昆虫群落结构及多样性研究方法

⑴ 群落生态学的主要类型

热带雨林
1．热带雨林是指分布于赤道附近的南北纬10℃之间的低海拔高温多湿地区，由热带种类所组成的高大繁茂、终年常绿的森林群落，为地球表面最为繁茂的植被类型。
2．植被特征：
①种类组成特别丰富，均为热带分布的种类。
②群落结构复杂：层次多而分层不明显，乔木高大挺直，分枝少，灌木成小树状，群落中附寄生植物发达，有叶面附生现象，富有粗大的木质藤本和绞杀植物。
③乔木树种构造特殊：多具板状根、气生根、老茎生花等现象；叶子在大小形状上非常一致，全绿，革质，中等大小；多昆虫传粉。
④林冠高低错落，色彩不一，无明显季相交替，终年常绿。
3．分布：主要分布于南北纬度10℃之间的区域，全球可分为三大群系。
①美洲雨林群系：主要分布亚马逊河流域，面积最大。
②非洲雨林群系：主要分布刚果盆地一带。
③亚洲雨林群系：主要分布在马来半岛、苏门答腊附近岛屿、婆罗洲、伊里安及菲律宾群岛。向西可达缅甸和印度的阿萨姆，向北经中南半岛可达中国的台湾、广东及云南南部，向东南可一直延伸到澳大利亚大陆的东部。以龙脑香科植物为标志。
④我国的热带雨林为北方边缘，不很典型，分布于台湾、两广、藏、滇的南部。群落中绞杀植物较多，但龙脑香科的种类不多。可分为湿润雨林、季雨林、山地雨林三个植被亚型。
4．动物及其生态。热带雨林中种类很多，但个体数量较少，且特化种类较多。动物的活动性低，很少有季节性的迁移现象，其生殖活动和数量变动受季节性的影响不明显。热带雨林中的代表动物主要有长臂猿、猩猩、眼镜蛇、懒猴、犀牛、蜂鸟、极乐鸟等。
红树林
1．指分布于热带滨海地区受周期性海水侵淹的一种淤泥海滩上生长的乔灌木植物落。
2．植被特征：
①主要由红树科的常绿种类组成，其次为马鞭草科、海桑科、爵床科等的种类，共10余科，30多种。
②外貌终年常绿，林相整齐，结构简单，多为低矮性群落。
③具特殊的胎生现象，具支柱根或呼吸根，以及旱生、盐生的形态和生理特点。
3. 分布：有两个分布中心。
①东方红树林：分布于太平洋和印度洋沿岸的热带、亚热带滨海地区。
②西方红树林：分布于太平洋东岸和大西洋沿岸的热带、亚热带滨海地区。
③我国的红树林属东方红树林的一部分，主要分布于广东、福建沿海、广西和台湾。
4. 动物及其生态：生活在红树林中的哺乳动物种类和数量都较少，较为广泛分布的是水獭，东南亚红树林中有吃书叶的各种猴子，如长鼻猴和天狗猴等。两栖动物大都避开这种咸淡水环境。鸟类以苍鹭、鸬鹚、翠鸟和鹗等较为常见，鱼类以弹涂鱼为最多。其它有多种蟹类、藤壶类、蚊类、蠓类等生活在其中。
热带季雨林
1. 指分布于热带有周期性干湿交替地区的，由热带种类所组成的森林群落。
2. 植物群落特征：
①旱季乔木树种部分或全部落叶，季相变化明显。
②种类组成、结构、高度等均不及雨林发达。
③板状根、茎花现象、木质大藤、附生植物等均不及雨林发达。
3. 分布：不连续分布在亚洲、非洲和美洲的热带地区，其中以亚洲东南部最为发达。
4. 动物及其生态：由于该群落类型一方面与常绿雨林相毗邻，另一方面又与稀树草原想接壤，因此其动物区系，具有明显的过渡区或群落交错区的特征。常见的动物有独角犀、亚洲虎、野猪、印度野牛、原鸡、叶猴、罗猴、懒熊等等。
热带旱生林
分布于热带干燥或半干燥的低海拔地区，小而多刺的乔木或灌木植物在群落中占优势。典型的植物有瓶子树、猴面包树、金合欢、大戟科和仙人掌科的一些肉质植物。大多数植物在旱季无叶，而在雨季十分繁茂。
热带稀树草原
指分布于热带干燥地区，以喜高温、旱生的多年生草本植物占优势，并稀疏散布有耐旱、矮生乔木的植物群落。散生在草原背景中的乔木矮生且多分枝，具大而扁平的伞形树冠，叶片坚硬，具典型旱生结构。草本层以高约1米的禾本科植物占优势，亦具典型旱生结构。藤本植物非常稀少，附生植物不存在。该群落类型主要分布在非洲、南北美洲、大洋洲和亚洲。我国在云南干热河谷，海南岛北部，雷州半岛和台湾的西南部均有分布。
荒漠和半荒漠
分布在亚热带和温带（纬度30～40°之间）的副热带无风地区。例如，南美西岸的智利和阿根廷，非洲的西海岸，南非荒漠，澳大利亚荒漠等。最大的是连接亚洲的大沙漠，包括北非的撒哈拉沙漠、阿拉伯沙漠、中亚大沙漠和东亚大沙漠，后者包括我国的柴达木、准葛尔、塔里木、阿拉善等沙漠。荒漠和半荒漠的年平均降雨量低于250㎜，季节性明显。
在荒漠群落中，植物是一些特别耐旱的超旱生植物，他们从生理和形态结构上适应旱生环境，叶面缩小或退化，以小枝和茎代行光合作用，如猪毛菜属（Salsala）、碱蓬属（Suaecla）等。
荒漠中的动物，多数有冬季和夏季休眠以及贮存大量食物以备越冬的习性。夜出性的种类所占比例较高。代表动物在欧亚大陆荒漠有三趾跳鼠亚科、沙鼠科的啮齿类动物。鸟类中有百灵、隼等；北美荒漠则有棉尾兔、更格尔鼠和小韦鼠等。南美有美洲鸵鸟。大洋洲的荒漠上有袋鼠、袋鼹等。 亚热带常绿阔叶林
1．常绿阔叶林是指分布在亚热带大陆东岸湿润地区的，由常绿的双子叶植物所构成的森林群落。又称照叶林、月桂树林、樟栲林等。
2．植被特征：
①主要由壳斗科、樟科、山茶科、木兰科和金缕梅科等的常绿树种组成，区系成分极其丰富，地理成分复杂，富有起源古老的孑遗植物，或系统进化上原始或孤立的科属及特有植物；乔木层树种具有樟科月桂树叶子的特征：小型叶、渐尖、革质、光亮、无茸毛、排列方向与光线垂直等。
