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        張廣才嶺東部山地嚙齒動物群落多樣性調(diào)查

        2019-10-11 07:48:18李殿偉姚旭金志民蔡赫徐春雨張明海
        中國森林病蟲 2019年5期
        關(guān)鍵詞:姬鼠河子嚙齒動物

        李殿偉姚旭金志民蔡赫徐春雨張明海

        (1.牡丹江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,黑龍江牡丹江 157011;2.東北林業(yè)大學(xué)野生動物資源學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150040)

        生物群落是生態(tài)系統(tǒng)中具生命的部分,是生態(tài)學(xué)研究中的重要內(nèi)容。群落的種類組成是其最基本特征,是區(qū)別于不同群落的首要特征,也是度量群落多樣性的基礎(chǔ)[1-3]。群落內(nèi)物種多樣性水平取決于特定環(huán)境中的資源及其空間配置、生境結(jié)構(gòu)類型及其鑲嵌程度。環(huán)境多樣性與嚙齒動物的物種多樣性相關(guān)[1-3]。

        東北溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)保持良好,生物多樣性非常豐富,是重要的林木資源和天然種子庫[4]。該區(qū)域嚙齒動物種類多、數(shù)量大、分布廣、適應(yīng)性強(qiáng),具有比較特殊的生理、生態(tài)特點(diǎn),尤其對生境變化較為敏感,可以作為生物多樣性和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價的指示類群[5-6]。嚙齒動物是一些食肉動物的食物來源,是多種陸地生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的重要環(huán)節(jié),其種群數(shù)量的大幅波動對生物多樣性和植物生產(chǎn)力都會產(chǎn)生重要影響[5]。有關(guān)嚙齒類群落的研究很多,組成群落的各個物種隨氣候、小生境和食物的變化,它們的種群數(shù)量和生活史性狀等各因子便會變化,由此群落的物種組成、空間結(jié)構(gòu)、多樣性和種間關(guān)系等,也隨時間而變化[5-6,8-16]。了解研究地區(qū)的嚙齒動物群落多樣性是開展生態(tài)學(xué)研究的前提,本研究結(jié)果為溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)種內(nèi)種間關(guān)系的相關(guān)研究提供參考數(shù)據(jù),對有效防治鼠害具有重要意義。

        有關(guān)小型獸類資源的調(diào)查方法很多,常隨動物種類、棲息地特征和研究目的而不同。其中鋏捕法、籠捕法、陷阱法、挖洞法、計洞法等方法在多數(shù)小型獸類中被廣泛使用[17-26]。鋏捕法、籠捕法通常都按照樣方鋏日法的方式進(jìn)行布設(shè),鋏捕法常用于鼠害防治,籠捕法常用于捕捉活體,但這些方法通常極少能夠直接觀察到研究動物,而紅外相機(jī)技術(shù)克服了傳統(tǒng)方法無法直接觀測動物的不足,正逐漸發(fā)展成為監(jiān)測獸類多樣性和種群密度的常規(guī)方法[21-23],但對于地棲性小型獸類而言,紅外相機(jī)技術(shù)常難以區(qū)分物種和個體[21-23]。

        我們采用鋏捕法、籠捕法結(jié)合紅外相機(jī)監(jiān)測方法調(diào)查不同研究地點(diǎn)嚙齒動物多樣性與群落結(jié)構(gòu)特征,以期為該方法有效的用于嚙齒動物調(diào)查及深入開展嚙齒動物生態(tài)學(xué)研究提供參考依據(jù)。

        1 研究地區(qū)與方法

        1.1 研究地概況 研究地分別位于海林市橫道河子鎮(zhèn)林區(qū)(44°44′~44°55′N,129°06′~129°15′E,海拔460~600m)和牡丹江市市郊三道林場林區(qū)(44°40′~44°45′N,129°24′~129°32′E,海拔380~550m),兩個區(qū)域均位于張廣才嶺主脊東部余脈。氣候?qū)贉貛Ш秃疁貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候,四季分明,雨熱同季,最高氣溫37℃,最低氣溫-44.1℃,年平均氣溫2.3~3.7℃,年平均凍結(jié)期160~229d,季節(jié)凍土深度1.8~2.5m。無霜期100~160d,大部分地區(qū)的初霜凍在9月下旬出現(xiàn),終霜凍在4月下旬至5月上旬結(jié)束。年降水量400~800mm,多集中在6—9月。

