陆欢欢,黄思程,2,刘文平,邓 煜,朱恒星,赵凯旋,魏 玮,杨文华,黄敦元,*

1 重庆师范大学生命科学学院媒介昆虫重点实验室,重庆 401331 2 西藏农牧学院资源与环境学院,林芝 860000 3甘肃省陇南市经济林研究院油橄榄研究所,陇南 742500 4 重庆市林业科学研究院,重庆 401331

生态系统服务是指人类从生态系统中获取的各种直接与间接收益的总和,也是自然生态系统及其组成物种得以维持和满足人类生命活动的环境条件和过程[1]。生态系统服务的形成与维持是人类文明和社会经济持续发展的根基,其形成过程贯穿了自然环境系统和社会系统,而生物多样性是影响生态系统功能形成和制约生态系统服务发挥的关键因素之一[2—4]。生物多样性是生物(动物、植物、微生物)与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和,其能够在从局部到景观的不同尺度上促进生态系统服务功能的提升,因而保护生物多样性已成为当前国内外自然资源保护实践的主要内容之一。

传粉昆虫是生物多样性的组成部分,也是生态系统中传粉服务的重要媒介,昆虫传粉在整个动物传粉生态服务中占比约90%[5]。以蜜蜂类为代表的传粉昆虫在维持陆地生态系统平衡的同时,也为人类带来直接和间接的利益。例如,世界上87.5%的被子植物、70%的经济作物以及35%的粮食生产取决于以传粉昆虫为主的动物授粉,若传粉昆虫减少,将直接影响经济作物和野生植物的授粉服务功能[6—8]。随着人类活动的加剧,适宜生境的丧失和碎片化、气候变化、杀虫剂的大量施用等因素导致传粉昆虫生物多样性受到了严重威胁[9—10],所以开展一定范围的生物多样性调查与保护显得尤为重要,尤其是重点物种的调查保护。

油橄榄(Oleaeuropaea)属木樨科(Oleaceae)木樨榄属(Olea)常绿乔木,起源于地中海盆地,是世界四大木本食用油料树种之一[11]。我国油橄榄种植主要分布于甘肃、云南、四川、重庆等地[12],其中甘肃陇南现有栽植面积达3.33万hm2,占全国栽植总面积40%以上[13]。当前我国油橄榄产业发展迅速,种植面积逐年增加,但存在坐果率低、果实产量低等问题。因此,开展油橄榄花期传粉生态学的相关研究,对于提高油橄榄产量和新品种选育等方面均具有十分重要的意义。

油橄榄雌雄同株但自交不亲和,属典型异花授粉[14—15],风媒传粉是实现油橄榄的异花授粉的主要途径[15—16]。花粉粒的形态学研究表明油橄榄介于风媒传粉和虫媒传粉之间[17—18],在自然条件下,虫媒传粉能够作为风媒传粉的有效补充,对增强油橄榄异花授粉具有一定的效果[19—20]。因此,为阐明我国油橄榄传粉昆虫种类以及不同样地间传粉昆虫群落的分布规律,本研究开展了我国油橄榄传粉昆虫多样性调查,以期为利用昆虫辅助授粉解决油橄榄因花粉资源限制而导致坐果率低下的问题提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 样地设置

我国油橄榄适生区分为三大区域：白龙江低山河谷区(甘肃陇南),金沙江干热河谷区(云南丽江、四川西昌等地),长江三峡低山河谷区(重庆万州、奉节等地)[21—22]。基于全面性、代表性和可达性原则,本研究在全国油橄榄主栽区域内,选取成片栽培且分布范围较广的13个典型样地,进行了油橄榄花期昆虫采集,以期全面调查油橄榄传粉昆虫多样性。具体样地信息见表1。

