李士超, 李亭亭, 汪正祥, 2, 3*, 田凯, 陈宇, 彭乾乾, 熊斌梅



G-F指数测度万朝山兽类物种多样性

李士超1, 李亭亭1, 汪正祥1, 2, 3*, 田凯1, 陈宇1, 彭乾乾1, 熊斌梅1

1. 湖北大学资源环境学院, 武汉 430062 2. 湖北省生物资源绿色转化协同创新中心, 武汉 430062 3. 区域开发与环境响应湖北省重点实验室, 武汉 430062

2015年5月—2016年7月, 利用样线法对湖北省万朝山自然保护区兽类资源现状进行了调查, 并与湖北省内其他5个自然保护区的兽类G指数(genus index)、F指数(family index)和G—F指数(genus-family index)进行比较。结果表明: 万朝山自然保护区共有兽类7目25科69种, 区系组成以东洋界种类为主, 有国家I级重点保护动物4种, II级重点保护动物11种; G—F指数分析表明, 万朝山自然保护区兽类G指数为3.99、F指数为14.81, G-F指数为0.73。万朝山与湖北省省内其他5个自然保护区的兽类G指数、F指数和G—F指数均不存在显著差异, 特别是万朝山和南河的G—F指数相当接近, 相似性系数也高, 这可能与万朝山和南河地理位置接近、生境组成相似有关。各保护区的物种分布密度虽然差异不显著, 但南河和漳河源自然保护区因为保护区面积较小, 导致物种分布密度较大。

G—F指数; 兽类资源; 万朝山自然保护区; 物种多样性

1 引言

G—F指数(genus-family index)是蒋志刚和纪力强提出的一种利用生物普查得到的动物名录计算一个地区的物种多样性的方法[1], 是测度物种多样性的一种尝试, 与常规的群落生态多样性不同, G—F指数研究属、科水平上种的多样性, 是基于物种数目的研究方法。因其快速、有效, 故而被广泛应用到自然保护区兽类物种多样性研究中[2–4]。湖北万朝山自然保护区兽类资源丰富, 文献已记录有7目23科62种[5], 但关于其兽类物种多样性方面的分析及与周边自然保护区兽类物种多样性的比较研究尚属空白。本文结合实地调查与历史资料, 运用G—F指数对万朝山自然保护区兽类多样性进行分析, 并与同属鄂西北地区的漳河源、南河、野人谷、八卦山及五道峡5个自然保护区的兽类G—F指数进行对比分析, 并分析了这些自然保护区的兽类群落Jaccard相似性指数, 以期为该保护区兽类资源保护、监测及其生境管理提供科学依据。

2 研究区概况

湖北万朝山自然保护区地处湖北省兴山县, 长江西陵峡北岸, 三峡大坝上游, 属鄂西山区, 地理坐标为110°25′38″—110°25′38″E, 31°12′44″—31°12′ 57″N, 总面积20986 hm2。周围被仙女山、仙侣山、黑良山、万福山、五指山等大山包围。万朝山周围海拔高度1500 m以上山峰214座, 2000 m以上山峰13座, 保护区最低点海拔310 m, 最高点海拔2426.4 m, 海拔落差2116.4 m。万朝山海拔落差大导致气候垂直差异明显, 小气候特征十分显著, 具有中亚热带、北亚热带和暖温带气候特征。年均气温12.8 ℃, 极端高温43.7 ℃(1958年8月), 极端低温–19.2 ℃, 年降雨量1100 mm, 年平均无霜期220 d左右; 保护区内土壤共分7 个土类, 海拔800 m以下分布着黄壤土类, 海拔800—1800 m以黄棕壤土为主, 海拔1800 m以上各山顶地带, 主要为山地棕壤土类。

3 研究方法

3.1 调查方法

由于多数兽类主要在夜间活动, 白天很难发现活体, 且万朝山海拔高差较大, 生境类型复杂, 野外调查难度较大。在掌握万朝山自然保护区野生动物物种组成、分布等历史资料的基础上, 采用实地调查与访问调查相结合的方法对万朝山兽类进行调查[6]。

