基于林分昆虫多样性调查的传统灯诱法改进效果分析.pdf

第 卷第 期 年 月生态学报 .:/.基金项目:北京林业大学大学生创新创业训练项目()收稿日期:网络出版日期:通讯作者 .:.:./周阳 权子豪 段曼微 严飞 李香 胡阳 张东 李凯.基于林分昆虫多样性调查的传统灯诱法改进效果分析.生态学报():.():.基于林分昆虫多样性调查的传统灯诱法改进效果分析周 阳 权子豪 段曼微 严 飞 李 香 胡 阳 张 东 李 凯 北京林业大学生态与自然保护学院 北京 福州海关技术中心 宁德 北京市绿地养护管理事务中心 北京 北京市通州区林业保护站 北京 摘要:昆虫在生物多样性调查中具有不可替代的地位灯诱法是效率最高的昆虫采集方法之一然而传统的灯诱方法存在诱集范围无法界定、采样流程标准性不足等问题 为此使用自制的聚光灯诱箱()作为改进灯诱方法并使用灯诱帐()作为传统灯诱法进行对照以北京杨()与油松()人工林为样地对两种灯诱装置采集的蛾类数量及物种组成、物种多样性指数与形态参数等多个指标进行评价 共采集蛾类 科 种 号其中北京杨林分 采集 科 种 号 采集 科 种 号油松林分 采集 科 种 号 采集 科 种 号 分析显示:()采集的个体数量与物种数量均高于 总体上 在不同样地间的数据误差水平更低()两种灯诱装置采集的蛾类优势种组成显著不同(.)共有种的数量比例始终高于 即后者的特有种占比例更高()总体上 物种多样性指数的数据误差水平更低()采集的蛾类物种体型更大(体长约为 的.倍)、飞行能力更强(相关参数约为 的.倍至.倍)结果表明在林分昆虫多样性的调查中传统灯诱法的数据稳定性较差对林分的代表性不足 聚光灯诱箱因其对光域的可控性和采集昆虫的规范性具备更高的稳定性在森林昆虫多样性调查与监测中具有更好的适用性与应用前景关键词:林分 昆虫多样性 灯诱法 聚光灯诱箱 蛾类 采集效果 :.“”()():/.()().:().()(.).().()(.)(.).“”.:昆虫是生态系统中物质和能量循环过程不可缺少的环节相较兽类和鸟类昆虫对环境因素的变化更加敏感适于反映较小尺度生境中的细微变化在生物多样性调查中占有不可替代的地位 在森林生态系统中林分(如树种组成、林龄、林型以及林下植被组成等)是影响昆虫多样性的重要因素也是设置采集样地的重要依据在生物多样性调查中样本采集是重要的调查基础 灯诱法是效率最高的昆虫采集方法之一传统的灯诱法为:将幕布挂在诱虫灯后方使用毒瓶对幕布上的昆虫进行人工采集该方法在自然森林的昆虫多样性调查中已相当普及 然而由于缺乏通用的灯诱法标准灯诱装置的结构特征与布设位点等方面所存在的差异将导致获得的数据之间并不具备完全的可比较性 在传统灯诱法中诱集光域的不可控意味着难以界定采集范围此外依赖人工采集的收集方式也降低了采样流程的标准性蛾类是灯诱法采集的主要昆虫类群在食性与栖息地等习性方面与植被类型密切相关被认为是反映森林斑块微生境变化的合适调查对象与生物指标 本研究基于传统灯诱法的潜在不足自制了诱集光域可控的、自动采集的灯诱装置作为改进方法并使用传统灯诱法及装置作为对照 使用两种灯诱装置在不同林分类型的样地中采集蛾类通过对比二者采样结果分析各自特点为森林生态系统中基于林分类型的昆虫多样性调查、监测与评价工作提供科学依据与优选方案 研究区概况本研究在北京市通州区进行通州区是北京市“平原百万亩造林工程”中的重点区域之一该地区的城市人工林具有集中连片的特点栽植方式以块状混交与带状混交为主 试验地点位于通州区马驹桥镇平原造林小班()与东郊森林公园华北树木园()均属于 年第一轮百万亩造林地块 主要造林树种为油松生 态 学 报 卷:/.()、垂柳()、北京杨()、刺槐()和国槐()等平均郁闭度为.林下植被主要有藜()、狗尾草()、苋()和蒲公英()等平均盖度为.