1.2 昆虫采集与鉴定

2020年4月—2021年 5月中旬,利用两年时间完成全国13个样地油橄榄花期传粉昆虫的采集及群落调查。油橄榄花期在传粉昆虫活跃时间段(8:00—17:00),对每个调查样地油橄榄传粉昆虫的情况进行初步踏查并根据踏查结果设置5个200 m2采集样方(每个样方间隔300 m),每个样方由1人定点观测并扫网采集。将采集的传粉昆虫独立分装于5 mL冻存管带回实验室进行形态学鉴定和DNA条形码鉴定,其中形态学鉴定依据《中国动物志》、《中国经济昆虫志》、《浙江蜂类志》等文献资料[23—25],检索出所属类群。对形态鉴定疑难种,借助DNA条形码COI序列,PCR扩增采用通用引物[26](LCO1490: 5′-GGTCAACAAATCATAAAGA TATTGG- 3′; HCO2198: 5′-TAAACTTCAGGGTGACCAAAAAATCA- 3′),目的片段大小约为700 bp。对 COI序列进行质控剪切后,上传至生命条形码数据系统 (http://www.boldsystems.org/index.php/IDS_OpenIdEngine),以相似性≥98%为判断依据进行鉴定,从而确定物种名称及分类信息。

1.3 数据分析

1.3.1传粉昆虫多样性分析

利用Excel 2019软件建立13个样地油橄榄传粉昆虫分布信息数据库。基于不同科级和不同样地的角度,分别统计传粉昆虫的物种丰富度(Species richness,S)、个体数(Individual number,N)、Berger-Parker优势度指数(Dominance index,DBP)。使用Excel 2019计算上述指数,计算公式见文献[27],通过数量等级将物种划分为优势类群(DBP≥10%)、 常见类群(10%>DBP≥1%)和稀有类群(DBP<1%)[28]。样地间油橄榄传粉昆虫多样性分析包括群落丰富度、均匀度以及多样性3个层次[29]。其中,丰富度包括Chao1指数[30](Chao1 index, Chao1)和Margalef指数[31](Margalef′s richness index,RMar)；均匀度包括 Simpson均匀度指数[32](Equitability,Jsim)；多样性包括[33]Shannon多样性(Shannon′s diversity,Hens)和Simpson多样性(Simpson′s diversity,Dens)。不同多样性指数均使用R语言vegan包 estimateR函数、diversity 函数计算。

1.3.2传粉昆虫群落相似性分析

通过计算不同样地间群落组成相似程度或距离以量化传粉昆虫群落相似性。为减轻Sørensen 相似性指数可用性的负面影响,本研究中油橄榄传粉昆虫群落相似性测度采用基于Chao1丰富度估计量的Sørensen 相似性指数[34](Chao-Sørensen-Est Abundance-based,SS)。使用EstimateS 9.1.0计算SS,且使用corrplot包绘制相似性图。根据SS与S1-S和为1,转化计算S1-S。基于S1-S的数据,以中值非权重成对组法(UPGMA)的平均聚合聚类为分类策略,使用R语言执行hclust函数并设定选择观测的聚类群数量为4(k=4),从而分别对各样地种群特征进行定性层次分析。根据定性指数相似性原理划分样地间相似程度,当0.75

