样方法和Winkler分离法在西双版纳半常绿季雨林蚂蚁多样性研究中的运用

甘 田， 徐正会，罗丛凤，崔文夏， 刘 霞

(1.西南林业大学生物多样性保护与利用学院/云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南 昆明 650224；2. 肇庆学院生命科学学院，广东 肇庆 526000)

样方法和Winkler分离法在西双版纳半常绿季雨林蚂蚁多样性研究中的运用

甘 田1,2， 徐正会1*，罗丛凤1，崔文夏1， 刘 霞1

(1.西南林业大学生物多样性保护与利用学院/云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南 昆明 650224；2. 肇庆学院生命科学学院，广东 肇庆 526000)

【目的】为了深入揭示中国西双版纳地区半常绿季雨林的蚂蚁多样性。【方法】采用样方法和Winkler法分别调查了该植被类型的蚂蚁群落。【结果】旱季半常绿季雨林的蚂蚁群落包括7亚科、43属、106种，其中优势种2个(西氏拟毛蚁PseudolasiussilvestriiWheeler、亮红大头蚁PheidolefervidaSmith)，常见种14个，稀有种90个。【结论】中国热带地区蚂蚁多样性水平很高，目前的调查很不充分，亟待开展更多深入细致的研究。在热带雨林地区5个样方适合做快速调查，做充分调查至少需要10个样方。样方法和Winkler法各有利弊，但是样方法可以采获更多的蚂蚁物种，建议在今后的调查中把两种方法结合起来。

蚂蚁；多样性；热带雨林；样方法；Winkler分离法

【研究意义】蚂蚁隶属于昆虫纲Insecta、膜翅目Hymenoptera、蚁科Formicidae，是一类常见的社会性昆虫，全球已记载17亚科、334属、13,217种[1]。蚂蚁的生物量大，具有改良土壤、传播植物种子、帮助植物授粉、消耗小型动物尸体、控制害虫等功用[2-4]。蚂蚁还可以减少植食性动物对植物的伤害和取食，提高种子产量和质量，提高植物的竞争优势[5]。云南省西双版纳地区地处北回归线以南，具有比较典型的热带气候，是中国目前保存热带雨林最多的地方。加之地貌复杂，小气候多样，是中国目前已知蚂蚁区系最丰富的地区。【前人研究进展】根据徐正会等人在西双版纳自然保护区蚂蚁物种多样性研究中所获半常绿季雨林蚂蚁物种最丰富的结果[3]。【本研究切入点】于2012年3月采用样方法和Winkler分离法分别对该植被亚型的蚂蚁多样性开展了更深入的调查研究。【拟解决的关键问题】旨在全面揭示该植被亚型的蚂蚁群落结构、多样性特征和多样性指标累计曲线，并比较2种方法的优劣，为中国热带地区蚂蚁多样性调查和保护提供参考。

表1 西双版纳半常绿季雨林蚂蚁多样性调查样地概况

1 材料与方法

1.1 样地概况

调查样地位于云南省西双版纳傣族自治州勐腊县尚勇乡曼庄村，森林类型为热带雨林的半常绿季雨林亚型，主要由热带常绿树种组成，群落外貌基本上终年常绿，但在旱季出现少量落叶成分。在典型的半常绿季雨林内设置样地，分别采用样方法和Winkler分离法在样方内取样调查。其中样方法合计调查12个样方，每个样方大小1 m×1 m，样方间距10 m，沿坡面取样； Winkler分离法合计调查20个样方，每个样方大小2 m×2 m，样方间距为10 m，沿坡面取样。样地概况见表1。

