以昆虫为指示生物对森林环境评估研究概述

胡元斌等

一、森林生态系统健康的概念及内涵

森林生态系统是地球上最重要的生态系统，因为森林是空气的净化物， 森林有自然防疫作用，森林对气候有调节作用等等。一般广义的森林生态系统健康是指生态系统在保障正常的生态服务功能、满足合理的人类需求的同时， 维持自身持续向前发展的能力和状态， 或者对目前绝大多数受到胁迫的森林生态系统来说， 是一种目标、一种需要恢复的理想化目标[2]。

进入20世纪以来，伴随着人口增长和经济发展，自然资源被加速和过度开发，森林进一步减少和退化。随之出现的全球气候变暖、生物多样性减少、土壤侵蚀加剧、水旱灾害频繁等一系列生态危机，促使人们开始重新认识森林的作用，协调与森林的关系。20 世纪70 年代末期，德国首先提出了森林健康的概念。20 世纪90 年代美国在“森林病虫害综合治理”的基础上，进一步完善了森林健康思想。森林健康（ Forest health） 也称森林生态系统健康（ Forest ecosystem health），是生态系统健康的一个主要分支，因而在很大程度上继承了生态系统健康的理论与方法，但由于森林生态系统的特殊性和复杂性，也产生了森林健康的特定内涵。20世纪80年代针对森林衰退问题提出了森林健康的概念。1992年瑞士联邦林业研究所出版了《Forest Health》，专门分析了森林衰退问题及其控制对策。1992年美国国会通过了《森林生态系统健康和恢复法》，对森林健康形成了共识。

二、以昆虫为指示生物对森林环境评估的研究概述

目前，以指示生物对森林生态系统健康进行评估的研究已很多，也较为方便和准确。对昆虫为指示生物森林生态系统单个环境的研究很多。但是对森林生态系统整体的研究还不很多。本文在于整体的以昆虫为指示生物对森林生态系统中土壤、水和大气环境进行评估。

1.以昆虫为指示生物对森林生态系统进行评估的优势

首先，昆虫与植物是陆地生物群落中最为重要的组成部分，二者间的相互作用是多方面的。作为动物界种类最多的类群，昆虫是自然生态系统物质和能量循环不可缺少的重要环节，可显示整个森林生态系统结构与功能的许多特征。其次，昆虫的生物量在整个陆地生态系统中是惊人的，构成了自然界生物多样性的重要组成部分，具有其他物种无法替代的生态功能。昆虫群落的变化在很大程度上可以影响到森林生态系统食物网的组成，因此也直接或间接地影响较高等生物的分布和丰度。再者，昆虫能占据大量尺度小、异质性强的各类生境空间，对其生存环境条件的变化十分敏感，是生境变化的响应指示者，具有广泛的生物地理学和生态学探针的功能。

2.以昆虫为指示生物的森林生态环境评估概述

2.1 蜉蝣目（Ephemeroptera）、双翅目（Diptera）和毛翅目（Trichoptera）为主体的水生昆虫群落对水环境的评估。

利用水生昆虫作指示生物进行水质监测，主要利用蜉蝣目、双翅目和毛翅目为主体的水生昆虫群落特征及各种类对水质敏感性的不同对水质进行快速生物评价并形成了规范化的执行条例。其主要的研究方法为科级水平生物指数法（Family - Level Biotic Index 简称FBI） 进行评价。科级生物指数是Hilsen-hoff 于1988 年提出，并提供了10 目69 科的耐污值，该指数是目前美国环境保护局推荐使用的指数之一，该指数的公式为： FBI = Σs i = 1 NiTi/ N ，式中N 代表样品科的个体总数， Ni 代表第i 科的个体数， Ti代表第i 科的耐污值， S 为科数。水质评价标准沿用Hilsenhoff 标准：FBI = 0. 00～3. 75 极清洁；3. 76～4. 25 很清洁；4. 26～5. 00 清洁，5. 01～5. 75 一般，5. 76～6. 50 轻度污染；6. 51～7. 25 污染；7. 26～10. 00 严重污染。

