羅昕裕， 周昭敏

(西華師范大學(xué)，四川省環(huán)境科學(xué)與生物多樣性保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川南充637009)

全球城市化進(jìn)程自20世紀(jì)顯著加快(Grimmetal.，2008)，城市擴(kuò)張將自然生境轉(zhuǎn)化為各種形式的人造景觀，并改變當(dāng)?shù)氐臍夂蚝屯寥佬再|(zhì)等環(huán)境條件(Patakietal.，2006；Rocha-Ortega & Castao-Meneses，2015)。這些改變可能會(huì)降低陸生動(dòng)物的遷移能力，影響自然斑塊中的資源流動(dòng)，并導(dǎo)致本地生物多樣性的快速喪失(Lessard & Buddle，2005；Hahsetal.，2009；Alberti，2015)。然而，城市化也為一些能夠適應(yīng)城市生境的物種創(chuàng)造了適宜的棲息地(Buczkowski & Richmond，2012)，使得群落間的遺傳、分類或功能相似性增加，進(jìn)而促進(jìn)生物同質(zhì)化(Mckinney & Lockwood，2001；Oldenetal.，2004；Newboldetal.，2015)。

螞蟻(膜翅目Hymenoptera蟻科Formicidae)是指示生物多樣性和環(huán)境變化的重要類群(Kingetal.，1998；Hoffmann，2010；李巧等，2011；劉霞等，2017)。首先，螞蟻提供了重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，如作為捕食者、互利者及食物網(wǎng)中的獵物等(Heil & McKey，2003)。其次，螞蟻分布廣泛、種類和數(shù)量眾多，具有相對(duì)較短的世代間隔、利于樣本采集的特點(diǎn)(郭蕭等，2014；李巧等，2015)。此外，絕大多數(shù)螞蟻種類遷移能力較弱，易被自然地理屏障阻礙，并且對(duì)微環(huán)境的變化特別敏感，能對(duì)其做出迅速響應(yīng)(McKinney，2008；Stringeretal.，2009)。

本研究在四川省南充市城區(qū)中選擇“公園與綠地”“旱地”和“喬木林地”3種土地利用類型，對(duì)螞蟻群落組成進(jìn)行調(diào)查和比較分析，不僅將為研究城市化對(duì)野生動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)影響提供基礎(chǔ)資料，還將檢驗(yàn)螞蟻群落作為生物指示物種反映生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)的有效性。

1 材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)

南充市位于四川盆地東北部，嘉陵江中下游，地處我國(guó)西南部水熱條件充沛的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，在大陸動(dòng)物地理分區(qū)上處于東洋界到古北界的過(guò)渡地帶(張瑋，鄭哲民，2002)。受盆地氣候影響，四季分明，雨熱同期，年均降水量980～1 150 mm；年均氣溫15.8～17.8 ℃；相對(duì)濕度76%～86%(Xuetal.，2015)；年均日照時(shí)間1 200～1 500 h?，F(xiàn)有調(diào)查發(fā)現(xiàn)，分布于四川省(含重慶)的螞蟻共有78種(張瑋，鄭哲民，2002)，在城市生境中的有26種(譚速進(jìn)等，2010)。

