长春师范大学校园昆虫多样性调查

许振文,韩雨芙,包安妮,刘晓美,朱文明,卢冠军

(长春师范大学地理科学学院,吉林 长春130032)

昆虫隶属于节肢动物门,昆虫纲,在自然界中分布广泛,占据的生境类型丰富多样。昆虫在生态系统中扮演重要角色,有些昆虫可以为农林除害,在捕食的过程中帮助植物授粉,部分昆虫可以分解凋落物,促进能量流动和物质循环。对于人类而言,有些昆虫及其采集的蜂蜜具有药用价值和食用价值,可以治疗多种疾病[1]。特定区域内昆虫丰富度及种群动态能反映该地的环境条件及质量[2],对生态系统起重要的指示作用。

昆虫丰富度受人类活动的影响十分显著。人类在开发和利用自然环境的过程中,昆虫的栖息地逐渐被农田、种植园、建筑用地等取代,对昆虫赖以生存的生态系统直接造成了严重的干扰和破坏,在城市绿地建设过程中,人们通过改变生态环境类型间接影响昆虫丰富度。为了解昆虫的可利用生境现状,亟待对不同区域的昆虫丰富度展开调查。目前有关昆虫丰富度的研究主要集中在大区域生境中,杨欢[3]调查了成都城市绿地昆虫丰富度,秦军方[4]调查了燕山中部地区昆虫丰富度,额尔敦毕力格[5]调查了呼和浩特市东部地区昆虫丰富度,而对小区域昆虫丰富度的研究较少。

大学校园是学生和教师进行科研文化交流和工作的场所,同时是城市中一个特殊的小区域[6]。大学校园植被覆盖率较高,绿化景观较为完备,生境类型丰富多样,包括林地、灌丛、草地、湿地等,为昆虫提供良好的觅食条件和多样的生存空间。本文以长春师范大学主校区为研究区域,开展昆虫丰富度调查研究,旨在明确校园内昆虫丰富度,揭示不同生境昆虫丰富度差异规律及其原因。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域

长春师范大学主校区(43°91′N,125°40′E)位于吉林省长春市二道区,属于温带大陆性季风气候,年平均气温4.8℃,多年平均降水量约600 mm,年无霜期140～150 d。校园土壤肥沃,植被覆盖率较高,生物种类丰富。绿地规划建设较为完善,包括林地、灌木丛、镜面湖、草地以及建筑区周围的植被,其中林地占地面积最大,为昆虫的生长和繁殖提供了良好的自然条件。

1.2 样地的选取

为准确认识校园内不同生境昆虫多样性及优势度的差异,根据校园内人类活动情况、植被类型与分布特点,选取校园内3处典型样地(A区、B区、C区)进行调查。A区为绿化区,位于长春师范大学南门东侧,以高大乔木和油松为主,上层植被为樟子松、红皮杉、冷杉等高大乔木,中层有鸡树条荚蒾、毛樱桃、长白忍冬等灌木和藤本植物,下层有打碗花、酸模叶蓼、龙葵等草本植物[7]。样地内植被类型丰富,土壤腐殖质层发育较好,人类活动较少,由于高大乔木的阻挡,绿化区内风速较小,适宜昆虫的生长繁殖。B区为灌木丛,位于长春师范大学主校区西南角,生境介于绿化区与生活区之间,人类活动较弱,无高大乔木,植被类型以灌木和草本植物为主,四周无高大乔木和建筑的遮挡,因有铁轨,高架桥等对昆虫有一定干扰。C区为生活区,位于学生公寓和教学楼之间,多为硬化路面,有稀疏的草本植物和藤本植物,人类活动频繁,对部分昆虫干扰较大。

1.3 标本的采集、制作与鉴定

2021年5月至7月,采用灯光诱捕法在上述3个样地对昆虫进行采样与调查,从日落时分开始采集,每次采集3 h,15～20 d采集一次,共采集5次。在实验开始前记录当日的日落时间。日落前30 min,将白色背景布离地约10 cm垂直搭建在昆虫采集样地,在幕布中央靠上处固定1个白炽灯引诱昆虫[8]。毒瓶底部放置一层脱脂棉,使用医用注射器注入乙酸乙酯,将棉花浸湿不滴漏,盖紧瓶盖,用于放置诱捕昆虫。

日落时开始第一次观察并统计昆虫种类与数量,每隔30 min记录落布昆虫的种类及数量,同时,每个种类的昆虫取样2头个体,并将捕捉到的昆虫单独放入毒瓶中,防止由于昆虫之间争斗导致其肢体或翅膀缺失。昆虫采集结束后,将收集到的昆虫带回实验室。将昆虫还软后,用昆虫针将大型昆虫和小型昆虫分别固定在展翅板和泡沫板上,参考《中国昆虫生态大图鉴》[9]《昆虫识别图鉴》[10]《昆虫脸书》[11]《昆虫学基础与常见种类识别》[12]对其进行分类与鉴定,制作成标本,保存于标本盒中。

