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葫芦岛是东北地区重要的重工业基地，矿产资源、有色金属冶炼等行业是城市的支柱产业，高强度的开发与利用，造成土壤、水体和空气的污染，对周围生态环境造成了严重的破坏。葫芦岛部分污染严重地区土壤中Cd、Cu、Zn以及Hg、As、Ni等重金属存较为严重的污染[1-3]。2012年，葫芦岛市政府采取了政策性关闭生产重污染生产企业，严重污染地区采取了山体和植被修复措施，以恢复该地区环境健康。为了分析不同环境的恢复程度，拟通过昆虫多样性的调查和比较开展研究。
生物指示法是通过生物指示物在自然和人类活动影响下，其种群数量或行为变化能够对生态系统健康状况进行评估，是生态系统评价中常用的重要方法[4]。而昆虫对周围的环境的变化十分敏感，因此，昆虫多样性指数常作为指示环境变化的重要指标。杨世勇 等[5]研究发现重金属对昆虫具有抑制细胞免疫和体液免疫的作用，能够破坏昆虫细胞或组织的完整性，进而缩短昆虫的寿命，影响昆虫的繁殖。欧晓红等[6]研究发现无植被的裸地样方昆虫类群和数量也最少，而自然恢复生长的杂草植被地区昆虫多样性丰富。包春泉等[7] 树种比较丰富的森林类型相较于纯林地，其昆虫生物多样性指数相对来说比较高，生物多样性更丰富，森林比较健康。综上，可以看出环境对昆虫既有直接的影响，又会通过对植被的影响间接对昆虫产生影响。本研究通过对昆虫多样性的调查，进而分析昆虫物种多样性和优势度指数等，以探索一种应用昆虫多样性来快速评估不同重金属污染程度的地区环境健康状况的方法。
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选设葫芦岛市典型的重金属污染地区为样地，分别是龙港区锌厂、八家子铅硫矿（生产矿）和杨杖子钼矿厂（已政策性关闭），调查地详细信息见表1。以3处调查样地直径1 km范围内为中心，每处样地选择10个小样方，每处小样方面积为1 m×1 m，共30个样方。
表 1 调查地信息表
Table 1. General information of the investigation sites
调查地基本信息 调查地植被信息 A锌厂 距市区8 km，厂区周围为居民区和少量农田，生产过程排放大量的废气、废水及废渣。 毛白杨、旱柳、悬铃木、蒲公英、苣荬菜、狗尾草、白蒿、狗牙根草 B八家子 位于建昌县八家子村，采掘铅、硫矿石近40年，目前正在生产经营中，周边种有人工林 刺槐、侧柏、油松、苍耳、狗尾草、虎尾草、白蒿、旋覆花、狗牙根草、蒲公英 C杨杖子 位于杨杖子经济开发区，为政策性关闭矿山，因采掘活动造成地质塌陷，周边少人活动，种植有人工林 侧柏、油松、山杏、紫穗槐、丁香、苍耳、刺蓟、蒲公英、白蒿、龙葵、苘麻、狗尾草、虎尾草、画眉草、牛筋草 -
2019年8月中旬，采集昆虫样本。昆虫采集主要采用“Z”字扫网法[8]；植物上的昆虫采取振落法收集；土表及土下浅层（5~10 cm）用园林铲收集。昆虫逐一分类鉴定[9]后，数据处理应用EXCEL软件处理，计算Simpson优势集中性指数、Shannon -Wiener物种多样性指数及均匀性指数J，来计算不同区域昆虫多样性指数。计算公式[10]如下：
Simpson优势集中性指数C的计算公式：
$$ C = \sum {\left( {{n_i}/N} \right)^2} $$ (1) 式中ni为第i个优势种的重要值，N为群落的总重要值；
Shannon-Wiener物种多样性指数H′的计算公式：H′=−∑PilnPi，其中Pi=Ni/N,为第i个物种个体数量占群落中总个体数的比例，Ni为第i个物种的数量，N为群落个体数，S为群落中的物种数；
均匀性指数J的计算公式：J=H′/H′max，其中H′max为H′的最大理论值，即假定群落内各个物种均以相同比例存在时的H′值。
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共采集昆虫166头，经过初步鉴定和数量统计，隶属于9目21科（见表2），其中种群数量最多的分别是Atractomorpha sinensis 41头，Cryllus septempunctata 24头，Apis cerana 14头。样地A有6目9科昆虫，优势种是A. sinensis、C. septempunctata及Blatta orientalis，优势度分别是24%、18%、16%；样地B有7目14科昆虫，优势种是A. sinensis和C.septempunctata，优势度是35%和17%；样地C有10目17科昆虫，优势种是A. sinensis、Ericerus pela及C.septempunctata，优势度分别为17%、11%、9%。3处样地，优势集中性指数排序为：B样地>A样地>C样地，多样性指数排序C样地>B样地>A样地，均匀度指数排序C样地>B样地>A样地。从整体来看，C样地的昆虫多样性高于A、B样地。
表 2 样地昆虫类群、数量及多样性指数
Table 2. Insect group, quantity and diversity index in the sampled plots