2 结果与分析

2.1 油橄榄传粉昆虫群落组成

2020年4月—2021年5月,13个采集样地共采集油橄榄传粉昆虫564只,隶属于3目13科25属,其中膜翅目413 只、双翅目132 只、鞘翅目19 只(表2,附录1)。优势类群为蜜蜂科(Apidae)、食蚜蝇科(Syrphidae),其中意大利蜜蜂(Apismelliferaligustica)、中华蜜蜂(Apisceranacerana)和灰带管蚜蝇(Eristaliscerealis)的数量占优；常见类群有隧蜂科(Halictidae)、金龟科(Scarabaeidae)、胡蜂科(Vespidae)与切叶蜂科(Megachilidae),其中以铜色隧蜂(Seladoniaaeraria)、斯马蜂(Polistessnelleni)和灰地种蝇(Deliaplatura)等为主；稀有类群包含方头泥蜂科(Crabronidae)、花蝇科(Anthomyiidae)、拟牛天科(Oedemeridae)、分舌蜂科(Colletidae)、鼻蝇科(Rhiniidae)、麻蝇科(Sarcophagidae)与土蜂科(Scoliidae)。不同样地的优势类群均在2—3种(除凉山州冕宁县样地外),以蜜蜂科(Apidae)、食蚜蝇科(Syrphidae)或蜜蜂科(Apidae)、隧蜂科(Halictidae)两种组合常见。除重庆市奉节县样地存在2种稀有类群外,其他样地均不包含稀有类群；常见类群为(2.15±0.42)种,相比于其他样地,陇南市桑家湾社区样地和陇南市两水镇样地均出现拟牛天科(Oedemeridae)和金龟科(Scarabaeidae)物种。

表2 油橄榄传粉昆虫群落组成

2.2 不同样地油橄榄传粉昆虫群落多样性比较分析

多样性分析结果表明：油橄榄传粉昆虫物种数和个体数最多的是重庆市奉节县样地,物种数和个体数最少的是西昌市海滨中路样地；DBP指数最高的是重庆市奉节县样地,最低的是西昌市海滨中路样地；Jsim指数最低的是陇南市两水镇样地,最高的是西昌市海滨中路样地；Hens指数和Dens指数最高的是重庆市万州区样地,Chao1指数和RMar指数最高的是陇南市两水镇样地；Hens指数、Dens指数、Chao1指数和RMar指数最低的均是西昌市海滨中路样地(表3)。综上所述,重庆市奉节县样地和万州区样地群落多样性程度较高,西昌市海滨中路样地群落多样性程度最低。

表3 不同样地传粉昆虫群落多样性指标

2.3 不同样地油橄榄传粉昆虫群落物种相似性及聚类分析

根据相似性指数的结果(图1),在不同样地群落物种组成上,两两样地极为相似个数为16个、中等相似为38个、中等不相似为13个和极不相似为13个。其中,绵阳市三台县样地和西昌市南宁区样地相似度最高(SS=0.97,P<0.01),而陇南市外纳乡样地和西昌市海滨中路样地、西昌市南宁区样地及绵阳市松垭镇样地则没有相关性。结合聚类群观察数(k=4),各簇内部均有相似物种,而各簇之间则以物种有无被区分。Ⅰ簇各样地均含有中华蜜蜂(A.ceranacerana)、灰带管蚜蝇(E.cerealis)和铜色隧蜂(S.aerarius)；Ⅱ簇各样地均含有中华蜜蜂(A.ceranacerana)和意大利蜜蜂(A.melliferaligustica),而Ⅱ簇样地间相似性主要受是灰带管蚜蝇(E.cerealis)、铜色隧蜂(S.aerarius)和中华木蜂(Xylocopasinensis)等物种影响；Ⅲ簇西昌市海滨中路样地则以中华蜜蜂(A.ceranacerana)和灰地种蝇(D.platura)为主；Ⅳ簇则以灰带管蚜蝇(E.cerealis)和星花金龟属(Protaetiasp.)为主要特征。

图1 不同样地间的相似性分析及层次聚类分析Fig.1 Similarity analysis and hierarchical cluster analysis between different sampling plotsEP1—13表示13个采集实验样地；Ss: 基于Chao1丰富度估计量的Sφrensen相似然指数

