周 剛,趙榮榮
(陜西佛坪國家級自然保護(hù)區(qū)管理局,陜西 佛坪 723400)
在自然區(qū)域中,受法律保護(hù)和管理的具有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)和特殊意義的自然遺跡、珍稀瀕危野生動植物等保護(hù)對象所在的生態(tài)空間稱為自然保護(hù)區(qū),它的重要作用體現(xiàn)在對野生動植物資源、生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和對生態(tài)平衡的維持。通過生物多樣性監(jiān)測工作可及時獲取監(jiān)測對象的實時數(shù)據(jù),并了解自然保護(hù)區(qū)的生物多樣性動態(tài)變化及保護(hù)效果,這為自然保護(hù)重點任務(wù)的完成提供理論支撐,使保護(hù)、宣傳教育、生態(tài)學(xué)研究、生態(tài)旅游及社區(qū)發(fā)展等功能實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。哺乳動物是生態(tài)系統(tǒng)中最為活躍的生物成分之一,對哺乳動物多樣性開展研究,在理解生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能方面具有重要意義[1~4]。
為了更好地給陜西佛坪國家級自然保護(hù)區(qū) (以下簡稱佛坪保護(hù)區(qū))哺乳動物多樣性的保護(hù)和管理提供理論和數(shù)據(jù)上的支撐,本研究依據(jù)佛坪保護(hù)區(qū)2018~2020年的野外巡護(hù)監(jiān)測數(shù)據(jù),對佛坪保護(hù)區(qū)內(nèi)監(jiān)測到的哺乳動物多樣性進(jìn)行了初步研究分析[5]。
佛坪保護(hù)區(qū)是以保護(hù)大熊貓及其棲息地為主的國家級自然保護(hù)區(qū),1978年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)建立,位于陜西省佛坪縣西北部,地處秦嶺中段南坡的秦嶺自然保護(hù)區(qū)群核心區(qū)域,保護(hù)區(qū)總面積為29240 hm2,地理坐標(biāo)東經(jīng)107°41′~107°55′,北緯33°33′~33°46′(圖1)。保護(hù)區(qū)地形為“M”形,最低點大古坪泡桐溝海拔為980 m,最高點魯班峰海拔為2904 m。轄區(qū)年降水量800~2000 mm,其中夏季降水占全年一半以上,屬典型亞熱帶北緣山地暖溫帶氣候,年均氣溫11.5 ℃,年均日照1726.5 h。保護(hù)區(qū)內(nèi)土壤地帶性分布受地形、生物、母質(zhì)、氣候、時間等成土因素的綜合影響較為明顯,棕壤、黃棕壤、暗棕壤為主要的3種類型。森林植被垂直帶主要劃分為低山落葉闊葉林帶、針闊混交林帶、中山落葉闊葉小葉林帶和亞高山針葉林帶[6,7]。保護(hù)區(qū)共有哺乳動物7目26科73種,其中食蟲目3科11種;翼手目2科4種;嚙齒目7科30種;兔形目2科2種;食肉目7科18種;靈長目1科1種;偶蹄目4科7種[8]。
圖1 研究區(qū)示意
佛坪保護(hù)區(qū)自2000年左右以來開始進(jìn)行系統(tǒng)的野外巡護(hù)監(jiān)測,所用設(shè)備包括GPS手持定位儀、地形圖、數(shù)碼相機等。按照地形地貌、植被特征、路線可通過性等實際情況,將最短距離通過最多生境類型作為野外巡護(hù)監(jiān)測樣線的設(shè)立原則,保護(hù)區(qū)內(nèi)共設(shè)置50條固定的野外巡護(hù)監(jiān)測樣線,分布于岳壩、大古坪、三官廟、涼風(fēng)埡4個保護(hù)站(表1)。巡護(hù)監(jiān)測樣線的海拔范圍在1060~2800 m,調(diào)查范圍大約覆蓋保護(hù)區(qū)總面積的98%。在調(diào)查過程中,詳細(xì)記錄了樣線上觀測到的野生動物實體以及痕跡(糞便、足跡、食跡、咬痕、臥跡、毛發(fā))等重要信息,并對痕跡出現(xiàn)處的海拔、經(jīng)緯度、地形地貌、生境類型等特征進(jìn)行了詳細(xì)記錄。
表1 佛坪保護(hù)區(qū)各保護(hù)站所在位置及樣線信息
為避免重復(fù)記錄,沿樣線100 m以內(nèi)遇見的相同活動痕跡記為同1只動物。數(shù)據(jù)采集工作由各保護(hù)站固定的工作人員完成。由于每個保護(hù)站每月調(diào)查次數(shù)和樣線長度各不相同,為了便于比較,每個站每月調(diào)查數(shù)據(jù)對應(yīng)求和后,分別除以相應(yīng)站當(dāng)月調(diào)查次數(shù)和樣線總長度,以對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[9~11]。