        1.2 研究方法 在橫道河子研究區(qū)域選擇闊葉林和針闊混交林樣地各3塊,三道林場選擇闊葉林、針闊混交林、林緣灌草叢樣地各3 塊。樣地面積均大于2 hm2,在同一樣地中分成兩個區(qū)域,間隔大于20 m,按照鋏日法方式[25-26],分別布設(shè)捕鼠鋏和捕鼠籠,每鋏(籠)放置一晝夜為1 個鋏日。

        1.2.1 鋏捕法 選擇捕鼠鋏2 號鐵板鋏,規(guī)格為15 cm ×8 cm。每塊樣地按2~3 條樣線布鋏,樣線間距20 m,每條樣線上鋏距5 m,按地形地勢等特點(diǎn),每條樣線上布置50、100 個鐵鋏。采用炒熟的白瓜子為誘餌,次日(24 h 后)檢查動物捕獲情況,補(bǔ)充誘餌,記錄捕獲動物種類、數(shù)量。原地連續(xù)捕捉2~3 d,損壞和丟失的鐵板鋏數(shù)量未統(tǒng)計在數(shù)據(jù)內(nèi)。

        1.2.2 籠捕法 采用籠捕法捕捉嚙齒動物活體樣本。專用捕鼠籠為鐵皮材質(zhì),規(guī)格為25 cm×10 cm×8.5 cm,按照動物捕捉器裝置制作[27]。捕鼠籠內(nèi)放置炒熟的白瓜子或者麻花(補(bǔ)充食物、增加香味)、胡蘿卜(補(bǔ)充水分)作為誘餌,放置棉花供鼠保暖,在每個樣地內(nèi)按2~3 條樣線布籠,樣線間距20 m,每條樣線上籠距5 m,次日(24 h 后)檢查動物捕獲情況,分別統(tǒng)計捕獲種類與數(shù)量,原地連續(xù)捕捉2~3 d。損壞和丟失的捕鼠籠數(shù)量未統(tǒng)計在數(shù)據(jù)內(nèi)。

        1.2.3 紅外相機(jī)技術(shù)(ITCT) 在調(diào)查樣地布設(shè)紅外感應(yīng)相機(jī)(Ltl Acorn,LTL-6310MC),紅外相機(jī)拍攝模式設(shè)置為拍照+錄像模式。將相機(jī)用幫扎帶固定在距離地面高30 cm 左右的樹干或其他固定物上,相機(jī)前30~80 cm 地面上投放誘餌,相機(jī)按照每條樣線6 臺布設(shè),間隔20 m,橫道河子闊葉林地布置24 臺,三道林場闊葉林地布置12 臺,放置5 d 后收集照片和視頻數(shù)據(jù),進(jìn)行識別統(tǒng)計。

        1.3 物種多樣性指數(shù) 嚙齒動物群落多樣性指標(biāo)采用Shannon-Weiner 多樣性指數(shù)、Pielou 均勻性指數(shù)、Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)和Margalef 豐富度指數(shù)分析嚙齒動物群落的多樣性特征[2-3,28-29]。

        1)用Shannon-Wiener 指數(shù)計算群落多樣性指數(shù)(diversity index H)。

        H=-∑PilnPi,Pi=ni/N。

        ni表示第i 個種的個體數(shù)目,N 表示群落中所有種的個體總數(shù),Pi表示第i 種的個體數(shù)占群落中總個體數(shù)的比例(相對多度)。

        2)用Pielou 均勻度指數(shù)計算群落均勻性指數(shù)(evenness index E)。

        E=H/Hmax,Hmax=LnS。

        H 表示實際觀察的物種多樣性指數(shù),Hmax表示最大的物種多樣性指數(shù),S 表示群落中的總物種數(shù)。

        3)用Simpson 生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)計算群落優(yōu)勢度指數(shù)(dominance index D)。

