额济纳地区蝴蝶多样性研究

单良陈玉，邸晓晨，王松，马方舟，张斌*

(1 内蒙古师范大学生命科学与技术学院，内蒙古 呼和浩特 010022；2 生态环境部南京环境科学研究所，江苏 南京210042)

蝴蝶因其寄主单一、对栖息地环境恶化做出的反应极其迅速以及对环境变化十分敏感等特点，使其成为公认的反应环境变化的指示物种[1-3]。蝶类是生物资源重要的一部分，也是生物多样性研究与保护的对象[4-5]。生物多样性在生态系统中具有极其重要的地位，且保护生物多样性能维持并改善生态环境。额济纳旗地处内蒙古自治区西北边境，气候极端干旱，生物资源匮乏[6-8]。干旱地区的生态系统极其脆弱，在人类活动的干扰下，极易发生荒漠化。近年来我国许多地区已经展开了蝴蝶多样性研究[9-13]，而内蒙古地区对蝴蝶多样性的研究较少，额济纳地区蝴蝶多样性的现状及变化趋势尚不明确，因此在该特殊生境地区开展蝴蝶类群的研究十分必要。本文根据2018年5—8月额济纳蝴蝶的观测分析，对该地区蝴蝶资源及其多样性进行研究，从而明确蝴蝶多样性的受威胁状况、种群动态变化及其反映出的环境变化问题。为保护该地区蝴蝶多样性，改善或维持该地区生态系统结构与功能提出针对性的对策。

1 研究地概况

额济纳地理位置为39°52′20″～42°47′20″N、97°10′23″～103°7′15″E，占地面积11.4万km2，东部为巴丹吉林沙漠，南与甘肃金塔贫瘠土地相连，西临甘肃北蒙古自治县，北与蒙古国接壤[14-15]。额济纳大部分地区海拔高度在1200～1400 m之间。额济纳旗为典型的大陆性温带干旱气候，冬季气候寒冷，夏季干旱少雨，昼夜温差较大，且常年受到风沙的侵袭。光照充足，热量丰富，温变剧烈，冬季极端低温低至-36.4 ℃，夏季极端高温可达42.5 ℃[16-17]。全旗大部分地区属极端干旱区，年蒸发量是降水量的近100倍。额济纳旗植被类型单一，主要为抗干旱半灌木灌丛组成，胡杨和沙枣为额济纳重要的生态物种[18-20]。

2 调查时间、地点和方法

2018年5—8月，根据全国蝴蝶多样性观测网络设置样线要求所选6条样线[4]：策克大队路、巴格吉各德嘎查、昂茨河胡杨林南、巴彦陶来农场、电厂老路、赛汉陶来农场(表1)。在蝶类活动频繁的9—17时，采用样线观测法，沿着样线，用观察、网捕和拍照结合的方式，记录样线左右5 m内的蝴蝶。对不确定的种类进行采集，置于三角纸袋内带回，分类鉴定[21-25]、整理数据。

表1 额济纳蝴蝶样线基本地理信息

3 多样性指数

多样性分析采用Shannon-Wiener指数、均匀度、优势度和物种丰富度反映物种多样性及群落特征[23]。

3.1 多样性指数(H′)

采用Shannon-Wiener公式：

H′=-∑pilnpi，pi=Ni/N,

(1)

式(1)中：pi第i种的个体比例；Ni第i种的个体数；N全部物种的个体总数。

3.2 均匀度指数(J)

采用Pielou公式：

J=H′/lnS,

(2)

式(2)中：J为均匀度；H′为Shannon-Wiener多样性指数；S为物种数。

3.3 优势度指数(D)

采用Berger-Parker公式：

D=Nmax/Nt,

(3)

式(3)中：Nmax为优势种的种群数量，Nt为全部物种的种群数量。

3.4 物种丰富度(R)

采用Margalef公式：

R=(S-1)/lnN,

(4)

式(4)中：S为物种数，N为个体数。

4 结果与分析

4.1 额济纳不同样线蝴蝶种类与数量

2018年对额济纳地区6条样线进行4次调查，共记录2859只，隶属3科6属7种(表2)。其中粉蝶科(Pieridae)3属4种1527只；灰蝶科(Lycaenidae)2属2种1325只；蛱蝶科(Nymphalidae)1属1种7只。

3科蝴蝶在6条样线分布不同。属种级水平上，属种数最多的为电厂老路6属7种；巴格吉格德嘎查6属6种；策克大队5属6种；赛汉陶来农场5属5种；巴彦陶来农场、昂茨河胡杨林4属4种。从蝴蝶个体数来看，数目最多的是赛汉陶来农815只，随后依次为电厂老路569只、巴彦陶来农场506只、策克大队496只、巴格吉格德嘎查441只、昂茨河胡杨林32只。

表2 额济纳不同样线蝴蝶种类与数量

注：A—策克大队，B—巴格吉格德嘎查，C—昂茨河胡杨林，D—巴彦陶来农场，E—电厂老路，F—赛汉陶来农场。

4.2 额济纳地区蝴蝶多样性

4.2.1 蝴蝶群落的多样性特征

根据表3可知，粉蝶科在属、种及个体数量上均最多，占有较明显的优势。额济纳地区蝴蝶物种多样性指数较低，其中粉蝶科的科级多样性指数最高，为0.7，随后依次为灰蝶科、蛱蝶科，蛱蝶科仅有1属1种，故多样性指数为0。各科优势度指数的大小为：蛱蝶科>灰蝶科>粉蝶科；各科均匀度指数大小为：灰蝶科>粉蝶科，蛱蝶科仅1种，故均匀度不存在。物种丰富度大小为粉蝶科>灰蝶科>蛱蝶科。

