G-F指數測度萬朝山獸類物種多樣性

李士超, 李亭亭, 汪正祥, 2, 3*, 田凱, 陳宇, 彭乾乾, 熊斌梅

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G-F指數測度萬朝山獸類物種多樣性

李士超1, 李亭亭1, 汪正祥1, 2, 3*, 田凱1, 陳宇1, 彭乾乾1, 熊斌梅1

1. 湖北大學資源環境學院, 武漢 430062 2. 湖北省生物資源綠色轉化協同創新中心, 武漢 430062 3. 區域開發與環境響應湖北省重點實驗室, 武漢 430062

2015年5月—2016年7月, 利用樣線法對湖北省萬朝山自然保護區獸類資源現狀進行了調查, 并與湖北省內其他5個自然保護區的獸類G指數(genus index)、F指數(family index)和G—F指數(genus-family index)進行比較。結果表明: 萬朝山自然保護區共有獸類7目25科69種, 區系組成以東洋界種類為主, 有國家I級重點保護動物4種, II級重點保護動物11種; G—F指數分析表明, 萬朝山自然保護區獸類G指數為3.99、F指數為14.81, G-F指數為0.73。萬朝山與湖北省省內其他5個自然保護區的獸類G指數、F指數和G—F指數均不存在顯著差異, 特別是萬朝山和南河的G—F指數相當接近, 相似性系數也高, 這可能與萬朝山和南河地理位置接近、生境組成相似有關。各保護區的物種分布密度雖然差異不顯著, 但南河和漳河源自然保護區因為保護區面積較小, 導致物種分布密度較大。

G—F指數; 獸類資源; 萬朝山自然保護區; 物種多樣性

1 引言

G—F指數(genus-family index)是蔣志剛和紀力強提出的一種利用生物普查得到的動物名錄計算一個地區的物種多樣性的方法[1], 是測度物種多樣性的一種嘗試, 與常規的群落生態多樣性不同, G—F指數研究屬、科水平上種的多樣性, 是基于物種數目的研究方法。因其快速、有效, 故而被廣泛應用到自然保護區獸類物種多樣性研究中[2–4]。湖北萬朝山自然保護區獸類資源豐富, 文獻已記錄有7目23科62種[5], 但關于其獸類物種多樣性方面的分析及與周邊自然保護區獸類物種多樣性的比較研究尚屬空白。本文結合實地調查與歷史資料, 運用G—F指數對萬朝山自然保護區獸類多樣性進行分析, 并與同屬鄂西北地區的漳河源、南河、野人谷、八卦山及五道峽5個自然保護區的獸類G—F指數進行對比分析, 并分析了這些自然保護區的獸類群落Jaccard相似性指數, 以期為該保護區獸類資源保護、監測及其生境管理提供科學依據。

2 研究區概況

湖北萬朝山自然保護區地處湖北省興山縣, 長江西陵峽北岸, 三峽大壩上游, 屬鄂西山區, 地理坐標為110°25′38″—110°25′38″E, 31°12′44″—31°12′ 57″N, 總面積20986 hm2。周圍被仙女山、仙侶山、黑良山、萬福山、五指山等大山包圍。萬朝山周圍海拔高度1500 m以上山峰214座, 2000 m以上山峰13座, 保護區最低點海拔310 m, 最高點海拔2426.4 m, 海拔落差2116.4 m。萬朝山海拔落差大導致氣候垂直差異明顯, 小氣候特征十分顯著, 具有中亞熱帶、北亞熱帶和暖溫帶氣候特征。年均氣溫12.8 ℃, 極端高溫43.7 ℃(1958年8月), 極端低溫–19.2 ℃, 年降雨量1100 mm, 年平均無霜期220 d左右; 保護區內土壤共分7 個土類, 海拔800 m以下分布著黃壤土類, 海拔800—1800 m以黃棕壤土為主, 海拔1800 m以上各山頂地帶, 主要為山地棕壤土類。

3 研究方法

3.1 調查方法

由于多數獸類主要在夜間活動, 白天很難發現活體, 且萬朝山海拔高差較大, 生境類型復雜, 野外調查難度較大。在掌握萬朝山自然保護區野生動物物種組成、分布等歷史資料的基礎上, 采用實地調查與訪問調查相結合的方法對萬朝山獸類進行調查[6]。

