陕北地区黄陵县与榆阳区蝴蝶多样性

孙 明,王 兴,郭子坤,胡 凯,袁向群

(西北农林科技大学 植物保护学院,陕西杨陵 712100)

蝴蝶隶属于鳞翅目(Lepidoptera)有喙亚目(Glossata)双孔次亚目(Ditrysia)[1],在野外易于识别、捕捉和鉴定,对栖息环境的要求较高,并且对气候、光线、栖息地植被及不断发生的微环境变化十分敏感,能够快速响应生境特征的变化[2],蝴蝶的生态特性和生境要求多样,不同地区蝴蝶种类组成、分布、种群数量及群落结构等特征可直接反映该地生态系统健康及生物多样性状况[3]。蝶类多样性一定程度上可以替代植物多样性,方便快捷地指示生境的质量[4-5]。气候变化[6]、人类活动对生境的干扰[7]、生态环境质量的好坏[8]、生态环境的风险评估与预警[9]等都可通过蝴蝶多样性来了解,因此蝴蝶常被作为环境监测的有效指示物种,用于监测区域环境变化[10]。

陕北地区在行政区划上包括榆林和延安两个地级市,为温带半干旱大陆性季风气候。西北部气温干燥,年平均气温8～12 ℃,年平均降水量350～600 mm[11],具有典型的半荒漠、荒漠化生态环境多样性和独特的自然地理景观;东南部年平均气温8.5～12 ℃,年平均降水量为500～650 mm[12]。榆阳区位于榆林市境内,处毛乌素沙地与黄土高原过渡地带,区域内生态环境比较脆弱[13];黄陵县位于陕西省中部偏西,延安市南部,属于典型的黄土高原丘陵沟壑地貌, 温带大陆性季风气候,是国内生态环境脆弱区。目前对榆阳区和黄陵县的蝴蝶资源尚未进行过研究,缺乏较系统的多样性调查与评估。

本研究作为全国蝴蝶多样性观测的一部分,在延安市黄陵县和榆林市榆阳区各设置5条样线,于2016-2018年蝴蝶活动频繁期进行12次调查,旨在比较两地蝴蝶群落结构特点,并为陕北地区蝴蝶资源本底调查和环境监测提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

黄陵县地处陕西省延安市南部 (108°36′-109°27′E,35°20′-35°49′N),多为以峁为主的峁梁沟壑丘陵区和以梁为主的黄土梁状低山塬涧丘陵沟壑区,植物资源丰富,森林覆盖率较高,平均海拔为1 000 m,年均日照时长2 413 h,年平均温度11.2 ℃,最热月7月的月最高气温28.27 ℃,最冷月1月的月最低气温-9.34 ℃,年降水量556 mm。榆阳区位于陕西省北部、榆林市中部 (108°58′-110°24′E,37°49′- 38°58′N),地理环境独特,是中国半干旱地区过渡为干旱地区的农牧交错带[14],包括北部风沙草滩区和南部黄土丘陵沟壑区,是典型的大陆性季风气候,四季冷暖分明,植被覆盖率较低,水文条件较差,年均日照时长2 502 h,年均温度8.3 ℃,最热月7月的月最高气温30.0 ℃,最冷月1月的月最低气温 -15.1 ℃,年降水量412 mm。

1.2 样线设置

分别在陕北地区的延安市黄陵县(图1左)和榆阳市榆阳区(图1 右)设置两样区,在每个样区内,沿公路、小径、步道设置5条样线(表1),每条样线长度2km,并将样线划分成 10 个样段,每样段 200 m。

表1 黄陵县与榆阳区蝴蝶多样性调查样线信息Table 1 Line transect information of survey on diversity of butterflies in Huangling county and Yuyang district

图1 黄陵县(左)和榆阳区(右)蝴蝶调查样线分布情况Fig.1 Distribution of surveyon transects of butterflies in Huangling county (left) and Yuyang district (right)

1.3 调查方法

调查时间为2016-2018年每年5月至8月,于每月月末进行观测,每次调查时间不超过5 d。根据《生物多样性观测技术导则——蝴蝶》(HJ710.9-2014)调查观测,观测人员保持固定,观测时沿样线缓慢匀速前行,速度 1～1.5 km/h,记录样线左右2.5 m、上方5 m、前方5 m 范围内见到的所有蝴蝶的种类和数量。若蝴蝶数量过大,登记估计值或使用相机拍摄后计数,对于不能确定的种类,网捕后进行鉴定,种类确定后原地释放;当场不能确定的种类,少量网捕并编号,带回实验室鉴定[15-16]。

