額濟(jì)納地區(qū)蝴蝶多樣性研究

單良陳玉，邸曉晨，王松，馬方舟，張斌*

(1 內(nèi)蒙古師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；2 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京210042)

蝴蝶因其寄主單一、對棲息地環(huán)境惡化做出的反應(yīng)極其迅速以及對環(huán)境變化十分敏感等特點(diǎn)，使其成為公認(rèn)的反應(yīng)環(huán)境變化的指示物種[1-3]。蝶類是生物資源重要的一部分，也是生物多樣性研究與保護(hù)的對象[4-5]。生物多樣性在生態(tài)系統(tǒng)中具有極其重要的地位，且保護(hù)生物多樣性能維持并改善生態(tài)環(huán)境。額濟(jì)納旗地處內(nèi)蒙古自治區(qū)西北邊境，氣候極端干旱，生物資源匱乏[6-8]。干旱地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱，在人類活動(dòng)的干擾下，極易發(fā)生荒漠化。近年來我國許多地區(qū)已經(jīng)展開了蝴蝶多樣性研究[9-13]，而內(nèi)蒙古地區(qū)對蝴蝶多樣性的研究較少，額濟(jì)納地區(qū)蝴蝶多樣性的現(xiàn)狀及變化趨勢尚不明確，因此在該特殊生境地區(qū)開展蝴蝶類群的研究十分必要。本文根據(jù)2018年5—8月額濟(jì)納蝴蝶的觀測分析，對該地區(qū)蝴蝶資源及其多樣性進(jìn)行研究，從而明確蝴蝶多樣性的受威脅狀況、種群動(dòng)態(tài)變化及其反映出的環(huán)境變化問題。為保護(hù)該地區(qū)蝴蝶多樣性，改善或維持該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能提出針對性的對策。

1 研究地概況

額濟(jì)納地理位置為39°52′20″～42°47′20″N、97°10′23″～103°7′15″E，占地面積11.4萬km2，東部為巴丹吉林沙漠，南與甘肅金塔貧瘠土地相連，西臨甘肅北蒙古自治縣，北與蒙古國接壤[14-15]。額濟(jì)納大部分地區(qū)海拔高度在1200～1400 m之間。額濟(jì)納旗為典型的大陸性溫帶干旱氣候，冬季氣候寒冷，夏季干旱少雨，晝夜溫差較大，且常年受到風(fēng)沙的侵襲。光照充足，熱量豐富，溫變劇烈，冬季極端低溫低至-36.4 ℃，夏季極端高溫可達(dá)42.5 ℃[16-17]。全旗大部分地區(qū)屬極端干旱區(qū)，年蒸發(fā)量是降水量的近100倍。額濟(jì)納旗植被類型單一，主要為抗干旱半灌木灌叢組成，胡楊和沙棗為額濟(jì)納重要的生態(tài)物種[18-20]。

2 調(diào)查時(shí)間、地點(diǎn)和方法

2018年5—8月，根據(jù)全國蝴蝶多樣性觀測網(wǎng)絡(luò)設(shè)置樣線要求所選6條樣線[4]：策克大隊(duì)路、巴格吉各德嘎查、昂茨河胡楊林南、巴彥陶來農(nóng)場、電廠老路、賽漢陶來農(nóng)場(表1)。在蝶類活動(dòng)頻繁的9—17時(shí)，采用樣線觀測法，沿著樣線，用觀察、網(wǎng)捕和拍照結(jié)合的方式，記錄樣線左右5 m內(nèi)的蝴蝶。對不確定的種類進(jìn)行采集，置于三角紙袋內(nèi)帶回，分類鑒定[21-25]、整理數(shù)據(jù)。

表1 額濟(jì)納蝴蝶樣線基本地理信息

3 多樣性指數(shù)

多樣性分析采用Shannon-Wiener指數(shù)、均勻度、優(yōu)勢度和物種豐富度反映物種多樣性及群落特征[23]。

3.1 多樣性指數(shù)(H′)

采用Shannon-Wiener公式：

H′=-∑pilnpi，pi=Ni/N,

(1)

式(1)中：pi第i種的個(gè)體比例；Ni第i種的個(gè)體數(shù)；N全部物種的個(gè)體總數(shù)。

3.2 均勻度指數(shù)(J)

采用Pielou公式：

J=H′/lnS,

(2)

式(2)中：J為均勻度；H′為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；S為物種數(shù)。

3.3 優(yōu)勢度指數(shù)(D)

采用Berger-Parker公式：

D=Nmax/Nt,

(3)

式(3)中：Nmax為優(yōu)勢種的種群數(shù)量，Nt為全部物種的種群數(shù)量。

3.4 物種豐富度(R)

采用Margalef公式：

R=(S-1)/lnN,

(4)

