论文部分内容阅读
叶蝉隶属于半翅目(Hemiptera)、头喙亚目(Auchenorrhyncha)、叶蝉科(Cicadellidae),广泛分布于世界六大动物地理区,一般生活在林木和草地上,多为植食性昆虫,取食多种植物叶片,些许种类生活在地面或植物根部,是生态系统的一个重要组成部分。叶蝉的时空变化往往受到气温、湿度、植被与其他外界环境的影响,是一种对外界环境变化比较敏感的昆虫。截止目前,有关叶蝉群落、生物多样性的时空动态变化及其与石漠化生态环境之间的研究较为少见。因此,以云贵高原上喀斯特生态环境异质性比较大的3个石漠化研究区(关岭-贞丰花江、毕节撒拉溪和施秉喀斯特)为基础,进行野外调查并采集标本后进行实验室分析,得出叶蝉数量、分子测序等相关数据,初步对小空间尺度(样地)与大空间尺度(研究区)的叶蝉群落组成、物种多样性、群落相似性、遗传多样性以及与环境因子的关系等方面进行系统研究,以期为国家石漠化生态恢复提出合理的监测建议。主要研究结果如下:(1)厘清了不同等级石漠化环境下叶蝉群落物种组成并阐明时空分布规律。三个研究区共采获叶蝉74268头,隶属于18亚科113属。稀有亚科与稀有属占各自总数的比重高,优势亚科和常见亚科、优势属和常见属占各自总数的比重少。其中,关岭-贞丰花江研究区(14亚科73属11593头)<毕节撒拉溪研究区(13亚科80属30468头)<施秉喀斯特研究区(16亚科85属32367头)。整个研究区内,小叶蝉亚科Typhlocybinae、角顶叶蝉亚科Deltocephalinae与横脊叶蝉亚科Evacanthinae为优势亚科;小绿叶蝉属Empoasca等5个属为优势属。关岭-贞丰花江研究区,角顶叶蝉亚科Deltocephalinae、铲头叶蝉亚科Hecalinae与小叶蝉亚科Typhlocybinae为优势亚科;肛突叶蝉属Changwhania等5属为优势属。毕节撒拉溪研究区,角顶叶蝉亚科Deltocephalinae、横脊叶蝉亚科Evacanthinae与小叶蝉亚科Typhlocybinae为优势亚科;小绿叶蝉属Empoasca等4属为优势属。施秉喀斯特研究区,角顶叶蝉亚科Deltocephalinae、横脊叶蝉亚科Evacanthinae、小叶蝉亚科Typhlocybinae为优势亚科;小绿叶蝉属Empoasca等8属为优势属。在时间变化上,不论是样地还是研究区,亚科数量、属级数量与个体数量整体均在7月或8月最多,5月或10月最少。在空间变化上,潜在石漠化样地的物种数量最丰富,其次轻度石漠化样地,再次中度石漠化样地,最后是强度石漠化样地。关岭-贞丰花江研究区物种数量最为稀少,施秉喀斯特研究区叶蝉物种数量最为丰富,毕节撒拉溪研究区处在二者之间。(2)揭示了群落物种组成相似性时空变化规律,指出在相邻月份或者相邻等级石漠化环境下,共有属最多,相似性数值最大,群落相似性最高。以时间为基础,相邻月份之间群落组成相似性较高。施秉喀斯特研究区8月和9月的叶蝉群落物种组成极相似,毕节撒拉溪研究区7月与8月的叶蝉群落物种组成极相似,关岭-贞丰花江研究区7月与8月的叶蝉群落物种组成极相似。从样地上看,相似性最高的亦出现在7月与8月或8月与9月。以空间为基础,从样地上看,潜在石漠化与轻度石漠化样地之间,区内植被种类和数量均较为丰富,叶蝉寄居环境亦较为相似,共有属较多,其群落相似性较高,而潜在石漠化与强度石漠化样地之间的共有属较少,叶蝉群落相似性较低。从研究区上看,施秉喀斯特研究区与毕节撒拉溪研究区的物种组成极相似,与关岭-贞丰花江研究区的叶蝉群落物种组成中等相似。