南京老山地区鞘翅目昆虫多样性及区系分析

董 雯,施筱迪,汤 亮,曹婷婷,高翠青*

(1. 南方现代林业协同创新中心,南京林业大学林学院,南京 210037;2. 赣南师范大学,江西赣州 341000;3. 上海师范大学,上海 200233;4. 张店区自然资源保障中心,山东淄博 255030)

鞘翅目Coleoptera作为昆虫纲第一大目,是世界上昆虫种类最为丰富的类群,目前已记载有5亚目24总科207科39万种左右(聂瑞娥等,2019;丁强等,2022)。该目昆虫食性复杂,许多植食性种类都是农林业生产中的重要害虫,应进行一定的监测及防控;一些捕食性种类则作为天敌昆虫对人类有益;部分种类具有医药价值,可以进行合理开发和利用(袁树先等,2014)。

老山地区受人为干扰较少,天然次生林保存较完好,其生物多样性与周边生态环境息息相关(凌云等,2010)。老山地区昆虫资源的专项研究工作已经有一些报道(李朝晖,2002;李朝晖等,2004;虞蔚岩等,2008;虞蔚岩等,2010;钟华瀚等,2018),但研究对象局限于鳞翅目Lepidoptera和蜻蜓目Odonata。到目前为止,对该地区鞘翅目昆虫资源状况及分布情况的研究仍是一片空白。本研究对老山地区鞘翅目昆虫种类进行了区系分析及多样性研究,进一步掌握了老山地区昆虫资源现状,从而为老山地区生物多样性的保护、害虫防治等提供科学依据和基础参考资料。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

南京老山地区地处南京市江浦境内,总面积约97.04 km2,区域主体为老山山脉(韩茜等,2022)。该地区属于低山丘陵区,平均海拔200 m左右,最高山峰490 m,气候温和湿润雨量充沛,为北亚热带季风气候特征,森林覆盖率高达80%(邵燕和汤庚国,2007;姜卫卫等,2012)。老山地区以落叶阔叶与常绿阔叶混交林为主,动植物资源丰富。

老山地区的主体是于1916年创建的老山林场,它是江苏省面积最大的国有林场。而在老山林场基础上建立的老山国家级森林公园,则是全省成立最早的国家级森林公园之一(陈积敏和温作民,2011)。

1.2 昆虫采集及标本鉴定

根据老山地区的自然环境和植被类型等特征,选取了20条样线(图1),采用人工踏查和灯诱相结合的方式进行调查。在2020年和2021年的4-10月进行了人工踏查,调查频次为每月1次,每次调查均覆盖所有样线。主要采用网捕、振落、搜索等方法,全面调查路线两侧2 m范围内的鞘翅目昆虫,同时拍摄生态照片。灯诱集中在每年的7-8月,选取较为晴朗的夜晚,共进行了6次,定时定点开灯,收集鞘翅目昆虫。

图1 老山地区鞘翅目昆虫采集样线图

笔者联合鞘翅目各类群专家,通过发送生态照、标本照和邮寄干制标本等方法进行种类鉴定。采集到的昆虫标本均存放于南京林业大学林学院昆虫标本室。

1.3 数据分析方法

利用EXCEL软件对鞘翅目昆虫名录进行整理排序和分类,再根据以下指数进行多样性分析。

1)物种丰富度(S)

即物种的数目,直接用该地区鞘翅目昆虫种数来表示(陈振宁和曾阳,2001)。

2)多样性指数(H′)

采用Shannon-Wiener公式(黄红英等,2003):H′=-∑pilnpi,pi=Ni/N。

3)均匀度指数(E)

采用Pielou公式(张智英等,2005):

E=H′/lnS。

4)丰富度指数(R)

采用Margalef公式(闫伟东等,2021):

R=(S-1)/lnN。

5)优势集中性指数(D)

采用Simpson公式(赵红蕊等,2010):

D=∑pi2。

上述计算公式种,pi是第i种的个体比例,Ni是第i种的个体数,N是全部物种的个体总数。调查过程中使用了人工踏查和灯诱两种采样方法,但是由于灯诱种类较少,共9科15种(见本文增强出版附件材料),无法进行各项计算,故老山地区鞘翅目群落多样性特征计算均将灯诱到的种类去除,仅对人工踏查所采集到的种类进行了数据分析。