采用目前国际通用的5科分类系统,依据《中国蝴蝶图鉴》[1]《中国蝶类志》[17]《中国蝴蝶分类与鉴定》[18]《中国灰蝶志》[19]和《中国动物志昆虫纲第55卷鳞翅目弄蝶科》[20]等参考资料进行种类鉴定。

1.4 数据分析

利用Excel 2010和SPSS 19.0对调查记录的结果进行整理,计算Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson优势度指数、Margalef丰富度指数和Jaccard相似性系数以进行蝶类多样性分析与相似性分析[21]。

式中Ni为第i种的个体数,N为总个体数;Pi为第i种的个体数占总个体数的比例。

Pielou均匀度指数(J)公式:J=H′/lnS,式中S为物种总数。

Simpson优势度指数(D)公式:

Margalef丰富度指数(R)公式:R=(S-1)/lnN

Jaccard相似性系数(Cj)公式:Cj=j/(a+b-j)

j为两个群落或样地共有种数;a和b分别为样地A和样地B的物种数。根据 Jaccard 相似性系数原理,当Cj=0.00～0.25 时,为极不相似;当Cj=0.25～0.50 时,为中等不相似;当Cj=0.50～0.75 时,为中等相似;当Cj=0.75～ 1.00 时,为极相似[22]。

2 结果与分析

2.1 黄陵县与榆阳区蝴蝶群落特征

2016-2018年共记录蝴蝶标本11 989号,经鉴定隶属于粉蝶科、凤蝶科、蛱蝶科、弄蝶科及灰蝶科5科54属78种,其中蛱蝶科的属、种、个体数最多,多样性指数(2.383 8)以及丰富度指数 (4.200 5)最高;凤蝶科的属、种数最少,丰富度指数(0.599 5)最低,其优势度指数(0.654 8)最高;弄蝶科个体数最少,有363号,均匀度指数 (0.715 9)最高;黄陵县共记录5科51属72种 5 805号(表2),其中蛱蝶科属、种及个体数最多(24属33种),多样性指数(2.480 6)及丰富度指数(4.063 0)最高;凤蝶科3属5种,多样性指数(1.003 3)及丰富度指数(0.603 9)最低,优势度指数(0.491 9)最高。榆阳区共记录标本5科34属43种6 184号(表3),灰蝶科的属、种、个体数最多(10属12种),多样性指数(1.695 1)及均匀度指数(0.682 2)最高,优势度指数(0.242 2)最低;凤蝶科属、种、个体数最少(2属3种)。

表2 黄陵县蝴蝶群落数量特征Table 2 Quantitative characteristics of butterfly communities in Huangling county

表3 榆阳区蝴蝶群落数量特征Table 3 Quantitative characteristics of butterfly communities in Yuyang district

2.2 黄陵县和榆阳区蝴蝶群落时间动态

2016-2018年调查结果显示,黄陵县5-8月共有种包括斑缘豆粉蝶(Coliaserate)、菜粉蝶(Pierisrapae)、灿福蛱蝶(Fabricianaadippe)、橙昙灰蝶(Lycaenadispar)、豆灰蝶(Plebejusargus)、多眼灰蝶(Polyommatuseros)、柑橘凤蝶(Papilioxuthus)、红珠灰蝶(Lycaeidesargyrognomon)、黄钩蛱蝶(Polygoniac-aureum)、金凤蝶(Papiliomachaon)、孔雀蛱蝶(Inachisio)、蓝灰蝶(Everesargiades)、老豹蛱蝶(Argyronomelaodice)、琉璃灰蝶(Celastrinaargiola)、绿豹蛱蝶(Argynnispaphia)、牧女珍眼蝶(Coenonymphaamaryllis)、霓纱燕灰蝶(Rapalanissa)、麝凤蝶(Byasaalcinous)、小红蛱蝶(Vanessacardui)、小环蛱蝶(Neptissappho)、扬眉线蛱蝶(Limenitishelmanni)、云粉蝶(Pontiaedusa)、中华爱灰蝶(Ariciamandschurica)。