2015年5月至2016年7月, 对万朝山自然保护区进行了兽类多样性调查, 此次实地调查主要采用共选取了10 条样线, 分别为薄刀梁子、三叉沟、黑垭子、纸厂河长渠、付家湾、茅湖桥、碗口垭大包、猴子包、纸厂河、下太平坝, 样线长度在5—15 km之间(调查样线, 如图1)。

调查时5 人一组, 调查者以1—2 km·h-1的速度沿样带行走, 其中2—3人沿样带中线彼此平行前进[7], 仔细观察不同生境与栖息地, 搜寻动物实体和各类活动踪迹, 并用GPS定位[8]。对于啮齿类和食虫类, 采用铗日法进行调查, 鼠铗沿小路布放, 行距50 m, 铗距5 m, 傍晚放铗, 次日收铗, 对所捕动物进行常规测量和分类[9]。

让访问对象通过动物彩图核实曾经见到的动物种类和数量, 了解大中型兽类和珍稀兽类的种类、分布状况。同时对保护区管理人员、当地社区猎人及部分居民进行访问调查。

3.2 分析方法

3.2.1 区系分析

(1)对万朝山自然保护区兽类物种组成进行分析, 编写万朝山自然保护区兽类名录, 统计万朝山保护区兽类共有7 目25 科69 种(表5);

(2)对万朝山自然保护区兽类组成进行区系的地理成分分析;

(3)对万朝山自然保护区兽类珍稀濒危物种进行统计分析;

3.2.2 G—F指数分析

利用兽类分布名录, 基于信息测度的Shannon- Wiener指数计算属的物种多样性DG、科的多样性DF以及标准化的G—F指数。一个地区仅有1个物种, 或者仅有几个分布在不同科的物种, 则定义该地区G—F指数为零。如果一个地区仅有1个物种, 或者仅有几个分布在不同科的物种, 则定义该地区G—F指数为零, DG-F=0。

式中, D为在一个特定的科()中的F指数, P=S/S, S为名录中科中的物种数, S为名录中科属中的物种数,为兽类名录中科中的属数,为兽类名录中的科数。

图1 兽类调查样线示意图

DG-F=1-DG// DF。

3.2.3 相邻自然保护区兽类多样性比较分析

采用Jaccard相似性指数对相邻保护区兽类动物群落的相似性进行分析, 共选取了万朝山、漳河源、南河、野人谷、八卦山、五道峡6 个自然保护区(位置, 如图2), 兽类数据资料为多年研究调查所得, 资料来源分别为《湖北万朝山自然保护区生物多样性及其保护研究》、《湖北漳河源自然保护区生物多样性及其保护研究》、《湖北南河自然保护区生物多样性及其保护研究》、《湖北野人谷自然保护区生物多样性及其保护研究》、《湖北八卦山自然保护区生物多样性及其保护研究》、《湖北五道峡自然保护区生物多样性及其保护研究》。

Jaacard物种相似性指数: I=c / (a+b－c) , 式中, a为A地物种数, b为B地物种数, c表示A和B共有的物种数[10]。物种密度用该地区的兽类物种总数除以保护区的总面积来计算保护区物种分布密度[11]。

4 结果与分析

4.1 区系组成

4.1.1 兽类物种组成

开阔地生活的中小型兽类、草食性兽类等构成了万朝山自然保护区陆生兽类的基本种类组成。调查结果显示, 万朝山自然保护区共有兽类69 种, 隶属7 目25 科[12–13], 兽类名录见表5。该区陆生兽类组成中以啮齿目(Rodentia)种类居多, 占全区兽类种数的34.78%; 其次是食肉目(Carnivora), 占全区兽类种数的31.88%; 排在第三的是食虫目(Insectivora), 占全区兽类种数的11.59%; 兔形目(Lagomorpha)种类最少, 只有2种, 占2.9%(表1)。

4.1.2 区系地理分析

万朝山保护区兽类动物中, 东洋种45 种, 占65.22%, 古北种12 种, 占17.39%, 广布种12 种, 占17.39%(表2), 这体现了该区域兽类动物以东洋种为主, 东洋种和古北种相混杂的格局, 与万朝山保护区位于鄂西北相适应, 也与湖北省在动物地理区划上属于东洋界华中区的结论相一致[14]。