1.4 数据处理与分析

分别统计3个样地昆虫的个体数量及分类结果,采用Shannon-Wiener指数分析昆虫物种多样性;采用Margalef指数分析物种丰富度;采用Simpson指数进行优势度分析;采用Jaccard相似系数分析3个样地昆虫群落相似性。

2 结果与分析

2.1 昆虫丰富度

通过对校园内3个样地昆虫进行统计,共获得昆虫标本798头,隶属于7目34科(表1)。7目分别为双翅目(Diptera)、鞘翅目(Coleoptera)、鳞翅目(Lepidoptera)、膜翅目(Hymenoptera)、直翅目(Orthoptera)、半翅目(Hemiptera)和脉翅目(Neuroptera)。校园内昆虫物种多样性由高到低依次为:双翅目共计14科642头;鞘翅目共计10科93头;鳞翅目共计3科16头;直翅目共计2科17头;半翅目共计2科2头;脉翅目共计2科4头;膜翅目共计1科24头。校园内昆虫个体数量最多的科为摇蚊科(Chironomidae),共计492头,占比61.7%,其次为禾蝇科(Opomyzidae),共计95头,占比11.9%。

表1 长春师范大学主校区3种生境昆虫物种组成

2.2 样地昆虫组成

从物种数量上看,长春师范大学主校区3种典型生境采集到的昆虫个体数量差异显著。A区采集到的昆虫数量最多,共计504头,隶属于7目26科;其次为C区,共计206头,隶属于3目8科;B区昆虫数量最少,仅有88头,隶属于7目15科。

2.3 不同生境昆虫多样性及优势度分析

3种生境昆虫Shannon-Wiener指数、Margalef指数、Simpson指数如表2所示。A区的Shannon-Wiener指数和Margalef指数均最高,分别为2.52和4.02;其次为B区,Shannon-Wiener指数与A区相近,Margalef指数明显低于A区,C区的Shannon-Wiener指数和Margalef指数最低。3种生境昆虫Simpson指数由大到小依次为:B区、A区、C区。A区与B区的相似度最高,相似系数为0.46,其次是B区与C区,相似系数为0.28,相似性最低的是A区与C区,相似系数为0.21。

表2 3种生境昆虫多样性

3 讨论

长春师范大学主校区3种生境夜晚采集的昆虫共798头,隶属于7目34科,校园内昆虫物种多样性由高到低依次为:双翅目、鞘翅目、鳞翅目、直翅目、半翅目、脉翅目、膜翅目。此前,许多高校已进行昆虫丰富度调查研究,胡庆玲等[2]在渭南师范学院开展昆虫丰富度调查研究,共采集昆虫8目33科,研究区植被覆盖率为39.2%,气候类型属于半干旱半湿润气候,适合昆虫的生长繁殖。张争光等[13]在井冈山大学共收集昆虫9目47科研究选取的样地与本文相似,但纬度位置低于长春师范大学主校区,气候类型属于典型的亚热带气候,昆虫丰富度较高。范锦胜等[14]在黑龙江大学共收集昆虫11目49科,研究区域的纬度与本文相近,但植被覆盖率较高,昆虫采集时间较长,校园内昆虫丰富度高于长春师范大学主校区。

Shannon-Wiener指数、Margalef指数、Simpson指数和Jaccard相似系数结果表明,绿化区和灌木丛昆虫多样性、丰富度和优势度较为接近,且明显高于生活区。从植被类型及多样性角度分析,绿化区和灌木丛的植物种类繁多,生物多样性更加丰富。此外,绿化区和灌木丛人类活动较少,为昆虫的生长繁殖提供了良好的生境。

昆虫物种组成与其所处环境的植被、土壤和气候等因素关系密切,不同生境下植被类型和人类活动均会对境内昆虫多样性及分布造成影响[15-17]。绿化区植被覆盖率最高,植物种类丰富多样,土壤腐殖质层发育良好。由于高大乔木的阻挡,样地内风力较小,人类活动少,对昆虫的干扰小,适宜昆虫的生长繁殖。灌木丛以低矮灌木和草本植物为主,风力较大,人类活动和建筑等对昆虫有一定干扰,故采集和记录的昆虫数量较少,但由于人类活动干扰较小且植被覆盖率较高,故昆虫生物多样性及丰富度较高。生活区有稀疏的草本植物和藤本植物,多为硬化路面,四周为建筑,且人类活动较为频繁,对昆虫干扰较大,故昆虫多样性、丰富度均较低。

从3种生境昆虫群落的相似性来看,绿化区和灌木丛的相似性最高,说明二者具有相似的植被,但不同目昆虫间也有显著差异,比如绿化区的双翅目、鞘翅目和直翅目数量明显高于灌木丛。主要原因是双翅目成虫吸食花蜜、树液及其他腐殖质,鞘翅目和直翅目昆虫大多产卵于土内或植物组织中,部分鞘翅目昆虫有地栖性,隐藏于林下、落叶层和树皮下[12]。绿化区内植株普遍偏高,植物种类更加丰富多样,为昆虫提供了更多食物及生存和繁衍的空间。可见,人类的活动和生态环境类型对昆虫的物种组成及多样性产生直接或间接的影响。