2016-2018年调查结果表明,榆阳区5-8月共有种包括斑缘豆粉蝶、菜粉蝶、橙黄豆粉蝶(Coliasfieldii)、橙昙灰蝶、豆灰蝶、多眼灰蝶、红珠灰蝶、金凤蝶、蓝灰蝶、牧女珍眼蝶、小红蛱蝶、云粉蝶、中华爱灰蝶。

黄陵县调查记录个体数7月>6月>8月>5月,种数5月>6月>7月>8月,5月丰富度 (7.388 6)最高;榆阳区调查记录蝴蝶个体数6月>7月>5月>8月,种数6月>7月>8月 = 5月,6月丰富度(4.405 9)最高,5月的丰富度指数(2.878 1)最低(表4)。结果表明黄陵县和榆阳区的蝴蝶活动频繁期存在时序差异。

表4 蝴蝶群落时间动态Table 4 Temporal dynamics of butterfly communities

2.3 各样线蝶类物种多样性

黄陵县各样线共有种30种(表5),爱珍眼蝶(Coenonymphaoedippus)、斑缘豆粉蝶、菜粉蝶、灿福蛱蝶、斗毛眼蝶(Lasiommatadeidamia)、豆灰蝶、多眼灰蝶、柑橘凤蝶、黑脉蛱蝶(Hestinaassimilis)、红珠灰蝶、花弄蝶(Pyrgusmaculatus)、黄钩蛱蝶、金凤蝶、孔雀蛱蝶、蓝灰蝶、老豹蛱蝶、琉璃灰蝶、绿豹蛱蝶、牧女珍眼蝶、霓纱燕灰蝶、嵌带弄蝶(Loboclaproxima)、麝凤蝶、丝带凤蝶(Sericinusmontelus)、小红蛱蝶、小环蛱蝶、小赭弄蝶(Ochlodesvenata)、扬眉线蛱蝶、直纹稻弄蝶(Parnaraguttata)、中华爱灰蝶、卓矍眼蝶(Ypthimazodia)。

表5 黄陵县与榆阳区不同样线蝴蝶种类与数量Table 5 Species and individual number of butterflies in different lines in Huangling county and Yuyang district

榆阳区各样线共有种11种,斑缘豆粉蝶、菜粉蝶、豆灰蝶、多眼灰蝶、红珠灰蝶、蓝灰蝶、琉璃灰蝶、牧女珍眼蝶、小红蛱蝶、云粉蝶、中华爱灰蝶。

两样区各样线共有种10种,包括斑缘豆粉蝶、菜粉蝶、中华爱灰蝶、豆灰蝶、红珠灰蝶、蓝灰蝶、琉璃灰蝶、多眼灰蝶、小红蛱蝶、牧女珍眼蝶。各样线均有粉蝶科、凤蝶科、蛱蝶科、弄蝶科、灰蝶科5科蝴蝶分布。

研究结果显示,阔叶林生境的连达沟蝴蝶属、种数最高,其次属于灌丛、灌木林生境的寺沟、阿党、黄帝陵,黄陵县样区各样线蝴蝶多样性指数及均匀度和丰富度均高于榆阳区,各样线优势度均低于榆阳区(表6)。各样线多样性与均匀度表现一致,大小依次为A3>A2>A4>A1>A5>B5>B1>B4>B3>B2。优势度大小依次为B2>B3>B4>B1>B5>A5>A1>A4>A2>A3。丰富度指数大小依次为A1>A2>A4>A3>A5>B5>B3>B1>B2>B4。黄陵县的蝴蝶物种多样性、均匀度及丰富度皆高于榆阳区,榆阳区的蝴蝶种群优势度高于黄陵县。

表6 黄陵县与榆阳区不同样线蝴蝶多样性Table 6 Diversity index of butterfly communities in different lines in Huangling county and Yuyang district

2.4 两样区各样线蝴蝶群落相似性比较

黄陵县寺沟、阿党、黄帝陵的蝴蝶群落结构表现为极相似,其余各样线间中等相似(表7);榆阳区生境类型属于风沙草滩区的芹河乡、小纪汗乡与处于黄土沟壑区的麻黄梁为中等不相似,其余各样线间为中等相似(表8)。黄陵县样区与榆阳区之间相似性系数约为0.47,两样区中等不相似。

表7 黄陵县不同样线蝴蝶共有种数及相似性系数Table 7 Common butterfly species in different lines (above the diagonal) and similarity coefficient (below the diagonal) in Huangling county

