多產卵于土內或植物組織中,部分鞘翅目昆蟲有地棲性,隱藏于林下、落葉層和樹皮下[12]。綠化區內植株普遍偏高,植物種類更加豐富多樣,為昆蟲提供了更多食物及生存和繁衍的空間。可見,人類的活動和生態環境類型對昆蟲的物種組成及多樣性產生直接或間接的影響。