式(4)中：S為物種數(shù)，N為個(gè)體數(shù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 額濟(jì)納不同樣線蝴蝶種類與數(shù)量

2018年對額濟(jì)納地區(qū)6條樣線進(jìn)行4次調(diào)查，共記錄2859只，隸屬3科6屬7種(表2)。其中粉蝶科(Pieridae)3屬4種1527只；灰蝶科(Lycaenidae)2屬2種1325只；蛺蝶科(Nymphalidae)1屬1種7只。

3科蝴蝶在6條樣線分布不同。屬種級水平上，屬種數(shù)最多的為電廠老路6屬7種；巴格吉格德嘎查6屬6種；策克大隊(duì)5屬6種；賽漢陶來農(nóng)場5屬5種；巴彥陶來農(nóng)場、昂茨河胡楊林4屬4種。從蝴蝶個(gè)體數(shù)來看，數(shù)目最多的是賽漢陶來農(nóng)815只，隨后依次為電廠老路569只、巴彥陶來農(nóng)場506只、策克大隊(duì)496只、巴格吉格德嘎查441只、昂茨河胡楊林32只。

表2 額濟(jì)納不同樣線蝴蝶種類與數(shù)量

注：A—策克大隊(duì)，B—巴格吉格德嘎查，C—昂茨河胡楊林，D—巴彥陶來農(nóng)場，E—電廠老路，F(xiàn)—賽漢陶來農(nóng)場。

4.2 額濟(jì)納地區(qū)蝴蝶多樣性

4.2.1 蝴蝶群落的多樣性特征

根據(jù)表3可知，粉蝶科在屬、種及個(gè)體數(shù)量上均最多，占有較明顯的優(yōu)勢。額濟(jì)納地區(qū)蝴蝶物種多樣性指數(shù)較低，其中粉蝶科的科級多樣性指數(shù)最高，為0.7，隨后依次為灰蝶科、蛺蝶科，蛺蝶科僅有1屬1種，故多樣性指數(shù)為0。各科優(yōu)勢度指數(shù)的大小為：蛺蝶科>灰蝶科>粉蝶科；各科均勻度指數(shù)大小為：灰蝶科>粉蝶科，蛺蝶科僅1種，故均勻度不存在。物種豐富度大小為粉蝶科>灰蝶科>蛺蝶科。

表3 額濟(jì)納蝴蝶群落的多樣性特征

從科級上看，粉蝶科的個(gè)體數(shù)最多，屬于優(yōu)勢科。粉蝶科的多樣性和豐富度指數(shù)均最高，均勻度指數(shù)較高，且優(yōu)勢度指數(shù)最低。表明其物種豐富，群落結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定?；业频木鶆蚨戎笖?shù)、優(yōu)勢度指數(shù)最高，但多樣性和豐富度指數(shù)較低，表明灰蝶科物種較單一，其科內(nèi)優(yōu)勢種較為突出。蛺蝶科的個(gè)體數(shù)和種類均最少，其在該地區(qū)物種匱乏。

4.2.2 不同樣線蝴蝶群落的多樣性特征

由表4可知，不同生境下的蝴蝶種類及個(gè)體數(shù)皆存在差異，但由于額濟(jì)納地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡劣，樣線之間生境差異較小，物種多樣性普遍較低且差異不大。其中樣線B的種級多樣性最高，為1.2266；樣線D的種級多樣性最低，為0.9434。種級多樣性指數(shù)H’的順序是：B>E>A>C>F>D；均勻度指數(shù)的順序是：C>F>B>D>A>E；優(yōu)勢度指數(shù)的順序是：D>F>A>B>E>C；豐富度指數(shù)的順序是：E>B>A>C>F>D。

