臥龍國家級自然保護(hù)區(qū)食肉動物多樣性及部分物種的食性分析

金森龍 瞿春茂 施小剛 鄒曉艷 劉 俊 邵昕寧 姚 蒙 何廷美 李 晟*

(1.四川臥龍國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，汶川，623004；2.北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，北京，100871；3.北京大學(xué)生態(tài)研究中心，北京，100871)

全球范圍內(nèi)的生物多樣性快速喪失導(dǎo)致人類面臨著嚴(yán)重的生物多樣性危機(jī)[1]。目前，地球上生物多樣性喪失的速率是地質(zhì)歷史上物種喪失速率的100—1 000倍，地球被認(rèn)為正在經(jīng)歷“第六次生物大滅絕”[2-3]。生物多樣性的快速下降，將影響到人類賴以生存的自然環(huán)境中的生態(tài)過程和生態(tài)系統(tǒng)功能，并最終影響人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

中國擁有豐富而獨(dú)特的生物多樣性，陸生物種的多樣性水平和特有種數(shù)量位于世界前列。在全球34個陸地生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)中，有4個位于中國[4]。自20世紀(jì)50年代以來，中國建立起了以自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)為核心的生物多樣性保護(hù)體系。截至2019年底，全國以自然保護(hù)區(qū)為主體的各級、各類保護(hù)地數(shù)量超過1.18萬個，覆蓋了全國陸域國土面積的18.0%[5]。然而，我國目前生物多樣性監(jiān)測能力還沒有達(dá)到能夠全面監(jiān)測生物多樣性變化和評價保護(hù)成效的要求，還停留在了解生物多樣性物種成分，但不了解其結(jié)構(gòu)、分布和動態(tài)變化的階段。經(jīng)過數(shù)十年的努力，中國高等植物、脊椎動物和菌物的物種名錄基本清楚，但對這些物種都分布在哪里、狀態(tài)和變化趨勢如何的了解仍不全面[6]。建立標(biāo)準(zhǔn)化方法的監(jiān)測平臺，定期地收集生物多樣性現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)，是動態(tài)更新生物多樣性狀況和評估保護(hù)成效的基礎(chǔ)[7]。

臥龍自然保護(hù)區(qū)位于邛崍山系大熊貓棲息地的核心區(qū)域，面積2 000 km2，擁有完整的山地植被類型帶譜與廣大的海拔跨度，生物多樣性極其豐富[5-8]。在保護(hù)區(qū)成立之后，經(jīng)過多年的保護(hù)與管理，保護(hù)區(qū)內(nèi)植被與野生動物種群狀況良好。但由于缺乏對野生動物，尤其是對活動隱秘的食肉獸類(Carnivora)的深入調(diào)查與長期監(jiān)測，保護(hù)區(qū)對區(qū)內(nèi)食肉動物的物種豐富度、種群數(shù)量、空間分布均了解較少，嚴(yán)重限制了有針對性的保護(hù)策略的開發(fā)與制定。如何獲得區(qū)內(nèi)食肉獸類量化的、科學(xué)的本底數(shù)據(jù)，探明這些頂級捕食者的分布現(xiàn)狀、群落結(jié)構(gòu)和在生態(tài)系統(tǒng)中的功能地位，并建立標(biāo)準(zhǔn)化的長期監(jiān)測平臺，是保護(hù)區(qū)管理部門亟需解決的重要問題之一。

本研究通過有機(jī)整合紅外相機(jī)調(diào)查技術(shù)、分子生物學(xué)技術(shù)，在四川省臥龍國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，開展針對食肉獸類的本底調(diào)查與研究，與保護(hù)區(qū)已經(jīng)建立的傳統(tǒng)野生動物監(jiān)測體系相結(jié)合，通過系統(tǒng)收集的食肉獸類及其獵物種類的一手野外數(shù)據(jù)，以量化的指標(biāo)和模型分析來反映保護(hù)區(qū)內(nèi)食肉獸類群落的物種組成、種群數(shù)量、對棲息地利用的時空動態(tài)、食物組成，為今后深入探究這些獸類物種的生態(tài)功能以及保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效提供基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于四川臥龍國家級自然保護(hù)區(qū)(30°45′—31°25′N，102°52′—103°24′E)。野外調(diào)查區(qū)域包括保護(hù)區(qū)三江片區(qū)的西河，以及鄧生片區(qū)的梯子溝與木江坪片區(qū)的五一棚、老鴉山。調(diào)查區(qū)域內(nèi)海拔1 979—4 519 m，植被類型沿海拔從低到高依次分布有針闊混交林、針葉林、高山杜鵑、高山灌叢、高山草甸和高山流石灘。

