池 康

(徐州市林政資源管理站，江蘇 徐州 221008)

淮北地區(qū)4種典型林地昆蟲物種多樣性及其PCA分析

池 康

(徐州市林政資源管理站，江蘇 徐州 221008)

調(diào)查了淮北天然次生林、側(cè)柏-刺槐林、側(cè)柏純林和楊樹人工林4種典型林地的昆蟲種類多樣性，計(jì)算了其豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)及均勻度指數(shù)等指標(biāo)，并進(jìn)行了4種林地昆蟲種類的主成分分析(PCA)及聚類分析。結(jié)果表明，豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)變化均呈現(xiàn)皇藏峪天然次生林>泉山公園林>楊樹人工林>泉山側(cè)柏純林，而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)變化趨勢(shì)與之相反。PCA及聚類結(jié)果顯示皇藏峪天然次生林和泉山公園林最先聚為一類，而人工楊樹林及泉山側(cè)柏純林各自成一類。

典型林地；昆蟲；物種多樣性；PCA；淮北

昆蟲對(duì)于林業(yè)生產(chǎn)具有重要影響?；幢钡貐^(qū)是江蘇重要的木材產(chǎn)區(qū)，昆蟲種類的變化對(duì)這些地區(qū)的森林會(huì)產(chǎn)生很大的影響[1-3]。選取淮北地區(qū)皇藏峪天然次生林、泉山森林公園側(cè)柏-刺槐林和側(cè)柏純林、楊樹人工林4種典型森林類型，在系統(tǒng)調(diào)查其中昆蟲物種的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)其物種組成和昆蟲種類多樣性進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了PCA及聚類分析，以期為該區(qū)域內(nèi)昆蟲資源的保護(hù)和利用以及害蟲的防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 樣地的選擇與昆蟲野外采集方法

樣地的選擇與昆蟲野外采集方法詳見參考文獻(xiàn)[1]。

1.1 昆蟲標(biāo)本的鑒定

根據(jù)昆蟲科目檢索表、鑒定圖冊(cè)、分類專著及論文，對(duì)昆蟲進(jìn)行鑒定[2-6]。對(duì)于部分疑難種，請(qǐng)相關(guān)昆蟲專家?guī)椭b定。統(tǒng)計(jì)昆蟲種類及數(shù)量。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

根據(jù)調(diào)查到的昆蟲種類及數(shù)量，計(jì)算不同時(shí)間不同地點(diǎn)昆蟲Pielou均勻性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H′=-∑PilnPi；

Pielou均勻性指數(shù)J=H′/lnS；

Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)D=∑(Pi)2。

其中，S為樣方中昆蟲物種數(shù)，Pi為第i種個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的比例。

計(jì)算各樣地昆蟲種類的相似度系數(shù)。采用Jaccard定性相似系數(shù)，公式為

q=c/(a+b-c)。

其中，c表示不同樣地內(nèi)共同具有種的數(shù)量，a、b分別表示不同樣地各自具有的種類數(shù)。種類PCA分析采用SPSS軟件，進(jìn)行種類的主成分分析(PCA)。Margalef(1958)物種豐富度指數(shù)(Dm)：

Dm=(S-1)/lnN

式中N表示總個(gè)體數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 昆蟲種類組成情況

4種典型森林生境昆蟲的種類組成，計(jì)有昆蟲10目48科68屬69種。其中蜻蜓目Odonata 1科2屬2種；螳螂目Mantodea 1科2屬2種；直翅目Orthoptera 8科10屬10種；同翅目Homoptera 5科8屬8種；半翅目Hemiptera 4科4屬5種；脈翅目Neuroptera 1科2屬2種；鱗翅目Lepidoptera 9科13屬13種；鞘翅目Coleoptera 10科15屬15種；膜翅目Hymenoptera 4科7屬7種；雙翅目Diptera 5科5屬5種。

2.2 多樣性分析

通過(guò)調(diào)查，計(jì)算4種典型生境昆蟲Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef豐富度指數(shù)(Dm)、Simpson優(yōu)勢(shì)集中度指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(J)，結(jié)果如表1。

表1 4種生境多樣性指數(shù)比較

從表1可以看出，4種典型生境昆蟲種類均勻度指數(shù)與多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)趨勢(shì)基本一致。變化呈現(xiàn)皇藏峪天然次生林>泉山側(cè)柏-刺槐林>人工林>側(cè)柏純林趨勢(shì)。 而Simpson優(yōu)勢(shì)集中度指數(shù)(D)(簡(jiǎn)稱優(yōu)勢(shì)度指數(shù))與多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)變化趨勢(shì)不同，呈現(xiàn)側(cè)柏純林>楊樹人工林>泉山側(cè)柏-刺槐林>皇藏峪天然次生林的趨勢(shì)。

2.3 主成分(PCA)分析

4種典型生境昆蟲相關(guān)系數(shù)矩陣見表2。從表2可以看出, 全部數(shù)據(jù)的絕對(duì)值大于0.6，各變量?jī)蓛芍g有較大的相關(guān)系數(shù)，因此，適宜用主成分分析法來(lái)研究變量之間的關(guān)系。

