基于城市化梯度的广州市蝴蝶群落结构及其物种多样性分析

摘 要：蝴蝶是城市化对生物多样性影响评价的重要指示物种，为了探究广州市蝴蝶群落多样性与生境类型、城市化之间的关系。2023 年按照城市化梯度，选取 0～2 000、2 000～4 000、10 000 m 以外范围的 6 条样线，并按照样线内植被类型将其划分为近自然植物群落及人工植物群落，采用样线调查法对蝴蝶的种类和数量进行调查并统计分析。结果表明：6 条样线共调查蝴蝶8 科 32 属 45 种，优势种为矍眼蝶 Ypthima balda；研究区域内蝴蝶 Margalef 种类丰富度指数、Shannon-Wiener 指数、Simpson 指数、Pielou 物种均匀度指数、Simpson 优势度指数均为近自然植物群落样线＞人工植物群落样线；蝴蝶群落特征中科属种的数量、Margalef 种类丰富度指数、Simpson 优势度指数、Shannon-Wiene 指数及 Simpson 指数均与距城市中心距离呈正相关关系，与可达方式呈负相关关系；Pielou 均匀度指数与距城市中心距离呈负相关关系而与可达方式呈正相关关系；蝴蝶属的数量及 Shannon-Wiene 指数受人为活动影响较为明显。由此可见生境类型和人类活动对蝴蝶物种分布具有重要影响，且城市化对广州市蝴蝶多样性具有较为显著的影响。

关键词：城市化；蝴蝶；多样性

中图分类号：Q968 文献标志码：A

文章编号：0253−2301（2024）05−0049−06

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2024.05.009

Analysis of Butterfly Community Structure and Species Diversity in Guangzhou City Based on Urbanization Gradient

SUN Shuang-shuang，YE Zhen，LUO Hai-lin，HUANG Chun-rong，XU Rui， ZHONG Zhi-qiang，LI Yu，PAN Kai-jun，LIANG Di-wen＊

（South China Institute of Environmental Sciences， Ministry of Ecology and Environment of the People’s Republic of China / State Key Laboratory of Environmental Protection Urban Ecological Environment Simulation and Protection，Guangzhou， Guangdong 510655， China）

Abstract： Butterflies are important indicator species for evaluating the impact of urbanization on the biodiversity. In order to explore the relationship among the butterfly community diversity， habitat types， and urbanization in Guangzhou. In 2023， based on the urbanization gradient， six sampling lines were selected from the range of 0−2 000m， 2 000−4 000 m and 10 000 m away， and were divided into the near-natural plant communities and artificial plant communities according to the vegetation forms within the sampling lines. The line transect sampling method was used to investigate and statistically analyze the species and quantity of butterflies. The results showed that a total of 45species belonging to 32 genera and 8 families of butterflies were investigated in the six sampling lines， with the dominant species being Ypthima balda. The Margalef species richness index， Shannon-Wiener index， Simpson index，Pielou species evenness index and Simpson dominance index of butterflies in the study area were all near-natural plant community sampling lines＞artificial plant community sampling lines. The number of families， genera and species，Margalef species richness index， Simpson dominance index， Shannon-Wiene index， and Simpson index in the community characteristics of butterfly were positively correlated with the distance from the city center and negatively correlated with the accessibility. The Pielou evenness index was negatively correlated with the distance from the city center and positively correlated with the accessibility. The number of butterflies and the Shannon-Wiene index were significantly influenced by human activities. It could be seen that the habitat types and human activities had important impact on the distribution of butterfly species， and the urbanization had relatively significant impact on the butterfly diversity in Guangzhou.

Key words： Urbanization；Butterfly；Diversity

广州市地处珠江三角洲，濒临南海，海洋性气候特征显著，海洋和大陆对广州市气候都有明显的影响。广州市各地年平均气温在 21.5～22.2℃，雨水资源丰富，平均年降水量为 1800 多 mm，年降水日数在 150 d 左右。广州市的自然条件为多种动物栖息繁衍和植物生长提供良好的生态环境。蝴蝶对于植物的高度专一性，尤其体现在幼虫，对研究城市内部生物多样性具有重要的作用。蝴蝶对气候和光线非常敏感。一旦生境恶化，蝴蝶会立即做出反应，速度通常比其寄主植物快 3～30 倍，蝴蝶对自然环境变化的敏感表现，因此众多学者把蝴蝶作为环境指示物种。在研究蝴蝶和植物之间协同进化关系中，蝴蝶多样性程度可以反映出该城市生境的优良度。多位学者提出城市蝴蝶的保护和恢复对于城市生态环境来说至关重要，蝴蝶的多样性特征可以作为城市生境质量和环境变化的指标。蝴蝶是城市化对生物多样性影响评价的重要指示生物。2021 年 11 月生态环境部印发了《区域生态质量评价办法（试行）》，生态质量指数“EQI”首次纳入了“十四五”生态环境保护主要指标。《区域生态质量评价方法（试行）》中生物多样性指标已经把蝴蝶作为区域生态质量评价指数之一，目前华南地区缺少系统性数据。因此，开展广州市城市蝴蝶多样性保护和恢复，对快速城市化区域尤为迫切。

本研究根据广州市现有生态系统，基于实际调查数据，阐明广州市蝴蝶群落物种分布情况，分析蝴蝶多样性与城市化和生境之间的关系，以期为该地区蝴蝶物种多样性保护提供基础数据并提出相应的保护建议。