2 研究方法

2.1 紅外相機(jī)調(diào)查

于2018年3月—2019年1月，在臥龍保護(hù)區(qū)三江片區(qū)完成3輪紅外相機(jī)野外布設(shè)(圖1)。調(diào)查中共使用20臺被動式紅外相機(jī)(型號：易安衛(wèi)士L710)，在單個調(diào)查位點(diǎn)上設(shè)置紅外相機(jī)1臺。選擇在可能有動物經(jīng)過的獸徑上設(shè)置相機(jī)，相機(jī)位置與預(yù)期動物出現(xiàn)位置的間距控制在1—3 m，最多不超過5 m。相機(jī)固定在樹干或其他牢固的固著物上，距離地面50—100 cm。相機(jī)的朝向與獸徑走向呈小于45°的夾角。相機(jī)前方1—2 m處設(shè)置針對食肉動物的氣味引誘劑。在每個紅外相機(jī)調(diào)查位點(diǎn)填寫1份《紅外相機(jī)監(jiān)測野外記錄表》[8-9]。同時，與臥龍保護(hù)區(qū)其他片區(qū)協(xié)調(diào)，在梯子溝、五一棚和老鴉山3個調(diào)查樣區(qū)也開展了紅外相機(jī)調(diào)查[9]，共布設(shè)紅外相機(jī)調(diào)查位點(diǎn)63個(圖1)。

由內(nèi)業(yè)人員對紅外相機(jī)獲得的照片進(jìn)行判讀，確定照片的內(nèi)容，并鑒定其中的物種。在判讀時，把照片內(nèi)容歸為7類：獸類、鳥類、家畜、工作人員、其他人員、空和其他。

2.2 糞便采樣與DNA食性分析

在調(diào)查區(qū)域內(nèi)，結(jié)合紅外相機(jī)野外布設(shè)，采集食肉動物的新鮮糞便樣品，用無水乙醇保存在25或50 mL離心管中，并填寫《食肉動物糞便樣品采集記錄表》，包括采集地點(diǎn)經(jīng)緯度、植被類型、糞便新鮮程度等信息[10]。樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室保存在-20℃專用冰箱，進(jìn)行后續(xù)DNA分析，包括糞便產(chǎn)生者的物種鑒定與糞便內(nèi)食物組分分析[10-11]。

在實(shí)驗(yàn)室中，從每份樣品表面(攜帶有排糞動物脫落的腸道細(xì)胞)提取約100 mg的樣品，使用標(biāo)準(zhǔn)的2CTAB/PCI方法從中提取DNA[12]，之后參照陸琪等[10]與邵昕寧等[11]的技術(shù)方法與流程步驟，先利用16S-F/16S-R引物擴(kuò)增線粒體DNA 16S rRNA基因片段，進(jìn)行物種鑒定(即排出糞便的物種)；然后，選用脊椎動物通用的12SV5-F/12SV5-R引物，對糞便中食物殘渣內(nèi)的線粒體DNA 12S rRNA V5片段進(jìn)行擴(kuò)增，然后基于高通量測序技術(shù)進(jìn)行食性鑒定(即該食肉動物的食物中脊椎動物獵物的物種組成)。

在食性分析部分，由于條形碼分辨率及數(shù)據(jù)庫的局限，不是每條序列的識別都能達(dá)到物種水平，所以實(shí)驗(yàn)室引入分子可操縱分類階元(molecular operational taxonomic unit，MOTU)的概念，對不同的獵物類群進(jìn)行區(qū)分。

3 結(jié)果與分析

3.1 保護(hù)區(qū)食肉動物多樣性

三江片區(qū)的3輪相機(jī)調(diào)查中共布設(shè)57個野外調(diào)查位點(diǎn)，海拔跨度3 409—4 519 m。由于部分相機(jī)出現(xiàn)丟失(2臺)、損壞(1臺)、故障或設(shè)置不當(dāng)(8臺次)等問題，有11個位點(diǎn)未采集到有效數(shù)據(jù)。因此，3輪調(diào)查獲得的有效相機(jī)位點(diǎn)共計46個。調(diào)查位點(diǎn)分布于西河溝尾與梯子溝交界的山梁附近，主要為林線以上的高海拔生境(圖1)。同時，在保護(hù)區(qū)的梯子溝、五一棚、老鴉山3個片區(qū)共布設(shè)紅外相機(jī)監(jiān)測位點(diǎn)63個，其中有效相機(jī)位點(diǎn)60個。以上合計，在臥龍保護(hù)區(qū)內(nèi)共獲得有效相機(jī)位點(diǎn)106個，總有效相機(jī)日為10 234 d，平均每個位點(diǎn)有效相機(jī)工作日為96.5 d。