②外貌中年常绿，林相整齐，季相变化不明显。
③群落结构较为复杂，林木层、下木层均有亚层次的分化，草本层以蕨类植物为主。
④藤本植物较为丰富，但多为革质或木质小藤，板根、茎花、叶面附生现象大大减少，附生植物中很少有被子植物。
3．分布：主要分布在东亚的中国、日本、朝鲜半岛，北美的佛罗里达半岛和加利福尼亚，南美的智利，非洲的那利群岛，大洋洲的澳大利亚、新西兰以及北大西洋的马德拉群岛和加那利群岛等地。
我国是常绿阔叶林的集中分布区，面积最大，类型最多，南自南岭，北抵秦岭，西至青藏高原东缘，东到东南沿海岛屿，可分为北亚热带常绿、落叶阔叶混交林，中亚热带典型常绿阔叶林和南亚热带季风常绿阔叶林3个植被型，若干个植被亚型。
4．动物及其生态：亚热带常绿阔叶林内动物种类较为丰富，主要的哺乳动物是猴类和鹿类，着名的猴类为金丝猴、日本猴；鹿类如白唇鹿、毛冠鹿、白尾鹿等。中国西南地区分布的熊猫则是世界上最濒危的珍稀动物，被称为活化石。日本产的日本小睡鼠则是东亚产的唯一睡鼠，而澳大利亚的众多有袋动物都是独特的动物类群。
硬叶常绿阔叶林
1．指分布于亚热带大陆西岸地中海式气候地区的，由硬叶常绿阔叶林树种所构成的森林群落。
2．植被特征：
①主要由硬叶常绿阔叶树种所构成，其叶片具典型的旱生结构，坚硬革质，小型叶为主，被茸毛，无光泽，气孔深陷，排列与光线成锐角，或叶片退化（甚至成刺状），植株与花具强烈香味（挥发油）；
②森林群落上层稀疏，树木较矮小，群落下层较为繁茂、密闭；
③无附生植物，藤本植物很少。多年生草本植物尤以具鳞、球、根茎的地下牙植物特别丰富。
3. 分布：主要有三个集中分布区
①欧洲的地中海沿海：主要由木栓栎、刺叶栎等组成。
②北美西岸的加利福尼亚：主要由密花栎和禾叶栎等组成。
③大洋州西南和东南地区：按树属、金合欢等属为主。
④我国为山地类型（夏多雨、冬干冷），主要分布在西南，尤以金沙江中上游河谷两侧
山地为多，主要由高山栎等树种组成。 温带落叶阔叶林
1. 指分布于温带湿润海洋地区的，由落叶双子叶植物所构成的落叶森林群落。
2. 特征：
①季相更替现象十分明显为其外貌的显着的特征；
②中生性植物特别丰富，乔木层有阔叶叶片、草质、柔软、无毛，生活型以地面芽和地下芽植物占优势，其次是高位芽植物；
③结构简单，分层清楚，夏季林相郁闭，冬季林内明亮干燥；
④层间植物在群落中作用不明显。
3. 分布：有三个集中分布区
①西欧和中欧：以山毛榉为主要建群种。
②北美的五大湖地区和大西洋沿岸：以美洲山毛榉和糖槭为建群种。
③东亚：主要分布在我国，以Quercus种群为代表。
④我国的落叶林分布面积较广，包括东北南部和华北大部，壳斗科的Quercus、
Castanea、Fagus在不同地区分别成为建群种。
4．动物及其生态：群落中消费者各有其特色，哺乳动物有鹿、獾、棕熊、野猪、狐、松鼠等，鸟类有野鸡、莺等，还有各种各样的昆虫。群落中净初级生产量仅养活着小量的动物，而动物的生物量又集中在土壤动物上。
温带草原
温带草原出现于中等程度干燥、较冷的大陆性气候地区。这种草原在北美、南美和欧洲都有分布。我国主要以内蒙古和大兴安岭以西的广大地区，向西逐渐过渡成荒漠。植被分层简单，以多年生的禾本科草类占优势，其中以针茅属植物最为丰富，还有沙草科、豆科等植物。有明显的季相变化。代表动物有高鼻羚羊、野驴、骆驼以及小型的黄鼠、跳鼠、仓鼠等，北美草原上有草原犬鼠、长耳兔、草原松鸡等。
北方针叶林
冬季严寒，夏季温暖湿润，年温差较大。主要代表树种有云杉、冷杉和松。林冠一般不茂密，林下灌木、苔藓、地衣较多。代表动物有驼鹿、猞猁、紫貂、雪兔、狼獾、林莺、松鸡等。大部分有季节迁徙现象。该类型分布横跨亚、欧和北美温带地区。在我国主要分布于大兴安岭和阿尔泰山。 （一）群落的外貌和生活型
1. 群落外貌
群落外貌（physiognomy）是指生物群落的外部形态或表相而言。它是群落中生物与生物间，生物与环境相互作用的综合反映。陆地生物群落的外貌主要取决于植被的特征，水生生物群落的外貌主要取决于水的深度和水流特征。陆地生物群落的外貌是由组成群落的植物种类形态及其生活型（life form）所决定的。
2. 生活型类型
广泛采用的是丹麦植物学家Raunkiaer提出的系统，他是按休眠芽或复苏芽所处的位置高低和保护方式，把高等植物划分为五个生活型，在各类群之下，根据植物体的高度，芽有无芽鳞保护，落叶或常绿，茎的特点等特征，再细分为若干较小的类型。下面就Raunkiaer的生活型分类系统加以简介：
①高位芽植物（Phanerophytes） 休眠芽位于距地面25㎝以上，又可根据高度分为四个亚类，即大高位芽植物（高度﹥30米），中高位芽植物（8-30米），小高位芽植物（2-8米）与矮高位芽植物（25厘米～2米）。
②地上芽植物（chamaephytes） 更新芽位于土壤表面之上，25㎝之下，多为半灌木或草本植物。
③地面芽植物（Hemicryptophytes） 更新芽位于近地面土层内，冬季地上部分全部枯死，多为多年生草本植物。
④隐芽植物（Cryptophytes） 更新芽位于较深土层中或水中，多为鳞茎类、块茎类和根茎类多年生草本植物或水生植物。