3 讨论与结论

油橄榄广泛分布世界各地,现有种植面积达1000万hm2,有1200多个品种,其中我国先后从地中海地区引进了150多个品种[15]。油橄榄雌雄同株,但由于大多数品种的花粉管穿过柱头表面后,其生长受到抑制从而导致成熟的花粉粒不能在柱头表面萌发,使油橄榄表现出自交不亲和现象,而花粉管生长停滞可能是受到程序性细胞死亡的干预,因此油橄榄为典型异花授粉植物[14—15]。此外,油橄榄花期可产生大量花粉,但很少产生花蜜,研究表明油橄榄花粉粒呈椭圆形和三环沟形,其形态介于风媒种和虫媒种特征之间[17—18],而风媒传粉的需求是该品种近期进化事件[35]。自然条件下,虫媒传粉和风媒传粉共同作用以增强油橄榄异花授粉效果,而昆虫传粉协助植物异花授粉,有利于维持植物的遗传多样性,增强后代变异性和生境适应性[5],因而,传粉昆虫对解决油橄榄的花粉资源限制与增强油橄榄后代适应性具有重要作用。本研究通过对油橄榄传粉昆虫调查发现,优势类群主要有蜜蜂科、食蚜蝇科和隧蜂科昆虫,其中数量最占优势的是中华蜜蜂、意大利蜜蜂、灰带管蚜蝇和铜色隧蜂。其他研究认为蜜蜂科和食蚜蝇科昆虫在提高植物坐果率与果实品质方面发挥着重要作用[36—37],余海清等认为大叶金顶杜鹃的访花昆虫主要为双翅目食蚜蝇类和蝇类,膜翅目蜂类[37]；肖云丽等结果表明意大利蜜蜂授粉可以显著提高苹果、大樱桃的座果率、维生素C含量[38]。因此,推测中华蜜蜂、意大利蜜蜂和灰带管蚜蝇等优势传粉昆虫对缓解油橄榄花粉资源限制,提高油橄榄坐果率起到积极作用。

昆虫群落相似性和物种多样性是衡量一定地区昆虫资源丰富程度的客观指标,但特定样地昆虫群落相似性和物种多样性又受当地生境和人为活动等因素的影响[39]。在昆虫群落相似性方面,楚雄州永仁县样地和丽江市玉龙县样地在地理位置上相距较近,其自然背景环境相近可能导致两样地群落物种相似,陇南地区3个样地也如是；西昌市海滨中路样地和西昌市南宁区样地、凉山州冕宁县样地虽地理位置上相距较近,但由于西昌市海滨中路样地受到较大人为活动干扰,传粉昆虫数量骤减,与其他两个样地的传粉昆虫群落不相似。因此,形成各样地间传粉昆虫群落相似性的原因可能是区间自然环境相似性越高,昆虫群落物种越相似。这种推测与其他研究者的结论一致,如陈晓晓等对梵净山国家级自然保护区叶蝉群落结构特征的研究表明,自然环境的相似是昆虫群落物种相似的基础[40]；刘高峰和杨茂发认为各样地土壤甲螨群落的结构与其生境条件密切相关,生境异质性越高,狭布类群越多,类群相似性越低[41]。

在昆虫物种多样性方面,西昌市海滨中路样地、西昌市南宁区样地和凉山州冕宁县样地由于海拔相对较高且种植林区内经常进行杂草杂灌清理导致粉(蜜)源植被覆盖度较低,尤其是西昌市海滨中路样地人类活动频繁,因此这些样地油橄榄传粉昆虫多样性较低。绵阳市三台县样地、重庆市万州区样地和重庆市奉节县样地海拔相对较低且在油橄榄林区保留大量野生植被,生境类型多样且几乎没有太多的人类活动,为各类昆虫的取食、栖息、繁殖提供了良好的自然条件,所以油橄榄传粉昆虫多样性相对较高。蔡东章和王德森的结果也表明由于林地中丰富的植物种类,针阔混交林、阔叶混交林和灌草丛中昆虫群落多样性的各项指标均较高[42]。因此影响油橄榄传粉昆虫多样性的因素多样,但油橄榄种植区域内的植物群落(尤其是昆虫寄主植物及粉源植物)结构越复杂、生境类型越多样、人类干扰程度越小,生境质量就越优越,昆虫多样性就越高。