1.2 调查方法

1.2.1 样方法 在每个1 m×1 m样方内，先用小铲仔细检查地表层蚂蚁个体和蚁巢，捕捉全部零散个体。发现蚁巢时，先将整个蚁巢铲入白色塑料盘内，将土块敲碎搅匀，根据蚁巢个体数量从盘内样品中划出1/2、1/4、1/8、1/16或1/32份统计数量，再采集30头标本，书写标签。地表样调查完毕后，先清除地表的地被物，再用小手镐挖掘土壤层，深度20 cm，仔细检查蚁巢、零散个体并采集标本，发现蚁巢时统计个体数量并采集30头标本。最后用1块2 m×2 m的白色幕布平置于样方之上，振动地表以上5 m范围内的小乔木和灌木，捕捉震落于幕布上的全部蚂蚁个体。采集到的标本均保存于盛有95 %乙醇或无水乙醇的冻存管内，带回实验室进行整理[3]。

1.2.2 Winkler分离法 在每个2 m×2 m样方内，用手钯将全部地被物及蚂蚁等小型动物快速收集到孔径0.2cm的筛网内，筛出的地被物碎屑及其携带的蚂蚁等小型动物转移至布袋中，书写标签，扎紧袋口，带回宿营地分离标本。在宿营地，将布袋内的碎屑及其携带的蚂蚁等小型动物样品分装到有网眼的方形网袋内，悬挂于Winkler袋中，再将Winkler袋上口扎紧固定、悬挂起来，袋子下口收拢并固定1个盛有少量95 %乙醇或无水乙醇的塑料杯，让从地被物内钻出的蚂蚁等小型动物落入其中，悬挂72 h后，将收集到的标本保存于冻存管等容器中，书写标签，带回实验室进行整理[6]。

1.3 标本整理和鉴定方法

在实验室内，根据“同种形态相同”和“同种同巢”原则对蚂蚁标本进行归类、编号，将每号标本中的9头制作成三角纸干制标本用于鉴定，其余个体用95 %乙醇或无水乙醇浸渍保存。依据相关分类文献[3,7-10]，采用形态分类方法将蚂蚁标本逐一鉴定到种，然后进行统计分析。

1.4 数据分析方法

1.4.1 优势种、常见种、稀有种的确定 依据各个物种的个体数占全部物种个体总数的百分比确定：>10 %为优势种，以A表示；1 %～10 %为常见种，以B表示；<1 %为稀有种，以C表示[3,11]。

1.4.2 优势度指数 根据Simpson优势度公式计算优势度指数[11-13]，即：

式中：Pi=Ni/N，Ni是指第i个物种的个体数，N是S个物种的总个体数。

1.4.3 多样性指数 根据Shannon-Wiener多样性公式计算物种多样性指数[11-13]，即：

式中：Pi=Ni/N，Ni是指第i个物种的个体数，N是S个物种的总个体数。

1.4.4 均匀度指数 根据Pielou均匀度公式计算均匀度指数[11-13]，即：

E=H/ lnS

式中：H是Shannon-Wiener多样性指数，S是物种数目。

1.4.5 多样性指标累积曲线 物种累积曲线(Species accumulation curves)用于描述随着抽样量的加大物种增加的趋势，是了解调查样地物种组成和预测物种丰富度的有效工具，在生物多样性和群落调查中被广泛用于抽样量充分性的判断和物种丰富度(Species richness)估计[5,13]。运用EstimateS软件计算物种累积曲线，并通过Excel绘图功能绘制曲线，以便提高生物多样性和群落调查中抽样的科学性[15]。

以抽样量作为横坐标，以物种数目作为纵坐标，将每一抽样量所对应的物种数目在坐标系中标出并连起来，就得到了一条曲线，即物种累积曲线。个体密度、优势度指数、均匀度指数和多样性指数累积曲线与物种累积曲线的做法相同，以抽样量作为横坐标，以各项指标累积值作为纵坐标，将每一抽样量所对应的各项指标累积值在坐标系中标出并连起来，就得到了多样性指标累积曲线。通过各项指标的变化趋势，可以判断抽样量是否充分。