一年生植物（Therophytes） 以种子越冬。
⑤Raunkiaer生活型被认为是进化过程中对气候条件适应的结果，因此它们的组成可反映某地区的生物气候和环境的状况。
从表上可知，每一类植物群落都是由几种生活型的植物所组成，但其中有一类生活型占优势，生活型与环境关系密切， 高位芽植物占优势是温暖、潮湿气候地区群落的特征，如热带雨林群落；地面芽植物占优势的群落，反映了该地区具有较长的严寒季节，如温带针叶林、落叶林群落；地上芽植物占优势，反映了该地区环境比较湿冷，如长白山寒温带暗针叶林；一年生植物占优势则是干旱气候的荒漠和草原地区群落的特征，如东北温带草原。表 我国几种群落类型的生活型组成群落类型 Ph. Ch. H. Cr. T.
西双版纳热带雨林94.7 5.3 0 0 0
鼎湖山南亚热带常绿阔叶林 84.5 5.4 4.1 4.1 0
浙江中亚热带常绿阔叶林 76.7 1.0 13.1 7.8 2
秦岭北坡温带落叶阔叶林 52.0 5.0 38.0 3.7 1.3
长白山寒温带暗针叶林 25.4 4.4 39.8 26.4 3.2
东北温带草原 3.6 2.0 41.1 19.0 33.4
（二）群落的垂直结构
群落的垂直结构，主要指群落的分层现象。陆地群落的分层与光的利用有关。森林群落从上往下，依次可划分为乔木层、灌木层、草本层和地被层等层次。
乔木层
陆地植物群落 灌木层
草本层
地被层
在层次划分时，将不同高度的乔木幼苗划入实际所逗留的层中。
群落中，有一些植物，如藤本植物和附、寄生植物，它们并不形成独立的层次，而是分别依附于各层次直立的植物体上，称为层间植物。在作具体研究时，往往把它们归入实际依附的层次中。
水热条件越优越，群落的垂直结构越复杂，动物的种类也就越多。如热带雨林的垂直成层结构，比亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林和寒温带针叶林要复杂的多，其群落中动物的物种多样性也远比上述三种群落要丰富的多。。
群落中动物的分层现象也很普遍。动物之所以有分层现象，主要与食物有关，因为群落不同层次提供不同的食物，其次还与不同层次的微气候条件有关。如森林中的鸟类，往往有不同的栖息空间，如森林的中层栖息着山雀、啄木鸟等，而林冠层则栖息着柳莺、交嘴和戴菊等。大多数鸟类虽然可同时利用几个不同的层次，但每一种鸟却有一个自己最喜好的层次。
水生群落中，生态要求不同的各种生物呈现出明显的分层现象，它们的分层主要取决于水中的透光情况、水温和溶解氧的含量等。水生群落按垂直方向，一般可分为：
漂浮动物（neuston）
浮游动物（plankton）
水生生物群落 游泳动物（nekton）
底栖动物（benthos）
附底动物（epifauna）
底内动物（infauna）
水平结构
群落的水平格局，其形成主要与构成群落的成员的分布状况有关。大多数群落，各物种常形成相当高密度集团的斑块状镶嵌。导致这种水平方向上的复杂的镶嵌性（mosaicism）主要原因有以下几方面：图 陆地生物群落中水平格局的主要决定因素（Smith， 1980）
（三）群落的时间格局
光、温度和湿度等许多环境因子有明显的时间节律（如昼夜节律、季节节律），受这些因子的影响，群落的组成与结构也随时间序列发生有规律的变化。这就是群落的的时间格局。
植物群落表现最明显的就是季相，如温带草原外貌一年四季的变化。
动物群落时间格局主要表现为：
1. 群落中动物的季节变化。如鸟类的迁徙；变温动物的休眠和苏醒；鱼类的回游等等。
2. 群落的昼夜变化。如群落中昆虫、鸟类等种类的昼夜变化。
（四）群落交错区与边缘效应
群落交错区（ecotone）又称生态交错区或生态过渡带，是两个或多个群落之间（或生态地带之间）的过渡区域。如森林和草原之间的森林草原过渡带，水生群落和陆地群落之间的湿地过渡带。
群落交错区是一个交叉地带或种群竞争的紧张地带，发育完好的群落交错区，可包含相邻两个群落共有的物种以及群落交错区特有的物种，在这里，群落中物种的数目及一些种群的密度往往比相邻的群落大。群落交错区种的数目及一些种的密度有增大的趋势，这种现象称为边缘效应。但值得注意的是，群落交错区物种的密度的增加并非是个普遍的规律，事实上，许多物种的出现恰恰相反，例如在森林边缘交错区，树木的密度明显地比群落里要小。
影响群落结构的因素
1．生物因素：
竞争：如果竞争的结果引起种间的生态位的分化，将使群落中物种多样性增加。
捕食：如果捕食者喜食的是群落中的优势种，则捕食可以提高多样性，如捕食者喜食的是竞争上占劣势的种类，则捕食会降低多样性。
2．干扰：在陆地生物群落中，干扰往往会使群落形成断层（gap），断层对于群落物种多样性的维持和持续发展，起了一个很重要的作用。不同程度的干扰，对群落的物种多样性的影响是不同的，Conell等提出的中等干扰说（intermediate disturbance hypothesis）认为，群落在中等程度的干扰水平能维持高多样性。其理由是：①在一次干扰后少数先锋种入侵断层，如果干扰频繁，则先锋种不能发展到演替中期，使多样性较低；②如果干扰间隔时间长，使演替能够发展到顶级期，则多样性也不很高；③只有在中等程度的干扰，才能使群落多样性维持最高水平，它允许更多物种入侵和定居。