为增加油橄榄花期传粉昆虫多样性及群落结构稳定性,可通过减少过度人类干扰,保持油橄榄林区及其周边林区原有植被的覆盖,尤其是增加油橄榄同花期蜜(粉)源植物的多样性。本研究中传粉昆虫多样性较高的重庆市奉节县和重庆市万州区等样地的自然生境,可为传粉昆虫多样性低的西昌市海滨中路和绵阳市松垭镇等样地的传粉昆虫适生生境改造提供参考。总之,为利用传粉昆虫对油橄榄进行授粉,良好的设计规划和合理的保护措施便于保护和恢复昆虫类群赖以生存的生境,是保护昆虫多样性、保证昆虫资源可持续发展的关键。

附录1 油橄榄传粉昆虫种类和数量

Appendix 1 Species and individual number of pollinators inO.europaea

目名Order科名Family属名Genus种名Species数量Number鞘翅目拟牛天科(Oedemeridae)双拟天牛属(Ditylus)Ditylus sp.3Coleoptera金龟科(Scarabaeidae)星花金龟属(Protaetia)Protaetia sp.16双翅目鼻蝇科(Rhiniidae)口鼻蝇属(Stomorhina)不显口鼻蝇(S. obsoleta)1Diptera麻蝇科(Sarcophagidae)亚麻蝇属(Parasarcophaga)结节亚麻蝇(P. tuberosa)1花蝇科(Anthomyiidae)地种蝇属(Delia)灰地种蝇(D. platura)5食蚜蝇科(Syrphidae)优食蚜蝇属(Eupeodes)大灰优食蚜蝇(E. corollae)14黑带食蚜蝇属(Episyrphus)黑带食蚜蝇(E. balteatus)2管蚜蝇属(Eristalis)灰带管蚜蝇(E. cerealis)94鼓额食蚜蝇属(Scaeva)高加索鼓额食蚜蝇(S. caucasica)1粗股蚜蝇属(Syritta)黄环粗股蚜蝇(S. pipiens)1印度粗股蚜蝇(S. indica)4细腹蚜蝇属(Sphaerophoria)印度细腹食蚜蝇(S. indiana)4宽盾蚜蝇属(Phytomia)羽芒宽盾蚜蝇(P. zonata)5膜翅目蜜蜂科(Apidae)蜜蜂属(Apis)意大利蜜蜂(A. )104Hymenoptera中华蜜蜂(A. cerana cerana)182Apis sp.11熊蜂属(Bombus)短头熊蜂(B. breviceps)9黑足熊蜂 (B. atripes)1芦蜂属(Ceratina)冲绳芦蜂(C. okinawana)5南方芦蜂(C. cognata)4拟黄芦蜂(C. hieroglyphica)2木蜂属(Xylocopa)中华木蜂(X. sinensis)10竹木蜂(X. nasalis)10隧蜂科(Halictidae)淡脉隧蜂属(Lasioglossum)红镰淡脉隧蜂(L. rubsectum)3Lasioglossum sp.-14Lasioglossum sp.-29近淡脉隧蜂(L. affine)8隧蜂属(Halictus)铜色隧蜂(Seladonia aeraria)23分舌蜂科(Colletidae)叶舌蜂属(Hylaeus)H. nobuyukii(无中文名)3切叶蜂科(Megachilidae)壁蜂属(Osmia)Osmia sp.7胡蜂科(Vespidae)直盾蜾赢属(Stenodynerus)中华直盾蜾赢(S.chinensis chinensis)3隹盾蜾赢属(Euodynerus)日本隹盾蜾赢(E. nipanicus)1黄胡蜂属(Vespula)细黄胡蜂(V. flaviceps)1马蜂属(Polistes)斯马蜂(P. snelleni)5中华马蜂(P. chinensis)2方头泥蜂科(Crabronidae)阳完眼泥蜂属(Solierella)S. cypriaca(无中文名)5土蜂科(Scoliidae)长腹土蜂属(Campsomeris)金毛长腹土蜂(C. prismatica)1