整体较为稀疏 材料与方法.实验装置聚光灯诱箱(简称 图)是本研究自制的灯诱装置:高度约为.主体为遮光灯罩和前开式收集箱通过将遮光灯罩倒置在林地中形成垂直向上的倒圆锥形光路收集箱中盛有熏蒸杀虫剂落入到装置中的昆虫被毒杀后将落在收集箱底部每间隔 将采集的昆虫取出保存该装置使用乙酸乙酯作为杀虫剂光源为 的自镇流汞灯与户外移动电源(南阳市多助科技有限公司 型)对照灯诱装置为灯诱帐(简称 图)是传统灯诱法的代表装置:高度约为.主体为三分型白色帐布、三角地布和折叠帐杆使用装有杀虫剂的广口瓶和离心管对降落在帐布上的蛾类进行人工采集每间隔 进行一次该装置使用的杀虫剂类型、灯泡与电源规格与聚光灯诱箱一致图 聚光灯诱箱()及其相关结构(、)与光路效果().()()().样地设置根据造林树种的常见性与代表性本研究选取为北京杨林与油松林(长、宽大于 )为对象分别选择 块立地条件相似的独立林班作为本研究的重复样地不同林班的间隔至少 样地造林树种胸径、树高和郁闭度等信息见表.调查方法本研究的调查时间为 年 月至 月该时间段为大多数蛾类物种活跃期 灯诱装置对比实验每 期 周阳 等:基于林分昆虫多样性调查的传统灯诱法改进效果分析:/.图 灯诱帐与光路效果.进行一次确保不重复抽样间互不影响为保证物候的一致性将每次调查时间控制在一周以内遇雨天顺延 在每块样地中分别布设 个 和 个 位点与林班边缘相距至少 两种装置间相距至少 在每块样地中进行 晚的对比实验灯诱时间均设定为:次日将采集的蛾类制成针插标本保存再转入下一块样地本研究共计在 种林分内分别完成 组对比实验 在实验室中对采集的蛾类物种进行鉴定并根据采集时间、样地位置以及使用的灯诱装置完成汇总表 研究样地基本概况 样地概况 北京杨林 油松林 样地面积 /.株行距 /.平均胸径 /.平均树高 /.平均枝下高 /.郁闭度 .林下植被盖度 .林下植被组成 藜 萝藦 狗尾草 苋 龙葵 蒲公英 藜 蒲公英 黄鹌菜 铁苋菜 拉拉藤 藜麦 相邻树种 油松 垂柳 刺槐 白蜡 青杨 国槐 :.数据处理与分析方法()采集数量:统计采集蛾类的个体数量 与物种数量 计算变异系数()比较采集数量的离散程度()物种组成:本研究将相对多度排序前 位的物种作为优势种进行分析 同时统计两种灯诱装置中的共有物种数量比例基于相同的立地条件对两种灯诱装置中共有的蛾类物种数量占各自采集物种数量的比例进行量化()物种多样性:丰富度使用 指数 ()/多样性使用 指数生 态 学 报 卷:/.均匀度使用 指数 /式中 /为第 个物种个体占总采集个体数量 的比例计算变异系数()比较以上三项物种多样性指数的离散程度()形态参数:测量不同蛾类物种标本的体长()、胸宽()、前翅长()和翅负载()作为蛾类的形态参数其中翅负载胸宽/前翅长度基于不同物种的个体数量计算采集蛾类的形态参数的加权平均值本研究使用成对 检验比较采集数量、物种多样性指数与形态参数的差异使用卡方检验比较物种组成差异显著度设定.数据分析与作图在 和 .中进行 结果与分析.两种灯诱装置的蛾类采集数量比较本研究共采集蛾类 科 种 号在北京杨林中 采集到 科 种 号 采集到 科 种 号在油松林中 采集到 科 种 号 采集到 科 种 号采集数量的比较结果表明:月至 月 中的个体数量与物种数量均高于 计算变异系数可得知除 月油松林的个体数量外 中的变异系数均更大:个体数量上在北京杨林中 的变异系数高出 .至.在油松中高出.至.物种数量上在北京杨林中 的变异系数高出.至.在油松林中高出.至.(表)在不同林分中两种灯诱装置采集数量差异的显著性呈现不同的规律:在北京杨林中除 月与 月的个体数量外两种灯诱装置的差异均达到显著水平(.)在油松林中除 月的个体数量与 月的物种数量外其余差异均达到显著水平(.)