陜北地區黃陵縣與榆陽區蝴蝶多樣性

孫 明,王 興,郭子坤,胡 凱,袁向群

(西北農林科技大學 植物保護學院,陜西楊陵 712100)

蝴蝶隸屬于鱗翅目(Lepidoptera)有喙亞目(Glossata)雙孔次亞目(Ditrysia)[1],在野外易于識別、捕捉和鑒定,對棲息環境的要求較高,并且對氣候、光線、棲息地植被及不斷發生的微環境變化十分敏感,能夠快速響應生境特征的變化[2],蝴蝶的生態特性和生境要求多樣,不同地區蝴蝶種類組成、分布、種群數量及群落結構等特征可直接反映該地生態系統健康及生物多樣性狀況[3]。蝶類多樣性一定程度上可以替代植物多樣性,方便快捷地指示生境的質量[4-5]。氣候變化[6]、人類活動對生境的干擾[7]、生態環境質量的好壞[8]、生態環境的風險評估與預警[9]等都可通過蝴蝶多樣性來了解,因此蝴蝶常被作為環境監測的有效指示物種,用于監測區域環境變化[10]。

陜北地區在行政區劃上包括榆林和延安兩個地級市,為溫帶半干旱大陸性季風氣候。西北部氣溫干燥,年平均氣溫8～12 ℃,年平均降水量350～600 mm[11],具有典型的半荒漠、荒漠化生態環境多樣性和獨特的自然地理景觀;東南部年平均氣溫8.5～12 ℃,年平均降水量為500～650 mm[12]。榆陽區位于榆林市境內,處毛烏素沙地與黃土高原過渡地帶,區域內生態環境比較脆弱[13];黃陵縣位于陜西省中部偏西,延安市南部,屬于典型的黃土高原丘陵溝壑地貌, 溫帶大陸性季風氣候,是國內生態環境脆弱區。目前對榆陽區和黃陵縣的蝴蝶資源尚未進行過研究,缺乏較系統的多樣性調查與評估。

本研究作為全國蝴蝶多樣性觀測的一部分,在延安市黃陵縣和榆林市榆陽區各設置5條樣線,于2016-2018年蝴蝶活動頻繁期進行12次調查,旨在比較兩地蝴蝶群落結構特點,并為陜北地區蝴蝶資源本底調查和環境監測提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

黃陵縣地處陜西省延安市南部 (108°36′-109°27′E,35°20′-35°49′N),多為以峁為主的峁梁溝壑丘陵區和以梁為主的黃土梁狀低山塬澗丘陵溝壑區,植物資源豐富,森林覆蓋率較高,平均海拔為1 000 m,年均日照時長2 413 h,年平均溫度11.2 ℃,最熱月7月的月最高氣溫28.27 ℃,最冷月1月的月最低氣溫-9.34 ℃,年降水量556 mm。榆陽區位于陜西省北部、榆林市中部 (108°58′-110°24′E,37°49′- 38°58′N),地理環境獨特,是中國半干旱地區過渡為干旱地區的農牧交錯帶[14],包括北部風沙草灘區和南部黃土丘陵溝壑區,是典型的大陸性季風氣候,四季冷暖分明,植被覆蓋率較低,水文條件較差,年均日照時長2 502 h,年均溫度8.3 ℃,最熱月7月的月最高氣溫30.0 ℃,最冷月1月的月最低氣溫 -15.1 ℃,年降水量412 mm。

1.2 樣線設置

分別在陜北地區的延安市黃陵縣(圖1左)和榆陽市榆陽區(圖1 右)設置兩樣區,在每個樣區內,沿公路、小徑、步道設置5條樣線(表1),每條樣線長度2km,并將樣線劃分成 10 個樣段,每樣段 200 m。

表1 黃陵縣與榆陽區蝴蝶多樣性調查樣線信息Table 1 Line transect information of survey on diversity of butterflies in Huangling county and Yuyang district

圖1 黃陵縣(左)和榆陽區(右)蝴蝶調查樣線分布情況Fig.1 Distribution of surveyon transects of butterflies in Huangling county (left) and Yuyang district (right)

1.3 調查方法

調查時間為2016-2018年每年5月至8月,于每月月末進行觀測,每次調查時間不超過5 d。根據《生物多樣性觀測技術導則——蝴蝶》(HJ710.9-2014)調查觀測,觀測人員保持固定,觀測時沿樣線緩慢勻速前行,速度 1～1.5 km/h,記錄樣線左右2.5 m、上方5 m、前方5 m 范圍內見到的所有蝴蝶的種類和數量。若蝴蝶數量過大,登記估計值或使用相機拍攝后計數,對于不能確定的種類,網捕后進行鑒定,種類確定后原地釋放;當場不能確定的種類,少量網捕并編號,帶回實驗室鑒定[15-16]。