2.2 弹尾目（Collembola）土壤昆虫对土壤环境的评估。

弹尾土壤昆虫是土壤中的优势物种之一，属于中型土壤动物。弹尾目昆虫因其在土壤中的特殊地位和功能，其群落结构和种群特征被作为土壤质量评估的指标特征，多年来一直被广泛应用。随着环境污染问题的提出和重视，弹尾目昆虫的群落结构和种群特征也被逐步用于重金属、农药和其他类型的污染土壤环境评估中。尤其近年来，弹尾目昆虫在对污染环境的生态评估研究中得到越来越多的重视。弹尾目昆虫的活动、取食、繁殖及其他全部的生命活动范围一般都在土壤的表层（0～25cm） 内，它们是土壤环境变化的受害者和直接目击者；因为弹尾目昆虫对周围环境的特别敏感，正常情况下，每平方米森林的弹尾目土壤昆虫为10万头。因此，研究统计弹尾目昆虫群落结构和种群特征的变化能有效地反映土壤污染的实际情况。

2.3 食叶性的鳞翅目（Lepidoptera）昆虫以及刺吸式的同翅目（Homoptera）等昆虫对大气环境的评估。

根据调查显示，在森林生态系统或者其他生态系统中，当遭受SO2 ，NOx 和O3 等污染，生态系统中的食叶性的鳞翅目昆虫以及刺吸式的蚜和木虱等同翅目昆虫，以及小蠹虫等树皮下钻蛀性鞘翅目（Coleoptera），这些植食性昆虫的生长速率和种群密度都呈上升趋势。大气污染被认为是引起植物生理、生化性质和组成成分发生变化的重要因子之一 . 由于这种变化，寄主植物对植食性昆虫的价值也许将发生改变.研究还发现，以韧皮部取食的昆虫的种群密度是与CO2的浓度呈正相关。即，当大气中SO2 ，NOx 和O3的含量超出正常指标时，很多植食性昆虫的生命周期将会显著变化，他们的种群密度将会显著上升；当大气中CO2的浓度发生显著变化时，韧皮部取食的昆虫的种群密度亦发生显著的正相关变化。因此，可以根据某种特定昆虫的种群波动，有效的判断大气环境的污染程度以及大气中各气体成分的比例，从而对大气环境进行评估。

三、以昆虫为指示生物对森林环境评估的方法概述

1.以蜉蝣目、双翅目和毛翅目为主体的水生昆虫群落对水环境的评估

在森林中的池塘或者有一定宽度的溪流中，放置D型网在岸边。用力搅动，使网内的水生昆虫全部落在网上。并随机检出水中石块20 块及枯枝落叶上的昆虫标本约30 头 ，使采获的水生昆虫个体不少于300 头。将水网中放置与一浅盆中，注入清水。并在相隔不远处做3-4组对照，每组网中的水生昆虫以200头左右为最宜，采获的昆虫标本在野外立即挑出，保存于75%～85%的酒精中。按照此方法在其他样地中，得到水生昆虫数量。根据，科级水平生物指数法（Family - Level Biotic Index 简称FBI），FBI = Σs i = 1 NiTi/ N ，式中N 代表样品科的个体总数， Ni 代表第i 科的个体数， Ti代表第i 科的耐污值， S 为科数。可算出该处水环境的健康状况，0.00～3.75 极清洁；3.76～4.25 很清洁；4.26～5.00 清洁，5.01～5.75 一般，5.76～6.50 轻度污染；6.51～7.25 污染；7.26～10.00 严重污染。这样就可以得到水环境的健康状况。