目 科 拉丁名 A锌厂 B八家子 C杨杖子 个体数N 占总的比率/% 个体数N 占总的比率/% 个体数N 占总的比率/% 直翅目 蟋蟀科 Cryllus testaceus 4 0.08 2 0.04 2 0.03 锥头蝗科 Atractomorpha sinensis 12 0.24 18 0.35 11 0.17 斑翅蝗 Oedalus infernalis 5 0.08 蝼蛄科 Gryllotalpa orientalis 3 0.06 膜翅目 蜜蜂科 Apis cerana 6 0.12 3 0.06 5 0.08 胡蜂科 Polistes chinensis 1 0.02 蚁科 Tetramorium caespitum 3 0.06 3 0.06 3 0.05 螳螂目 螳螂科 Mantis religiosa 2 0.03 蜻蜓目 蜻科 Pantala flavescens 2 0.04 2 0.03 脉翅目 蚁蛉科 Euroleon sinicus 3 0.05 草蛉科 Chrusopa septempunctata 3 0.06 半翅目 蝉科 Mogannia hebes 2 0.04 1 0.02 4 0.06 缘蝽科 Anoplocnemis binotata 2 0.04 蜡蚧科 Ericerus pela 7 0.11 蜚蠊目 蜚蠊科 Blatta orientalis 8 0.16 3 0.05 鞘翅目 天牛科 Anoplophora.chinensis 2 0.04 5 0.08 金龟科 Copris ochus 1 0.02 瓢虫科 Coccinella septempunctata 9 0.18 9 0.17 6 0.09 鳞翅目 螟蛾科 Glyphodes quadrimaculalis 1 0.02 1 0.02 1 0.02 夜蛾科 Panthauma egregia 5 0.10 2 0.04 3 0.05 眼蝶科 Ypthima argus 1 0.02 总头数 50 52 64 总目数 6 7 10 总科数 9 14 17 优势集中指数C 0.152 0.1716 0.085 多样性指数H′ 2.0069 2.1836 2.6311 均匀度J 0.513 0.5526 0.6326 -
对葫芦岛市3个重污染地区周边1km范围的30个样方进行昆虫多样性调查，共有昆虫10目20科，直翅目、鳞翅目、鞘翅目、膜翅目、半翅目昆虫在3个样地中均有分布。从图1折线图中可以看出，3个不同地区的昆虫生物多样性指数H’和均匀度J与植被的丰富度成正相关，其优势集中指数有差异性。样地C昆虫的种类和数量最多，多样性指数最高，优势集中指数最低，优势度指数越小，表明生物群落内C不同种类生物数量分布越均匀，优势生物越不突出。这是因为样地C是政策性关闭矿山，经过几年的自然修复，土壤和植被得到了一定的恢复，因而昆虫种类和数量比样地A、样地B多。而样地A昆虫的种类和数量最少，多样性指数最小，优势集中度最高，是因为样地A位于市区，周围很多老旧居民区，受锌厂生产活动和人类活动的影响比较大，周围的植被种类和数量少，生态环境比较恶劣。而样地B昆虫种类、数量及多样性指数小于样地C，优于样地A，是因为样地B是正常生产的经营性铅硫矿，对环境的影响是较大的，但是因为离市区较远，离林地较近，对于生态修复有一定的促进作用。
图 1 不同重金属污染地区昆虫多样性指数
Figure 1. Insect diversity index in different heavy metal polluted areas
综上所述，通过对不同重污染地区的昆虫多样性的调查和分析，我们可以知道，重金属污染不仅对土壤、水体和空气有严重的影响，对生活在周围的昆虫也存在很大的影响。生物多样性不但可以反映生物物种的富集度、变异度和均匀度，而且还可以反映不同的地理和自然环境的破坏和修复程度。
Comparative Analysis of Insect Diversity in Heavy Metal Polluted Areas
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摘要: 昆虫多样性可以反映出不同的地理和自然环境的破坏程度，为研究重金属污染地区不同恢复程度下自然环境健康状况，对葫芦岛地区3个重金属污染区域的30个样方进行了昆虫多样性调查，共获得166头昆虫，隶属于9目21科，在3个样地中均有直翅目、鳞翅目、鞘翅目、膜翅目、半翅目昆虫分布。应用Simpson优势集中性指数、Shannon -Wiener物种多样性指数H′及均匀性指数J对保护区内昆虫多样性进行分析，结果显示，植被恢复越好的地区，其昆虫类群多样性和生物多样性指数越高。Abstract: Insect diversity can reflect the destruction degrees of different geography and natural environment. In order to study the health status of natural environment under different restoration degrees in heavy metal polluted areas, 30 plots from 3 heavy metal polluted areas in Huludao area were investigated for insect diversity. A total of 166 insects were obtained, belonging to 9 orders and 21 families. Orthoptera、Lepidoptera、Coleoptera、Hymenoptera and Hemiptera were found in the three sampled areas. The Simpson dominance concentration index, Shannon-Wiener species diversity index H′, and Homogeneity index J were applied to analyze the insect diversity in the protected area. The results showed that the better the vegetation restoration was, the higher the insect group diversity and biodiversity index were.