3．空间异质性：
环境的空间异质性：环境的空间异质性愈高，群落多样性也愈高。
植物群落的空间异质性：植物群落的层次和结构越复杂，群落多样性也就越高。如森林群落的层次越多，越复杂，群落中鸟类的多样性就会越多。 （一）物种多样性定义
物种多样性是群落生物组成结构的重要指标，它不仅可以反映群落组织化水平，而且可以通过结构与功能的关系间接反映群落功能的特征。
生物群落多样性研究始于本世纪初叶，当时的工作主要集中于群落中物种面积关系的探讨和物种多度关系的研究。1943年，Williams在研究鳞翅目昆虫物种多样性时，首次提出了“多样性指数”的概念，之后大量有关群落物种多样性的概念、原理、及测度方法的论文和专着被发表，形成了大量的物种多样性指数，一度给群落多样性的测度造成了一定混乱。自70年代以后，Whittaker（1972）、Pielou（1975）、Washington（1984）和Magurran（1988）等对生物群落多样性测度方法进行了比较全面的综述，对这一领域的发展起到了积极的推动作用。从目前来看，生物群落的物种多样性指数可分为α多样性指数、β多样性指数和γ多样性指数三类。下面我们就群落的α和β多样性指数的测定方法予以介绍。
（二）多样性的测度方法
1．α多样性指数
它包含两方面的含义：①群落所含物种的多寡，即物种丰富度；②群落中各个种的相对密度，即物种均匀度。
（1）物种丰富度指数
a. Gleason（1922）指数
D=S/lnA
式中A为单位面积，S为群落中的物种数目。
b. Margalef（1951，1957，1958）指数
D=（S-1）/lnN
式中S为群落中的总数目，N为观察到的个体总数。
（2）Simpson指数
D=1-ΣPi2
式中Pi种的个体数占群落中总个体数的比例。
（3）种间相遇机率（PIE）指数
D=N（N-1）/ΣNi（Ni-1）
式中Ni为种i的个体数，N为所在群落的所有物种的个体数之和。
（4）Shannon-wiener指数
H’=-ΣPilnPi 式中Pi=Ni/N 。
（5）Pielou均匀度指数
E=H/Hmax
式中H为实际观察的物种多样性指数，Hmax为最大的物种多样性指数，Hmax=LnS（S为群落中的总物种数）
（6）举例说明
例如，设有A，B，C，三个群落，各有两个物种组成，其中各种个体数组成如下：
物种甲 物种乙
群落A 100 0
群落B 50 50
群落C 99 1请计算它的物种多样性指数。
Simpson指数：
Dc=1-ΣPi2=1-Σ（Ni/N）2=1-[2+2]=0.0198
DB=1-[2+2]=0.5000
Shannon-wiener指数：
HC=-ΣNi/N ln Ni/N i=-（0.99×ln0.99+0.01×ln0.01）=0.056
HB=-=0.69
Pielou均匀度指数：
Hmax=lnS=ln2=0.69
EA= H/Hmax=-[+0]/0.69=0
EB=-/0.69=0.69/0.69=1
EC=0.056/0.69=0.081
从上面的计算可以看出，群落的物种多样性指数与以下两个因素有关:
①种类数目，即丰富度； ②种类中个体分配上的均匀性
2．β多样性指数
β多样性可以定义为沿着环境梯度的变化物种替代的程度。不同群落或某环境梯度上不同点之间的共有种越少，β多样性越大。精确地测定β多样性具有重要的意义。这是因为：①它可以指示生境被物种隔离的程度；②β多样性的测定值可以用来比较不同地段的生境多样性；③β多样性与α多样性一起构成了总体多样性或一定地段的生物异质性。
（1）Whittaker指数（βw）
βw=S/mα-1
式中：S为所研究系统中记录的物种总数；mα为各样方或样本的平均物种数。
（2）Cody指数（βc）
βc=[g（H）+l（H）]/2
式中：g（H）是沿生境梯度H增加的物种数目； l（H）是沿生境梯度H失去的物种数目，即在上一个梯度中存在而在下一个梯度中没有的物种数目。
（3）Wilson Shmida指数（βT）
βT=[g（H）+l（H）]/2α
该式是将Cody指数与Whittaker指数结合形成的。式中变量含义与上述两式相同。
3. 等级演替理论（hierarchical succession theory）
该理论是Pickett等于1987年提出的 ，他们提出了一个关于演替原因和机制的登记概念框架有三个基本层次；第一，是演替的一般性原因，即裸地的可利用性，物种对裸地利用能力的差异，物种对不同裸地的适应能力；第二层次以上的基本原因分解为不同的生态过程，比如裸地可利用性决定于干扰的频度和程度，对裸地的利用能力决定于种繁殖体生产力、传播能力、萌发和生长能力等；第三层次是最详细的机制水平，包括立地-种因素和行为及其相互作用，这些相互作用是演替的本质。这一理论较详细地分析了演替的原因，并考虑了大部分因素，它有利于演替分析结果的解释。由于演替存在着明显的景观层次，各层次的动态又与演替的机理相关，因而该学说被认为是最有前途形成统一的演替理论框架的理论。
演替的机制理论尚有其它一些理论，但较有影响的主要是上述几种。