3.2.1 物種相對豐富度
分別以4個保護(hù)站點為計算單元,計算各保護(hù)站點各物種的相對豐富度(Relativa species abundance,RA)[12],計算公式如下:
RA=Ni/N
(1)
式(1)中:Ni表示第i個物種在某保護(hù)站點的數(shù)量,N表示某保護(hù)站點物種總個體數(shù)。在計算時,按保護(hù)站點分別將3年的數(shù)據(jù)以求和的方式合并。
3.2.2 Alpha多樣性指數(shù)
用Shannon多樣性指數(shù)(H)[13],均勻度指數(shù)用Pielou指數(shù)(J)[14]來衡量各保護(hù)站點監(jiān)測范圍內(nèi)的alpha多樣性。計算時以每月調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),使用R語言環(huán)境中的vegan包的diversity( )函數(shù)分別進(jìn)行計算每個保護(hù)站點監(jiān)測范圍內(nèi)的Alpha多樣性指數(shù)。
利用三因素方差分析來比較alpha多樣性指數(shù)在不同保護(hù)站點、不同年份、不同月份間是否存在差異。
3.2.3 Beta多樣性指數(shù)
各保護(hù)站間物種組成的相似性,主要通過主坐標(biāo)來進(jìn)行分析(PCoA)。樣本的距離越接近,反映了物種組成結(jié)構(gòu)的相似度越高。本研究中各保護(hù)站之間物種組成的相異性采用Bray-Crutis來衡量。通過逐月計算整個佛坪保護(hù)區(qū)哺乳動物的Bray-Crutis距離,在每月調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,將各個保護(hù)站點3年的調(diào)查數(shù)據(jù)以求和的方式按月份進(jìn)行合并,以合并后的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ),利用R語言環(huán)境中的vegan包的vegdist( )函數(shù)計算Beta多樣性指數(shù),并利用vegan包的adonis2( )函數(shù)來比較Beta多樣性指數(shù)在不同保護(hù)站點間是否存在差異,其中R2越大,反映了分組對差異的解釋度越高;Pr(>F)為顯著性P值,默認(rèn)P<0.05即存在顯著差異。[15]
所有計算都在R version 4. 1. 0 環(huán)境下完成,顯著性水平設(shè)為α=0.05。
分析3年的野外巡護(hù)監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),佛坪保護(hù)區(qū)內(nèi)監(jiān)測到12種哺乳動物,其中食肉目3種、靈長目1種、嚙齒目1種、偶蹄目7種,占佛坪保護(hù)區(qū)歷史有記錄哺乳動物物種總數(shù)的16.44%(表2)。
表2 佛坪保護(hù)區(qū)2018~2020年監(jiān)測到的哺乳動物名錄
大熊貓、川金絲猴、毛冠鹿、斑羚、羚牛、林麝、野豬在所有站點監(jiān)測范圍內(nèi)均調(diào)查到,豪豬、小麂、鬣羚、黑熊在岳壩、大古坪、三官廟三個站點監(jiān)測范圍內(nèi)均被調(diào)查到,僅在涼風(fēng)埡保護(hù)站點沒有被調(diào)查到。此外,豹貓在大古坪和三官廟保護(hù)站點被調(diào)查到。野豬和羚牛在岳壩、大古坪、涼風(fēng)埡站點是優(yōu)勢物種,但在三官廟站點,大熊貓是優(yōu)勢物種 (表3) 。
表3 佛坪保護(hù)區(qū)調(diào)查到的物種組成及其相對豐度
各保護(hù)站點監(jiān)測范圍內(nèi)哺乳動物群落 alpha 多樣性指數(shù)有顯著差異,其中香農(nóng)—威納指數(shù)有顯著差異(各站點間F= 16.291,P< 0.0001)(圖2a),均勻度指數(shù)也有顯著差異(各站點間F=3.173,P=0.033)(圖2b)。Shannon多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)最高均是大古坪,最低是涼風(fēng)埡。與涼風(fēng)埡相比,大古坪、三官廟和岳壩站點顯著較低 (大古坪:P<0.0001;三官廟:P<0.0001;岳壩:P<0.0001)。香農(nóng)—維納指數(shù)在年份間(F=1.166,P=0.355)、月份間(F=0.580,P=0.832) 沒有顯著差異,每年9月份與1月份相比明顯偏低 (P=0.086) (圖2c,e)。均勻度指數(shù)在年份間(F=1.225,P=0.338)、月份間 (F=0.740,P=0.694) 也沒有顯著差異,同樣也是每年9月份與1月份相比明顯偏低 (P=0.097) (圖2d,f)。