结合该地区鞘翅目昆虫数量特征,进行数量等级划分:将pi>5%定为优势类群,1%

2 结果与分析

2.1 老山地区鞘翅目群落组成

调查共采集到980头鞘翅目昆虫,隶属于23科 130属152种(见本文增强出版附件材料)。根据数量等级划分,叶甲科Chrysomelidae、瓢虫科Coccinellidae和天牛科Cerambycidae为优势类群,拟步甲科Tenebrionidae、象甲科Curculionidae、金龟科Scarabaeidae、芫菁科Meloidae、叩甲科Elateridae、步甲科Carabidae、牙甲科Hydrophilidae、吉丁科Buprestidae和锹甲科Lucanidae为常见类群,其余均为罕见类群。

2.2 老山地区鞘翅目昆虫属、种统计

所采集到的鞘翅目昆虫当中,有112属仅记录单种,占总属数的86.15%,其余均为多种属,有18属,占总属数的13.85%,由此可见,老山地区鞘翅目昆虫属内以单种为主。老山地区鞘翅目昆虫的属种比值系数为0.86,小于该比值的科有吉丁科(0.67)、锹甲科(0.67)、步甲科(0.71)、叩甲科(0.78)、金龟科(0.80)和叶甲科(0.82),这说明以上6个科在老山地区的相对丰富度较大,是区系分析中的活跃成分(表1)。

表1 老山地区鞘翅目昆虫属、种统计表

2.3 老山地区鞘翅目昆虫群落多样性特征

多样性指数(H′)从高至低依次是叶甲科>瓢虫科>天牛科>象甲科>拟步甲科>金龟科>芫菁科>叩甲科>牙甲科>步甲科>吉丁科>锹甲科>郭公虫科>虎甲科>龙虱科>阎甲科>长泥甲科>隐翅虫科>萤科>蜡斑甲科>露尾甲科>蚁形甲科(表2)。

表2 老山地区鞘翅目昆虫群落数量特征

均匀度指数(E)由大到小依次为叶甲科>瓢虫科>天牛科>象甲科>拟步甲科>金龟科>芫菁科>叩甲科>步甲科>牙甲科>吉丁科>锹甲科>郭公虫科>虎甲科>龙虱科>长泥甲科>隐翅虫科>萤科>蜡斑甲科>蚁形甲科>阎甲科>露尾甲科(表2)。

丰富度指数(R)从高到低依次是叶甲科>天牛科>金龟科>象甲科>瓢虫科>步甲科>叩甲科>拟步甲科>吉丁科>锹甲科>牙甲科>虎甲科>郭公虫科>阎甲科>龙虱科>萤科>蜡斑甲科>露尾甲科>长泥甲科>蚁形甲科>隐翅虫科>芫菁科(表2)。

优势集中性指数(D)由大到小依次是叶甲科>瓢虫科>天牛科>象甲科>拟步甲科>金龟科>芫菁科>叩甲科>牙甲科>步甲科>吉丁科>锹甲科,其余的郭公虫科、虎甲科、龙虱科、阎甲科、长泥甲科、隐翅虫科、萤科、蜡斑甲科、露尾甲科和蚁形甲科仅记录单科单属,剩余13个科当中,只有叶甲科和瓢虫科的优势集中性指数较大,可能是因为这两科的个体数较多,优势较集中(表2)。

老山地区鞘翅目昆虫丰富度指数(R)与物种的丰富度(S)趋势基本一致,S越高,R越大;除天牛科和步甲科外,其余种类的多样性指数(H′)和均匀度指数(E)也与物种丰富度趋势基本一致,即S越高,H′和E越大(图2,图3)。

图2 老山地区鞘翅目昆虫物种丰富度

图3 老山地区鞘翅目昆虫多样性指标

2.4 山地区鞘翅目区系分析

根据张荣祖(1987)的世界动物地理分区和申效诚(2015)的中国动物地理区划,结合部分昆虫专著(刘广瑞等,1997;李后魂等,2009;虞国跃,2010;王小奇等,2012;王直诚,2014;吴鸿等,2014;虞国跃,2020)对采集到的鞘翅目昆虫进行区系分析,具体种类及区系成分构成见本文增强出版附件材料。