2015年5月至2016年7月, 對萬朝山自然保護區進行了獸類多樣性調查, 此次實地調查主要采用共選取了10 條樣線, 分別為薄刀梁子、三叉溝、黑埡子、紙廠河長渠、付家灣、茅湖橋、碗口埡大包、猴子包、紙廠河、下太平壩, 樣線長度在5—15 km之間(調查樣線, 如圖1)。

調查時5 人一組, 調查者以1—2 km·h-1的速度沿樣帶行走, 其中2—3人沿樣帶中線彼此平行前進[7], 仔細觀察不同生境與棲息地, 搜尋動物實體和各類活動蹤跡, 并用GPS定位[8]。對于嚙齒類和食蟲類, 采用鋏日法進行調查, 鼠鋏沿小路布放, 行距50 m, 鋏距5 m, 傍晚放鋏, 次日收鋏, 對所捕動物進行常規測量和分類[9]。

讓訪問對象通過動物彩圖核實曾經見到的動物種類和數量, 了解大中型獸類和珍稀獸類的種類、分布狀況。同時對保護區管理人員、當地社區獵人及部分居民進行訪問調查。

3.2 分析方法

3.2.1 區系分析

(1)對萬朝山自然保護區獸類物種組成進行分析, 編寫萬朝山自然保護區獸類名錄, 統計萬朝山保護區獸類共有7 目25 科69 種(表5);

(2)對萬朝山自然保護區獸類組成進行區系的地理成分分析;

(3)對萬朝山自然保護區獸類珍稀瀕危物種進行統計分析;

3.2.2 G—F指數分析

利用獸類分布名錄, 基于信息測度的Shannon- Wiener指數計算屬的物種多樣性DG、科的多樣性DF以及標準化的G—F指數。一個地區僅有1個物種, 或者僅有幾個分布在不同科的物種, 則定義該地區G—F指數為零。如果一個地區僅有1個物種, 或者僅有幾個分布在不同科的物種, 則定義該地區G—F指數為零, DG-F=0。

式中, D為在一個特定的科()中的F指數, P=S/S, S為名錄中科中的物種數, S為名錄中科屬中的物種數,為獸類名錄中科中的屬數,為獸類名錄中的科數。

圖1 獸類調查樣線示意圖

DG-F=1-DG// DF。

3.2.3 相鄰自然保護區獸類多樣性比較分析

采用Jaccard相似性指數對相鄰保護區獸類動物群落的相似性進行分析, 共選取了萬朝山、漳河源、南河、野人谷、八卦山、五道峽6 個自然保護區(位置, 如圖2), 獸類數據資料為多年研究調查所得, 資料來源分別為《湖北萬朝山自然保護區生物多樣性及其保護研究》、《湖北漳河源自然保護區生物多樣性及其保護研究》、《湖北南河自然保護區生物多樣性及其保護研究》、《湖北野人谷自然保護區生物多樣性及其保護研究》、《湖北八卦山自然保護區生物多樣性及其保護研究》、《湖北五道峽自然保護區生物多樣性及其保護研究》。

Jaacard物種相似性指數: I=c / (a+b－c) , 式中, a為A地物種數, b為B地物種數, c表示A和B共有的物種數[10]。物種密度用該地區的獸類物種總數除以保護區的總面積來計算保護區物種分布密度[11]。

4 結果與分析

4.1 區系組成

4.1.1 獸類物種組成

開闊地生活的中小型獸類、草食性獸類等構成了萬朝山自然保護區陸生獸類的基本種類組成。調查結果顯示, 萬朝山自然保護區共有獸類69 種, 隸屬7 目25 科[12–13], 獸類名錄見表5。該區陸生獸類組成中以嚙齒目(Rodentia)種類居多, 占全區獸類種數的34.78%; 其次是食肉目(Carnivora), 占全區獸類種數的31.88%; 排在第三的是食蟲目(Insectivora), 占全區獸類種數的11.59%; 兔形目(Lagomorpha)種類最少, 只有2種, 占2.9%(表1)。