2.以弹尾目土壤昆虫对土壤环境的评估

最好在雨后森林中的一些样地中，用铲子，铲取面积为0.1m2、深度为25cm的土块置与白色托盘中。选取不少与5组的对照。用烤虫器或采虫筛等工具分离出土壤动物，（烤虫器使用时，将野外采来的腐烂物放入有隔筛的铁皮圆筒中，用电灯或其它热源增高温度，利用热量将腐烂物中的昆虫驱赶到圆筒的下方的漏斗中，再从漏斗落入毒瓶或酒精瓶内，达到采集的目的；采虫筛使用时，将野外采来藏有昆虫的土壤，从袋口装入上层铁丝框中，提起口袋用力抖动，昆虫便被筛出，并按体型大小，分别留在不同层次 的铁筛上或落入下面的毒瓶中。）带回，将采回的土壤动物烘干，进行分类，挑出各个对照组中的弹尾目土壤昆虫。按照此方法在其他样地中，得到分别得出弹尾目土壤昆虫数量。整理各个组的弹尾目土壤昆虫的种群数量，取平均数，根据种群数量列表。正常情况下，样方中弹尾目土壤昆虫的含量为1000头。根据种群数量的对比就可以得出土壤环境的健康状况。

3.以食叶性的鳞翅目昆虫以及刺吸式的同翅目等昆虫对大气环境的评估

在样地中布置马氏网，利用昆虫的趋光性，可以捕捉双翅，膜翅等目昆虫。挑出马氏网诱捕到所需昆虫，记录。一般情况下，需要网捕，因为网捕得到的数据更为准确。在样地中，选取一块面积为4 m2小块区域，尽可能的网捕到所有食叶性的鳞翅目昆虫以及刺吸式的蚜和木虱等同翅目昆虫，然后分类，统计其种群数量数据。然后，在样地中布置小蠹虫的诱捕器，利用小蠹虫的诱捕器，诱捕小蠹虫，得到其种群数量数据。在每个样地中选取1-2生长状况相近的植株，找到该植株食叶性的鳞翅目昆虫或者刺吸式的蚜和木虱，用白色网罩将发现的昆虫包住，防止目标昆虫的逃跑。记录目标昆虫的生命周期，例如，什么时候蜕皮，什么时候化蛹等。将得到到生命周期数据和种群数量数据，联系起来，然后根据各个样地的不同数据，就可以大气环境的健康状况。

四、讨论

目前，昆虫作为指示生物，对森林生态系统中土壤、水和大气环境评估的研究，已经取得一定的进展，但是其研究方法也暴露出一些问题。例如，食叶性的鳞翅目昆虫以及刺吸式的蚜和木虱等同翅目昆虫的捕捉工作有太多的主观性，使得这些昆虫的数据往往不够准确； 白色网罩昆虫和马氏网的方法往往被人为破环，妨碍了实验的进行；对弹尾目土壤昆虫的鉴定有一定难度，使得数据往往不够准确等。可以利用以下的方法加以改进，加大管理力度，防止人为破环；加大捕捉面积使得数据更加准确；提高实验人员的分类学知识提高准确性等。

总之，基于昆虫是陆地生物群落中的重要组成部分，也是一类生物量庞大、种类繁多的生境变化响应指示者，昆虫群落的变化在很大程度上可以影响到森林生态系统食物网的组成，能直接或间接地影响较高等生物的分布和丰度等原因， 仍然可以认为森林生态系统中昆虫对于指示整个系统的变化程度具有举足轻重的地位和作用。所以以昆虫为指示生物对森林生态系统评估，具有广阔的前景。

参考文献

[1]森林的作用——假如世界上没有森林[J] .新疆林业，1985年第4期

[2]马立等. 森林生态系统健康的研究进展[J].林业调查规划，2007.

[3]彭刘生. 生物入侵、森林健康与林业有害生物管理[J].现代农业科技，2005，（02） .

[4]O Laughlin J.Forest ecosystem healt h assessment issues ： definition ， measurement ， and management implications [J].Ecosystem Health，1996，2（1）：19 - 40.

[5]Rapport D J ，Costanza R ，McMichael A J . Assessing ecosystem healt h[J] . Trends in Ecology & Evolution ，1998 ，13 （10） ：397 - 405.

[6]Rapport D J ，Whitford W G. How ecosystems respond to st ress ：common properties of arid and aquatic system[J] . BioScience ，1999 ，49 ：193 - 203.

[7]Schaeffer D J ，Henricks E E ，Kerster H W. Ecosystem healt h ： 1. Measuring ecosystem health[J] . Environmental Management ，1988 ，12 ：445 - 455.