1.2 研究方法

1.2.1 生境植被調(diào)查與螞蟻采集方法參照國(guó)家質(zhì)檢總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員批準(zhǔn)發(fā)布并實(shí)施的《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21010-2017)》中的二級(jí)類劃分，在南充市西華師范大學(xué)華鳳校區(qū)內(nèi)選擇“公園與綠地”(編碼0810)、“旱地”(編碼0103)和“喬木林地”(編碼0301)3種土地利用類型，并分別設(shè)置8個(gè)1 m×1 m的樣方。參照McIntyre等(2001)的方法，生境植被調(diào)查在以樣方中心點(diǎn)為圓心，20 m為半徑的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。生境調(diào)查指標(biāo)采用草本植被覆蓋度、林分郁閉度和植被的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)3個(gè)指標(biāo)。按照點(diǎn)測(cè)法，沿樣方對(duì)角線，每隔10 cm垂直放置1根尖銳的樣針，每根樣針直徑不超過(guò)2 mm，對(duì)低于2 m的植被，記錄其枝葉被樣針擊中的數(shù)目，該數(shù)目與總樣針數(shù)之比即為草本植被覆蓋度(Heraldoletal.，2010)。林分郁閉度則是被樹冠垂直覆蓋的樣針數(shù)目與總樣針數(shù)之比(Magnussonetal.，1999)。為計(jì)算植被的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，在20 m半徑的樣圓內(nèi)分別設(shè)置5個(gè)3 m半徑的子樣圓(圓心間距不小于10 m)，調(diào)查喬木種類及數(shù)量(宋曰欽，高長(zhǎng)寶，2002；曹艷杰，2006；王秀云，2011；司建朋等，2019)；并設(shè)置5個(gè)1 m×1 m的子樣方，調(diào)查草本種類及數(shù)量(王秀云，2011)。

3種生境的草本植被覆蓋度(F=5.68，df=2，P<0.05)、林分郁閉度(F=1.86，df=2，P<0.05)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(F=8.79，df=2，P<0.05)的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義?！皢棠玖值亍敝杏卸喾N喬木(刺槐Robiniapseudoacacia、欒樹Koelreuteriapaniculata、重陽(yáng)木Bischofiapolycarpa、冬青Ilexchinensis等)和草本植物(白茅Imperatacylindrica、蒲公英Taraxacummongolicum、馬齒莧Portulacaoleracea、益母草Leonurusjaponicus、天名精Carpesiumabrotanoides、鳳尾蕨Pteriscretica、瓶爾小草Ophioglossumvulgatum等)，幾乎無(wú)灌木分布?！昂档亍痹?月的主要作物為玉蜀黍Zeamays，零星分布有楓楊Pterocaryastenoptera和樟Cinnamomumcamphora，除農(nóng)作物以外的其他草本植物分布較少?！肮珗@與綠地”中的喬木以香樟為主，草本植被則以沿階草Ophiopogonbodinieri為主，零星分布有狗牙根Cynodondactylon、車軸草Trifoliumrepens、馬唐Digitariasanguinalis、馬蘭Asterindicus。因此，這3種土地利用類型具有不同的植被狀況，分別代表了不同的生境類型。

2018年5月，通過(guò)陷阱法在上述24個(gè)樣方采集螞蟻樣本。采集持續(xù)時(shí)間為48 h。不同生境樣方的間距不小于1 km，同一生境的樣方間距不小于10 m。陷阱設(shè)置在樣方頂角處的平坦區(qū)域。陷阱由2個(gè)500 mL塑料杯套疊組成，內(nèi)杯杯唇與地面齊平，以避免連續(xù)采樣過(guò)程中杯子被破壞(McIntyreetal.，2001)。在塑料杯中倒入150 mL丙二醇，以殺死螞蟻，并使其在短時(shí)間內(nèi)得到有效保存。將采集的樣品儲(chǔ)存在70%的乙醇溶液中，并保存在西華師范大學(xué)標(biāo)本庫(kù)中。

