云南拉沙山黑白仰鼻猴对种子传播潜力的评估

邓云丹,牛 鑫,和育超,胡善斌,李延鹏,4,6,黄志旁,4,5,*,崔亮伟,肖 文,4,5,6

1 大理大学东喜玛拉雅研究院,大理 671003

2 西南林业大学云南省高校极小种群野生动物保育重点实验室,昆明 650224

3 兰坪云岭省级自然保护区管护局,兰坪 671400

4 云岭滇金丝猴云南省野外科学观测研究站,大理 671003

5 国际生物多样性与灵长类保护中心,大理 671003

6 大理大学三江并流区域生物多样性保护与利用云南省创新团队,大理 671003

种子传播是指植物的种子受外力作用而离开母株,扩散到适宜生境成功萌发且能生长繁殖,并实现定居的过程[1]。其最有效的方式为:动物将种子吞食,在不破坏种子活力的条件下,经消化道作用随粪便排出从而传播至他处[2—3]。种子传播 (扩散) 具有重要的生态功能:传播使种子到达新的适宜生境,可避免与母树及其附近幼苗的竞争,有利于植物间的基因流动,影响植物群落组成,对维持植物种群大小和植物群落物种丰富度起关键作用[4—6]。

食果动物与种子传播的研究是生态学研究的重要方向[7],灵长类是森林生态系统中三大果食性种子传播者之一 (鸟类、蝙蝠和灵长类)[8]。灵长类取食植物果实,通过粪便将种子排放到栖息地 (午休地和过夜地),形成种子域;相对于鸟类和蝙蝠类,灵长类肠道传播对植物种子传播具有重要促进作用[9—11]。有研究发现鸟类、啮齿类及蝙蝠一般取食大型植物的果实[12—13],虽然啮齿动物会对掉落在地上的果实进行二次传播,但这不足以对植物种子的分布格局产生巨大的影响,而灵长类则会取食大型植物果实,并将其种子带离母树,进而影响大型果实种子的分布格局[14—15]。比如,哥伦比亚奎瓦国家公园的绒毛猴 (Lagothrixlagotricha) 对于大型果实的传播频率很高,且能够在颊囊内分离果肉和种子[16]。灵长类的种子传播对森林植被的更新及植物幼苗的建成有专属的作用,种子传播生态功能是无法被其它食果动物替代的。因此,了解灵长类动物种子传播的有效性 (数量、距离和萌发率),既有助于探讨森林生态系统中动植物间的互作关系,又可明确灵长类动物对森林植被更新的贡献。

种子传播有效性是评估动物对植物更新贡献的关键指标,可直观地反映植物与生境中各种传播动物之间的互惠关系,通常从传播数量和传播质量 (传播距离和萌发率) 两方面进行评估[17]。食果鸟类传播种子的数量是访问目标母树的频次与其每次访问所传播种子数量的乘积[18],传播数量决定了种子获得潜在萌发的机会,影响着植物潜在的更新能力[19]。评价植物的种子传播数量需剖析食果动物的取食行为[19—20]。目前,已有多种方法用于评价食果动物的种子传播潜力,例如:直接观察法、粪便分析法、同位素标记法、金属标记法等。直接观察法是用肉眼、望远镜等,直接观察目标动物取食、收集、搬运和贮藏种子和果实,其简单有效、成本低、应用广泛,但劳动强度大和耗时,受目视距离的限制,观察范围比较局限,很难记录到长距离的种子 (果实) 散布事件[21]。粪便分析法已是国际通用的一种食性检测方法[22],可准确地区分出动物取食植物后能排出完整种子的种类及数量,虽然动物对某一食物的喜食性与粪便当中该物质的残留量不成正比[23],但能准确反映动物消化道可传播种子的种类和数量。