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Key words:
- Heavy metal polluted areas;
- Insect;
- Diversity
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图 1 不同重金属污染地区昆虫多样性指数
Fig. 1 Insect diversity index in different heavy metal polluted areas
表 1 调查地信息表
Tab. 1 General information of the investigation sites
调查地基本信息 调查地植被信息 A锌厂 距市区8 km，厂区周围为居民区和少量农田，生产过程排放大量的废气、废水及废渣。 毛白杨、旱柳、悬铃木、蒲公英、苣荬菜、狗尾草、白蒿、狗牙根草 B八家子 位于建昌县八家子村，采掘铅、硫矿石近40年，目前正在生产经营中，周边种有人工林 刺槐、侧柏、油松、苍耳、狗尾草、虎尾草、白蒿、旋覆花、狗牙根草、蒲公英 C杨杖子 位于杨杖子经济开发区，为政策性关闭矿山，因采掘活动造成地质塌陷，周边少人活动，种植有人工林 侧柏、油松、山杏、紫穗槐、丁香、苍耳、刺蓟、蒲公英、白蒿、龙葵、苘麻、狗尾草、虎尾草、画眉草、牛筋草 
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表 2 样地昆虫类群、数量及多样性指数
Tab. 2 Insect group, quantity and diversity index in the sampled plots
目 科 拉丁名 A锌厂 B八家子 C杨杖子 个体数N 占总的比率/% 个体数N 占总的比率/% 个体数N 占总的比率/% 直翅目 蟋蟀科 Cryllus testaceus 4 0.08 2 0.04 2 0.03 锥头蝗科 Atractomorpha sinensis 12 0.24 18 0.35 11 0.17 斑翅蝗 Oedalus infernalis 5 0.08 蝼蛄科 Gryllotalpa orientalis 3 0.06 膜翅目 蜜蜂科 Apis cerana 6 0.12 3 0.06 5 0.08 胡蜂科 Polistes chinensis 1 0.02 蚁科 Tetramorium caespitum 3 0.06 3 0.06 3 0.05 螳螂目 螳螂科 Mantis religiosa 2 0.03 蜻蜓目 蜻科 Pantala flavescens 2 0.04 2 0.03 脉翅目 蚁蛉科 Euroleon sinicus 3 0.05 草蛉科 Chrusopa septempunctata 3 0.06 半翅目 蝉科 Mogannia hebes 2 0.04 1 0.02 4 0.06 缘蝽科 Anoplocnemis binotata 2 0.04 蜡蚧科 Ericerus pela 7 0.11 蜚蠊目 蜚蠊科 Blatta orientalis 8 0.16 3 0.05 鞘翅目 天牛科 Anoplophora.chinensis 2 0.04 5 0.08 金龟科 Copris ochus 1 0.02 瓢虫科 Coccinella septempunctata 9 0.18 9 0.17 6 0.09 鳞翅目 螟蛾科 Glyphodes quadrimaculalis 1 0.02 1 0.02 1 0.02 夜蛾科 Panthauma egregia 5 0.10 2 0.04 3 0.05 眼蝶科 Ypthima argus 1 0.02 总头数 50 52 64 总目数 6 7 10 总科数 9 14 17 优势集中指数C 0.152 0.1716 0.085 多样性指数H′ 2.0069 2.1836 2.6311 均匀度J 0.513 0.5526 0.6326
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