表4 不同樣線蝴蝶群落的多樣性特征

注：A—策克大隊(duì)，B—巴格吉格德嘎查，C—昂茨河胡楊林，D—巴彥陶來農(nóng)場，E—電廠老路，F(xiàn)—賽漢陶來農(nóng)場。

4.2.3 蝴蝶群落的動(dòng)態(tài)變化

本文統(tǒng)計(jì)了各月份蝴蝶的種類數(shù)、個(gè)體數(shù)、多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J)、物種豐富度(R)等。由圖1可知，蝴蝶種類數(shù)量的高峰期為7月，共7種；5月蝴蝶種類最少，共3種。個(gè)體數(shù)量的高峰也出現(xiàn)在7月，共1818只；5月蝴蝶個(gè)體數(shù)量最少，共44只。由圖2可知，多樣性指數(shù)從5月到7月逐漸上升，并于7月達(dá)到最高點(diǎn)，從7月至8月緩慢下降。豐富度在5月至6月逐漸上升，并于6月達(dá)到最高點(diǎn)，從6月到9月逐漸下降，9月達(dá)到最低點(diǎn)。數(shù)據(jù)表明，蝴蝶群落的多樣性指數(shù)和物種豐富度均在6、7月較高，此時(shí)多數(shù)蝴蝶的寄主植物較為繁茂，溫度和水分最佳。蝶類對微環(huán)境十分敏感，易受氣候等條件影響。額濟(jì)納地區(qū)5月到8月的溫差極大，春季氣溫陡升、秋季氣溫驟降，導(dǎo)致各月份蝴蝶種數(shù)與個(gè)體數(shù)出現(xiàn)大幅度變化，7月氣溫等條件最接近蝴蝶最適生存條件，故物種數(shù)及個(gè)體數(shù)達(dá)到峰值。額濟(jì)納地區(qū)氣候惡劣，植物資源比較單一，外加人為干擾，使其蝴蝶種類較少、蝴蝶多樣性參數(shù)的差異并不明顯。

圖1 額濟(jì)納蝴蝶物種數(shù)和個(gè)體數(shù)的時(shí)間動(dòng)態(tài)

圖2 蝴蝶群落多樣性特征的時(shí)間動(dòng)態(tài)

5 結(jié)論與討論

本研究對額濟(jì)納地區(qū)進(jìn)行蝴蝶多樣性的初步調(diào)查，共記錄蝴蝶2859只，隸屬3科6屬7種。種類組成及多樣性分析結(jié)果表明：3科蝶類資源中，粉蝶科有較高的物種多樣性，該科較適應(yīng)額濟(jì)納地區(qū)的綜合生境。其中，部分優(yōu)勢種突出，菜粉蝶、豆灰蝶個(gè)體數(shù)量均超過1000只。這兩物種本為廣布種，觀測時(shí)又處于爆發(fā)時(shí)期，使其個(gè)體數(shù)量上具有一定優(yōu)勢。

不同樣線間蝴蝶群落多樣性結(jié)果表明：蝶類對寄主植物有很強(qiáng)的專一性，蝴蝶的群落組成與植被的物種構(gòu)成、豐富程度密切相關(guān)。由于額濟(jì)納地區(qū)植被類型較單一，生境差異較小，導(dǎo)致不同樣線物種多樣性差異不明顯。樣線A、B植被類型相對豐富，主要為灌木叢以及草本植物，人為因素干擾較小，該處多樣性指數(shù)較高，豐富度也相對較高，是調(diào)查研究額濟(jì)納地區(qū)蝴蝶多樣性的理想?yún)^(qū)域。樣線C的植被主要以胡楊及灌草層植物為主，植物多樣性較低、植被覆蓋面積小，使其易受環(huán)境因子和人為活動(dòng)影響，從而使其多樣性指數(shù)較低，物種數(shù)及個(gè)體數(shù)極少。樣線D、F主要是農(nóng)作物種植區(qū)，植被單一，人為干擾相對較大，加之長期使用農(nóng)藥，造成蝴蝶多樣性和豐富度偏低，菜粉蝶、云粉蝶和斑緣豆粉蝶等農(nóng)業(yè)害蟲較多，使其優(yōu)勢度指數(shù)較高。樣線E植被類型相對豐富，高大喬木、灌木與草本植物生長相對茂盛，水源豐富，蝴蝶多樣性較高、豐富度最高，是調(diào)查研究額濟(jì)納地區(qū)蝴蝶多樣性的理想?yún)^(qū)域。上述結(jié)果充分證明了生境越復(fù)雜、蝶類物種越豐富。

額濟(jì)納蝴蝶種群變化具有明顯的時(shí)序特征，該地區(qū)從7至8月平均氣溫逐漸升高，蝶類種群及個(gè)體數(shù)量也開始上升，并于7月達(dá)到最大值。該地區(qū)植被類型相對單一，一方面使其優(yōu)勢種個(gè)體數(shù)量激增、種群密度大幅度增加，另一方面使其各樣線蝴蝶多樣性差異不明顯。

額濟(jì)納作為典型的干旱地區(qū)，惡劣的生境是生物多樣性面臨的最重要的威脅，干旱環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱，在人類活動(dòng)的干擾下，極易發(fā)生荒漠化，導(dǎo)致物種多樣性迅速降低，生境質(zhì)量日益下降，許多生物得不到應(yīng)有的保護(hù)。這對額濟(jì)納生態(tài)環(huán)境和周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，更使我國北方重要生態(tài)屏障遭到破壞。應(yīng)提高植被類型、增大植被面積，加強(qiáng)生物多樣性保護(hù)，盡量減少并控制人類活動(dòng)對該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的干擾和破壞，減少森林大氣和土壤的污染，才會有利于物種多樣性的穩(wěn)定和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展。