⑵ 多样性分析方法的选取

物种多样性是指群落中物种数目的多少，它是衡量群落规模和重要性的基础，可表示生物群落结构的内涵，可用来反映环境变化对生物的影响以及水环境质量的高低。种类 越 多，各 个 种 个 体 数 量 分 布 越 均 匀，物 种 多 样 性 指 数 越 大 (刘 录 三，2002 ) 。

在 20 世纪的前几十年间，已经提出了大量的物种多样性指数，这些指数按性质可划分为四类: 物种丰富度指数、物种多样性指数、均匀度指数及生态优势度指数。

物种丰富度用以表明种类多样性的丰富与贫乏状况，最简单最古老的物种多样性测度方法是考虑物种数目而不考虑种间个体数量的差异。现在常用的物种丰富度指数有 Patrick(s) 指数、Margalef 指数、Gleason 指数 (马克平，2001; 魏玉莲，1994) 。

物种多样性指数是对物种丰富度与均匀度的综合，表示各种类的相对丰度，反映群落物种多样性，能较好地反映群落物种丰富度。其中常用的有 Shannon-Wiener 指数、Gini 指数、Brilloum 指数等。优势度指数是反映各种群优势状况的指标，是群落结构及多样性的一个度量值，以表征群落的组成结构特征，是对多样性的反面，即集中性的度量。现在被明确作为优势度指数的只有 Simpson 指数 (郭玉清，2000) 。

由于物种多样性指数是把物种丰富度与均匀度综合起来的一个统计量，因此均匀度是群落多样性研究中一个很重要的概念。均匀度指数表示群落中不同物种分布的均匀程度，现在常用的均匀度指数有: Aleotalo 均匀度指数、Pitlou 均匀度指数、Hurlbort 均匀度指数(马克平，1994) 。

大量的物种多样性指数被提出，根据多数学者的分析结果，Patrick 指数 (S) ，Shan-non-Wiener 指数 (H') 和 Simpson 指数 (D) 、Margalef 指数 (d) 、Pielou 均匀度指数 (J)最为常用。根据具体情况，研究所选用的指数计算方法如下所示:

(1) Shannon-Wiever 多样性指数 (diversity index) (Shannnon C E，et al.) :

煤矿塌陷塘环境生态学研究

式中:H'为Shannon-Wiener多样性指数;S为样品中生物的种类总数;P_i为第i种的个体数(n_i)或生物量(w_i)与总个体数(N)或总生物量(W)的比值(n_i/N或w_i/W)。

由于浮游动物个体较少且相对比较均匀，所以一般都用个体数来计算。

(2)优势集中性指数(SimpsonEH，1949):

煤矿塌陷塘环境生态学研究

式中:C为优势集中性指数;n_i为样品中第i种生物的个体数;N为样品中生物总个体数。

(3)物种丰富度指数(Species richness index，Margalef，1958):

煤矿塌陷塘环境生态学研究

式中:d为Margalef多样性指数;S为样品中生物种类数;N为样品中个体总数。

(4)均匀度指数(Pielou’s evenness)(PielouEC，1975):

煤矿塌陷塘环境生态学研究

式中:J为均匀度指数;H'为式(4.1)中Shannon-Wiener种类多样性指数值;H_max为log^S₂，表示多样性指数的最大值，S为样品中总种类数。

均匀度指数是1966年Pielou提出的，用于衡量群落中各种个体数的差异程度。J值范围为0～1之间，J大时，体现种间个体数分布较均匀，反之，J值小反映种间个体数分布欠均匀。一般，水体中的浮游动物分布越均匀指数值就越大。