1.2.2 螞蟻的分類鑒定采用DNA條形碼技術(shù)對(duì)采集的螞蟻標(biāo)本測(cè)序，并將COⅠ測(cè)序結(jié)果與GenBank(http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/)及BOLD Systems(http：//www.boldsystems.org/)所存序列進(jìn)行對(duì)比。該結(jié)果用于快速確定其所屬的系統(tǒng)發(fā)育支系，以方便隨后的形態(tài)比對(duì)。DNA提取過(guò)程中，首先去除螞蟻腹部，然后將剩余肢體置于研缽中，用手術(shù)剪將其剪碎；加入500 μL DNA提取液和20 μL的10 mg·mL-1的蛋白酶K，于57 ℃水浴2～3 h；加入等體積的平衡酚并混勻，離心后取上清液；加入等體積的氯仿-異戊醇混合溶液，離心后取上清液；加入2倍體積的預(yù)冷無(wú)水乙醇和1/10體積的乙酸鈉，保留其沉淀物；在沉淀物中加入1 mL 70%的乙醇溶液，離心后棄上清液(李淑萍，徐亞軍，2010；陳媛，2014)；將離心管敞口放置至乙醇完全揮發(fā)，加入40 μL ddH2O，-20 ℃保存?zhèn)溆?陳媛，2014)。選用通用引物L(fēng)COI490、HCO2198對(duì)COⅠ片段進(jìn)行擴(kuò)增(Folmeretal.，1994；陳媛，2014)。DNA提取及測(cè)序均由中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所生命條形碼南方中心完成。

物種形態(tài)鑒定參照“Anewgeneralcatalogueoftheantsoftheworld”(Bolton，1995)、《中國(guó)經(jīng)濟(jì)昆蟲志 第四十七冊(cè) 膜翅目蟻科(一)》(唐覺(jué)等，1995)、《中國(guó)螞蟻》(吳堅(jiān)，王常祿，1995)、《廣西螞蟻》(周善義，2001)、《湖北省螞蟻分類研究》(王維等，2009)等專著以及“Encyclopedia of Life”(http：//eol.org/)、“螞蟻網(wǎng)”(http：//www.ants-china.com/?sp=6604)、“ANTWEB”(http：//www.antweb.org/)、“螞蟻維基”(http：//www.antwiki.org/wiki/Welcome_to_AntWiki)等數(shù)據(jù)庫(kù)。利用LEICA M205C體視顯微鏡觀察螞蟻的形態(tài)特征。

2 結(jié)果

2.1 種類和數(shù)量

本研究共采集螞蟻樣品1 847只。檢測(cè)出18種螞蟻的COⅠ基因(204 bp)，其中6種螞蟻與GenBank及BOLD Systems所存序列相似度達(dá)到98%～99%(津島鋪道蟻Tetramoriumtsushimae：AY641700；中華小家蟻Monomoriumchinense：MH754300；寬結(jié)大頭蟻Pheidolenodus：EF518375；布氏尼氏蟻Nylanderiabourbonica：EF609962；無(wú)毛凹臭蟻Ochetellusglaber：JQ913605；黃足尼氏蟻Nylanderiaflavipes：MH754327)；12種螞蟻與所存序列的相似度為84%～96%(法老小家蟻Monomoriumpharaonis：KJ861846；滿斜結(jié)蟻Plagiolepismanczshurica：AB019423；日本弓背蟻Camponotusjaponicus：KR784733；中華細(xì)顎猛蟻Leptogenyschinensis：KC685034；山大齒猛蟻Odontomachusmonticola：FX986057；美洲切葉蟻Myrmecinaamericana：KR421703；日本盤腹蟻Aphaenogasterjaponica：JQ742634；孟氏大頭蟻Pheidolemendanai：KJ142033；游舉腹蟻Crematogastervagula：MH754499；黑褐舉腹蟻Crematogasterrogenhoferi：EU605790；湯加鋪道蟻Tetramoriumtonganum：MG567163；茸毛鋪道蟻Tetramoriumlanuginosum：GU709681)。經(jīng)形態(tài)學(xué)比對(duì)，有5只個(gè)體為同種個(gè)體，僅能確定為蟻科Formicidae sp.，另有6只同種個(gè)體僅能確定為鋪道蟻屬Tetramoriumsp.；其余1 836只個(gè)體分屬4亞科13屬19種(表1)，其中，切葉蟻亞科Myrmicinae標(biāo)本7屬12種1 680只，蟻亞科Formicinae標(biāo)本3屬4種137只，猛蟻亞科Ponerinae標(biāo)本2屬2種15只，臭蟻亞科Dolichoderinae標(biāo)本1屬1種4只。在3種生境內(nèi)均有分布的螞蟻共有8種(津島鋪道蟻、中華小家蟻、寬結(jié)大頭蟻、布氏尼氏蟻、陜西鋪道蟻Tetramoriumshensiense、法老小家蟻、滿斜結(jié)蟻和日本弓背蟻)，4種螞蟻僅發(fā)現(xiàn)于“喬木林地”(中華細(xì)顎猛蟻、山大齒猛蟻、無(wú)毛凹臭蟻和游舉腹蟻)，3種螞蟻僅發(fā)現(xiàn)于“公園與綠地”(臺(tái)灣瘤顎蟻Strumigenysformosa、黑褐舉腹蟻、美洲切葉蟻)，湯加鋪道蟻則僅發(fā)現(xiàn)于“旱地”。而與茸毛鋪道蟻COⅠ基因序列相似度為84%的樣品為同屬的陜西鋪道蟻。

