甘肅哈思山區(qū)芫菁科主要藥用昆蟲的分布特征

田余波， 任艷*， 劉海波， 毛羽， 吳發(fā)明

(1.西南民族大學藥學院，民族藥物研究所，成都610041； 2. 遵義醫(yī)科大學藥學院，貴州遵義563003)

芫菁科Meloidae昆蟲分布廣泛，是豆類作物常見害蟲(李曉婷，2010；潘昭等，2011)，同時該科昆蟲多具有重要藥用價值，應用歷史悠久(劉海波等，2019)，如大斑溝芫菁Hycleusphaleratus(Pallas, 1781)和眼斑溝芫菁Hycleuscichorii(Linnaeus, 1758)被《中華人民共和國藥典》收錄(任艷等，2018；國家藥典委員會，2020)，其他有相關藥用記載還包括綠芫菁Lyttacaraganae(Pallas, 1781)、鋸角豆芫菁Epicautagorhami(Marseul, 1873)等(王雪梅，2007；王騰蛟等，2018)。芫菁科昆蟲在新疆、甘肅、寧夏、河北、內蒙古等多地廣泛分布(張潤楊，2018；楊益春，2019)，而哈思山區(qū)是甘肅芫菁科昆蟲聚集的典型代表區(qū)域(賀春貴等，2005)。該類昆蟲分泌的斑蝥素及其衍生物具有抗腫瘤、增強免疫、殺蟲等作用，醫(yī)療價值極高(Yan，1993；曾瑤波等，2016；顏道宇等，2017；李濟森等，2019)。作為重要的藥用昆蟲資源，當前市場需求量日益增長，在人工養(yǎng)殖方面存在瓶頸，無法規(guī)?；?，臨床使用仍以野外收集為主，過度不合理采集使其野生數量日漸減少(陳仕江，2004；王雪梅等，2007；莫讓瑜，2014)，而目前有關芫菁科昆蟲分布特征的研究尚無詳盡報道。

昆蟲種群空間分布是昆蟲種群的重要生態(tài)學屬性之一(楊現明等，2020)，不僅對了解昆蟲種群的爆發(fā)、擴散具有重要的意義，而且在抽樣技術及監(jiān)測、預報中也發(fā)揮了一定的指導作用(魯武鋒等，2018)。對芫菁科藥用昆蟲聚集典型代表區(qū)域進行系統(tǒng)調查，探索其空間分布規(guī)律和生活習性，對該類藥用昆蟲資源的保護和綜合開發(fā)利用具有重要的作用和實際意義。因此，本文采用隨機取樣法對芫菁科藥用昆蟲的分布進行調查，利用聚集度指標法、Taylor冪函數法及Iwao回歸分析法對昆蟲的空間分布類型及抽樣技術進行研究，以期為芫菁科藥用昆蟲資源的監(jiān)測、保護和綜合開發(fā)奠定基礎，也為防治該科昆蟲因數量過度造成農業(yè)危害提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

哈思山區(qū)是以哈思山自然保護區(qū)為中心的農林牧交錯帶，地處甘肅省白銀市靖遠縣境內，屬隴中黃土高原農牧林區(qū)，地理坐標104°13′40″～104°35′00″E，36°58′20″～37°2′40″N，海拔2 400～3 017 m。年均氣溫6～7 ℃，年均降水量350～410 mm，降水極不均勻，多集中于7—9月(楊萬軍，2003；張啟立等，2019)。全縣現有耕地7.58萬hm2，草原面積37.33萬hm2，其中哈思山區(qū)草原主要為高寒草甸類、溫性草原類和溫性荒漠草原類(董四娟，2012)。該區(qū)域植被覆蓋較好，但森林植被類型少，同時由于地處旱地農業(yè)向荒漠牧地過渡邊界，荒漠化較嚴重，主要有石質荒漠、沙質荒漠和鹽化荒漠(舒海元，1997；李連惠，2003)。

1.2 調查方法

本研究于2019年7月，當地芫菁科昆蟲頻繁活動時期，根據哈思山區(qū)概況及地形地貌特征，選擇農田型、草地型、森林型和荒漠型4種具有代表性的生態(tài)類型樣地各3塊，每塊樣地設置5 m2(n=7)正方形樣方，樣方間距約為500 m。部分采樣生境如圖1 所示，記錄樣方內芫菁科主要藥用昆蟲及其所分布植物的種類和數量。采用實驗室自制昆蟲捕捉裝置進行樣方內目標昆蟲的捕捉，進行分類學鑒定。

芫菁科主要藥用昆蟲空間分布型測定取樣方法：選取14個樣方(農田型和草地型樣地各7個樣方)，采用隨機抽樣法取樣，每個樣方隨機選取20株植株，記錄植株上芫菁科昆蟲數量，并進行空間分布型測定。