2 结果与分析

2.1 群落结构分析

采用样方法和Winkler分离法调查西双版纳半常绿季雨林蚂蚁群落，合计调查蚂蚁8 582头，隶属于7亚科、43属、106种。其中优势种2个：西氏拟毛蚁(PseudolasiussilvestriiWheeler)、亮红大头蚁(PheidolefervidaSmith)，占物种总数的1.88 %；常见种14个，占物种总数的13.21 %；稀有种90个，占物种总数的84.91 %。

采用样方法调查4块样地、12个样方，合计调查蚂蚁7 176头，隶属于7亚科、35属、82种。其中优势种2个：西氏拟毛蚁、亮红大头蚁，占物种总数的2.43 %；常见种11个，占物种总数的13.41 %；稀有种69个，占物种总数的84.14 %。

采用Winkler分离法调查4块样地、20个样方，合计调查地表蚂蚁1 406头，隶属于5亚科、31属、68种。其中优势种3个：粗隆头蚁(StrumigenysstrygaxBolton)、东方小家蚁(MonomoriumorientaleMayr)、宽结小家蚁(MonomoriumlatinodeMayr)，占物种总数的4.41 %；常见种18个，占物种总数的26.47 %；稀有种47个，占物种总数的69.12 %。

本次调查中，2种方法均采获的蚂蚁有44种，这些种类在地表、地被物内、土壤内、树冠上均有活动，且数量较多，更容易被采获。仅在样方法中采获的蚂蚁有38种，这些蚂蚁种类除栖息于地表和地被物内，还栖息于土壤中和树冠上，用Winkler分离法未能采获。仅在Winkler分离法中采获的蚂蚁有24种，这些蚂蚁种类主要在地表和地被物内活动，与样方法相比，Winkler分离法有更多机会采到这些种类。

2.2 多样性指标累积曲线分析

2.2.1 物种累积曲线 从图1看出，2种调查方法所获物种累计曲线均随样方数增加而增加，但样方法采获的物种数一直大于Winkler分离法，且随着样方数增加，差距加大，表明样方法可以调查到更多的蚂蚁物种。样方法所获物种数从M1至M1～M6快速上升，从M1～M6至M1～M10缓慢上升，至M1～M11物种数趋于饱和，表明此时抽样量充分。Winkler分离法所获物种数从W1至W1～W8不等速快速上升，从W1～W8至W1～W10轻微上升并趋于饱和，表明此时抽样量比较充分。

2.2.2 个体密度累积曲线 从图2看出，2种调查方法所获个体密度累计曲线变化规律极不相同，样方法所获个体密度远大于Winkler分离法，且变化波动很大；Winkler分离法所获个体密度变化平稳，远低于样方法。表明样方法可以调查到更多的蚂蚁个体，尤其是土壤内和树冠上栖息的蚂蚁，同时看出样方法在个体密度调查中表现出较大的偶然性。样方法从M1至M1～M2个体密度出现跃升，之后波动下跌，当样方数为M1～M12时仍未见饱和，表明抽样量尚不充分。Winkler分离法从W1至W1～W2个体密度明显上升，之后小幅上扬或下跌，但是总体波动不大，说明样方数达到W1～W10时抽样量已经比较充分。

图1 西双版纳半常绿季雨林蚂蚁物种累积曲线Fig.1 Ant species accumulation curves in semi-evergreen monsoon forest at Xishuangbanna

2.2.3 多样性指数累积曲线 从图3看出，2种调查方法所获多样性指数累计曲线变化规律相似，但是Winkler分离法所获多样性指数一直大于样方法，且总体变化趋势比较平稳，表明地表和地被物内蚂蚁物种的个体分配相对均衡，提高了地表蚂蚁群落的多样性。样方法的多样性指数从M1至M1～M2急剧下跌，之后不等速上升，至M1～M7时小幅下跌，至M1～M10时趋于饱和，表明此时抽样量充分。Winkler分离法的多样性指数从W1至W1～W6保持小幅波动上升，之后保持连续缓慢上升，至W1～W12时趋于饱和，表明此时抽样量充分。