在“公園與綠地”采集的螞蟻標(biāo)本共計(jì)813只(101.62只±25.18只，n=8)，其中，津島鋪道蟻共600只(75.00只±26.52只，n=8)，占“公園與綠地”標(biāo)本總數(shù)的73.80%(66%±10%，n=8)；在“喬木林地”中共采集標(biāo)本257只(32.13只±12.14只，n=8)，其中，寬結(jié)大頭蟻數(shù)量最多，共74只(9.25只±6.31只，n=8)，占“喬木林地”標(biāo)本總數(shù)的28.79%(18%±6%，n=8)；在“旱地”中共采集標(biāo)本777只(97.13只±34.79只，n=8)，其中，中華小家蟻數(shù)量最多，共198只(24.75只±11.70只，n=8)，占“旱地”標(biāo)本總數(shù)的25.48%(23%±6%，n=8)。津島鋪道蟻在“公園與綠地”螞蟻群落中的個(gè)體數(shù)比例顯著大于“喬木林地”中的寬結(jié)大頭蟻和“旱地”中的中華小家蟻的比例(F=11.651，df=2，P<0.05)。

表1 南充市3種生境螞蟻樣本的物種與個(gè)體數(shù)Table 1 Species and individual numbers of ants sampledfrom 3 habitat types in Nanchong， Sichuan

2.2 生物多樣性比較

3種生境間，螞蟻群落的個(gè)體數(shù)(F=2.303，df=2，P>0.05)、物種數(shù)(F=0.078，df=2，P>0.05)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(F=6.651，df=2，P>0.05)之間的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；Simpson多樣性指數(shù)(F=8.902，df=2，P<0.05)和Pielou均勻度指數(shù)(F=14.211，df=2，P<0.05)均為“喬木林地”>“旱地”>“公園與綠地”(表2)。“旱地”與“喬木林地”的相似度系數(shù)為0.500，“公園與綠地”與“喬木林地”的為0.444，均為中等不相似；而“公園與綠地”與“旱地”相似度系數(shù)為0.647，為中等相似。

3 討論

在城市生態(tài)系統(tǒng)中，土地的開發(fā)利用主要是為人類的生活服務(wù)。因此，其原有生境的植被和表層土壤被清除，使其與未開發(fā)的自然棲息地截然不同，并具獨(dú)特性。結(jié)果表明，螞蟻的群落組成在“公園與綠地”“喬木林地”和“旱地”3種城市生境間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；其中，津島鋪道蟻在“公園與綠地”中較其他種類顯得更為適應(yīng)，其個(gè)體數(shù)量在群落中占有明顯優(yōu)勢(shì)。