1.3 分析方法

1.3.1 空間分布型采用聚集度指標法(王智，2007；賈彥霞等，2019)、Taylor冪函數法(Taylor，1961；楊紫涵等，2020)和Iwao回歸分析法(Iwao，1968；劉延超等，2018)對芫菁科主要藥用昆蟲的空間分布型進行測定。

聚集度指標法：計算得到各樣方昆蟲的平均蟲口密度(m)、樣本方差(S2)、平均擁擠度m*。再按照聚集度指標的計算公式分別求出擴散系數(C)：C=S2/m、聚塊性指數m*/m、負二項分布k值：k=m2/(S2-m)、叢生指數(I)：I=(S2-m)/m、聚集度指數(Ca)：Ca=1/k=(S2-m)/m2和La指標：La=m-m/S2+1。

Taylor冪函數法：根據Taylor(1961)提出的m與S2的回歸關系公式：S2=lga+blgm，式中，a和b分別表示抽樣因素和聚集特征。當lga=0、b=1時，種群為隨機分布；當lga>0、b=1時，種群在一切密度下呈聚集分布，且不依賴于密度；當lga>0、b>1時，種群在一切密度下呈聚集分布，且依賴于密度聚集；當lga<0、b<1時，種群為均勻分布，且密度越高，分布越均勻。

Iwao回歸分析法：m*-m回歸模型為：m*=α+βm，m*和m表示平均擁擠度與平均密度。式中，α為分布基本成分的分布性質(平均擁擠程度)，當α=0時，分布的基本成分為單個個體；當α>0時，個體間相互吸引，分布的基本成分為個體群；當α<0時，個體間相互排斥。β為基本成分的空間分布型，當β=1時，種群為隨機分布；當β>1時，種群為聚集分布；當β

1.3.2 聚集原因分析應用Blackith(1958)提出的聚集均數λ對芫菁科主要藥用昆蟲的聚集因素進行分析。聚集均數公式為：λ=mγ/2k，式中，k為各樣方昆蟲負二項分布指數，m為平均值，γ為df=2k、P=0.05時的χ2值。當λ≥2時，聚集主要是昆蟲的本身習性和環(huán)境條件綜合影響的結果；當λ<2時，聚集是由環(huán)境因素引起(Blackith，1958；閻雄飛等，2019)。

1.3.3 抽樣技術根據Iwao(1968)提出的理論抽樣數計算公式：N=t2/D2[(α+1)/m+β-1]，計算芫菁科主要藥用昆蟲在不同蟲口密度下的最適抽樣數。式中，N為最適抽樣數，D為允許誤差，取t=1.96(95%可靠度)，m為平均蟲口密度(張治科等，2018)。

1.4 數據統(tǒng)計分析

運用SPSS 20.0進行數據統(tǒng)計分析，運用Heat Mapper進行聚類熱點圖分析。

2 結果與分析

2.1 哈思山區(qū)芫菁科主要藥用昆蟲的分布

2.1.1 芫菁科主要藥用昆蟲種類及分布情況對所有樣地中的芫菁科藥用昆蟲進行鑒定，常見有西北斑芫菁Mylabrissibirica(Fischer von Waldheim, 1823)、麗斑芫菁M.speciosa(Pallas, 1781)、圓點斑芫菁M.aulica(Ménétriés, 1832)、暗頭豆芫菁Epicautaobscurocephala(Reitter, 1873)、扁角豆芫菁E.impressicornis(Pic, 1913)和綠芫菁Lyttacaraganae(Pallas, 1781)。調查發(fā)現，在不同類型樣地中芫菁科主要藥用昆蟲數量及種類均存在一定差異(表1)。該區(qū)域芫菁科昆蟲分布于農田型樣地和草地型樣地，且農田型樣地分布數量遠多于草地型樣地。西北斑芫菁、麗斑芫菁、圓點斑芫菁、暗頭豆芫菁、扁角豆芫菁及綠芫菁在2種類型樣地中均有分布，其中，西北斑芫菁在2種樣地中最常見、數量最多，圓點斑芫菁次之。森林型和荒漠型樣地中均未發(fā)現芫菁科昆蟲分布。有研究報道，芫菁科昆蟲啃食沙棘Hippophaerhamnoides、沙棗Elaeagnusangustifolia、錦雞兒Caraganamicrophylla等的葉片(王文和，2015)，但本研究的沙棘林及其他森林型樣地中均未發(fā)現芫菁科昆蟲分布。