中国灵长类的种子传播研究因受野外工作时间长、难以收集粪便和复杂的种子萌发实验等因素影响,仅有极少关于灵长类种子传播的研究[24—26]。如通过直接观察和收集长臂猿粪便确定西黑冠长臂猿 (Nomascusconcolor) 取食的果实种类和数量[24];基于野外粪便分析和人工笼养投喂等方式获得川金丝猴 (Rhinopithecusroxellana) 的种子肠道滞留时间和种子损坏率[27],这两项研究初步确定西黑冠长臂猿和川金丝猴是有效的种子传播者。然而对于分布于温带森林生态系统的黑白仰鼻猴种子传播生态功能的关注较少。黑白仰鼻猴 (Rhinopithecusbieti) 为我国的旗舰物种,然而对其保护呼吁的重点在其可爱和性感红唇,忽视了其生态功能,因此,开展其种子传播潜力研究将为其保护提供生态功能的视角。关于黑白仰鼻猴的种子传播生态功能研究较少,大部分研究仅关注其食性及取食的食物部位[28—32],仅有李宁等于2008—2015年通过在夜栖地和午休地收集粪便分析拉沙山黑白仰鼻猴种子传播特点[33],但仍不能评估黑白仰鼻猴种子传播的物种数和数量,其传播的种子种类和数量等尚不明确。以往评估种子传播数量是通过动物取食频次和每次取食数量的乘积来计算[19],而黑白仰鼻猴取食果实时会破坏部分种子,取食频次和每次取食数量并不能真正反映传播的数量。因此,本研究拟通过直接观察法和粪便分析法对云岭省级自然保护区拉沙山黑白仰鼻猴种子传播有效性 (传播数量) 进行评估,从取食的物种数和粪便残留物种数量两方面评价黑白仰鼻猴种子传播潜力。

1 方法

1.1 研究区

研究地点位于云南省怒江傈僳族州兰坪县云岭省级自然保护区拉沙山 (99°15′E,26°20′N),位于横断山脉南缘云岭山系的中部。拉沙山对云岭山脉动植物南上北下的交流和过渡起着重要的连接作用,是中国“三江并流”世界自然遗产地、国家级风景名胜区的重要组成部分[34]。主要保护对象为以黑白仰鼻猴和须弥红豆杉 (Taxuswallichiana) 等为代表的珍稀濒危野生动植物及其栖息环境,以及以杜鹃 (Rhododendronspp.) 为代表的高山花卉种质资源地、原始森林生态系统和兰坪县城周边重要的水源涵养地[34]。主要植被类型为暗针叶林、针阔混交林、阔叶落叶林和常绿阔叶林,年均降雨量为910 mm,85%的降雨出现在5—10月,全年可分为干季和湿季[33]。

1.2 研究对象

黑白仰鼻猴分布于云岭山脉狭长区域 (98°37′—99°41′E,26°14′—29°20′N),东以金沙江为界,西至澜沧江东侧,南起云南省云龙县,北至西藏自治区芒康县,主要分布于云南省云龙、兰坪、玉龙、维西、德钦、剑川及西藏芒康等县份[35]。黑白仰鼻猴猴群活动区域的主要植被类型为落叶阔叶林、针阔混交林、暗针叶林和针叶林[36],地衣是其最主要的食物,果实性植物也是其重要的食物[33];猴群活动范围大,日移动距离为168—3084 m[37]。本研究的对象为云岭省级自然保护区的拉沙山猴群。

1.3 数据收集与分析

1.3.1直接观察法

2018年11月—12月、2019年2月—10月,每天自猴群离开过夜地起至猴群进入过夜地休息为止跟踪猴群,在猴群活动区域对面的开阔区域用单筒望远镜观察猴群,采用瞬时扫描取样法[33],每隔20 min收集1次所观察到的黑白仰鼻猴个体行为,有取食行为时记录取食部位和种类。

1.3.2粪便分析法

2018年11月—2019年10月 (2019年7月未收集到粪便样本,于2021年7月对数据进行了补充),跟踪猴群,待其排便后,用自封袋收集其粪便,标记采集时间及地点并带回实验室。用清水浸泡至粪便散开,再用0.5 mm的筛网进行清洗[34],后放到解剖盘中分拣出粪便中残留的所有种子(含种子残渣和种皮),自然晾干后装入自封袋进行保存,标记分拣日期、浸泡时长。分别统计每粒粪便中种子有无情况、残留种子的总数、完整种子数、非完整种子数、物种数等信息。在猴群活动区域采集植物果实,在实验室进行解剖,清除果肉后拍照留档并记录物种信息,用于比对粪便中的种子的物种信息。

