利用馬氏網評估老港固廢物綜合利用基地防護林節(jié)肢動物群落結構及多樣性

王章訓，王鳳，吳時英，吳華，張麗萍，繆瑋

（1.上海市園林科學規(guī)劃研究院，上海 200232；2.上海城市困難立地綠化工程技術研究中心，上海 200232；3.上海市浦東新區(qū)林業(yè)站，上海 201203；4.上海樂知農林科技有限公司，上海 201302；5.鎮(zhèn)江市城市綠化管理站，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

節(jié)肢動物是生物界的一個主要類群，是動物界中物種最豐富的集合[1]。無論是個體數量、生物量、種數與基因數，它們在生物多樣性中都占有十分重要的地位。節(jié)肢動物對生境的變化敏感，具有廣譜的生物地理學和生態(tài)學探針功能[2]，昆蟲群落的物種多樣性，是生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的組成因素，對維持自然界的生態(tài)平衡發(fā)揮著重要作用。不同生境對昆蟲多樣性產生一定的影響，因此某種生境下的昆蟲多樣性可以作為評價該地生態(tài)環(huán)境質量的一種有效手段[3]。許多地區(qū)開展了區(qū)域內節(jié)肢動物多樣性和群落結構相關的研究，通過對昆蟲多樣性的調查，對評價當地生態(tài)提供了參考數據。

老港固廢物綜合利用基地位于上海市浦東新區(qū)老港鎮(zhèn)境內[4]，包括再生能源利用中心（垃圾焚燒發(fā)電廠）、綜合填埋場（含滲濾液處理廠）等功能區(qū)，其中再生能源利用中心規(guī)劃垃圾處理總規(guī)模為6 000 t·d-1；垃圾填埋區(qū)占地320萬m2，庫容約為8 000萬t，設計日處理垃圾4 900 t·d-1，是目前國內最大的灘涂型城市生活垃圾填埋場。該基地自1989年建成以來，承擔了上海市70%以上的生活垃圾的利用和消納任務，為上海市城市安全運營保障、城市環(huán)境質量提升起到了顯著的推動作用。綜合填埋場處理規(guī)模大、物料來源多、污染物產生量大，填埋場對周邊地區(qū)存在“二次”污染現象，與民生訴求和高標準環(huán)境需求之間存在較大的矛盾。為減少垃圾填埋對環(huán)境和土壤的污染，上海市政府對該基地啟動了生態(tài)恢復工程：2008年采用垃圾上覆蓋土壤的方式進行封場、2011年開始對該片區(qū)域進行植物造林。2016年，浦東新區(qū)發(fā)改委又批復了在基地南側、西側及北側部分地區(qū)，建造生態(tài)防護林。但隨著林地面積的增加，對該林地有害生物的監(jiān)測與防控卻相對滯后，對其主要病蟲害的種類及發(fā)生情況尚未開展過相關調查，對林地內主要天敵種類及發(fā)生情況也尚不清楚。

為了解老港固廢物綜合利用基地防護林的節(jié)肢動物多樣性及群落結構，本研究于2018年4-11月對老港固廢物綜合利用基地防護林昆蟲資源及其多樣性進行了初步調查研究。運用多樣性指數、均勻度指數、豐富度指數等不同指標討論了不同功能團節(jié)肢動物群落特征，并統(tǒng)計了區(qū)域內優(yōu)勢種群的季節(jié)變化動態(tài)，以期為上海城市綠地生態(tài)建設和無公害防治技術推廣提供基礎資料。

1 研究地概況

老港固廢物綜合利用基地位于上海市浦東新區(qū)老港鎮(zhèn)境內（30°59′～31°16′N，120°53′～121°17′E），地處中緯度東亞季風盛行區(qū)域，年平均氣溫為15.0～15.8℃，最低氣溫在1月，月平均氣溫在3.3～3.6℃，最高氣溫在8月，月平均氣溫在26.8℃；全年總日照時數為2 000～2 200 h，年降水量為900～1 050 mm。土壤主要為吹填土，pH值在7.80～8.24，全鹽量為2.0～3.0 g·kg-1?；孛娣e約15.3 km2，總規(guī)劃范圍為29.5 km2，其中垃圾填埋場占地320萬m2，日處理垃圾4 900 t·d-1，約可使用45年。