表8 榆阳区不同样线蝴蝶共有种数及相似性系数Table 8 Common butterfly species in different lines (above the diagonal) and similarity coefficient (below the diagonal) in Yuyang district

3 讨 论

本研究经过3 a调查,发现延安市黄陵县蝶类5科51属72种,榆林市榆阳区蝶类5科34属43种,共记录蝴蝶标本5科54属78种。黄陵县样区与榆阳区样区共有种35种,各样线共有种10种,其中斑缘豆粉蝶、菜粉蝶、豆灰蝶、蓝灰蝶和牧女珍眼蝶为榆阳区常见种,与毛乌素沙地常见蝴蝶种类相似[23],这可能是由于榆阳区与毛乌素沙地地理位置相近,气候相似;黄陵县调查记录蝶类与延安市区记录蝶类共有种25种[24];延安北河流域蝴蝶群落多样性调查记录蝴蝶75种[25],本调查为延安市补充记录蝴蝶23种。

蝴蝶群落动态的时序差异取决于气候条件、寄主可利用性及其遗传特性,幼虫食物资源的可变性和花蜜的可利用性,也会影响该地区的蝴蝶物种丰富度及优势度的时间格局[26-27]。黄陵县和榆阳区蝴蝶活动频繁期存在时序差异,调查时间为5-8月月末,黄陵县5月的蝴蝶多样性和丰富度最高,而榆阳区蝴蝶多样性与丰富度在6月出现峰值。黄陵县植物类型包括灌丛、落叶阔叶林、草地等,而榆阳区主要植被为杂草和栽培植被,如玉米、马铃薯,黄陵县植物资源相较于榆阳区更为丰富,可被幼虫食用的植物更多,气候条件更适宜植物生长,开花植物的花期稍早于榆阳区;榆阳区位于榆林市境内,具体位置为毛乌素沙地与黄土高原过渡区域,区域内生态环境比较脆弱可能是造成两样区蝴蝶活动频繁期差异的原因之一。此外,两地区蝴蝶群落中等不相似,群落物种组成存在差异,黄陵县与榆阳区的蝴蝶物种组成也可能是造成蝴蝶群落的月份动态差异的重要因素。

蝴蝶群落相似度主要受生境中植被异质性和人为干扰程度的影响[16]。两样区生境类型、主要植被类型及受到人为干扰程度等差异,使蝴蝶物种组成相对独立,两样区蝴蝶群落相似性表现为中等不相似。黄陵县的蛱蝶科多样性指数与丰富度最高,凤蝶科优势度最高;榆阳区记录蝴蝶中灰蝶科多样指数与丰富度最高。有研究[28-29]表明,蝴蝶多样性与生境植被资源密切相关。寺沟、阿党、黄帝陵的植被类型组成相似,其蝴蝶群落相似性为极相似,同时由于植被覆盖度较高,蜜源植物丰富,生境质量较好,能够满足蝴蝶的正常生长发育与繁殖,因此这些样线的蝴蝶多样性指数及物种丰富度较高。寄主、蜜源植物资源是影响蝴蝶物种丰富度和群落多样性的重要因素[30-31],植被类型多样、覆盖度高对蝴蝶多样性与丰富度有积极影响[32]。黄陵县样区植被类型主要为灌丛、阔叶林,植被类型多样,覆盖率较高,蝴蝶种类、数量、多样性指数和均匀度指数高、优势度指数低。榆阳区样区环境包括风沙草滩和黄土丘陵沟壑区,土壤沙质化严重,空气湿度与植被覆盖度低,分布植被多为农作物、天然杂草,蝴蝶多样性指数低,而优势度指数高。农田集约化和区域寄主植物种类单一,导致蝴蝶缺少营养资源,不利于蝴蝶生存与繁殖[33-34]。小纪汗乡、芹河乡、牛家梁镇等风沙草滩区、沙漠改良区、煤炭恢复区的环境湿度与植被覆盖度低、寄主植物种类单一,不能满足多种蝴蝶成虫对蜜源的要求和幼虫取食的需要,而麻黄梁镇具典型的黄土沟壑地貌,其寄主植物种类较风沙草滩区多,环境湿度较高,与榆阳区其他样线相比其蝴蝶多样性指数较高。在自然条件较差的情况下提升蝴蝶多样性和丰富度很大程度依赖于合理的人为改良,因此建议对土壤贫瘠、天然植被覆盖度低的地区进行适当改造,以改善生境质量,丰富当地蝴蝶资源。