1.3.3数据分析

统计黑白仰鼻猴每月食果频次占取食频次的比例,及各个月份直接观察记录到的黑白仰鼻猴取食的植物果实物种数。统计2018年11月—2019年10月每月粪便总数及有完整种子粪便数、有完整种子的粪便比率 (有完整种子粪便粒数/挑洗粪便粒数) 和残留的植物种子物种数。

2 结果

2.1 直接观察评估种子传播潜力

共观察到黑白仰鼻猴取食植物11513次,其中取食果实2119次,每月平均食果比例为(15.31±20.15)%。仅在7—12月有果实取食行为,共取食13种果实。8—11月的食果比例及物种数较多,2019年9月食果比例和果实物种数达到高峰,分别为50.58%和13种。食果比例低的月份物种数少,食果比例高的月份物种数多 (表1)。

表1 2018年11月—2019年10月直接观察法收集到黑白仰鼻猴的果实取食时间比例及物种数Table 1 The percentage of time spent on fruits and the number of species consumed by Rhinopithecus bieti according to direct observation method form Nov.2018 to Oct.2019

2.2 粪便分析评估种子传播潜力

2018年11月8日—2019年10月27日及2021年7月收集的粪便中均有完整种子,共挑洗黑白仰鼻猴粪便9596粒,有4236粒粪便挑洗出完整种子,有完整种子的粪便比率为35.19%±35.43%,共分拣出植物种子18种 (图1)。2019年10月分拣出完整种子的粪便比率最高,为89.40%;2—6月黑白仰鼻猴取食果实较少,分拣出完整种子的粪便比率较低。其中9月至第二年1月,分拣出完整种子的粪便比率均大于50%。粪便种子残留显示食果高峰期为8—12月,物种数在8—12月、1月较多,8月份分拣出植物物种数最多,为12种,有完整种子残留的粪便比率高的月份分拣出的植物物种数多 (表2)。

图1 2018年11月—2019年10月粪便分析法收集到的黑白仰鼻猴取食的种子Fig.1 The seed residue in feces of black-and-white snub-nosed monkey detected by fecal analysis method Nov.2018 to Oct.2019

表2 2018年11月—2019年10月粪便分析法收集到黑白仰鼻猴有种子残留的粪便比例及物种数Table 2 Percentage of feces with seed residence and number of species of fruits consumed by Rhinopithecus bieti according to fecal analysis method form Nov.2018 to Oct.2019

2.3 综合评估黑白仰鼻猴种子传播潜力及其差异

综合两种方法发现黑白仰鼻猴种子传播物种数量不同,主要为取食果实的月份和取食果实种类有差异。从取食果实的月份来看,直接观察法11个月中仅有6个月记录到黑白仰鼻猴取食了果实类食物,而粪便分析法发现12个月都有取食果实类食物;从取食果实类食物物种数来看,粪便分析法的物种总数大于直接观察法的物种总数 (18 Vs.13)。直接观察法记录到黑白仰鼻猴取食的13种植物隶属于6科9属 (表3);通过粪便分析法发现黑白仰鼻猴消化道传播的18个形态种,其中已鉴定有9种,隶属于6科8属 (表4)。总之,结合两种方法发现黑白仰鼻猴可传播种子的植物种类共20种。

表3 2018年11月—2019年10月直接观察法收集到拉沙山黑白仰鼻猴取食果实的物种Table 3 Number fruit species consumed by the black and white supine monkeys collected by direct observation method in Mt.Lasha from Nov.2018 to Oct.2019

表4 2018年11月—2019年10月粪便分析法收集到拉沙山黑白仰鼻猴取食果实的物种Table 4 Number fruit species consumed by the black and white supine monkeys collected by fecal analysis method in Mt.Lasha from Nov.2018 to Oct.2019