2.2.4 均匀度指数累积曲线 从图4看出，2种调查方法所获均匀度指数累计曲线总体相似，随着样方数增加，均匀度指数先下跌，然后上升，再下跌，然后趋于平稳；但是Winkler分离法所获均匀度指数明显大于样方法，表明地表和地被物内栖息的蚂蚁物种个体分配比较均衡。样方法的均匀度指数从M1至M1～M2大幅下跌，之后不等速上升，在M1～M7小幅下跌，至M1～M9趋于饱和，表明此时抽样量充分。Winkler分离法的均匀度指数从W1至W1～W2明显下跌，然后小幅上扬，W1～W3之后小幅下跌或上升，但变幅不大，至W1～W10趋于饱和，表明此时抽样量充分。

图3 西双版纳半常绿季雨林蚂蚁多样性指数累积Fig.3 Ant diversity index accumulation curves in semi-evergreen monsoon forest at Xishuangbanna

图4 西双版纳半常绿季雨林蚂蚁均匀度指数累积Fig.4 Ant evenness index accumulation curves in semi-evergreen monsoon forest at Xishuangbanna

图5 西双版纳半常绿季雨林蚂蚁优势度指数累积Fig.5 Ant predominant index accumulation curves in semi-evergreen monsoon forest at Xishuangbanna

2.2.5 优势度指数累积曲线 从图5看出，2种调查方法所获优势度指数累计曲线总体相似，与多样性指数和均匀度指数累计曲线变化规律相反，且样方法所获优势度指数大于Winkler分离法，表明包括地表样、土壤样、树冠样在内的蚂蚁群落具有较高的优势度，其中大量蚁巢个体的发现起到关键抬升作用；而只包括地表和地被物的蚂蚁群落其物种个体分配比较均衡，具有较低的优势度和较高的均匀度。样方法的优势度指数从M1至M1～M2急剧上升，之后不等速下跌，至M1～M7时轻度上升，至M1～M9趋于饱和，表明此时抽样量充分。Winkler分离法的优势度指数从W1至W1～W2轻度上升，之后不等速小幅下跌，至W1～W9时轻度上升，至W1～W10趋于饱和，表明此时抽样量充分。

3 讨 论

在西双版纳地区包括半常绿季雨林在内的各种植被类型中，已经查明蚂蚁326种[3,16]。通过此次深入调查，仅在旱季的半常绿季雨林中就发现106种蚂蚁。可见热带地区蚂蚁多样性水平很高，目前的调查仍不充分。中国的热带雨林范围比较有限，分布于西藏藏族自治区墨脱县、云南省南部和西南部、海南省和台湾省等地，是中国蚂蚁多样性水平最高的地方，亟待开展更多深入细致的调查。

旱季徐正会等在西双版纳半常绿季雨林中发现45种蚂蚁，优势种为西氏拟毛蚁[13]。本次调查也在旱季，发现的蚂蚁物种高达106个，优势种为西氏拟毛蚁和亮红大头蚁，本次调查在物种数上远超过当时的物种数；优势种西氏拟毛蚁不变，新增了亮红大头蚁。究其原因，徐正会等在旱季只采用样方法一种调查方法，样方数仅有5个，说明抽样量不充分。

通过对比分析多样性指标累积曲线，发现不论采用样方法还是Winkler分离法，随着样方数增加，物种数目、个体密度、多样性指数、均匀度指数、优势度指数各项指标均在1～6个样方之间出现较大的波动，而在6～10个样方之间变化趋于缓和。在10个样方之后，除了样方法的个体密度未见饱和，其余指标均趋于饱和，说明抽样量充分。可见在热带雨林地区，如果在经费和时间受限条件下做快速调查，5个样方是可取的；如果做充分调查，至少需要10个样方。