分析結(jié)果顯示，僅前3主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)97.306%，大于85%，主成分分析取得了很好的效果。

表2 4種典型生境昆蟲相關(guān)系數(shù)矩陣

4種生境昆蟲主成分分析的矩陣圖見圖1。從圖1可以看出，皇藏峪天然次生林和泉山側(cè)柏-刺槐林聚在一起，說(shuō)明其中昆蟲種類相似性較大，而楊樹人工林和泉山側(cè)柏純林各自獨(dú)立，說(shuō)明其各自生境比較特殊。主分量分析結(jié)果反映了昆蟲種類在生境上的分布規(guī)律。

圖1 4生境主成分矩陣圖

2.4 種類相似性分析

使用Jaccard相似性指數(shù)，4種典型生境林地的相似性系數(shù)結(jié)果如表3。

從表3可見，按相似性從大到小排列，依次為皇藏峪天然次生林和泉山側(cè)柏-刺槐林、皇藏峪天然次生林和楊樹人工林、泉山側(cè)柏-刺槐林和楊樹人工林、楊樹人工林和泉山側(cè)柏純林、泉山公園側(cè)柏-刺槐林和泉山側(cè)柏純林、皇藏峪天然次生林和泉山側(cè)柏純林，它們均達(dá)到中等相似水平及以上。

表3 4種生境昆蟲組成的相似性系數(shù)

各個(gè)地點(diǎn)的聚類樹狀圖見圖2。從圖2可看出，在0～5之間，有一組相聚，即皇藏峪天然次生林和泉山側(cè)柏-刺槐林聚在一起。在10～15之間，皇藏峪天然次生林及泉山側(cè)柏-刺槐林與楊樹人工林聚在一起；在25左右，側(cè)柏純林才與它們聚在一起，聚類結(jié)果反映了昆蟲種類在生境上的分布規(guī)律。

圖2 徐州典型林地生境聚類圖

3 討論

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H')、Margalef豐富度指數(shù)(Dm)、Simpson優(yōu)勢(shì)集中度指數(shù)(D)、Pielou均勻度指數(shù)(J)是比較認(rèn)同的動(dòng)物多樣性指數(shù)，能夠客觀地反映種類的豐富度。結(jié)果4種典型生境昆蟲種類多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)趨勢(shì)基本一致，呈現(xiàn)皇藏峪天然次生林>泉山側(cè)柏-刺槐林>人工林>側(cè)柏純林趨勢(shì)。而Simpson優(yōu)勢(shì)集中度指數(shù)(D)與以上3種指數(shù)相反呈現(xiàn)側(cè)柏純林>楊樹人工林>泉山側(cè)柏-刺槐林>皇藏峪天然次生林的趨勢(shì)，反應(yīng)不同指數(shù)測(cè)定結(jié)果有所差異。側(cè)柏純林和楊樹人工林昆蟲種類優(yōu)勢(shì)集中度指數(shù)較大，主要是一些種類如中華負(fù)蝗和稻褐飛虱等數(shù)量明顯比其他種要多。

主成分分析是研究多個(gè)定量變量間相關(guān)性的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，常被用來(lái)尋找判斷某種事物或現(xiàn)象的綜合指標(biāo)，并將綜合指標(biāo)所蘊(yùn)藏的信息適當(dāng)解釋，以揭示事物的內(nèi)在規(guī)律。按照采用坐標(biāo)軸的屬性，可將排序分為2類：(1)以環(huán)境因素的改變?yōu)檩S，為直接排序；其結(jié)果說(shuō)明環(huán)境梯度對(duì)種類組成的影響；(2)以種類組成本身的改變?yōu)檩S，稱為間接排序；其結(jié)果闡明種類組成在相似性基礎(chǔ)上的空間排列。本文選取Jaccard定性相似系數(shù)和種類主成份(PCA)分析進(jìn)行昆蟲種類的相似性分析，結(jié)果具有很好的一致性，比較準(zhǔn)確地反映了4種生境昆蟲的分布情況。

[1] 池 康，劉纏民，郝 囡.淮北地區(qū)幾種典型林地昆蟲群落結(jié)構(gòu)比較.江蘇林業(yè)科技，2014，41(2)：24-27.

[2] 朱朝芹, 池 康,葉雪琴,等.蘇北農(nóng)林生境螞蟻多樣性及群落結(jié)構(gòu)研究.江蘇林業(yè)科技，2010, 37(2): 7-10.

[3] 劉纏民,廉振民.南泥灣片段森林蝗蟲群落多樣性比較.生態(tài)學(xué)報(bào)，2003, 23(6): 1222-1229

[4] 李鴻興.昆蟲分類檢索.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1987.

[5] 周 堯.中國(guó)蝴蝶分類與鑒定.鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，1998.

[6] 鄭哲民.蝗蟲分類學(xué).西安：陜西師范大學(xué)出版社，1993.

[7] 錢迎倩, 馬克平.生物多樣性研究的原理與方法.北京: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

1001-7380(2014)04-0037-03

2014-04-10；

2014-04-24

池 康(1970-)，男，江蘇徐州人，工程師，碩士，主要從事森林昆蟲方面的研究工作。

S763.302

A

10.3969/j.issn.1001-7380.2014.04.009