表1 樣地類型與昆蟲分布Table 1 Plot types and insect distribution

2.1.2 芫菁科主要藥用昆蟲在植物上的分布調查發(fā)現,芫菁科主要藥用昆蟲分布的植物種類較多(表2)，共10科17種植株，集中于菊科Asteraceae、豆科Leguminosae和唇形科Lamiaceae植物。其中，西北斑芫菁分布的植物種類最豐富，共計11種，是區(qū)域內最常見的芫菁類昆蟲。根據昆蟲在不同植物上的分布情況，對6種芫菁類昆蟲進行聚類分析，從分布熱點圖(圖2)可以看出，芫菁類昆蟲可分為2類，西北斑芫菁和圓點斑芫菁為一類，綠芫菁、扁角豆芫菁、麗斑芫菁和暗頭豆芫菁為另一類。

表2 植物類型與芫菁科昆蟲分布Table 2 Plant types and insect distribution of Meloidae

這是由于西北斑芫菁和圓點斑芫菁對植物的選擇相似，2種昆蟲多分布在同一樣地，均主要取食密花香薷Elsholtziadensa、紫苜蓿Medicagosativa、乳苣Mulgediumtataricum等植物。而其他4種芫菁分布相對零散，其中綠芫菁和扁角豆芫菁分布的植物種類相對較少，綠芫菁主要取食野豌豆Viciasepium，該地區(qū)綠芫菁活動時間集中在豆類植物開花期間，是危害豆類作物生產最主要害蟲；扁角豆芫菁主要分布在黃芪Astragalusmembranaceus植株上，同時該地區(qū)大量種植紫苜蓿作為牧草，其在紫苜蓿地中也分布；麗斑芫菁主要分布在串鈴草Phlomismongolica、冰草Agropyroncristatum等上；暗頭豆芫菁分布范圍較廣，在農田型和草地型樣地中均有分布，主要分布在河北石頭花Gypsophilatschiliensis和白花枝子花Dracocephalumheterophyllum的植株上，但總體數量較少。

2.2 芫菁科主要藥用昆蟲的空間分布型

2.2.1 聚集度指標測定結果對各樣方的調查數據進行聚集度指標計算(表3)，各樣方的m*>m、C>1、I>0、Ca>0、m*/m>1、La/m>1、k>0，各項指標表明芫菁科主要藥用昆蟲的空間分布型為聚集分布。

表3 芫菁科主要藥用昆蟲聚集度指標Table 3 Aggregation indexes of the main medicinal insects of Meloidae

2.2.2 Taylor冪函數法則分析將m和S2進行對數轉換，分析二者之間線性關系(圖3：a)，芫菁科主要藥用昆蟲Taylor冪函數方程為：lgS2=0.204 2+1.103 8lgm(r=0.886)，式中l(wèi)ga=0.204 2>0、b=1.103 8>1，芫菁科主要藥用昆蟲種群在一切密度下呈聚集分布，且具密度依賴性，聚集強度隨種群密度的升高而增加，與應用聚集度指標法測定的結果一致。

2.2.3 Iwao回歸分析將m和m*進行線性回歸(圖3：b)，m*-m模型回歸方程為：m*=0.642 5+1.069 7m(r=0.916)，由α=0.642 5>0、β=1.0697>1可知，芫菁科主要藥用昆蟲的空間分布型為聚集分布，種群分布的基本成分是個體群，個體間相互吸引，與采用聚集度指標法和Taylor冪法則分析法測定的種群空間分布型的結果一致。

2.2.4 聚集原因分析根據昆蟲的聚集原因分析(表4)，各樣方中芫菁科主要藥用昆蟲的λ>2，表明其聚集原因可能是由其本身的取食、產卵等習性及溫度、日照等周圍環(huán)境條件綜合影響或其中之一引起。

表4 芫菁科主要藥用昆蟲聚集因素分析Table 4 Aggregation factor analysis of the main medicinal insects of Meloidae

2.3 抽樣技術

2.3.1 最適抽樣數利用理論抽樣數計算公式，取置信水平t=1.96(概率為0.95)，芫菁科主要藥用昆蟲理論抽樣模型為：N=(6.310/m+0.268)/D2。當D為0.1、0.2和0.3時，m在1、2、4、6、8、10、15……50的條件下，計算得出不同密度條件下的最適抽樣數(表5)。在允許誤差一致的情況下，隨著平均蟲口密度的增加，芫菁科主要藥用昆蟲的最適抽樣數逐漸減少；在平均蟲口密度相同的情況下，隨著允許誤差的增大，芫菁科主要藥用昆蟲的最適抽樣數逐漸減少。

表5 芫菁科主要藥用昆蟲不同密度下最適抽樣數Table 5 Optimum sampling number under different densities of the main medicinal insects of Meloidae

表6 不同防治指標下芫菁科主要藥用昆蟲序貫抽樣模型Table 6 Sequential sampling model of the main medicinal insects of Meloidae under different control indexes

