淮北地区4种典型林地昆虫物种多样性及其PCA分析

池 康

(徐州市林政资源管理站，江苏 徐州 221008)

淮北地区4种典型林地昆虫物种多样性及其PCA分析

池 康

(徐州市林政资源管理站，江苏 徐州 221008)

调查了淮北天然次生林、侧柏-刺槐林、侧柏纯林和杨树人工林4种典型林地的昆虫种类多样性，计算了其丰富度指数、多样性指数、优势度指数及均匀度指数等指标，并进行了4种林地昆虫种类的主成分分析(PCA)及聚类分析。结果表明，丰富度指数、多样性指数、均匀度指数、多样性指数变化均呈现皇藏峪天然次生林>泉山公园林>杨树人工林>泉山侧柏纯林，而优势度指数变化趋势与之相反。PCA及聚类结果显示皇藏峪天然次生林和泉山公园林最先聚为一类，而人工杨树林及泉山侧柏纯林各自成一类。

典型林地；昆虫；物种多样性；PCA；淮北

昆虫对于林业生产具有重要影响。淮北地区是江苏重要的木材产区，昆虫种类的变化对这些地区的森林会产生很大的影响[1-3]。选取淮北地区皇藏峪天然次生林、泉山森林公园侧柏-刺槐林和侧柏纯林、杨树人工林4种典型森林类型，在系统调查其中昆虫物种的基础上，进一步对其物种组成和昆虫种类多样性进行了研究，并进行了PCA及聚类分析，以期为该区域内昆虫资源的保护和利用以及害虫的防治提供科学依据。

1 样地的选择与昆虫野外采集方法

样地的选择与昆虫野外采集方法详见参考文献[1]。

1.1 昆虫标本的鉴定

根据昆虫科目检索表、鉴定图册、分类专著及论文，对昆虫进行鉴定[2-6]。对于部分疑难种，请相关昆虫专家帮助鉴定。统计昆虫种类及数量。

1.2 数据分析方法

根据调查到的昆虫种类及数量，计算不同时间不同地点昆虫Pielou均匀性指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数。

Shannon-Wiener多样性指数H′=-∑PilnPi；

Pielou均匀性指数J=H′/lnS；

Simpson优势度指数D=∑(Pi)2。

其中，S为样方中昆虫物种数，Pi为第i种个体数占总个体数的比例。

计算各样地昆虫种类的相似度系数。采用Jaccard定性相似系数，公式为

q=c/(a+b-c)。

其中，c表示不同样地内共同具有种的数量，a、b分别表示不同样地各自具有的种类数。种类PCA分析采用SPSS软件，进行种类的主成分分析(PCA)。Margalef(1958)物种丰富度指数(Dm)：

Dm=(S-1)/lnN

式中N表示总个体数。

2 结果与分析

2.1 昆虫种类组成情况

4种典型森林生境昆虫的种类组成，计有昆虫10目48科68属69种。其中蜻蜓目Odonata 1科2属2种；螳螂目Mantodea 1科2属2种；直翅目Orthoptera 8科10属10种；同翅目Homoptera 5科8属8种；半翅目Hemiptera 4科4属5种；脉翅目Neuroptera 1科2属2种；鳞翅目Lepidoptera 9科13属13种；鞘翅目Coleoptera 10科15属15种；膜翅目Hymenoptera 4科7属7种；双翅目Diptera 5科5属5种。

2.2 多样性分析

通过调查，计算4种典型生境昆虫Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Margalef丰富度指数(Dm)、Simpson优势集中度指数(D)和Pielou均匀度指数(J)，结果如表1。

表1 4种生境多样性指数比较

从表1可以看出，4种典型生境昆虫种类均匀度指数与多样性指数和丰富度指数趋势基本一致。变化呈现皇藏峪天然次生林>泉山侧柏-刺槐林>人工林>侧柏纯林趋势。 而Simpson优势集中度指数(D)(简称优势度指数)与多样性指数、均匀度指数和丰富度指数变化趋势不同，呈现侧柏纯林>杨树人工林>泉山侧柏-刺槐林>皇藏峪天然次生林的趋势。