表 不同林分中两种灯诱装置的蛾类采集数量比较 林分类型 月份灯诱装置 个体数量 ()物种数量 ()均值标准误/均值标准误/北京杨林.油松林.表示蛾类采集数量差异是否显著 表示个体数量()表示物种数量()显著度设定.:聚光灯诱箱 :灯诱帐 :变异系数 .两种灯诱装置的蛾类物种组成比较.优势种比较分析在北京杨林中:黑白尖蛾(至 月)、杨银叶潜蛾(月)、圆斑栉角斑螟(月)和槐叶柄卷蛾(月)是 中特有的优势种二点委夜蛾与玉米螟(月)、巴塘暗野螟、白钩小卷蛾、八字地老虎与杨小舟蛾(月)、甘蓝夜蛾与褐萍水螟(月)和细条纹野螟(月、月)是 中特有的优势种 另外双线织蛾(月)、杨柳 期 周阳 等:基于林分昆虫多样性调查的传统灯诱法改进效果分析:/.小卷蛾(月)、列蛾(至 月)、桃展足蛾(至 月)和藜茎鞘蛾(至 月)在 中的优势度更高旋幽夜蛾(月)、白点暗野螟(月)、二点织螟(至 月)和槐尺蛾(至 月)在 中的优势度更高 不同月份中两种灯诱装置的优势种组成差异均显著(.)在油松林中:列蛾(至 月)、泛壮鞘蛾与桃潜蛾(月)和藜茎鞘蛾(月)是 中特有的优势种甘薯麦蛾、榄绿歧角螟、杨小舟蛾与白钩小卷蛾(月)、异脉筛麦蛾、淡剑贪夜蛾与细条纹野螟(月)是 中特有的优势种 另外小菜蛾(月)、黑白尖蛾与桃展足蛾(至 月)在 中的优势度更高旋幽夜蛾(月)、槐尺蛾(至 月)和槐叶柄卷蛾(至 月)在 中的优势度更高 不同月份中两种灯诱装置的优势种组成差异均显著(.)不同林分中两种灯诱装置采集的蛾类优势种组成见表 优势种组成差异见表 表 不同林分中两种灯诱装置采集蛾类优势种组成(相对多度)()科 物种 月 月 月 北京杨林 尖蛾科 黑白尖蛾 .列蛾科 列蛾 .鞘蛾科 藜茎鞘蛾 .织蛾科 双线织蛾 .桃展足蛾 .尺蛾科 槐尺蛾 .细蛾科 杨银叶潜蛾 .目夜蛾科 窄肾长须夜蛾 .夜蛾科 委夜蛾 .二点委夜蛾 .旋幽夜蛾 .标瑙夜蛾 .甘蓝夜蛾 .乏夜蛾 .八字地老虎 .舟蛾科 杨小舟蛾 .草螟科 白点暗野螟 .褐萍水螟 .玉米螟 .细条纹野螟 .螟蛾科 二点织螟 .圆斑栉角斑螟 .巴塘暗斑螟 .夜斑螟 .柳阴翅斑螟 .卷蛾科 槐叶柄卷蛾 .白钩小卷蛾 .杨柳小卷蛾 .菜蛾科 小菜蛾 .合计.油松林 尖蛾科 黑白尖蛾 .列蛾科 列蛾 .麦蛾科 异脉筛麦蛾 .甘薯麦蛾 .鞘蛾科 藜茎鞘蛾 .生 态 学 报 卷:/.续表科 物种 月 月 月 泛壮鞘蛾 .织蛾科 双线织蛾 .桃展足蛾 .尺蛾科 槐尺蛾 .目夜蛾科 窄肾长须夜蛾 .夜蛾科 委夜蛾 .旋幽夜蛾 .标瑙夜蛾 .乏夜蛾 .淡剑贪夜蛾 .舟蛾科 杨小舟蛾 .羽蛾科 甘薯异羽蛾 .草螟科 白点暗野螟 .细条纹野螟 .螟蛾科 二点织螟 .微红梢斑螟 .榄绿歧角螟 .卷蛾科 槐叶柄卷蛾 .白钩小卷蛾 .松实小卷蛾 .菜蛾科 小菜蛾 .潜蛾科 桃潜蛾 .合计.表 不同林分中两种灯诱装置采集蛾类优势种组成差异比较 林分类型 月份林分类型 月份北京杨林.油松林.表示显著水平为.表示卡方检验的值.共有种比例比较分析在北京杨林中:月 的共有种比例平均为.为.月 的共有种比例平均为.为.月 的共有种比例平均为.为.在油松林中:月 的共有种比例平均为.为.月 的共有种比例平均为.为.月 的共有种比例平均为.为.(图)在 月 的共有种比例始终更高这表明 采集的特有种数量更多 除 月份的北京杨林和 月油松林外两种灯诱装置的共有种比例均存在显著差异(.).两种灯诱装置的蛾类物种多样性比较在 月至 月 的三项物种多样性指数的变异系数总体上小于 丰富度指数 上:在北京杨林中 的变异系数高出 .至.在油松林中 高出.至.而在 月 的变异系数更高 多样性指数 上:在北京杨林中 的变异系数高出 .至.在 月两种灯诱装置的变异系数相近在油松林中 高出.