植被主要有樟Cinnamomum c amphora、女貞Ligustrum l ucidum、弗吉尼亞櫟Quercus v irginaiana、七葉樹Aesculus chinensis、烏桕Sapium sebiferum、墨西哥落羽杉Taxodium mucronatum、棕櫚Trachycarpus fortunei、圓柏Sabina chinensis、紫荊Cercis chinensis等85種喬木3萬余株，有日本女貞Ligustrum japonicum、繡線菊Spiraea salicifolia、夾竹桃Nerium indicum、大花秋葵Hibiscus grandiflorus、大花醉魚草Buddleja colvilei、‘紫色王子’海棠Malus‘Purple Prince’、海濱木槿Hibiscus hamabo、木芙蓉H.mutabilis、紅葉石楠Photinia×fraseri、傘房決明Cassia corymbosa等灌木35種6萬余株，造林總面積約800 hm2，其中2011年造林350 hm2，2016年造林450 hm2，采用混交造林方式，造林時喬木間行距為3 m，喬木胸徑在8～10 cm，至2018年防護林的郁閉度均已達85%以上。

2 研究方法

2.1 采集方法

2018年4-11月，使用馬氏網定期采集昆蟲，馬氏網采購自淘寶，主要材質為100目尼龍絲網。馬氏網整體構造像一座尖項房屋，底部為長方形，頂部一端較高，另一端較低，在較高一端裝有一個收集頭，收集頭由兩個塑料瓶和一個鐵質接口組成，靠下面一個塑料瓶中裝有酒精。在調查地南側和北側隨機設置2個固定馬氏網，兩個馬氏網間距約為2 000 m，基本能覆蓋調查的所有區(qū)域。每隔15天收集一次采集瓶中的昆蟲并更換采集瓶中的酒精，將標本放入寫好標簽的小瓶中，帶回實驗室鑒定及統(tǒng)計。采集的標本用75%乙醇保存，依據《昆蟲分類學》《中國動物志》《王家園昆蟲》等[5-9]鑒定標本。本研究采集到的節(jié)肢動物均鑒定到科級階元。

2.2 分析方法

利用Simpson優(yōu)勢度指數、Shannon-Wiener多樣性指數、均勻度、物種豐富度等來分析節(jié)肢動物群落特征[10]。

（1）優(yōu)勢度分析采用Simpson優(yōu)勢度指數（D）：

式中，ni為樣地內第i個物種的個體數，N為樣地內所有物種的個體數，S為物種數。

（2）物種多樣性分析采用Shannon-Wiener多樣性指數（H'）：

式中，Pi為第i種個體數占總個體數N的比率，N為全部物種的個體總數，S為物種數。

（3）均勻度分析采用Pielou指數（J）：J=H'/Hmax

式中，Hmax=lnS，S為群落中總的物種數。

（4）物種豐富度分析采用Margalef指數（dMa）：

式中，S為物種數，N為全部物種的個體總數。

多樣性、均勻度以及優(yōu)勢度的計算用Microsoft Excel 2010完成。

3 結果與分析

3.1 節(jié)肢動物群落多樣性調查結果

3.1.1 節(jié)肢動物群落數量調查 老港固廢物綜合利用基地防護林節(jié)肢動物群落多樣性調查結果見表 1。由表 1表明，老港固廢物綜合利用基地防護林的節(jié)肢動物屬于3綱17目131科，共15 59 9頭，其中，捕食性天敵有32科，以食蚜蠅科的數量最多，達336頭，四節(jié)蜉科、蚰蜒科等捕食性天敵的數量較少，均僅有1頭；寄生性天敵達22科且數量最多，共6 337頭，其中又以姬蜂科數量最多，為2 515頭，占所有總昆蟲數量的16.12%，超過寄生性天敵總數的三分之一，小蜂科數量其次，數量為1 225頭，占所有昆蟲數量的7.85%；中性昆蟲中的蚊科和蟻科數量也較多，分別為1 1 25頭和862頭，占群落總數的7.21%和5.53%；害蟲群落也有58科。除此之外，還誘集到蝸牛Fruticicolidaesp.、蜥蜴Eublepharidaesp.等非節(jié)肢動物種類。

3.1.2 節(jié)肢動物群落類群調查 將采集到的所有昆蟲根據功能團，分成捕食性天敵、寄生性天敵、中性昆蟲亞群落、害蟲亞群落四個大的類群，經過統(tǒng)計，科數最多的是害蟲亞群落，共有 58科，其次為捕食性天敵，有32科，寄生性天敵科數較少，有22科，中性昆蟲群落科數分布最少，有19科；從個體數來看，寄生性天敵數量最多，有6 337頭之多，中性昆蟲數量其次，達4 593頭，捕食性天敵個體數量最少，僅為1 535頭。由于捕食性天敵處于食物鏈較高的位置，故個體數較少，符合生態(tài)系統(tǒng)正常分布狀態(tài)。

表1 老港固廢物綜合利用基地防護林節(jié)肢動物群落種類及功能團劃分Table 1 Arthropod community types and functional groups in shelterbelts in Laogang Comprehensive Utilization Base for Solid Waste

表1 續(xù)

3.2 節(jié)肢動物的群落結構特征

老港固廢物綜合利用基地防護林不同功能團節(jié)肢動物的多樣性指數如表2。

表2 老港固廢物綜合利用基地防護林不同功能團節(jié)肢動物多樣性指數Table 2 Diversity index of different functional groups of arthropod in shelterbelts in Laogang Comprehensive Utilization Base for Solid Waste