4.1.2 區系地理分析

萬朝山保護區獸類動物中, 東洋種45 種, 占65.22%, 古北種12 種, 占17.39%, 廣布種12 種, 占17.39%(表2), 這體現了該區域獸類動物以東洋種為主, 東洋種和古北種相混雜的格局, 與萬朝山保護區位于鄂西北相適應, 也與湖北省在動物地理區劃上屬于東洋界華中區的結論相一致[14]。

圖2 6個自然保護區位置示意圖

表1 萬朝山自然保護區陸生獸類各目種數比較

表2 萬朝山自然保護區獸類區系組成

4.1.3 珍稀瀕危物種

調查研究表明, 萬朝山自然保護區有國家重點保護野生獸類15 種, 其中, I級保護動物4 種, 分別為川金絲猴()、金錢豹()、云豹()、林麝(); II級保護動物11 種, 分別為為獼猴()、短尾猴()、豺()、黑熊()、水獺()、大靈貓()、豹貓()、金貓()、鬣羚()、斑羚(); 中國瀕危獸類有17 種, 其中稀有級1 種, 為甘肅鼴(), 易危級13 種, 分別為獼猴、短尾猴、復齒鼯鼠()、狼()、豺、黑熊、水獺、大靈貓、豹貓、金貓、鬣羚、斑羚、云豹; 瀕危級3 種, 分別為川金絲猴、金錢豹、林麝[15]。中國特有種7 種, 分別為長吻鼴()、藏鼠兔()、復齒鼯鼠、巖松鼠()、小麂()、林麝、川金絲猴。

4.2 萬朝山自然保護區獸類多樣性分析

4.2.1 萬朝山保護區獸類G—F指數分析

G—F指數分析表明, 萬朝山自然保護區獸類G指數為3.99, 獸類F指數為14.81, 獸類G—F指數為0.73。萬朝山保護區獸類無論是G指數、F指數, 還是G—F指數均較高, 表明該地域獸類多樣性較高, 且在科、屬水平上都較為豐富, 但F(14.81)指數遠遠大于G(3.99)指數, 表明保護區獸類在科一級水平上其多樣性更顯豐富。

4.2.2 相鄰保護區的獸類多樣性比較

分別對萬朝山以及同屬鄂西北地區的漳河源、南河、野人谷、八卦山、五道峽自然保護區獸類的G指數、F指數、G—F指數和物種相似性系數進行統計比較(表3、表4), 并運用兩兩卡方檢驗法對保護區獸類G指數、F指數、G—F指數以及物種分布密度進行差異性檢驗。萬朝山與鄂西北其他5個自然保護區的獸類G指數(t= - 0.206, df= 4, p > 0.05)、F指數(t= 0.325, df= 4, p > 0.05)和G—F指數(t= 0.180, df= 4, p> 0.05)均不存在顯著性差異, 而各保護區的獸類物種分布密度雖然差異不顯著(t= 1.417, df= 4, p> 0.05), 但南河和漳河源自然保護區因為保護區面積較小, 導致物種分布密度較大。

5 討論

該區域的獸類動物區系成分呈現出以東洋種為主, 東洋種和古北種相混雜的格局, 可能是由于保護區位于東洋界華中區西北部, 與古北界相鄰, 鄰近界區的物種相互滲透所致。另外, 從地質上講, 該區域位于秦嶺褶皺系, 屬地槽型沉積, 受第四季冰川影響較小, 保存了許多孑遺物種[16], 因此該區域動物種類豐富且區系成分復雜。

表3 保護區共有獸類物種數(對角線上)及相似性系數(對角線下)

表4 湖北萬朝山自然保護區與鄰近的5個自然保護區獸類物種多樣性指數比較

表5 湖北萬朝山獸類名錄

續表

續表

注: △目擊或拍攝到照片, ◎文獻記載或訪問調查得到;

從物種分布密度來看, 萬朝山保護區獸類物種密度(0.329 種·km-2)稍高于野人谷(0.238種·km-2), 稍小于八卦山(0.370 種·km-2)和五道峽(0.360 種·km-2), 明顯低于南河(0.706種·km-2)和漳河源(0.555 種·km-2), 與保護區面積幾乎成反比(表4)。從物種相似性指數來看, 南河和五道峽的相似性系數最大, 為89.74%, 南河和漳河源的相似性系數最小, 為60.49%, 各保護區Jaccard相似性指數都在60%以上, 這可能是由于保護區都位于鄂西北地區, 位置接近, 生境相似所致。