至.而在 月 的变异系数更高 均匀度指数 上:在北京杨林中 的变异系数高出 .至.而在油松林中 的变异系数均大于(表)期 周阳 等:基于林分昆虫多样性调查的传统灯诱法改进效果分析:/.图 不同林分中两种灯诱装置采集的蛾类共有种比例(均值标准误).()表示显著水平为.在不同林分中两种灯诱装置的物种多样性指数差异的显著性呈现不同的规律:在北京杨林中丰富度指数 在、月差异显著(.)多样性指数 在 月差异显著(.)均匀度指数 差异均不显著在油松林中 月的均匀度指数 差异显著(.)月的丰富度指数 和多样性指数 差异显著(.)其余月份均不显著表 不同林分中两种灯诱装置采集蛾类物种多样性指数比较 林分类型 月份灯诱装置丰富度指数 多样性指数 均匀度指数 均值标准误 /均值标准误 /均值标准误 /北京杨林.油松林.表示物种多样性指数差异是否显著 表示丰富度指数 表示多样性指数 表示均匀度指数 显著度设定.两种灯诱装置的蛾类形态参数比较根据同一林分的三块样地中所有采集物种的加权平均值的计算结果对采集的蛾类形态参数进行比较结果表明在北京杨林中 采集的蛾类体长是 的.倍在油松林中为.倍即 采集蛾类物种的体型更大此外在北京杨林中 采集的蛾类胸宽为.倍前翅长是 的.倍翅负载为.倍在油松林中 采集的蛾类胸宽为.倍前翅长是 的.倍翅负载为.倍这表明 采生 态 学 报 卷:/.集蛾类物种的单次飞行能力更强(图)不同林分中 的四项形态参数均显著高于(.)图 不同林分中两种灯诱装置采集蛾类物种的形态参数比较(均值标准误).()表示显著水平为.讨论与结论昆虫采集是昆虫多样性调查与研究中最基础的工作 在国内使用白色幕布与灯诱帐的传统灯诱法仍然是大多数昆虫多样性调查中常用的采集方法而在国外操作更统一、数据比较性更强的自动诱虫灯()已经得到了普遍的应用 总体上当研究目的为采集多样化的物种用于本底调查或区系研究时传统灯诱法即可满足需要而在生态学研究中采集方法的标准化是不同采样点间数据具有比较性的前提因此可自动采集的灯诱装置在应用上更具科学性本研究中使用的聚光灯诱箱是基于传统灯诱法与国外昆虫采集中常用的 的特征设计制作的自动灯诱装置为增加对目标林分评价的可靠性该装置使用遮光灯罩控制水平方向上的灯光照射范围光源是影响灯光诱虫效率的主要因素本研究的对比试验中灯诱帐所采集的蛾类物种数量与个体数量均高于聚光灯诱箱 由于二者的灯泡规格一致因此认为光域(灯光照射范围)是主要影响因素即在水平方向上更大的诱集范围提升了蛾类的采集数量这与传统灯诱法自身灯诱装置的优势相符 但如前文中所述单体采集数量的最大化并非昆虫多样性调查与监测的主要目标通过比较标准误与变异系数发现在同一林分中总体上聚光灯诱箱具有更低的采样误差调查数据相较于传统灯诱法具有更高的稳定性更能满足昆虫 期 周阳 等:基于林分昆虫多样性调查的传统灯诱法改进效果分析:/.多样性的研究需要林分类型是影响昆虫群落物种组成与多样性的主要因素之一作为生态系统中的生产者不同树种与林下植被在食物与栖息地类型上直接影响昆虫的物种组成与分布 本研究选择通州区城市人工林中的两种常见林分进行了蛾类群落调查同一林分中不同灯诱装置采集的蛾类优势种组成存在显著差异 优势种作为反映生物群落结构特征的重要内容这一结果表明灯诱装置本身的特征影响了所采集蛾类的物种组成具体表现在两种灯诱装置的共有种比例上:同一林分的不同样地间聚光灯诱箱的共有种比例高于灯诱帐这表明后者采集的特有种数量更多由于灯诱帐的光域不受控制其采集的特有种更可能来自装置所在林班外的其它林分中 因此我们认为相较于传统的灯诱方法聚光灯诱箱的采集结果对其所在的林分具有更好的代表性物种多样性指数是描述昆虫群落特征的常用指标 其数据的可靠性将影响昆虫多样性评价结果的可靠性 