毕节撒拉溪研究区与关岭-贞丰花江研究区的叶蝉群落物种组成中等相似。(3)分析了喀斯特石漠化地区叶蝉群落物种多样性及其时空变化规律,得到叶蝉物种多样性在7月或8月最大,而5或10月最小;随着石漠化程度的加深不断降低。在时间变化上,不论是样地还是研究区,物种丰富度指数、多样性指数、均匀性指数大致7月份或8月份最大,5月或10月份最小,而优势度指数则恰好相反。在空间变化上,潜在石漠化样地的物种丰富度指数、多样性指数与均匀性指数最大,优势度指数最小,其次是轻度石漠化,再次是中度石漠化,强度石漠化样地物种丰富度指数、多样性指数与均匀性指数最小,优势度指数最大。从研究区尺度上看,施秉喀斯特研究区叶蝉的物种多样性最高,其次为毕节撒拉溪研究区,物种多样性最低的是关岭-贞丰花江研究区。(4)探讨了不同等级石漠化之间的叶蝉种群遗传多样性及其变化规律,揭示了遗传多样性随着石漠化程度的不断加深逐渐降低,相邻石漠化等级之间的基因交流频繁。不同地理种群之间的基因存在一定差异。从小空间尺度上看,不同地理种群之间核苷酸多态性与遗传多样性的差异较小,基因交流频繁,随着石漠化程度的变化而变化。其中,潜在石漠化与轻度石漠化地理种群的核苷酸差异平均数K、核苷酸多样性Π、多态性位点数S比较大,而中度石漠化与强度石漠化地理种群的较小。同时,潜在石漠化与轻度石漠化地理种群之间基因交流频繁,与强度石漠化地理种群之间基因交流简单,即相邻石漠化等级地理种群之间基因交流频繁。从大空间尺度上看,施秉喀斯特研究区核苷酸多态性参数最大,其次是毕节撒拉溪研究区,关岭-贞丰花江研究区的核苷酸多态性参数最小。同时,施秉喀斯特研究区与毕节撒拉溪研究区基因交流频繁,与关岭-贞丰花江研究区基因交流简单。毕节撒拉溪研究区与关岭-贞丰花江研究区的基因交流较频繁。(5)叶蝉群落结构与生物多样性受到环境因子影响,其中岩石裸露度、植被覆盖度等是影响叶蝉物种多样性与遗传多样性的主要环境因子。对叶蝉群落结构、物种多样性与环境因子分析得出,在时间基础上,样地总解释率依次是强度石漠化样地>中度石漠化样地>轻度石漠化样地>潜在石漠化样地,研究区的总解释率依次是为关岭-贞丰花江研究区>毕节撒拉溪研究区>施秉喀斯特研究区,说明温度与湿度对强度石漠化样地与关岭-贞丰花江研究区的影响比较大,对潜在石漠化样地与施秉喀斯特研究区影响最小。在空间基础上,样地与研究区第一轴和第二轴对叶蝉群落结构、物种多样性空间变化的解释率均比较高,其中岩石裸露率与植被覆盖率是影响叶蝉群落结构、物种多样性空间变化的主要因子。对叶蝉种群遗传多样性与环境因子进行分析。不论是样地还是研究区尺度,岩石裸露率、温度、植被种类、湿度与植被覆盖率是影响叶蝉地理种群遗传多样性的主要因素,其中岩石裸露率、湿度、压强与ITS-Fst与COI-Fst呈正相关,与单倍型多样性、核苷酸差异平均数、核苷酸多样性、多态性位点数、基因流呈负相关。从样地尺度上看,遗传多样性参数、基因流与环境之间关系第一轴的平均解释率是96.76%,98.93%。从研究区尺度上看,遗传多样性参数、基因流与环境之间关系第一轴的解释率是98.96%、98.72%。大尺度范围能更加清晰的解释遗传多样性参数与环境因子数据之间的关系。为更好的运用叶蝉对石漠化生态修复进行监测,在大尺度上,既可以采用遗传多样性差异对石漠化恢复效果进行监测,又可以采用叶蝉群落物种多样性,亦或二者相结合。在小尺度上,应尽量采用叶蝉物种多样性对石漠化生态恢复效果进行监测,以便得到更佳的检测效果。