在106個有效相機(jī)位點(diǎn)上，共記錄到分屬7科的13種食肉目哺乳動物(表1)。其中，三江片區(qū)共拍攝到9種，其他片區(qū)共拍攝到12種。在這13種食肉類物種中，雪豹(Pantherauncia)與大熊貓(Ailuropodamelanoleuca)是國家一級重點(diǎn)保護(hù)野生動物，黃喉貂(Martesflavigula)、石貂(M.foina)、豹貓(Prionailurusbengalensis)、狼(Canislupus)、赤狐(Vulpesvulpes)、小熊貓(Ailurusfulgens)、黑熊(Ursusthibetanus)7個物種是國家二級重點(diǎn)保護(hù)野生動物。

表1 臥龍國家級保護(hù)區(qū)紅外相機(jī)記錄的食肉目物種名錄Tab.1 The mammalian carnivore species recorded during the camera-trapping survey in Wolong National Nature Reserve

從表1海拔梯度的垂直分布來看，食肉動物中分布海拔跨度最大的物種為豬獾(Arctonyxcollaris)，跨度可達(dá)2 046 m，其次為豹貓(跨度1 465 m)與黃喉貂(跨度1 452 m)；分布海拔跨度最小的物種為小熊貓，跨度僅為386 m，其次為狼(跨度483 m)、大熊貓(跨度608 m)與香鼬(Mustelaaltaica，跨度610 m)。

從群落組成的角度來看，記錄到的食肉動物可以大致分為高山食肉動物群落與中低山食肉動物群落。其中，高山食肉動物群落包括豬獾、石貂、香鼬、黃鼬(Mustelasibirica)、雪豹、豹貓、狼與赤狐8個物種，通常分布海拔在3 500—4 500 m；中低山食肉動物群落包括小熊貓、大熊貓、黑熊、花面貍(Pagumalarvata)、黃喉貂5個物種，通常分布海拔在2 000—3 500 m。海拔3 500 m為這2個動物群落的大致分界線。其原因可能是由于3 500 m也是臥龍地區(qū)森林林線的大致范圍，以此為界，其上為亞高山草甸/草地生態(tài)系統(tǒng)，其下為森林生態(tài)系統(tǒng)；而高山與中低山的食肉動物群落，則分別適應(yīng)于這2個生態(tài)系統(tǒng)中的棲息地環(huán)境。

3.2 糞便DNA

共采集到食肉動物糞便50份，經(jīng)PCR擴(kuò)增，其中34份可以被通用引物16S-F/16S-R成功擴(kuò)增出清晰單一條帶，能鑒定出樣品來源物種，物種鑒定成功率為68%。在這34份成功擴(kuò)增的樣品中，共鑒定出4種食肉目動物，分別是貓科(Felidae)的雪豹(n=2)、豹貓(n=18)，犬科(Canidae)的赤狐(n=13)和熊科(Ursidae)的黑熊(n=1)。

對樣本量較大的18份豹貓和13份赤狐樣品，用前述方法進(jìn)行分子食性分析。最終，分別有18份豹貓和10份赤狐樣品得到食性數(shù)據(jù)。結(jié)合保護(hù)區(qū)本底物種信息，對有效單一序列進(jìn)一步整理獲得11個MOTU。

赤狐的樣品中共發(fā)現(xiàn)5個食物MOTU，主要來自雞形目(Galliformes)、兔形目(Lagomorpha)和嚙齒目(Rodentia)，分別是高原松田鼠(Neodonirene)、高原兔(Lepusoiostolus)、血雉(Ithaginiscruentus)、高原鼠兔(Ochotonacurzoniae)和姬鼠屬(Apodemus)的動物。各食性組分的出現(xiàn)頻率相對均勻，沒有優(yōu)勢性食物(圖2)。

豹貓樣品中共發(fā)現(xiàn)9個食物MOTU，分別屬于兔形目、嚙齒目、偶蹄目(Artiodactyla)、雀形目(Passeriformes)和雞形目(Galliformes)。鼠兔類動物(糞便樣品中出現(xiàn)頻率為100%，樣品食物組成中各MOTU出現(xiàn)的相對頻率為44%)是豹貓最主要的食物(圖3)，除此之外，豹貓還經(jīng)常會取食高原松田鼠(相對頻率為22%)和巖羊(Pseudoisnayaur，糞便樣品中出現(xiàn)頻率為50%，相對頻率為22%)。根據(jù)豹貓與這些獵物物種的體型大小來判斷，鼠兔和高原松田鼠應(yīng)主要來源于豹貓的直接捕食，而巖羊更可能是來自于食腐或撿拾雪豹等大型食肉動物捕食后剩余的獵物殘骸。