在本研究中北京杨林的三项物种多样性指数的标准误与变异系数使用聚光灯诱箱的数据误差总体上低于传统灯诱法仅在物种丰富度整体较高的 月份出现了相近的情况 而在油松林中聚光灯诱箱的采样数据的稳定性不再呈现一致的规律在部分月份与指数类型(如均匀度指数)上传统灯诱法的采集效果同样具有一定的稳定性 这表明研究区域中油松林过于密集的栽植方式在一定程度上消减了灯诱装置的透光效果并对灯诱帐的诱集范围起到控制作用从而提升了物种多样性指数数据的稳定性 这一现象说明不同林分自身的特征将影响灯诱装置的诱集效果从而对样本采集的结果产生影响在采集蛾类的形态上传统灯诱法采集的蛾类群落具有更高的参数值其中前翅长、胸宽和翅负载等参数与蛾类单次飞行的速度与持久力之间存在显著的正相关性 因此使用传统灯诱法采集的蛾类整体上具有更大的体型与更强的单次飞行能力这使得该类物种在灯诱帐上更容易被人工采集也更可能在样地林班以外的区域中被散射的灯光诱集到灯诱帐的幕布上 这与两种灯诱装置采集蛾类的优势种组成相符:总体上在聚光灯诱箱中优势度较大的物种如黑白尖蛾、列蛾、桃展足蛾和小菜蛾等均为体型较小()的蛾类而在灯诱帐中的优势度较大的物种如甘蓝夜蛾、旋幽夜蛾、槐尺蛾和二点织螟等则体型相对较大()本研究的样地位于北京市“平原百万亩造林工程”中的重点区域属于城市人工林 相较于自然森林城市人工林在林分结构上具有树种组成层次单一、乔木规格相近和林下植被稀疏等特点同时受人为活动与管理的影响其森林斑块在景观上呈现出面积小、数量多、形状复杂的破碎化特征为其中的昆虫采样工作带来了独特的挑战与限制 本研究结果表明聚光灯诱箱在块状混交的纯林中相较于传统灯诱装置具有较好的采样效果在样本数据的获取与分析结果上均表现出更高的可信度该方法由于光域的可控性和采集昆虫的规范性有助于精准开展针对特定林分昆虫多样性的研究在森林生态系统的昆虫多样性调查与监测中具有更好的适用性与应用前景 近年来在城市人工林与城市绿地等人工生态系统中昆虫群落及多样性的研究在逐渐增加 在接下来的研究中笔者团队将继续使用聚光灯诱箱作为昆虫采集装置开展更多基于林分的昆虫多样性调查与评价实验与研究工作参考文献():.:.():.:.():.():.:.():.马玲 问荣荣 焦玥 刘雪英 张静 刘哲强 顾伟 满子源 张曼胤.小兴安岭不同林型的昆虫多样性.林业科学 ():.李志刚 张碧胜 翟欣 龚鹏博 黄宁生 匡耀求 郭明昉 韩诗畴.广州不同生境类型区域昆虫多样性.生态学杂志 ():.生 态 学 报 卷:/.邹言 刘佳文 李立坤 肖子衿 陈法军.北京市延庆区不同生境昆虫多样性特征调查分析.应用昆虫学报 ():.高宝嘉.雾灵山森林植物与节肢动物群落结构及多样性研究.北京:北京林业大学.吴龙飞 姜文虎 刘洋 李忠玲 刘军侠.不同林分类型对昆虫群落多样性的影响.生态学报 ():.().():.滕备 杨海东 佟一杰 梁敏轩 张嘉康 李英铭 白明.三种被动式采集方法对甲虫收集效果的比较研究:以香港城门样地为例.生物多样性 ():.:.:.邹言 刘佳文 李立坤 曾路影 陈法军.北京市珍珠泉乡不同昆虫采集方法采集效果对比分析.环境昆虫学报 ():.问荣荣 马玲 刘哲强 焦玥 顾伟 满子源 刘雪英.小兴安岭森林恢复期不同植被区域蛾类组成及其多样性.生态学报 ():.唐慎言 潘昭 任卫红 项亚飞 孟祥普 王圆圆 任国栋.河北雾灵山森林景观蛾类组成与多样性分析.河北大学学报:自然科学版():.():.:(:).:.:.():.().:.:.():.:.张梦迪 张芬 李雄.基于 模型的生境质量评价 以北京市通州区为例.风景园林 ():.王剑峰 逄金涛 韩锦涛 张旭 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