        4)用Margalef 指數(shù)計算豐富度指數(shù)(Richness index)。R=(S-1)/lnN。

        S 表示群落中的總物種數(shù),N 表示觀察到的所有物種的個體總數(shù)。

        1.4 統(tǒng)計與分析 應(yīng)用Excel 工作表和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理與檢驗分析。計算不同物種比率,根據(jù)不同研究內(nèi)容的需要,分別利用tTest檢驗和Mann-Whitney test 獨(dú)立樣本檢驗進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗,顯著性水平為α=0.05,極顯著水平為α=0.01。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 鋏捕、籠捕結(jié)果 調(diào)查期間橫道河子共布鋏1 085鋏日,布籠1 073 鋏日;三道林場共布鋏1 808鋏日,布籠2 887 鋏日。鋏捕捕獲嚙齒動物276 只,捕獲率9.54%;籠捕捕獲嚙齒動物367 只,捕獲率9.27%。捕獲的嚙齒動物均是典型的古北界物種,分別隸屬于3 科5 屬6 種,有:鼠科 Muridae 姬鼠屬Apodemus朝鮮姬鼠Apodemus peninsulae、黑線姬鼠Apodemus agrarius;倉鼠科 Circetidae 鼠平屬M(fèi)yodes棕背鼠平Myodes rufocanus,倉鼠屬Tscherskia大倉鼠Tscherskia triton,田鼠屬M(fèi)icrotus東方田鼠Microtus fortis;松鼠科 Sciuridae 花鼠屬Tamias花鼠Tamias sibiricus(表1)。

        橫道河子和三道林場兩地鋏捕方法的捕獲率分別為6.55%和11.34%,籠捕方法的捕獲率分別為9.88%和9.04%。經(jīng)Mann-Whitney 檢驗,兩種方法的捕獲率無顯著差異(橫道河子,Z=-1.316,P>0.05;三道林場,Z=-1.325,P>0.05)。兩個研究區(qū)域的捕獲率也無顯著差異(Z=- 1.047,P>0.05)。

        根據(jù)捕獲的嚙齒動物進(jìn)行分析,兩個區(qū)域的嚙齒動物群落組成與結(jié)構(gòu)具有一定差異。橫道河子林區(qū)樣地調(diào)查的優(yōu)勢物種是朝鮮姬鼠(74.58%),其次是黑線姬鼠(13.56%);三道林場林區(qū)的優(yōu)勢物種是黑線姬鼠(41.85%)和朝鮮姬鼠(35.84%),其次是棕背鼠平(16.09%)。

        表1 橫道河子林區(qū)和三道林場林區(qū)嚙齒動物捕獲情況統(tǒng)計Tab.1 Statistics of rodent capture from Hengdaohezi and Sandao forest

        2.2 紅外相機(jī)調(diào)查結(jié)果

        2.2.1 嚙齒動物種類 橫道河子林區(qū)獲得有效視頻6 383 條,記錄的嚙齒動物包括朝鮮姬鼠、棕背鼠平、花鼠、松鼠Sciurus vulgaris。經(jīng)統(tǒng)計,朝鮮姬鼠視頻記錄5 618 條,占85.73%;花鼠記錄523 條,占7.98%;松鼠記錄226 條,占3.45%;棕背鼠平記錄16條,占2.84%。朝鮮姬鼠為研究區(qū)域的優(yōu)勢種。

        三道林場林區(qū)獲得有效視頻2 356 條,記錄的嚙齒動物包括朝鮮姬鼠、黑線姬鼠、棕背鼠平、花鼠和松鼠。經(jīng)統(tǒng)計,朝鮮姬鼠視頻記錄 1 106 條,占46.94%;黑線姬鼠記錄903 條,占38.33%;棕背鼠平記錄151 條,占6.41%;花鼠記錄89 條,占3.78%;松鼠記錄107 條,占4.54%。朝鮮姬鼠為研究區(qū)域的優(yōu)勢種。

        2.2.2 嚙齒動物識別 花鼠、松鼠為晝行性動物,白天活動,視頻中動物的顏色、花紋等特征明顯,容易識別區(qū)分。其他小型嚙齒動物多為夜行性動物,夜晚活動,因光照強(qiáng)度較弱,夜晚拍攝的視頻、照片均為黑白色,主要通過動物典型的形態(tài)和運(yùn)動特征進(jìn)行識別區(qū)分。朝鮮姬鼠特征是耳大,尾長,體型勻稱修長,善于快速跑,跳躍;黑線姬鼠形態(tài)、行為特征與朝鮮姬鼠相似,區(qū)別特征是背部中央具明顯縱走黑色條紋,起于兩耳間的頭頂部,止于尾基部,易識別區(qū)分;棕背鼠平特征是體態(tài)短粗,尾短,運(yùn)動速度較慢,跳躍能力不強(qiáng)。