在相同的半常绿季雨林样地中，采用样方法采集到的蚂蚁种类和数量均显著多于Winkler分离法，而Winkler分离法所获多样性指数和均匀度指数明显高于样方法。进一步分析发现，在此次调查采获的106种蚂蚁中，有38种仅在样方法中采获，有24种仅在Winkler分离法中采获，可见两种方法各有利弊，互为补充。样方法的优点是调查范围包括了地表样、土壤样和树冠样，对土壤中和树冠上栖息的蚂蚁种类和蚁巢揭示得比较清楚，而且可以把多型的工蚁、兵蚁、蚁后、雄蚁有机联系起来，还可以揭示不同蚂蚁物种的栖息场所；缺点是调查耗时较长，需要投入更多的人力和时间。Winkler分离法的优点是外业调查省时省力，可以快速获取较多的蚂蚁物种；缺点是调查范围主要针对地表和地被物内栖息的蚂蚁，不能采集到树冠上和土壤内栖息的物种，所获蚂蚁标本是一堆混合体，不能揭示不同蚂蚁物种的栖息场所和蚁巢大小，很难将同一种蚂蚁不同型的个体准确联系起来，室内物种归类工作量较大。建议在今后的调查中把两种方法结合起来。

4 结 论

半常绿季雨林是中国西双版纳地区蚂蚁种类极丰富的植被类型之一。为了深入揭示其蚂蚁多样性，采用样方法和Winkler分离法分别调查了该植被类型的蚂蚁群落。结果表明，旱季半常绿季雨林的蚂蚁群落包括7亚科、43属、106种，其中优势种2个(西氏拟毛蚁、亮红大头蚁)，常见种14个，稀有种90个。结论认为中国热带地区蚂蚁多样性水平很高，目前的调查很不充分，亟待开展更多深入细致的研究。在热带雨林地区5个样方适合做快速调查，做充分调查至少需要10个样方。样方法和Winkler分离法各有利弊，但是样方法可以采获更多的蚂蚁物种，建议在今后的调查中把2种方法结合起来。

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ApplicationofSample-plotandWinkler-extractionMethodstoAntDiversityInvestigationinSemi-evergreenMonsoonForestatXishuangbanna,China

GAN Tian1,2,XU Zheng-hui1*,LUO Cong-feng1,CUI Wen-xia1,LIU Xia1

(1.College of Biodiversity Conservation and Utilization, Southwest Forestry University/Key Laboratory of Forest Disaster Warning and Control in Yunnan Province, Yunnan Kunming 650224, China; 2.School of Life Science, Zhaoqing University, Guangdong Zhaoqing 526000, China)

【Objective】The diversity of ants in semi-evergreen monsoon forest at Xishuangbanna were revealed profoundly.【Method】Ant community of the vegetation type were investigated through Sample-plot method and Winkler-extraction method respectively.【Result】106 species belonging to 43 genera and 7 subfamilies of Formicidae were recognized in the ant community of semi-evergreen monsoon forest in dry season, which included 2 dominant species (PseudolasiussilvestriiWheeler andPheidolefervidaSmith), 14 common species and 90 rare ones. 【Conclusion】Ant diversity level was very high in the tropical area of our country, but the update survey was quite insufficient, therefore it needed many deep and detailed researches. In tropical rainforest area, five sample plots were suitable for rapid assessment, but at least 10 sample plots were needed for profound investigation. Both Sample-plot method and Winkler-extraction method had its merits and demerits, but more species could be obtained by Sample-plot method, we suggested to combine the two methods in the future investigation.

Ant; Diversity; Tropical rainforest; Sample-plot method; Winkler-extraction method

1001-4829(2017)12-2799-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.031

2016-09-13

国家自然科学基金项目(31260521, 39500118)；云南省森林保护学重点学科

甘 田(1994-)，女，安徽宣城人，硕士，从事森林昆虫学研究工作，E-mail:2449135540@qq.com，*为通讯作者：徐正会， E-mail: xuzhenghui1962@163.com。

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(责任编辑王家银)