⑶ 怎么分析微生物群落结构和多样性

微生物群落的种群多样性一直是微生物生态学和环境学科研究的重点。近几年来，微生物群落结构成为研究的热点。首先，群落结构决定了生态功能的特性和强弱。其次，群落结构的高稳定性是实现生态功能的重要因素。再次，群落结构变化是标记环境变化的重要方面。因此，通过对目标环境微生物群落的种群结构和多样性进行解析并研究其动态变化，可以为优化群落结构、调节群落功能和发现新的重要微生物功能类群提供可靠的依据。
从年代上来看，微生物群落结构和多样性解析技术的发展可以分为三个阶段。20世纪70年代以前主要依赖传统的培养分离方法，依靠形态学、培养特征、生理生化特性的比较进行分类鉴定和计数，对环境微生物群落结构及多样性的认识是不全面和有选择性的，方法的分辨水平低。在70和80年代，研究人员通过对微生物化学成分的分析总结出了一些规律性的结论，从而建立了一些微生物分类和定量的方法即生物标记物方法，对环境微生物群落结构及多样性的认识进入到较客观的层次上。在80和90年代，现代分子生物学技术以DNA为目标物，通过rRNA基因测序技术和基因指纹图谱等方法，比较精确地揭示了微生物种类和遗传的多样性，并给出了关于群落结构的直观信息。
1 传统培养分离方法
传统培养分离方法是最早的认识微生物群落结构和多样性的方法，自1880年发明以来一直到
现在仍被广泛使用。传统培养分离方法是将定量样品接种于培养基中，在一定的温度下培养一定的时间，然后对生长的菌落计数和计算含量，并通过在显微镜下观察其形态构造，结合培养分离过程生理生化特性的观察鉴定种属分类特性。培养分离方法采用配比简单的营养基质和固定的培养温度，还忽略了气候变化和生物相互作用的影响，这种人工环境与原生境的偏差使得可培养的种类大大减少(仅占环境微生物总数的0.1%～10%[1])。而且，此方法繁琐耗时，不能用于监测种群结构的动态变化。
2 群落水平生理学指纹方法(CLPP)
通常认为微生物所含的酶与其丰度或活性是密切相关的。酶分子对于所催化的生化反应特异性很高，不同的酶参与不同的生化反应。如果某一微生物群落中含有特定的酶可催化利用某特定的基质，则这种酶-底物可作为此群落的生物标记分子之一，标记了某种群的存在。由Garlan和Mills[2]于1991年提出的群落水平生理学指纹方法(CLPP)是通过检测微生物样品对底物利用模式来反映种群组成的酶活性分析方法。具体而言，CLPP分析方法就是通过检测微生物样品对多种不同的单一碳源基质的利用能力，来确定那些基质可以作为能源，从而产生对基质利用的生理代谢指纹。由BIOLOG公司开发的BIOLOG氧化还原技术，使得CLPP方法快速方便。商业供应的BIOLOG微平板分两种：GN和MT，二者都含有96个微井，每一
128 生态环境 第14卷第1期（2005年1月）

微井平板的干膜上都含有培养基和氧化还原染料四唑[3]。其中，BIOLOG的GN微平板含有95种不同碳源和一个无碳源的对照井，而MT微平板只含有培养基和氧化还原染料，允许自由地检测不同的碳源基质[3]。检测的方法是：将处理的微生物样品加入每一个微井中，在一定的温度下温育一定的时间(一般为12 h)，在温育过程中，氧化还原染料被呼吸路径产生的NADH还原，颜色变化的速率取决于呼吸速率，最终检测一定波长下的吸光率进行能源碳的利用种类及其利用程度的分析[4]。
BIOLOG方法能够有效地评价土壤和其它环境区系的微生物群落结构[3~6]。其优点是操作相对简单快速，而且少数碳源即能区别碳素利用模式的差别[5]。然而，BIOLOG体系仅能鉴定快速生长的微生物，而且，测试盘内近中性的缓冲体系、高浓度的碳源及有生物毒性的指示剂红四氮唑(TTC)使得测试结果的误差进一步增大。姚槐应[5]的研究表明，应根据测试对象的特点（例如pH，碳源利用类型及利用能力）改进BIOLOG体系，并且，有必要研究更好的指示剂来取代TTC。
3 生物标记物方法
生物标记物(Biomakers)通常是微生物细胞的生化组成成分，其总量通常与相应生物量呈正相关。由于特定结构的标记物标志着特定类型的微生物，因此一些生物标记物的组成模式(种类、数量和相对比例)可作为指纹估价微生物群落结构。由于分类的依据是从混合微生物群落中提取的生化组成成分，潜在地包括所有的物种，因而具有一定的客观性。并且分析简便快速，适于定性甚至半定量地检测微生物体系的动态变化。20世纪80年代以来常用于研究微生物群落结构的生物标记物方法包括：醌指纹法(Quinones Profiling)、脂肪酸谱图法(PLFAs和WCFA-FAMEs)。测定时，首先使用合适的提取剂提取环境微生物样品中的这些化合物并加以纯化，然后用合适的溶剂制成合适的样品用GC或LC检测，最后用统计方法对得到的生物标记物谱图进行定性定量分析。
3.1 醌指纹法(Quinones Profiling)
呼吸醌广泛存在于微生物的细胞膜中，是细胞膜的组成成分，在电子传递链中起重要作用[7]。醌的含量与土壤和活性污泥的生物量呈良好的线性关系的研究表明，醌含量可用作微生物量的标记[8]。有两类主要的呼吸醌：泛醌(ubiquinone, UQ)即辅酶Q和甲基萘醌(menaquinone,MK)即维生素K[9]。醌可以按分子结构在类(UQ和MK)的基础上依据侧链含异戊二烯单元的数目和侧链上使双键饱和的
氢原子数进一步区分。研究表明，每一种微生物都含有一种占优势的醌[7]，而且，不同的微生物含有不同种类和分子结构的醌[9]。因此，醌的多样性可定量表征微生物的多样性，醌谱图（即醌指纹）的变化可表征群落结构的变化。
用醌指纹法描述微生物群落的参数[7]有：(1)醌的类型和不同类型的醌的数目；(2)占优势的醌及其摩尔分数含量；(3)总的泛醌和总的甲基萘醌的摩尔分数之比；(4)醌的多样性和均匀性；(5)醌的总量等。对两个不同的群落，由上述分析所得数据可以计算出另一个参数____非相似性指数(D)，用于定量比较两个群落结构的差异。
醌指纹法具有简单快速的特点，近几年来广泛用于各种环境微生物样品(如土壤，活性污泥和其它水生环境群落)的分析。
考察了醌指纹法分析活性污泥群落的分析精度，证明此方法是一种可靠的分析方法。然而，醌指纹法也存在一定的局限性，它不能反映具体哪个属或哪个种的变化。 3.2 脂肪酸谱图法(PLFAs、WCFA-FAMEs和其它方法)
从微生物细胞提取的脂肪类生化组分是重要的生物量标记物，例如，极脂(磷脂)、中性脂类(甘油二酯)可分别作为活性和非活性生物量的标记物[10]。更重要的是，提取脂类的分解产物____具有不同分子结构的混合的长链脂肪酸，隐含了微生物的类型信息，其组成模式可作为种群组成的标记。多种脂肪酸谱图法广泛用于土壤、堆肥和水环境微生物群落结构的分型和动态监测[11~13]。
常用的脂肪酸谱图法可分为两种：磷脂脂肪酸(PLFAs)谱图法和全细胞脂肪酸甲酯(WCFA-FAMEs)谱图法[14]。二者分析的对象实质上都是脂肪酸甲酯，不同之处在于提取脂肪酸的来源不同。磷脂脂肪酸(PLFAs)谱图法提取的脂肪酸主要来源于微生物细胞膜磷脂即来源于活细胞，全细胞脂肪酸甲酯(WCFA-FAMEs)谱图法提取的脂肪酸来源于环境微生物样品中的所有可甲基化的脂类即来源于所有的细胞（包括活细胞和死细胞）。因此，磷脂脂肪酸(PLFAs)谱图法的优点在于准确，可靠；全细胞脂肪酸甲酯(WCFA-FAMEs)谱图法的优点在于提取简捷，所需样品量少。对多个环境微生物样品分析而言，先用WCFA-FAMEs谱图法预先筛选再用PLFAs法进行分析是提高效率的较佳选择。
脂肪酸谱图分析包括两种形式：一种是脂肪酸，采用GC分析仪达到分离不同结构的分子的目的；另一种是脂肪酸甲基化产物____脂肪酸甲酯，采用GC-MS分析仪进行不同分子的分离和鉴定。