螞蟻物種數(shù)以及個(gè)體數(shù)的采集結(jié)果會(huì)受采集方式的影響。陷阱法是一種簡(jiǎn)便、廉價(jià)的采集方法(黃杰靈等，2013)，在開放生境中具有較高的效率(Melbourne，1999)，對(duì)生境破壞小。該法能有效采集運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)范圍廣以及在夜間活動(dòng)的物種(Sabua & Shiju，2010)。盡管曾經(jīng)有人對(duì)陷阱法不能有效收集活動(dòng)空間極小或活動(dòng)緩慢的物種表示擔(dān)憂(Spence & Niemel?，1994)。但相關(guān)研究表明，陷阱法依然是采集螞蟻?zhàn)罾硐氲姆椒ㄖ?，并且廣泛應(yīng)用于生物多樣性的監(jiān)測(cè)工作(Worketal.，2002；Sabua & Shiju，2010)。

表2 南充市3種生境螞蟻樣本物種多樣性指數(shù)Table 2 Biodiversity index of ants sampled from 3 habitat types in Nanchong， Sichuan

注： 不同上標(biāo)字母表示生境間螞蟻群落多樣性指數(shù)之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義

Notes： different superscripts indicate there is a significant difference between the diversity indexes of ant communities in different habitats

城市中不同生境間的結(jié)構(gòu)差異會(huì)影響動(dòng)物群落的物種豐富度及生物多樣性(Pacheco & Vasconcelos，2012；Pardee & Philpott，2014；Mataetal.，2017)。特別是良好的植被狀況(植被物種多樣性和空間異質(zhì)性等)能夠?yàn)楦辔浵佄锓N提供更豐富和更優(yōu)質(zhì)的筑巢地、隱蔽地和食物資源(孟雪松等，2004；Buczkowski & Richmond，2012)。與“公園與綠地”和“旱地”相比，“喬木林地”的木本植物豐富度和林分郁閉度更高，地面也覆蓋更多的枝葉凋零物，這可能有助于更多的螞蟻種類在其中共存。在“公園與綠地”和“旱地”中，草本植被種類則相對(duì)單一，植被特征相似度較高；其間農(nóng)藥的廣泛使用也可能會(huì)導(dǎo)致部分螞蟻種類消失或個(gè)體數(shù)量降低(Brittainetal.，2010；Sonodaetal.，2011)。此外，常規(guī)耕作行為和土壤擾動(dòng)也可能成為“旱地”螞蟻群落生物多樣性降低的重要原因(Altieri，1999；Unoetal.，2010)。本研究中，生境類型對(duì)螞蟻群落的影響沒(méi)有反映在物種和個(gè)體的絕對(duì)數(shù)量上，但“公園與綠地”和“旱地”的螞蟻多樣性指數(shù)較“喬木林地”低，“公園與綠地”生境還出現(xiàn)了明顯的優(yōu)勢(shì)種。

津島鋪道蟻是具有極強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的雜食性、侵略性物種。在人類居住地附近的“公園與綠地”內(nèi)，津島鋪道蟻往往具有行為和數(shù)量上的優(yōu)勢(shì)，并有可能通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)或剝削的相互作用影響當(dāng)?shù)匚浵伻郝涞亩鄻有?Lessard & Buddle，2005)。目前，關(guān)于津島鋪道蟻的生態(tài)學(xué)資料依然匱乏，其生物學(xué)資料、與其他本地螞蟻物種的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制以及成為優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)后果都還有待進(jìn)一步研究。

本研究結(jié)果證實(shí)了螞蟻群落能夠很好地對(duì)不同城市生境類型予以響應(yīng)。在未來(lái)的研究中，可以充分利用螞蟻群落的指示作用，以反映土地利用類型及其景觀格局對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響。在城市化建設(shè)的進(jìn)程中，在滿足人類需求的同時(shí)，還應(yīng)該從維護(hù)生物多樣性的角度出發(fā)，更合理地規(guī)劃土地利用，以構(gòu)建對(duì)人與伴生動(dòng)物都更宜居的城市生態(tài)體系。因此，有必要建立長(zhǎng)期的、更廣泛的監(jiān)測(cè)研究體系，并涉及更多的城市、生境類型和動(dòng)物類群，更深入、全面地認(rèn)識(shí)城市化對(duì)生物多樣性的影響。