图2 6个自然保护区位置示意图

表1 万朝山自然保护区陆生兽类各目种数比较

表2 万朝山自然保护区兽类区系组成

4.1.3 珍稀濒危物种

调查研究表明, 万朝山自然保护区有国家重点保护野生兽类15 种, 其中, I级保护动物4 种, 分别为川金丝猴()、金钱豹()、云豹()、林麝(); II级保护动物11 种, 分别为为猕猴()、短尾猴()、豺()、黑熊()、水獭()、大灵猫()、豹猫()、金猫()、鬣羚()、斑羚(); 中国濒危兽类有17 种, 其中稀有级1 种, 为甘肃鼹(), 易危级13 种, 分别为猕猴、短尾猴、复齿鼯鼠()、狼()、豺、黑熊、水獭、大灵猫、豹猫、金猫、鬣羚、斑羚、云豹; 濒危级3 种, 分别为川金丝猴、金钱豹、林麝[15]。中国特有种7 种, 分别为长吻鼹()、藏鼠兔()、复齿鼯鼠、岩松鼠()、小麂()、林麝、川金丝猴。

4.2 万朝山自然保护区兽类多样性分析

4.2.1 万朝山保护区兽类G—F指数分析

G—F指数分析表明, 万朝山自然保护区兽类G指数为3.99, 兽类F指数为14.81, 兽类G—F指数为0.73。万朝山保护区兽类无论是G指数、F指数, 还是G—F指数均较高, 表明该地域兽类多样性较高, 且在科、属水平上都较为丰富, 但F(14.81)指数远远大于G(3.99)指数, 表明保护区兽类在科一级水平上其多样性更显丰富。

4.2.2 相邻保护区的兽类多样性比较

分别对万朝山以及同属鄂西北地区的漳河源、南河、野人谷、八卦山、五道峡自然保护区兽类的G指数、F指数、G—F指数和物种相似性系数进行统计比较(表3、表4), 并运用两两卡方检验法对保护区兽类G指数、F指数、G—F指数以及物种分布密度进行差异性检验。万朝山与鄂西北其他5个自然保护区的兽类G指数(t= - 0.206, df= 4, p > 0.05)、F指数(t= 0.325, df= 4, p > 0.05)和G—F指数(t= 0.180, df= 4, p> 0.05)均不存在显著性差异, 而各保护区的兽类物种分布密度虽然差异不显著(t= 1.417, df= 4, p> 0.05), 但南河和漳河源自然保护区因为保护区面积较小, 导致物种分布密度较大。

5 讨论

该区域的兽类动物区系成分呈现出以东洋种为主, 东洋种和古北种相混杂的格局, 可能是由于保护区位于东洋界华中区西北部, 与古北界相邻, 邻近界区的物种相互渗透所致。另外, 从地质上讲, 该区域位于秦岭褶皱系, 属地槽型沉积, 受第四季冰川影响较小, 保存了许多孑遗物种[16], 因此该区域动物种类丰富且区系成分复杂。

表3 保护区共有兽类物种数(对角线上)及相似性系数(对角线下)

表4 湖北万朝山自然保护区与邻近的5个自然保护区兽类物种多样性指数比较

表5 湖北万朝山兽类名录

续表

续表

注: △目击或拍摄到照片, ◎文献记载或访问调查得到;

从物种分布密度来看, 万朝山保护区兽类物种密度(0.329 种·km-2)稍高于野人谷(0.238种·km-2), 稍小于八卦山(0.370 种·km-2)和五道峡(0.360 种·km-2), 明显低于南河(0.706种·km-2)和漳河源(0.555 种·km-2), 与保护区面积几乎成反比(表4)。从物种相似性指数来看, 南河和五道峡的相似性系数最大, 为89.74%, 南河和漳河源的相似性系数最小, 为60.49%, 各保护区Jaccard相似性指数都在60%以上, 这可能是由于保护区都位于鄂西北地区, 位置接近, 生境相似所致。