3 讨论

灵长类的种子传播可促进森林植被的更新,许多灵长类动物通过种子传播促进了特定区域生境的恢复[38],然而不同的研究方法对灵长类种子传播潜力的评估结果存在差异,基于单一方法不能完整揭示食果动物的种子传播物种数和传播的种子数量[39],应综合不同研究方法评估食果动物的种子传播潜力。本研究用直接观察法和粪便分析法评估黑白仰鼻猴种子传播潜力,发现在传播物种和传播月份上存在不同,粪便分析法发现黑白仰鼻猴取食18种果实,且全年每月都可传播种子;而直接观察法发现仅有6个月取食了植物果实,共13种。这与通过两种方法比较台湾猕猴 (MacacaCyclopis) 取食的主要植物物种和取食的季节性变化模式是相似的,粪便中出现的部分植物未直接观察记录到,也有些直接观察记录到取食的植物物种未在粪便样本中发现,且对果实的取食比例因方法而异[40]。结合直接观察与粪便分析两种方法表明,云南拉沙山黑白仰鼻猴可对20种植物进行种子传播。

粪便分析是评估灵长类对植物种子传播潜力的重要途径,植物果实在灵长类取食后仅果肉被消化道消耗,种子会随粪便排出 (消化道传播),这增加了种子在新生境中萌发的机会[41]。本研究中,粪便种子残留结果增加了对黑白仰鼻猴果食性比例和种子传播的认识。以往黑白仰鼻猴食性研究仅在物候上有果实的月份记录到黑白仰鼻猴取食果实,如2008—2010年对云南拉沙山黑白仰鼻猴食性研究发现取食果实的比例仅为7.3%,且仅在6—11月观察到黑白仰鼻猴取食果实[42]。直接观察法发现黑白仰鼻猴小昌都猴群取食花或果实的比例仅为2.5%,2、3、4月未观察到取食果实行为[42]。本研究与已有研究基于直接观察法仅记录到黑白仰鼻猴1、2、3、8、9、10、11月取食果实,取食果实的比例为13.9/8.8%的结果相一致[43]。而本研究的粪便分析法发现黑白仰鼻猴全年取食果实,特别是在冬季粪便中种子残留数量极高,这说明黑白仰鼻猴冬季会在地上搜索地上果实作为其重要食物资源。因此,本研究结果增加了对黑白仰鼻猴果实性比例和种子传播月份的认识,为今后比较不同季节取食种子的传播有效性提供机会。

被传播后的种子能否萌发是评估灵长类对植物种子传播是否成功的关键,在果食性灵长类取食的果实中,有超过70%的果实中的种子在经过灵长类传播后,种子萌发率得到了提高[44]。本研究对象拉沙山黑白仰鼻猴猴群的日移动距离达 (1826.10±603.89) m[37],且黑白仰鼻猴年周期家域9.56—25.24 km2[45],因此,黑白仰鼻猴通过取食果实可将植物种子带到远离母树的区域,其种子传播区域可覆盖整个栖息地,这对于森林生态系统的维持和植被演替有潜在作用。此外,本研究发现黑白仰鼻猴取食包括成熟与未成熟的果实,可通过萌发实验来评估黑白仰鼻猴对这些果实中种子的传播质量;还发现黑白仰鼻猴在冬季取食掉落在地上的果实,探究冬季熟透的果实与其他季节未成熟或成熟果实被黑白仰鼻猴取食后其种子的萌发率是否有差异,将有利深入了解黑白仰鼻猴种子传播质量的机理。未来这些方面的研究将有助于更全面了解黑白仰鼻猴的种子传播有效性。

总之,黑白仰鼻猴全年每月都有可能传播种子,建议从生态功能视角加强黑白仰鼻猴的保护和宣传;未来对于灵长类物种的种子传播潜力可综合使用粪便分析法和直接观察法更好地评估其对植物种子传播的有效性及对森林生态系统更新的贡献。