4 建議

4.1 系統(tǒng)建立長期監(jiān)測體系

目前，紅外相機(jī)調(diào)查技術(shù)[13-14]與糞便DNA分析技術(shù)[14]是野生食肉類動物調(diào)查與監(jiān)測的最有效方法。在臥龍保護(hù)區(qū)和周邊其他保護(hù)區(qū)，這2項技術(shù)具有可行性與有效性[15-16]，其中紅外相機(jī)調(diào)查已經(jīng)成為保護(hù)區(qū)日常監(jiān)測的組成之一。因此，建議保護(hù)區(qū)在今后的科研監(jiān)測規(guī)劃中，應(yīng)用這2項成熟有效的方法，有針對性地構(gòu)建系統(tǒng)的食肉動物監(jiān)測體系，開展對區(qū)內(nèi)食肉動物的長期監(jiān)測，以獲取其分布、組成、多度、相互作用等方面的一手?jǐn)?shù)據(jù)，來對區(qū)內(nèi)食肉動物的長期動態(tài)變化、保護(hù)區(qū)管理成效等進(jìn)行科學(xué)評估。

4.2 開展重點(diǎn)物種專項調(diào)查

本項調(diào)查及保護(hù)區(qū)長期監(jiān)測的結(jié)果表明，臥龍保護(hù)區(qū)內(nèi)以雪豹、狼為代表的大型食肉動物種群仍在生態(tài)系統(tǒng)中存在。這些大型食肉動物在臥龍保護(hù)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)中處于食物鏈頂端，為最高營養(yǎng)級的動物，通過捕食控制著食物鏈下游眾多食草動物的種群數(shù)量和種群增長。如果這些大型食肉動物徹底消失，那么將在整個生態(tài)系統(tǒng)中產(chǎn)生影響深遠(yuǎn)的營養(yǎng)級聯(lián)效應(yīng)，導(dǎo)致食草動物種群的快速增長、隨之而來的植被結(jié)構(gòu)改變，以及食草動物種群的劇烈周期性波動，對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和原有的生態(tài)功能帶來不利影響。因此，對于這些頂級食肉動物，在保護(hù)區(qū)今后的科研與管理規(guī)劃中，建議應(yīng)作為重點(diǎn)關(guān)注對象，有針對性地開展專項監(jiān)測，以評估其當(dāng)前的種群狀態(tài)。

4.3 加強(qiáng)區(qū)內(nèi)人為活動管理

在研究區(qū)域內(nèi)記錄到以放牧為主的大量人為活動和干擾因素，對區(qū)域內(nèi)以雪豹為代表的高山食肉動物群落的生存和長期延續(xù)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。雪豹在區(qū)域內(nèi)的高山生態(tài)系統(tǒng)中處于食物鏈頂端。高山生態(tài)系統(tǒng)由于自然環(huán)境嚴(yán)苛、食物鏈相對簡單，在面臨外部威脅時可耐受度不高，極為脆弱。由于放牧區(qū)域與雪豹的生境在空間上高度重疊，大量散放家畜的存在，使得雪豹捕食家養(yǎng)動物的可能性較高，大大增加了人與雪豹沖突的風(fēng)險。根據(jù)其他地區(qū)類似情況的研究與報道，放牧牧民為了預(yù)防性防止家畜被野生食肉動物捕殺，或是在家畜損失后進(jìn)行報復(fù)，可能會采取直接獵殺、投毒等方式捕殺大型食肉動物，對這些野生食肉動物構(gòu)成嚴(yán)重威脅，甚至可以在短時間內(nèi)導(dǎo)致其區(qū)域性絕滅。此外，大量存在的散放家畜，由于其活動及采食強(qiáng)度極高，會對脆弱的高山草甸、草地、灌叢造成嚴(yán)重的甚至不可逆的影響，并與生態(tài)位相近的野生食肉動物競爭資源，對生態(tài)系統(tǒng)中的植被、環(huán)境與食草動物(雪豹的主要獵物)帶來嚴(yán)重負(fù)面影響。家畜的活動也會極大地增加疫病在野生動物中傳播的風(fēng)險。區(qū)域內(nèi)高強(qiáng)度的放牧活動，會給這個脆弱的生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的甚至不可逆的影響；除了對野生動物的負(fù)面影響之外，高密度家畜的啃食、踩踏還會帶來地表植被破壞、水土流失等影響。本區(qū)域是下游廣大地區(qū)，包括成都市及周邊各區(qū)市的水源匯集區(qū)源頭，高強(qiáng)度的家畜活動將會對下游水源利用帶來潛在的公共衛(wèi)生、水土流失方面的極高風(fēng)險。因此，建議區(qū)域內(nèi)各自然保護(hù)區(qū)與相關(guān)政府部門，加強(qiáng)對高山區(qū)域內(nèi)非法人類活動的管理力度，以大大減輕這些干擾因素帶來的負(fù)面影響與潛在風(fēng)險。

致謝：感謝臥龍自然保護(hù)區(qū)三江保護(hù)站、木江坪保護(hù)站、鄧生保護(hù)站工作人員在野外數(shù)據(jù)與樣品采集中的鼎力協(xié)助。