⑷ 昆虫资料

昆虫
怎样识别昆虫？

谈到昆虫，也许我们已经很熟悉了。彩色纷飞的蝴蝶，访花酿蜜的蜜蜂，吐丝结茧的蚕宝宝，引吭高歌的知了，争强好斗的蛐蛐，星光闪烁的萤火虫，身手矫健、形似飞机的蜻蜓，憨厚可爱的小瓢虫，举着一对大刀、怒目圆争的螳螂，令人讨厌的苍蝇、蚊子、蟑螂等等。那么，昆虫还有哪些呢？吐丝的蜘蛛、蜇人的蝎子是不是昆虫？马陆、蜈蚣呢？对这些问题，你不一定能完全答出，现让我们一起来看看到底什么样的虫才算做昆虫？

昆虫和其它生物一样，有着自己特殊的分类位置。它在动物界中属于节肢动物门中的昆虫纲。其主要特征如下(仿彩万志图)：

（1）身体的环节分别集合组成头、胸、腹三个体段；

（2）头部是感觉和取食中心，具有口器（嘴）和1对触角，通常还有复眼及单眼；

（3）胸部是运动中心，具3对足，一般还有2对翅；

（4）腹部是生殖与代谢中心，其中包含着生殖器和大部分内脏；

（5）昆虫在生长发育过程中要经过一系列内部及外部形态上的变化，才能转变为成虫。这种体态上的改变称为变态。

因此，昆虫的基本特征可以概括为：“体躯三段头、胸、腹，2对翅膀6只足；1对触角头上生，骨骼包在体外部；一生形态多变化，遍布全球旺家族。”

有了昆虫的概念，对前面的问题你现在已经知道了答案：蜘蛛、蝎子的身体分为头胸部和腹部两段，还长着8条腿，所以不是昆虫。蜈蚣、马陆的腿就更多了，几乎每一环节（体节）上都有1～2对足，当然就更不是昆虫了。

最大与最小的昆虫

从重量来说，世界上最重的昆虫是热带美洲的巨大犀金龟（鞘翅目犀金龟科）。这种犀金龟从头部突起到腹部末端长达155毫米，身体宽100毫米，比一只最大的鹅蛋还大。其重量竟有约100克，相当两个鸡蛋的重量。另外，巴西产的一种天牛（鞘翅目天牛科）体长也有150多毫米。但从体长来说，最长的昆虫是生活在马来半岛的一种竹节虫，其体长有270毫米，比一只铅笔还要长。

世界上最小最轻的昆虫是膜翅目缨小蜂科Mymaridae的一种卵蜂Alaptus magnonimus Annandale，体长仅0.21毫米，其重量也极其轻微，只有0.005毫克。折算一下，20万只才1克，1000万只才有一个鸡蛋那么重。

世界上有多少种昆虫？

最近的研究表明，全世界的昆虫可能有1000万种，约占地球所有生物物种的一半。但目前有名有姓的昆虫种类仅100万种，占动物界已知种类的2/3- 3/4。由此可见，世界上的昆虫还有90%的种类我们不认识；按最保守的估计，世界上至少有300万种昆虫，那也还有200万种昆虫有待我们去发现、描述和命名。现在世界上每年大约发表1000个昆虫新种，它们被收录在《动物学记录（Zoological record）》中，所以，该杂志是从事动物分类的研究人员必须查阅的检索工具。