采用目前國際通用的5科分類系統,依據《中國蝴蝶圖鑒》[1]《中國蝶類志》[17]《中國蝴蝶分類與鑒定》[18]《中國灰蝶志》[19]和《中國動物志昆蟲綱第55卷鱗翅目弄蝶科》[20]等參考資料進行種類鑒定。

1.4 數據分析

利用Excel 2010和SPSS 19.0對調查記錄的結果進行整理,計算Shannon-Wiener多樣性指數、Pielou均勻度指數、Simpson優勢度指數、Margalef豐富度指數和Jaccard相似性系數以進行蝶類多樣性分析與相似性分析[21]。

式中Ni為第i種的個體數,N為總個體數;Pi為第i種的個體數占總個體數的比例。

Pielou均勻度指數(J)公式:J=H′/lnS,式中S為物種總數。

Simpson優勢度指數(D)公式:

Margalef豐富度指數(R)公式:R=(S-1)/lnN

Jaccard相似性系數(Cj)公式:Cj=j/(a+b-j)

j為兩個群落或樣地共有種數;a和b分別為樣地A和樣地B的物種數。根據 Jaccard 相似性系數原理,當Cj=0.00～0.25 時,為極不相似;當Cj=0.25～0.50 時,為中等不相似;當Cj=0.50～0.75 時,為中等相似;當Cj=0.75～ 1.00 時,為極相似[22]。

2 結果與分析

2.1 黃陵縣與榆陽區蝴蝶群落特征

2016-2018年共記錄蝴蝶標本11 989號,經鑒定隸屬于粉蝶科、鳳蝶科、蛺蝶科、弄蝶科及灰蝶科5科54屬78種,其中蛺蝶科的屬、種、個體數最多,多樣性指數(2.383 8)以及豐富度指數 (4.200 5)最高;鳳蝶科的屬、種數最少,豐富度指數(0.599 5)最低,其優勢度指數(0.654 8)最高;弄蝶科個體數最少,有363號,均勻度指數 (0.715 9)最高;黃陵縣共記錄5科51屬72種 5 805號(表2),其中蛺蝶科屬、種及個體數最多(24屬33種),多樣性指數(2.480 6)及豐富度指數(4.063 0)最高;鳳蝶科3屬5種,多樣性指數(1.003 3)及豐富度指數(0.603 9)最低,優勢度指數(0.491 9)最高。榆陽區共記錄標本5科34屬43種6 184號(表3),灰蝶科的屬、種、個體數最多(10屬12種),多樣性指數(1.695 1)及均勻度指數(0.682 2)最高,優勢度指數(0.242 2)最低;鳳蝶科屬、種、個體數最少(2屬3種)。

表2 黃陵縣蝴蝶群落數量特征Table 2 Quantitative characteristics of butterfly communities in Huangling county

表3 榆陽區蝴蝶群落數量特征Table 3 Quantitative characteristics of butterfly communities in Yuyang district

2.2 黃陵縣和榆陽區蝴蝶群落時間動態

2016-2018年調查結果顯示,黃陵縣5-8月共有種包括斑緣豆粉蝶(Coliaserate)、菜粉蝶(Pierisrapae)、燦福蛺蝶(Fabricianaadippe)、橙曇灰蝶(Lycaenadispar)、豆灰蝶(Plebejusargus)、多眼灰蝶(Polyommatuseros)、柑橘鳳蝶(Papilioxuthus)、紅珠灰蝶(Lycaeidesargyrognomon)、黃鉤蛺蝶(Polygoniac-aureum)、金鳳蝶(Papiliomachaon)、孔雀蛺蝶(Inachisio)、藍灰蝶(Everesargiades)、老豹蛺蝶(Argyronomelaodice)、琉璃灰蝶(Celastrinaargiola)、綠豹蛺蝶(Argynnispaphia)、牧女珍眼蝶(Coenonymphaamaryllis)、霓紗燕灰蝶(Rapalanissa)、麝鳳蝶(Byasaalcinous)、小紅蛺蝶(Vanessacardui)、小環蛺蝶(Neptissappho)、揚眉線蛺蝶(Limenitishelmanni)、云粉蝶(Pontiaedusa)、中華愛灰蝶(Ariciamandschurica)。