        2.3 嚙齒動物群落結(jié)構(gòu)與多樣性 不同植被類型中捕獲的嚙齒動物數(shù)量表明,優(yōu)勢種為朝鮮姬鼠、黑線姬鼠和棕背鼠平的不同組合。橫道河子林區(qū)闊葉林、針闊混交林中優(yōu)勢種都是朝鮮姬鼠,比例均超過70%。三道林場林區(qū)闊葉林中優(yōu)勢種是朝鮮姬鼠;針闊混交林和林緣灌草叢中優(yōu)勢種均是黑線姬鼠(表2)。

        表2 兩個研究地區(qū)不同生境中嚙齒動物種類比Tab.2 Species ratio of rodents in different habitats in two study areas %

        通過3 種調(diào)查方法,兩個調(diào)查區(qū)域數(shù)據(jù)比較顯示,三道林場林區(qū)的嚙齒動物群落多樣性H 和均勻性指數(shù)E 均高于橫道河子林區(qū)(H:t=-3.926,P<0.05;E:t=-3.097,P<0.05)。但是,橫道河子的優(yōu)勢度指數(shù) D 均高于三道林場(t= 4.287,P<0.05)(表3)。

        表3 嚙齒動物群落多樣性、均勻性、優(yōu)勢度、豐富度比較Tab.3 Comparisons of diversity,evenness,dominance and richness of the rodent community

        續(xù)表3Tab.3(Continued)

        3 討論

        鋏捕、籠捕和紅外相機(jī)3 種不同的調(diào)查方法各具優(yōu)勢,對群落多樣性組成和比例調(diào)查結(jié)果一致,可以合理應(yīng)用于不同研究對象。捕鼠鋏是最傳統(tǒng)最常用的調(diào)查工具,安放簡單、快速,成本較低且可操作性強(qiáng),廣泛用于嚙齒類動物短期種群密度估計和物種多樣性調(diào)查,但因為會導(dǎo)致動物個體死亡,很多研究受到限制, 常用于森林鼠害的控制和防治[9,13,18-19,25-26]?;\捕法適用于捕捉活體,對物種和生境的影響最小,從動物保護(hù)和動物倫理的角度考慮,值得采用和推廣,國外學(xué)者經(jīng)常用此方法進(jìn)行嚙齒類動物等小型獸類的多樣性和種群動態(tài)的連續(xù)監(jiān)測[9,13,19-20,25],但捕鼠籠成本較捕鼠鋏高,因其體積較大,不適合大量攜帶[19]。研究中鋏捕、籠捕方法在捕獲數(shù)量方面未表現(xiàn)出差異,這與報道過的棕背鼠平調(diào)查研究結(jié)果一致,說明兩種方法的效果相似,但投放誘餌的差異也可能對調(diào)查結(jié)果產(chǎn)生一定的影響[25]。另外由于規(guī)格大小限制,鋏捕和籠捕法無法調(diào)查松鼠這樣體型較大的動物。

        紅外相機(jī)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)定性和定量相結(jié)合,具有晝夜連續(xù)工作、人工調(diào)查成本低、無創(chuàng)傷、環(huán)境干擾小、抗環(huán)境變化能力強(qiáng)以及能獲得高度隱蔽物種和地形復(fù)雜區(qū)域信息等優(yōu)點(diǎn)[21-23,30],在調(diào)查樣本時間和觀測動物習(xí)性方面具有優(yōu)越性[21-23],克服了鋏捕和籠捕方法需要經(jīng)常檢查(一般24 h 后),且無法直接和連續(xù)觀測動物活動的不足。在雪豹、水鹿大中型獸類等珍稀瀕危動物監(jiān)測、個體識別、數(shù)量估測、生境特征、行為模式和活動節(jié)律等方面廣泛應(yīng)用[21-22,30-31],但由于監(jiān)控的范圍限制,記錄到的姿勢、動作和行為種類少于直接通過觀察圈養(yǎng)動物獲得的行為種類[21-22,30-31]。此外紅外相機(jī)設(shè)備成本較高,無法像捕鼠鋏和捕鼠籠那樣大量布設(shè),且對于夜行性小型獸類,因“自然標(biāo)記”不明顯,難以通過夜間所攝相片進(jìn)行個體識別[21-23]。因此,在不需要個體識別的嚙齒動物估計和監(jiān)測中可采用紅外相機(jī)技術(shù)為主,抽樣捕捉調(diào)查為輔的方法,以提高調(diào)查的可靠性和精確度。另外利用紅外相機(jī)技術(shù)開展動物資源調(diào)查通常忽略動物種群動態(tài)變化,調(diào)查結(jié)果取決于動物出現(xiàn)的概率,研究顯示一些松鼠科動物的活動范圍較大,巢域面積可達(dá)0.16~1.90 hm2[32-33],朝鮮姬鼠的巢域面積為599~7 798 m2[34],棕背鼠平的巢域面積較小,平均為214~323 m2[35]。因為松鼠、花鼠、朝鮮姬鼠的運(yùn)動能力強(qiáng)、活動范圍廣,被拍攝的機(jī)率較大,在統(tǒng)計時比例可能偏高,因此科學(xué)地選擇樣地和布設(shè)相機(jī)非常重要[21-23]。