在已定名的昆虫中，鞘翅目（甲虫）就有35万种之多，其中象甲科最大，包括6万多种，是哺乳动物的10倍。鳞翅目（蝶与蛾）次之，有约20万种。膜翅目（蜂、蚁）和双翅目（蚊、蝇）都在15万种左右。

昆虫不仅种类多，而且同一种昆虫的个体数量也很多，有的个体数量大得惊人。一个蚂蚁群可多达50万个体。一棵树可拥有10万的蚜虫个体。在森林里，每平方米可有10万头弹尾目昆虫。蝗虫大发生时，个体数可达7～12亿之多，总重量约1250～3000吨，群飞覆盖面积可达500～1200公顷，可以说是遮天盖日。

【小知识】生物的命名与模式标本：科学家们给每个他们研究过而又没有记载过的生物都取一个拉丁学名，包括属名和种名两个拉丁字，称为双名法，1758年由瑞典科学家林奈首创。定名所依据的标本称为模式标本，其中指定一个为正模，其余为副模。

中国已知多少种昆虫？

我国幅员辽阔，自然条件复杂，是世界上唯一跨越两大动物地理区域的国家，因而是世界上昆虫种类最多的国家之一。一般来说，我国的昆虫种类占世界种类的1/10。世界已定名的昆虫种类为100万种，我国定名的昆虫应该在10万种左右，可目前我国已发现定名的昆虫只有5万多种，要赶上世界目前的水平还任重道远。况且，世界的昆虫种类应该在300~1000万种，所以我国应有昆虫30~100万种。由此可见，我国还有太多太多的昆虫新种等待着有志研究昆虫的朋友们去发现、命名、描述它们。

【小知识】

世界动物地理分区概述：世界共分六大动物地理区域，它们是：

新北区，主要是北美各国；

古北区，包括欧洲和亚洲北部、非洲北部；

东洋区，包括亚洲南部各国；

新热带区，主要指南美和中美；

非洲区[热带区]，包括非洲、马达加斯加及其附近的岛屿；

澳洲区，包括澳大利亚及其附近岛屿。

昆虫生活在哪些地方？

昆虫种类这么多，因此，它们的生活方式与生活场所必然是多种多样的，而且有些昆虫的生活方式和生活本能的表现很有研究价值。可以说，从天涯到海角，从高山到深渊，从赤道到两极，从海洋、河流到沙漠，从草地到森林，从野外到室内，从天空到土壤，到处都有昆虫的身影。不过，要按主要虫态的最适宜的活动场所来区分，大致可分为五类。

（1）在空中生活的昆虫：这些昆虫大多是白天活动，成虫期具有发达的翅膀，通常有发达的口器，成虫寿命比较长。如蜜蜂、马蜂、蜻蜓、苍蝇、蚊子、牛虻、蝴蝶等。昆虫在空中活动阶段主要是进行迁移扩散，寻捕食物，婚飞求偶和选择产卵场所。

（2）在地表生活的昆虫：这类昆虫无翅，或有翅但已不善飞翔，或只能爬行和跳跃。有些善飞的昆虫，其幼虫期和蛹期也都是在地面生活。一些寄生性昆虫和专以腐败动植物为食的昆虫（包括与人类共同在室内生活的昆虫），也大部分在地表活动。在地表活动的昆虫占所有昆虫种类的绝大多数，因为地面是昆虫食物的所在地和栖息处。这类昆虫常见的有步行虫（放屁虫）、蟑螂等。

（3）在土壤中生活的昆虫：这些昆虫都以植物的根和土壤中的腐殖质为食料。由于它们在土壤中的活动和对植物根的啃食而成为农业、果树和苗木的一大害。这些昆虫最害怕光线，大多数种类的活动与迁移能力都比较差，白天很少钻到地面活动，晚上和阴雨天是它们最适宜的活动时间。这类昆虫常见的有蝼蛄、地老虎（夜蛾的幼虫）、蝉的幼虫等。

（4）在水中生活的昆虫：有的昆虫终生生活在水中，如半翅目的负子蝽、田鳖、龟蝽、划蝽等，鞘翅目的龙虱、水龟虫等。有些昆虫只是幼虫（特称它们为稚虫）生活在水中，如蜻蜓、石蛾、蜉蝣等。水生昆虫的共同特点是：体侧的气门退化，而位于身体两端的气门发达或以特殊的气管鳃代替气门进行呼吸作用；大部分种类有扁平而多毛的游泳足，起划水的作用。

（5）寄生性昆虫：这类昆虫的体型比较小，活动能力比较差，大部分种类的幼虫都没有足或足已不再能行走，眼睛的视力也减弱了。有些寄生性昆虫终生寄生在哺乳动物的体表，依靠吸血为生，如跳蚤、虱子等。有的则寄生在动物体内，如马胃蝇。另一些昆虫寄生在其它昆虫体内，对人类有益，可利用它们来防治害虫，称为生物防治。这些昆虫主要有小蜂、姬蜂、茧蜂、寄蝇等。在寄生性昆虫中，还有一种叫做重寄生的现象。就是当一种寄生蜂或寄生蝇寄生在植食性昆虫身上后，又有另一种寄生性昆虫再寄生于前一种寄生昆虫身上。有些种类还可以进行二重，或三重寄生。这些现象对昆虫来说，只是为了生存竞争的一种本能。

⑸ 昆虫物种的多样性与环境有什么的关系

环境会决定物种的进化方向的，如果一个环境很丰富，资源很多，所以说那里的昆虫也会很多的