表7 芫菁科主要藥用昆蟲序貫抽樣結果Table 7 Sequential sampling results of the main medicinal insects of Meloidae

3 討論

在甘肅哈思山區(qū)不同類型樣地中，調查發(fā)現的芫菁科藥用昆蟲共3屬6種，分布于農田型和草地型樣地中，西北斑芫菁、麗斑芫菁、圓點斑芫菁、暗頭豆芫菁、扁角豆芫菁及綠芫菁在2種類型樣地中均有分布。在調查過程中發(fā)現，該區(qū)域草地型樣地中適宜芫菁科昆蟲取食的植物較農田型樣地少，多分布在禁牧區(qū)和保護區(qū)草地，整體分布數量遠少于農田型樣地。此外，有研究發(fā)現芫菁科昆蟲與蝗蟲、蜜蜂存在著明顯的相關性(胡子淵，2020)，其幼蟲主要取食蝗蟲卵或蜜蜂幼蟲，而農田中密集分布的作物及其他植物通常吸引了大量的蝗蟲和蜜蜂。這可能是造成該區(qū)域芫菁科主要藥用昆蟲在農田型和草地型樣地中分布數量差異的原因。

昆蟲的空間分布型是由昆蟲種群的生物學、生態(tài)學特性和所處生境條件所決定的空間分布方式(王小武等，2017；魯武鋒等，2018)。本研究通過聚集度指標法、Taylor冪函數法及Iwao回歸法分析哈思山區(qū)芫菁科藥用昆蟲的分布特征，結果均表明芫菁科藥用昆蟲的空間分布型為聚集分布，分布的基本成分是個體群，與李亞林(2010)研究中描述芫菁科昆蟲具有群聚性相符合。芫菁科昆蟲為復變態(tài)昆蟲，雌蟲產卵量大，平均產卵達500余粒(劉洋洋，2016)。幼蟲為肉食性，主要取食蝗蟲卵，部分取食蜂類幼蟲。成蟲為植食性，喜食植物的花和嫩葉，具有集群危害的特性，調查過程中甚至發(fā)現不同種類的芫菁科昆蟲會聚集在一起取食，如西北斑芫菁與圓點斑芫菁多分布在同一樣地，這可能屬于營養(yǎng)群集或“婚期”群集(楊玉霞，2007)。芫菁科藥用昆蟲的聚集原因究竟是本身的取食、產卵、交配等習性及溫度、日照等周圍環(huán)境條件綜合影響，還是其中之一所引起，仍需進一步研究。在空間分布型研究的基礎上，本研究對芫菁科昆蟲的抽樣技術進行分析；在同一允許誤差內，隨著平均蟲口密度的增加，最適抽樣數逐漸減少。不同蟲口密度下的最適理論抽樣數隨成蟲數量的增大而減小。因而在調查時，通過預估植株上芫菁科藥用昆蟲的蟲口密度，確定抽樣的數量，當蟲口密度較低時，應適當增加長植株的抽樣株數，反之，則可適當減少。同時還確定了芫菁科昆蟲的理論抽樣模型，建立了不同防治指標下芫菁科昆蟲的序貫抽樣模型及一定允許誤差和不同蟲口密度下的序貫抽樣結果表。

昆蟲是動物藥的重要來源之一，是中藥的重要組成，占有獨特地位。然而，與藥用植物相比，有關藥用昆蟲資源方面的研究相對薄弱(韋桂寧等，2019；張星賢等，2019)。由于其動態(tài)的生活史，在時間和空間上的不確定導致研究的不易性，嚴重制約藥用昆蟲資源的開發(fā)利用。芫菁科藥用昆蟲種類眾多，形成的中藥或民間藥種類豐富，如中藥品種斑蝥、青娘子、葛上亭長、地膽等(黃文華，2001)，但是現代藥學研究集中在大斑溝芫菁和眼斑溝芫菁分泌的斑蝥素及其衍生物方面(劉亞楠，2013)。一方面可能因過度利用造成2種芫菁野生資源一定程度的破壞，另一方面卻使得同類資源大量浪費。因此對于藥用昆蟲而言，針對其同科同屬或者近緣種屬大類資源進行系統(tǒng)研究，既能夠為醫(yī)藥產業(yè)提供豐富的資源，也不易造成資源的過度使用和破壞。

本研究建立了芫菁科主要藥用昆蟲農田型樣地理論抽樣模型及序貫抽樣模型，分析了該地區(qū)芫菁科主要藥用昆蟲分布特征和生活習性，研究結果為該類藥用昆蟲資源的監(jiān)測提供參考，一方面有利于其可持續(xù)應用，一方面可為農業(yè)生產中該類昆蟲數量過度造成的危害提供防治理論依據。