楊道德等認為G—F指數能總結動物區系中物種組成信息, 能客觀全面反映較長時間內一個地區的物種多樣性。從G—F指數分析來看, 野人谷和八卦山的G—F指數最大, 均為0.75; 其次是萬朝山和南河, 均為0.73; G—F指數最小的是漳河源, 為0.69; 6 個保護區的G—F指數存在差異, 但差異不明顯(t=0.180, df=4, p>0.05)。南河和萬朝山的獸類G—F指數最為接近, 且G指數、F指數也較為接近, 相似性系數也較高, 這可能與兩個保護區的地理位置接近、生境相似相關。萬朝山獸類G指數為3.99, F指數為14.81, G—F指數為0.73, 萬朝山保護區獸類F指數和獸類G指數有較大差異, 這表明區內獸類科間差異大于其屬間差異, F指數較高說明科的多樣性較高, 但G指數較低, 說明其屬間差異較低, 物種只能局限于較少的科, 甚至有不少的單型科, 而經過標準化的G—F指數較高, 說明科、屬間分布相對合理。從G指數、F指數、G—F指數綜合來看, 萬朝山自然保護區獸類物種多樣性較高, 且其科、屬的分布較為合理, 具有重要的保護價值, 但保護區喀斯特地貌明顯, 生態系統具有較高的敏感性和脆弱性, 區內脆弱的生境一旦被破壞, 就難以恢復, 這必將對區內獸類物種的生存造成嚴重威脅, 因此, 要加強對保護區內獸類物種生境的保護, 以維持區內獸類物種的物種多樣性。

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Mammalian species diversity in Wanchaoshan Nature Reserve, Hubei Province of Central China based on G-F index

LI Shi Chao1, LI Ting Ting1, WANG Zheng Xiang1,2,3*, TIAN Kai1, CHEN Yu1, PENG QianQian1, XIONGBin Mei1

1. Faculty of Resources and Environmental Sciences, Hubei University, Wuhan 430062,China 2.Hubei Collaborative Innovation Center for Green Transformation of Bio-Resources, Wuhan 430062, China 3. Hubei Provincial Key Laboratory of Regional Development and Environmental Response, Wuhan 430062, China

By the methods of field survey, an investigation was conducted on the terrestrial mammal resources in Wanchaoshan Nature Reserve, Hubei Province of Central China from May 2015 to July 2016. A total of 69 mammal species were recorded, belonging to 25 families and 7 orders. The oriental species were dominant, and there were 4 and 11 classes I and II nationally protected species, respectively. The G-F index of Wanchaoshan was 0.73, with the F index of 14.81, and G index of 3.99. A comparison between the Wanchaoshan Reserve and the other 5 nature reserves also located in Hubei Province showed that there were no significant differences in the mammalian genus index (G-index) , family index (F-index) and genus-family index (G-F index) among these reserves. Especially, the Wanchaoshan and Nanhe reserves had highly similar mammalian F index and G-F index values, possibly due to the geographic proximity and habitat composition. No significant difference was observed in the species distribution density among the six reserves, but Nanhe and Zhangheyuan Nature Reserves, due to the smaller area, had a higher species distribution density.

G-F index; mammal resources; Wanchaoshan Nature Reserve; Species diversity

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.04.009

Q958.15

A

1008-8873(2018)04-072-09

2017-08-20;

2017-09-28

國家科技支撐計劃(2013BAD03B03-01); 國家自然科學基金資助項目(41471041)

李士超(1991—), 男, 山東郯城人, 碩士, 主要從事生物地理學研究, E-mail: 1084552755@qq.com

汪正祥, 男, 博士, 教授, 主要從事生物多樣性研究, E-mail: wangzx66@hubu. edu.cn

李士超, 李亭亭, 汪正祥, 等. G-F指數測度萬朝山獸類物種多樣性[J]. 生態科學, 2018, 37(4): 72-80.

LI Shi Chao, LI Ting Ting, WANG Zheng Xiang, et al. Mammalian species diversity in Wanchaoshan Nature Reserve, Hubei Province of Central China based on G-F index[J]. Ecological Science, 2018, 37(4): 72-80.