2016-2018年調查結果表明,榆陽區5-8月共有種包括斑緣豆粉蝶、菜粉蝶、橙黃豆粉蝶(Coliasfieldii)、橙曇灰蝶、豆灰蝶、多眼灰蝶、紅珠灰蝶、金鳳蝶、藍灰蝶、牧女珍眼蝶、小紅蛺蝶、云粉蝶、中華愛灰蝶。

黃陵縣調查記錄個體數7月>6月>8月>5月,種數5月>6月>7月>8月,5月豐富度 (7.388 6)最高;榆陽區調查記錄蝴蝶個體數6月>7月>5月>8月,種數6月>7月>8月 = 5月,6月豐富度(4.405 9)最高,5月的豐富度指數(2.878 1)最低(表4)。結果表明黃陵縣和榆陽區的蝴蝶活動頻繁期存在時序差異。

表4 蝴蝶群落時間動態Table 4 Temporal dynamics of butterfly communities

2.3 各樣線蝶類物種多樣性

黃陵縣各樣線共有種30種(表5),愛珍眼蝶(Coenonymphaoedippus)、斑緣豆粉蝶、菜粉蝶、燦福蛺蝶、斗毛眼蝶(Lasiommatadeidamia)、豆灰蝶、多眼灰蝶、柑橘鳳蝶、黑脈蛺蝶(Hestinaassimilis)、紅珠灰蝶、花弄蝶(Pyrgusmaculatus)、黃鉤蛺蝶、金鳳蝶、孔雀蛺蝶、藍灰蝶、老豹蛺蝶、琉璃灰蝶、綠豹蛺蝶、牧女珍眼蝶、霓紗燕灰蝶、嵌帶弄蝶(Loboclaproxima)、麝鳳蝶、絲帶鳳蝶(Sericinusmontelus)、小紅蛺蝶、小環蛺蝶、小赭弄蝶(Ochlodesvenata)、揚眉線蛺蝶、直紋稻弄蝶(Parnaraguttata)、中華愛灰蝶、卓矍眼蝶(Ypthimazodia)。

表5 黃陵縣與榆陽區不同樣線蝴蝶種類與數量Table 5 Species and individual number of butterflies in different lines in Huangling county and Yuyang district

榆陽區各樣線共有種11種,斑緣豆粉蝶、菜粉蝶、豆灰蝶、多眼灰蝶、紅珠灰蝶、藍灰蝶、琉璃灰蝶、牧女珍眼蝶、小紅蛺蝶、云粉蝶、中華愛灰蝶。

兩樣區各樣線共有種10種,包括斑緣豆粉蝶、菜粉蝶、中華愛灰蝶、豆灰蝶、紅珠灰蝶、藍灰蝶、琉璃灰蝶、多眼灰蝶、小紅蛺蝶、牧女珍眼蝶。各樣線均有粉蝶科、鳳蝶科、蛺蝶科、弄蝶科、灰蝶科5科蝴蝶分布。

研究結果顯示,闊葉林生境的連達溝蝴蝶屬、種數最高,其次屬于灌叢、灌木林生境的寺溝、阿黨、黃帝陵,黃陵縣樣區各樣線蝴蝶多樣性指數及均勻度和豐富度均高于榆陽區,各樣線優勢度均低于榆陽區(表6)。各樣線多樣性與均勻度表現一致,大小依次為A3>A2>A4>A1>A5>B5>B1>B4>B3>B2。優勢度大小依次為B2>B3>B4>B1>B5>A5>A1>A4>A2>A3。豐富度指數大小依次為A1>A2>A4>A3>A5>B5>B3>B1>B2>B4。黃陵縣的蝴蝶物種多樣性、均勻度及豐富度皆高于榆陽區,榆陽區的蝴蝶種群優勢度高于黃陵縣。

表6 黃陵縣與榆陽區不同樣線蝴蝶多樣性Table 6 Diversity index of butterfly communities in different lines in Huangling county and Yuyang district

2.4 兩樣區各樣線蝴蝶群落相似性比較

黃陵縣寺溝、阿黨、黃帝陵的蝴蝶群落結構表現為極相似,其余各樣線間中等相似(表7);榆陽區生境類型屬于風沙草灘區的芹河鄉、小紀汗鄉與處于黃土溝壑區的麻黃梁為中等不相似,其余各樣線間為中等相似(表8)。黃陵縣樣區與榆陽區之間相似性系數約為0.47,兩樣區中等不相似。

表7 黃陵縣不同樣線蝴蝶共有種數及相似性系數Table 7 Common butterfly species in different lines (above the diagonal) and similarity coefficient (below the diagonal) in Huangling county