        調(diào)查結(jié)果與以往的調(diào)查結(jié)果一致,張廣才嶺森林生態(tài)系統(tǒng)中嚙齒動物種類豐富[8-9,13,18,24],以朝鮮姬鼠、黑線姬鼠和棕背鼠平不同種類組合構(gòu)成的優(yōu)勢種群落為主體[8-9]。但在不同區(qū)域和林型中物種組成和捕獲數(shù)量并不相同,作為同域分布的嚙齒動物主要分布生境略有差別,針闊混交林為棕背鼠平的最適宜生境,闊葉林也占有一定比重。朝鮮姬鼠最適生境為闊葉林,在針闊混交林中也是重要的種類[8-9,13,18,24]。黑線姬鼠在灌叢、農(nóng)田草地、草甸分布較多,大倉鼠在農(nóng)田附近較多,東方田鼠在林間草叢、草甸分布較多[8-9,13,18,24]。從森林到灌叢,有從朝鮮姬鼠、黑線姬鼠、棕背鼠平群落演變成黑線姬鼠、朝鮮姬鼠、棕背鼠平群落或黑線姬鼠、朝鮮姬鼠群落的趨勢[8]。由于受到森林采伐等干擾影響,一些次生林和人工林替代原始林和混交林,使森林生態(tài)系統(tǒng)失去原有的平衡,植被群落演替處于過渡階段,導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量發(fā)生變化[9]。說明不同生境中嚙齒動物的物種數(shù)、群落結(jié)構(gòu)、種群數(shù)量和多樣性特征具有差異[9]。主要種類分布受植被類型、溫度、濕度、食物資源的狀況和動物利用方式的影響及物種的生態(tài)特性所決定,表現(xiàn)出隨地理性、植被地帶性及生境的不同而變化的規(guī)律性[8]。

        物種多樣性是一個綜合指標(biāo),需要考慮物種豐富度(物種種數(shù))和均勻性程度(物種豐度或者生物量分布)兩方面因素。Shannon- Weiner 多樣性指數(shù)對稀有種較為敏感,而Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)對群落中的優(yōu)勢種和普遍種較為敏感[1-3]。群落的多樣性和均勻性指數(shù)隨著群落內(nèi)物種數(shù)的增加而增加,但群落內(nèi)優(yōu)勢度指數(shù)隨之降低[1-3]。研究結(jié)果與預(yù)測一致,三道林場的物種多樣性高于橫道河子林場,但兩個研究區(qū)域中不同植被環(huán)境中嚙齒動物組成和多樣性指標(biāo)明顯不同。動物棲息地理論認(rèn)為,生境選擇特性是形成群落結(jié)構(gòu)的重要機(jī)制,生境選擇在嚙齒動物中非常普遍,其復(fù)雜性對不同群落中物種共存起決定作用。任何一個群落的各個變量都有隨環(huán)境變化而變化的動態(tài)特征,這些變量的變化導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,因此不同生境內(nèi)的時空尺度[16,36]、氣候因素[14-15]、食物和隱蔽條件、植被類型[8,21,36]、人為干擾程度[8-9,37]等因素都會影響嚙齒動物對生境的選擇,從而導(dǎo)致群落多樣性產(chǎn)生差異。

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