圖2 2018~2020年佛坪自然保護(hù)區(qū)保護(hù)站監(jiān)測點及年份間、月份間alpha 多樣性指數(shù)的變化
研究發(fā)現(xiàn)基于Bray-Curtis距離的多樣性存在顯著差異(P=0.001,R2= 0.595),表示不同的保護(hù)站點間物種組成差異顯著。其中涼風(fēng)埡和三官廟的物種組成結(jié)構(gòu)不同,大古坪和三官廟的物種組成相似,并且岳壩介于涼風(fēng)埡和三官廟之間(圖3)。
圖3 佛坪自然保護(hù)區(qū)不同保護(hù)站點間物種組成的相異性
由于受到調(diào)查方法的限制,食蟲目、翼手目、兔形目和除豪豬科以外的嚙齒目沒有出現(xiàn)在本調(diào)查結(jié)果中。扣除這個因素,大部分佛坪保護(hù)區(qū)歷史有記錄的哺乳動物都出現(xiàn)在本調(diào)查結(jié)果中,但由于金錢豹、豬獾、水獺等哺乳動物實體及痕跡的監(jiān)測信息在收集的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)頻率極低且不穩(wěn)定,未納入本次研究分析。
從調(diào)查結(jié)果看,此次所涉及的12種哺乳動物在4個保護(hù)站監(jiān)測范圍內(nèi)的物種相對豐富度并不相同,其中野豬和羚牛在岳壩、大古坪、涼風(fēng)埡3個站點是優(yōu)勢物種,這可能是由于野豬屬于雜食性動物,且其環(huán)境適應(yīng)性極強;羚牛可取食種類較雜,且會為選擇優(yōu)質(zhì)的食物做季節(jié)性的垂直遷徙活動。但在三官廟站點,大熊貓是優(yōu)勢物種,這與前人所研究的結(jié)果一致,這是由于大熊貓的分布具有選擇性,其主要分布在中高海拔、坡度較為平緩、森林覆蓋率高的針闊混交林和距人類活動較遠(yuǎn)的區(qū)域[16]。
佛坪保護(hù)區(qū)不同保護(hù)站點的生物多樣性水平有著顯著的差異,這可能是受到環(huán)境因素(如氣候、水熱、植被、外來物種的干擾等)和人為因素(如人類的生產(chǎn)和活動、濫捕濫獵等)共同影響的結(jié)果。從alpha指數(shù)看,涼風(fēng)埡顯著低于其他3個站點,且物種數(shù)量最少,這是由于涼風(fēng)埡位于佛坪保護(hù)區(qū)的邊界,人為活動相對頻繁,干擾較大,對哺乳動物的正常棲息有一定的影響,致使Shannon多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均最低,但從年份和月份間來看,各保護(hù)站不存在顯著差異,這反映出佛坪保護(hù)區(qū)內(nèi)哺乳動物的多樣性相對比較穩(wěn)定。
佛坪保護(hù)區(qū)各保護(hù)站點間物種組成差異顯著,一方面可能與物種間的生態(tài)位分離有關(guān),因為不同物種是通過利用不同生境類型、不同海拔的區(qū)域來減小種間競爭,進(jìn)而實現(xiàn)物種間的共生[17];另一方面可能與動物本身的特性有關(guān),不同動物的繁殖能力、生活習(xí)性、活動類型、適應(yīng)性等各不相同,因此各保護(hù)站在哺乳動物物種組成上存在顯著差異。本研究的4個保護(hù)站中,涼風(fēng)埡與三官廟物種組成差異性最為明顯,Bray-Curtis相異性系數(shù)最大;大古坪與三官廟接壤,岳壩與涼風(fēng)埡和三官廟接壤,其環(huán)境與氣候等具有一定相似性,Bray-Curtis相異性系數(shù)較小,因此各保護(hù)站間物種組成也具有一定的相似性。
保護(hù)生物多樣性的一項非常重要的基礎(chǔ)工作就是生物多樣性監(jiān)測。由于多數(shù)哺乳動物生性機敏,野外遇見率很低,且目前的野外巡護(hù)監(jiān)測方法具有局限性,不能完全調(diào)查保護(hù)區(qū)可能存在的哺乳動物物種,因此可以結(jié)合紅外相機等數(shù)字化技術(shù)的綜合使用,提升哺乳動物多樣性監(jiān)測的科學(xué)性、準(zhǔn)確性[5]。同時,應(yīng)優(yōu)化完善我區(qū)巡護(hù)監(jiān)測樣線,進(jìn)一步科學(xué)積極地開展野外巡護(hù)監(jiān)測工作,了解物種的分布和種群動態(tài),掌握物種多樣性變化速率及其對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響,從而為保護(hù)區(qū)不斷完善哺乳動物保護(hù)管理辦法提供科學(xué)依據(jù)。