杨道德等认为G—F指数能总结动物区系中物种组成信息, 能客观全面反映较长时间内一个地区的物种多样性。从G—F指数分析来看, 野人谷和八卦山的G—F指数最大, 均为0.75; 其次是万朝山和南河, 均为0.73; G—F指数最小的是漳河源, 为0.69; 6 个保护区的G—F指数存在差异, 但差异不明显(t=0.180, df=4, p>0.05)。南河和万朝山的兽类G—F指数最为接近, 且G指数、F指数也较为接近, 相似性系数也较高, 这可能与两个保护区的地理位置接近、生境相似相关。万朝山兽类G指数为3.99, F指数为14.81, G—F指数为0.73, 万朝山保护区兽类F指数和兽类G指数有较大差异, 这表明区内兽类科间差异大于其属间差异, F指数较高说明科的多样性较高, 但G指数较低, 说明其属间差异较低, 物种只能局限于较少的科, 甚至有不少的单型科, 而经过标准化的G—F指数较高, 说明科、属间分布相对合理。从G指数、F指数、G—F指数综合来看, 万朝山自然保护区兽类物种多样性较高, 且其科、属的分布较为合理, 具有重要的保护价值, 但保护区喀斯特地貌明显, 生态系统具有较高的敏感性和脆弱性, 区内脆弱的生境一旦被破坏, 就难以恢复, 这必将对区内兽类物种的生存造成严重威胁, 因此, 要加强对保护区内兽类物种生境的保护, 以维持区内兽类物种的物种多样性。

[1] 蒋志刚, 纪力强. 鸟兽物种多样性测度的G－F指数方法[J]. 生物多样性, 1999, 7(3): 220–225.

[2] 齐敦武, 王晓琴, 苗苗, 等. 四川美姑县大风顶国家级自然保护区小型兽类生物多样性分析[J]. 四川动物, 2004, 23(1): 108–112.

[3] 丁晶晶, 刘定震, 李春旺, 等. 中国大陆鸟类和兽类物种多样性的空间变异[J], 生态学报, 2012, 32(2): 0343– 0350.

[4] 陈小荣, 许大明, 鲍毅新, 等. G－F指数测度百山祖兽类物种多样性[J]. 生态学杂志, 2013, 32(6): 1421–1427.

[5] 罗祖奎, 戴宗兴, 曹国斌, 等. 湖北万朝山自然保护区兽类调查报告及保护[J]. 四川动物, 2007, 26(3): 604–612.

[6] 王加连. 江苏盐城自然保护区陆生兽类资源调查研究[J]. 四川动物, 2009, 28(1): 140–144.

[7] 杨道德, 刘松, 费冬波, 等. 江西齐云山自然保护区两栖爬行动物资源调查与区系分析[J]. 动物学杂志, 2008, 43(6): 68–76.

[8] 李三奕. 安溪县陆生野生动物资源状况及区系研究[J]. 野生动物, 2010, 31(4): 221–224.

[9] 陈德良, 吴友贵, 夏家天, 等. 百山祖自然保护区小型兽类的群落分析[J]. 浙江林业科技, 2012, 32(3): 26-30.

[10] 孙孺泳. 动物生态学原理[M]. 北京:北京师范大学出版社, 2001:381–448.

[11] 李竹云, 杨道德, 王琅, 等. 江西庐山自然保护区兽类资源多样性及评价[J]. 江西农业学报, 2007, 19(6): 105–108.

[12] 刘明玉, 解玉浩, 季达明, 等. 中国脊椎动物大全[M]. 沈阳: 辽宁大学出版社, 2000.

[13] 盛和林. 中国野生哺乳动物[M]. 北京: 中国林业出版社, 1999.

[14] 张荣祖. 中国动物地理[M]. 北京:科学出版社, 1999.

[15] 汪松. 中国濒危动物红皮书·兽类[M]. 北京: 科学出版社, 1998.

[16] 湖北省地质矿产局. 湖北省区域地质志[M]. 北京:地质出版社, 1990.

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

国家科技支撑计划(2013BAD03B03-01); 国家自然科学基金资助项目(41471041)

李士超(1991—), 男, 山东郯城人, 硕士, 主要从事生物地理学研究, E-mail: 1084552755@qq.com

汪正祥, 男, 博士, 教授, 主要从事生物多样性研究, E-mail: wangzx66@hubu. edu.cn

李士超, 李亭亭, 汪正祥, 等. G-F指数测度万朝山兽类物种多样性[J]. 生态科学, 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.