2.3 主成分(PCA)分析

4种典型生境昆虫相关系数矩阵见表2。从表2可以看出, 全部数据的绝对值大于0.6，各变量两两之间有较大的相关系数，因此，适宜用主成分分析法来研究变量之间的关系。

分析结果显示，仅前3主成分累计贡献率已达97.306%，大于85%，主成分分析取得了很好的效果。

表2 4种典型生境昆虫相关系数矩阵

4种生境昆虫主成分分析的矩阵图见图1。从图1可以看出，皇藏峪天然次生林和泉山侧柏-刺槐林聚在一起，说明其中昆虫种类相似性较大，而杨树人工林和泉山侧柏纯林各自独立，说明其各自生境比较特殊。主分量分析结果反映了昆虫种类在生境上的分布规律。

图1 4生境主成分矩阵图

2.4 种类相似性分析

使用Jaccard相似性指数，4种典型生境林地的相似性系数结果如表3。

从表3可见，按相似性从大到小排列，依次为皇藏峪天然次生林和泉山侧柏-刺槐林、皇藏峪天然次生林和杨树人工林、泉山侧柏-刺槐林和杨树人工林、杨树人工林和泉山侧柏纯林、泉山公园侧柏-刺槐林和泉山侧柏纯林、皇藏峪天然次生林和泉山侧柏纯林，它们均达到中等相似水平及以上。

表3 4种生境昆虫组成的相似性系数

各个地点的聚类树状图见图2。从图2可看出，在0～5之间，有一组相聚，即皇藏峪天然次生林和泉山侧柏-刺槐林聚在一起。在10～15之间，皇藏峪天然次生林及泉山侧柏-刺槐林与杨树人工林聚在一起；在25左右，侧柏纯林才与它们聚在一起，聚类结果反映了昆虫种类在生境上的分布规律。

图2 徐州典型林地生境聚类图

3 讨论

Shannon-Wiener多样性指数(H')、Margalef丰富度指数(Dm)、Simpson优势集中度指数(D)、Pielou均匀度指数(J)是比较认同的动物多样性指数，能够客观地反映种类的丰富度。结果4种典型生境昆虫种类多样性指数、丰富度指数和均匀度指数趋势基本一致，呈现皇藏峪天然次生林>泉山侧柏-刺槐林>人工林>侧柏纯林趋势。而Simpson优势集中度指数(D)与以上3种指数相反呈现侧柏纯林>杨树人工林>泉山侧柏-刺槐林>皇藏峪天然次生林的趋势，反应不同指数测定结果有所差异。侧柏纯林和杨树人工林昆虫种类优势集中度指数较大，主要是一些种类如中华负蝗和稻褐飞虱等数量明显比其他种要多。

主成分分析是研究多个定量变量间相关性的一种多元统计方法，常被用来寻找判断某种事物或现象的综合指标，并将综合指标所蕴藏的信息适当解释，以揭示事物的内在规律。按照采用坐标轴的属性，可将排序分为2类：(1)以环境因素的改变为轴，为直接排序；其结果说明环境梯度对种类组成的影响；(2)以种类组成本身的改变为轴，称为间接排序；其结果阐明种类组成在相似性基础上的空间排列。本文选取Jaccard定性相似系数和种类主成份(PCA)分析进行昆虫种类的相似性分析，结果具有很好的一致性，比较准确地反映了4种生境昆虫的分布情况。

[1] 池 康，刘缠民，郝 囡.淮北地区几种典型林地昆虫群落结构比较.江苏林业科技，2014，41(2)：24-27.

[2] 朱朝芹, 池 康,叶雪琴,等.苏北农林生境蚂蚁多样性及群落结构研究.江苏林业科技，2010, 37(2): 7-10.

[3] 刘缠民,廉振民.南泥湾片段森林蝗虫群落多样性比较.生态学报，2003, 23(6): 1222-1229

[4] 李鸿兴.昆虫分类检索.北京：农业出版社，1987.

[5] 周 尧.中国蝴蝶分类与鉴定.郑州：河南科学技术出版社，1998.

[6] 郑哲民.蝗虫分类学.西安：陕西师范大学出版社，1993.

[7] 钱迎倩, 马克平.生物多样性研究的原理与方法.北京: 中国科学技术出版社，1994.

1001-7380(2014)04-0037-03

2014-04-10；

2014-04-24

池 康(1970-)，男，江苏徐州人，工程师，硕士，主要从事森林昆虫方面的研究工作。

S763.302

A

10.3969/j.issn.1001-7380.2014.04.009