表8 榆陽區不同樣線蝴蝶共有種數及相似性系數Table 8 Common butterfly species in different lines (above the diagonal) and similarity coefficient (below the diagonal) in Yuyang district

3 討 論

本研究經過3 a調查,發現延安市黃陵縣蝶類5科51屬72種,榆林市榆陽區蝶類5科34屬43種,共記錄蝴蝶標本5科54屬78種。黃陵縣樣區與榆陽區樣區共有種35種,各樣線共有種10種,其中斑緣豆粉蝶、菜粉蝶、豆灰蝶、藍灰蝶和牧女珍眼蝶為榆陽區常見種,與毛烏素沙地常見蝴蝶種類相似[23],這可能是由于榆陽區與毛烏素沙地地理位置相近,氣候相似;黃陵縣調查記錄蝶類與延安市區記錄蝶類共有種25種[24];延安北河流域蝴蝶群落多樣性調查記錄蝴蝶75種[25],本調查為延安市補充記錄蝴蝶23種。

蝴蝶群落動態的時序差異取決于氣候條件、寄主可利用性及其遺傳特性,幼蟲食物資源的可變性和花蜜的可利用性,也會影響該地區的蝴蝶物種豐富度及優勢度的時間格局[26-27]。黃陵縣和榆陽區蝴蝶活動頻繁期存在時序差異,調查時間為5-8月月末,黃陵縣5月的蝴蝶多樣性和豐富度最高,而榆陽區蝴蝶多樣性與豐富度在6月出現峰值。黃陵縣植物類型包括灌叢、落葉闊葉林、草地等,而榆陽區主要植被為雜草和栽培植被,如玉米、馬鈴薯,黃陵縣植物資源相較于榆陽區更為豐富,可被幼蟲食用的植物更多,氣候條件更適宜植物生長,開花植物的花期稍早于榆陽區;榆陽區位于榆林市境內,具體位置為毛烏素沙地與黃土高原過渡區域,區域內生態環境比較脆弱可能是造成兩樣區蝴蝶活動頻繁期差異的原因之一。此外,兩地區蝴蝶群落中等不相似,群落物種組成存在差異,黃陵縣與榆陽區的蝴蝶物種組成也可能是造成蝴蝶群落的月份動態差異的重要因素。

蝴蝶群落相似度主要受生境中植被異質性和人為干擾程度的影響[16]。兩樣區生境類型、主要植被類型及受到人為干擾程度等差異,使蝴蝶物種組成相對獨立,兩樣區蝴蝶群落相似性表現為中等不相似。黃陵縣的蛺蝶科多樣性指數與豐富度最高,鳳蝶科優勢度最高;榆陽區記錄蝴蝶中灰蝶科多樣指數與豐富度最高。有研究[28-29]表明,蝴蝶多樣性與生境植被資源密切相關。寺溝、阿黨、黃帝陵的植被類型組成相似,其蝴蝶群落相似性為極相似,同時由于植被覆蓋度較高,蜜源植物豐富,生境質量較好,能夠滿足蝴蝶的正常生長發育與繁殖,因此這些樣線的蝴蝶多樣性指數及物種豐富度較高。寄主、蜜源植物資源是影響蝴蝶物種豐富度和群落多樣性的重要因素[30-31],植被類型多樣、覆蓋度高對蝴蝶多樣性與豐富度有積極影響[32]。黃陵縣樣區植被類型主要為灌叢、闊葉林,植被類型多樣,覆蓋率較高,蝴蝶種類、數量、多樣性指數和均勻度指數高、優勢度指數低。榆陽區樣區環境包括風沙草灘和黃土丘陵溝壑區,土壤沙質化嚴重,空氣濕度與植被覆蓋度低,分布植被多為農作物、天然雜草,蝴蝶多樣性指數低,而優勢度指數高。農田集約化和區域寄主植物種類單一,導致蝴蝶缺少營養資源,不利于蝴蝶生存與繁殖[33-34]。小紀汗鄉、芹河鄉、牛家梁鎮等風沙草灘區、沙漠改良區、煤炭恢復區的環境濕度與植被覆蓋度低、寄主植物種類單一,不能滿足多種蝴蝶成蟲對蜜源的要求和幼蟲取食的需要,而麻黃梁鎮具典型的黃土溝壑地貌,其寄主植物種類較風沙草灘區多,環境濕度較高,與榆陽區其他樣線相比其蝴蝶多樣性指數較高。在自然條件較差的情況下提升蝴蝶多樣性和豐富度很大程度依賴于合理的人為改良,因此建議對土壤貧瘠、天然植被覆蓋度低的地區進行適當改造,以改善生境質量,豐富當地蝴蝶資源。