2.4.1老山地区鞘翅目昆虫在世界动物地理区系中的分布

老山地区鞘翅目区系组成较复杂,以东洋-古北界共有种和古北种为主,其中前者种类更多,共计70种,占总种数的46.05%,后者共计 63种,占总种数的41.45%,有4种仅在东洋区分布,为东洋种,占总种数的2.63%。此外,还有7种为古北-新北界共有种,占总种数的4.61%,剩下的8种均为广布种,占总种数的5.26%(表3)。

表3 老山地区鞘翅目昆虫在世界动物地理区划中的分布情况

2.4.2老山地区鞘翅目昆虫在中国动物地理区系中的分布

老山地区鞘翅目中国地理区系分布中占比最大的是华中区,有152种,占比100%,其次是华南区(103种)和华北区(97种),分别占比67.76%和63.82%。其余的西南区、东北区、蒙新区和青藏区的种数分别为63、56、34和19种,分别占比41.45%、36.84%、22.37%和12.50%(图4)。

图4 老山地区鞘翅目昆虫不同中国地理区系数量分布图

3 结论与讨论

本文对老山地区鞘翅目昆虫的多样性及区系进行了探索性的研究。在2020年到2021年期间共采集记录鞘翅目昆虫980头,隶属于23科130属152种。从属种关系上来看,该地区单种属占主导地位,这说明老山地区鞘翅目昆虫的起源与构成可能比较复杂。除单种属外,各科的属种比值系数存在一定差异,这说明老山地区各类群相对丰富度相差较大,这与老山地区植被类型、地理位置有关。

叶甲科个体数最多,共394头,占总个体数的40.20%,为该地区优势类群。该类群的多样性指数、均匀度指数、丰富度指数和优势集中性指数均最高,说明叶甲科群落结构稳定,物种丰富。瓢虫科的多样性指数、均匀度指数和优势集中性指数仅次于叶甲科,但丰富度指数则低于叶甲科、天牛科、金龟科和象甲科4个科,这说明瓢虫科相比于叶甲科来说类群较单一,但群落结构较稳定。

在世界地理区系种,老山地区鞘翅目昆虫以东洋-古北界共有种和古北种为主,东洋种占比较少,研究结果证实,老山地区鞘翅目区系位于东洋界和古北界交汇地带,且更偏向古北界一侧。该地区鞘翅目区系与鳞翅目蝶类(李朝晖,2002;李朝晖等,2004)以及蜻蜓目(虞蔚岩等,2008;虞蔚岩等,2010)的研究结果相似,它们都以东洋-古北界共有种为主,但不同点在于该地区鳞翅目蝶类和蜻蜓目昆虫区系东洋种比古北种更占优势,这可能是由于鳞翅目蝶类和蜻蜓目的扩散能力与鞘翅目相比有所不同,再加上年代久远,区系类型可能会有一定变化。

在中国地理区系中,老山地区鞘翅目昆虫由华中区、华南区和华北区共同主导,并且大多数种类为多区共有种,缺乏地区特有种,体现了老山地区鞘翅目昆虫多元化的特点,这也与老山地区蝶类的研究结果(李朝晖,2002)相一致。

该研究对老山地区鞘翅目昆虫多样性进行了初步调查,但是由于老山地区植被丰富,位于古北区和东洋区过渡地带,其区系组成较复杂。同时,鞘翅目昆虫种类繁杂,由于采样方法所限,本次调查采集到的鞘翅目昆虫多以叶表活动的种类和趋光性强的种类为主,对于土表及土下生活的种类探究较少,未来尚需不断丰富采集方法,对该地区的鞘翅目昆虫资源开展更深入的研究。

致谢：感谢周德尧(上海嘉定农技中心)、虞国跃(北京市农林科学院)、黄贵强(六盘水师范学院)、阮用颖(深圳职业技术学院)等协助鞘翅目昆虫种类鉴定。