表3 额济纳蝴蝶群落的多样性特征

从科级上看，粉蝶科的个体数最多，属于优势科。粉蝶科的多样性和丰富度指数均最高，均匀度指数较高，且优势度指数最低。表明其物种丰富，群落结构最为稳定。灰蝶科的均匀度指数、优势度指数最高，但多样性和丰富度指数较低，表明灰蝶科物种较单一，其科内优势种较为突出。蛱蝶科的个体数和种类均最少，其在该地区物种匮乏。

4.2.2 不同样线蝴蝶群落的多样性特征

由表4可知，不同生境下的蝴蝶种类及个体数皆存在差异，但由于额济纳地区生态环境恶劣，样线之间生境差异较小，物种多样性普遍较低且差异不大。其中样线B的种级多样性最高，为1.2266；样线D的种级多样性最低，为0.9434。种级多样性指数H’的顺序是：B>E>A>C>F>D；均匀度指数的顺序是：C>F>B>D>A>E；优势度指数的顺序是：D>F>A>B>E>C；丰富度指数的顺序是：E>B>A>C>F>D。

表4 不同样线蝴蝶群落的多样性特征

注：A—策克大队，B—巴格吉格德嘎查，C—昂茨河胡杨林，D—巴彦陶来农场，E—电厂老路，F—赛汉陶来农场。

4.2.3 蝴蝶群落的动态变化

本文统计了各月份蝴蝶的种类数、个体数、多样性指数(H′)、均匀度指数(J)、物种丰富度(R)等。由图1可知，蝴蝶种类数量的高峰期为7月，共7种；5月蝴蝶种类最少，共3种。个体数量的高峰也出现在7月，共1818只；5月蝴蝶个体数量最少，共44只。由图2可知，多样性指数从5月到7月逐渐上升，并于7月达到最高点，从7月至8月缓慢下降。丰富度在5月至6月逐渐上升，并于6月达到最高点，从6月到9月逐渐下降，9月达到最低点。数据表明，蝴蝶群落的多样性指数和物种丰富度均在6、7月较高，此时多数蝴蝶的寄主植物较为繁茂，温度和水分最佳。蝶类对微环境十分敏感，易受气候等条件影响。额济纳地区5月到8月的温差极大，春季气温陡升、秋季气温骤降，导致各月份蝴蝶种数与个体数出现大幅度变化，7月气温等条件最接近蝴蝶最适生存条件，故物种数及个体数达到峰值。额济纳地区气候恶劣，植物资源比较单一，外加人为干扰，使其蝴蝶种类较少、蝴蝶多样性参数的差异并不明显。

图1 额济纳蝴蝶物种数和个体数的时间动态

图2 蝴蝶群落多样性特征的时间动态

5 结论与讨论

本研究对额济纳地区进行蝴蝶多样性的初步调查，共记录蝴蝶2859只，隶属3科6属7种。种类组成及多样性分析结果表明：3科蝶类资源中，粉蝶科有较高的物种多样性，该科较适应额济纳地区的综合生境。其中，部分优势种突出，菜粉蝶、豆灰蝶个体数量均超过1000只。这两物种本为广布种，观测时又处于爆发时期，使其个体数量上具有一定优势。

不同样线间蝴蝶群落多样性结果表明：蝶类对寄主植物有很强的专一性，蝴蝶的群落组成与植被的物种构成、丰富程度密切相关。由于额济纳地区植被类型较单一，生境差异较小，导致不同样线物种多样性差异不明显。样线A、B植被类型相对丰富，主要为灌木丛以及草本植物，人为因素干扰较小，该处多样性指数较高，丰富度也相对较高，是调查研究额济纳地区蝴蝶多样性的理想区域。样线C的植被主要以胡杨及灌草层植物为主，植物多样性较低、植被覆盖面积小，使其易受环境因子和人为活动影响，从而使其多样性指数较低，物种数及个体数极少。样线D、F主要是农作物种植区，植被单一，人为干扰相对较大，加之长期使用农药，造成蝴蝶多样性和丰富度偏低，菜粉蝶、云粉蝶和斑缘豆粉蝶等农业害虫较多，使其优势度指数较高。样线E植被类型相对丰富，高大乔木、灌木与草本植物生长相对茂盛，水源丰富，蝴蝶多样性较高、丰富度最高，是调查研究额济纳地区蝴蝶多样性的理想区域。上述结果充分证明了生境越复杂、蝶类物种越丰富。

额济纳蝴蝶种群变化具有明显的时序特征，该地区从7至8月平均气温逐渐升高，蝶类种群及个体数量也开始上升，并于7月达到最大值。该地区植被类型相对单一，一方面使其优势种个体数量激增、种群密度大幅度增加，另一方面使其各样线蝴蝶多样性差异不明显。

额济纳作为典型的干旱地区，恶劣的生境是生物多样性面临的最重要的威胁，干旱环境的生态系统极其脆弱，在人类活动的干扰下，极易发生荒漠化，导致物种多样性迅速降低，生境质量日益下降，许多生物得不到应有的保护。这对额济纳生态环境和周边环境造成了严重影响，更使我国北方重要生态屏障遭到破坏。应提高植被类型、增大植被面积，加强生物多样性保护，尽量减少并控制人类活动对该地区生态系统的干扰和破坏，减少森林大气和土壤的污染，才会有利于物种多样性的稳定和生态环境的持续发展。