由表2可知，總群落的優(yōu)勢度指數（Simpson優(yōu)勢度指數）、多樣性指數（Shannon-Wiener多樣性指數）和豐富度指數均為最高，均勻度指數最高的為捕食性天敵亞群落，其均勻度指數為0.822 9，其次為害蟲亞群落和中性昆蟲亞群落，其均勻度指數分別為0.774 4和0.773 6；在四種不同功能團中，害蟲亞群落具有較高的優(yōu)勢度指數、多樣性指數和豐富度指數，分別達到了0.924 2、3.144 4和7.080 7；捕食性昆蟲的多樣性指數最低，寄生性天敵亞群落優(yōu)勢度指數和均勻度指數均為最低，中性昆蟲亞群落則具有最低的物種豐富度指數，僅為2.134 7。

選取數量最多的姬蜂科、小蜂科和蚊科三個優(yōu)勢種類，統(tǒng)計其每月種群數量變化，統(tǒng)計的結果如圖1。由圖1可知，姬蜂科和小蜂科昆蟲個體數量最多的均為8月，4-8月均呈現逐月遞增的趨勢，8月后個體數均開始下降，其中姬蜂科昆蟲在10月又出現了一個發(fā)生高峰；蚊科昆蟲出現時間較晚，5月開始出現，9月為數量最多的月份，10月后數量大幅降低，維持在一個較低的水平。

圖1 老港固廢物綜合利用基地防護林主要昆蟲類群年度動態(tài)變化Figure 1 Annual changes of main insect groups in shelterbelts in Laogang Comprehensive Utilization Base for Solid Waste

4 結論與討論

本研究所調查的老港固廢物綜合利用基地防護林節(jié)肢動物中，膜翅目和雙翅目昆蟲所占的比例最大，這與節(jié)肢動物的采集方式密切相關。本研究主要使用馬氏網采集，該種采集方式廣泛應用于膜翅目昆蟲采集和害蟲與天敵昆蟲多樣性調查，與掃網法和陷阱法相比，該方法具有采集連續(xù)性好，持續(xù)時間長、采集效率高等優(yōu)點[11]，采集結果更能代表該區(qū)域節(jié)肢動物分布的真實情況。盡管如此，此種采集方法對于一些鱗翅目幼蟲和鞘翅目昆蟲的采集效率較低，導致本研究采集的節(jié)肢動物群落結構與多樣性與其他同類型的研究之間存在一定差異[12-14]。

從老港固廢物綜合利用基地防護林節(jié)肢動物種的功能團組成來看，捕食性天敵和寄生性天敵種類和數量占比較多，說明本區(qū)域天敵資源較為豐富。李靜納等研究了湖南三葉崖爬藤Tetrastigma hemsleyanum田間節(jié)肢動物群落結構特征，其結果顯示寄生性天敵在節(jié)肢動物群落中僅有2種[15]，遠低于害蟲群落和捕食性天敵種類數，造成這種差異的原因除了林地與農田植被類型不一樣外，與節(jié)肢動物的采集方式也密切相關。多樣性指數分析結果顯示僅捕食性天敵亞群落的均勻度指數要高于害蟲亞群落，兩種天敵亞群落的優(yōu)勢度指數、多樣性指數、物種豐富度指數均低于害蟲亞群落對應的數值，說明天敵亞群落的穩(wěn)定性低于害蟲亞群落，在養(yǎng)護過程中可通過對害蟲實施無公害防治，保護利用天敵，維護本地節(jié)肢動物群落結構的穩(wěn)定。

中性昆蟲亞群落在本研究中也占有較高的比例，其個體數量比害蟲亞群落高，這與其他學者的研究結果相似。中性昆蟲對林地中節(jié)肢動物群落的多樣性、均勻度等產生著重要的影響。一些學者認為中性昆蟲可作為天敵的替代寄主或食物，對天敵的生長和繁殖起到十分重要的作用，是生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分。中性昆蟲亞群落的結構特征也可作為評價該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定情況的一個重要指標，例如劉繼亮等認為潮蟲科Oniscidae可指示梭梭Haloxylon ammodendron林等人工林生境，蠼螋科Chelisochidae可指示檉柳Tamarix chinensis林生境[16]，在進行防護林有害生物防控時，要特別注意對中性昆蟲和天敵的保護[17-18]。

老港固廢物綜合利用基地防護林于2011年和2016年分期造林建設，建成時間尚短，后期隨著林分生長，郁閉度增加，生態(tài)群落結構的穩(wěn)定，節(jié)肢動物群落種類和數量等可能會發(fā)生變動，需作進一步的調查研究，掌握群落動態(tài)。