1 材料与方法

1.1 样线设置

按城市化梯度选取广州市距城市中心分别为0～2 000、2 000～4 000、10 000 m 以外范围的城市公园（风景区）内设置样线，具体样线设置见表 1。

0～2 000 m：样区为广州市区，选取两条样线LH、YC。LH 为流花湖公园，主要是人工自然植物群落，生境以人工植物群落为主，硬质化面积较小，水域面积较大但植被组成较为简单，乔木以榕树 Ficus microcarpa、宫粉羊蹄甲 Bauhinia varie gata L。YC 为盈翠公园，主要是近自然植物群落，周围为小区、道路等，公园内部植被覆盖率高且以高大常绿阔叶林为主，乔木以荔枝 Litchi chinensis Sonn、乌桕 Triadica sebifera（L.）Small、高山榕 Ficus altissima Blume 为主。

2 000～4 000 m：样区为广州市区，选取两条样线 LW、ZJ。LW 为荔湾湖公园，位于广州市荔湾区，人流量较大，交通较为便捷，周围多为住宅区，生境以人工植物群落为主，水域及硬质化面积较大，植被组成较为简单，乔木以高山榕、榕树Ficus microcarpa 为主。ZJ 为珠江公园，周围为住宅区，人流量较大，生境以人工植物群落及近自然植物群落相结合，公园内部植被覆盖率高且以高大常绿阔叶林为主，乔木以榕树、凤凰木 Delonix regia（Bojer）Raf 为主。

10 000 m 以外：样区为广州郊区，选取两条样线 XX、BS。XX 为从化星溪线，主要是位于从化郊区内，人为干扰少，道路密度小，以土路、砂石路为主，环境污染小，乔木以毛竹 Phyllostachys edulis（Carrière）J. Houz.、榕树等为主。BS 为增城区白水寨风景区，位于增城郊区，风景区内植被覆盖率高且以高大常绿阔叶林为主。

1.2 试验方法

调查分别于 2022−2023 年分 6 次进行，每次对所有样线采样 1 次；采用样线法调查，以广州市为总体，根据景观类型的不同层次，每一层为一副总体，根据副总体内生态类型的具体分布情况，按照随机等概的原则布置样线，样线的数量满足抽样强度及统计量的要求。样线长 2 km，网捕法采集，将采集的蝴蝶存放在注明时间、地点及采集人的三角纸袋内带回试验室进行标本制作和分类鉴定[1−4]。

1.2.1群落结构调查 根据 HJ 710.9—2014《生物多样性观测技术导则蝴蝶》观测方法对广州市不同城市化梯度下城市公园进行蝴蝶多样性调查，样线长度为 2 km，观测时沿样线缓慢匀速前行，速度1～1.5 km·h−1。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。对于不能确定的种类，如小型蝴蝶或特征不明显、难以鉴定的蝶类，网捕鉴定后放生；对于不易识别的蝴蝶采集标本带回实验室进行鉴定。蝴蝶鉴定参考《中国蝴蝶原色图鉴》[1]和中国蝶类图谱[2]。

1.2.2物种多样性分析 根据蝴蝶样线调查结果对蝴蝶数量、种类、Margalef 物种丰富度指数、Shannon-Wiener 指数、Simpson 指数、Pielou 均匀度指数、Simpson 优势度指数、相对多度等进行分析。

Margalef 物种丰富度指数（R1）： R1 =（S−1）/lnN。

Shannon-Wiener 指数（H）： H = −∑Pi lnPi（ i =1，2，3，···，S）。

Simpson 指数（D）：D = 1−∑P2i

Pielou 均匀度指数（E）：E = H/Hmax（ Hmax =lnS）。

Simpson 优势度指数 （D’）： D’= 1−∑［Ni（Ni−1）/N（ N−1）］（i=1，2，3，···，S）。

相对多度 （Ｒa）：Ｒa = Ni/N×100% 。

式中，Ni 为物种 i 的个体数，N 为调查的总个体数，S 为调查的总物种数，Pi 为物种 i 的个体数占总个体数的比例。当Ｒa＞10% 时，该物种为该样线的优势种[3]。

1.2.3相关性分析 采用 SPSS 22.0 对不同生境和城市化梯度样线中蝴蝶群落组成、多样性指数进行相关分析，采用 Pearson 相关系数及双侧检验差异显著性， 观察在 0.05 和 0.01 水平上是否具有统计学显著性。

2 结果与分析

2.1 蝴蝶群落组成分析

2.1.1广州市不同城市化梯度蝴蝶数量分布特征由表 2 可知，通过对选取的广州市 6 条样线进行蝴蝶群落多样性调查，共统计蝴蝶 8 科 32 属45 种。其中科的数量最多的是样线 LH、YC、BS，均占总科数量的 87.50%，最少的是 LW，仅占总科数量的 37.5%；属的数量较多的是距城市中心距离最远的 BS，占总属数量的 43.75%，最少的是 LW，占总属数量的 9.38%；种的数量最多的是距城市中心距离最远的 BS，占总的种数量的42.22%，最少的是 LW，仅占总的种数量的 8.89%。蝴蝶数量最多的是 BS，占总数量的 27.54%，最少的是 LW，仅占总数量的 5.08%。样线可达方式数量排序分别为 LW＞LH=YC＞ZJ＞XX=BS。

2.1.2广州市不同城市化梯度蝴蝶科的分布特征不同科蝴蝶的数量在不同样线分布有较为明显的区别。各科蝴蝶出现数量分别为凤蝶科＞蛱蝶科＞粉蝶科＞眼蝶科＞灰蝶科＞弄蝶科＞斑蝶科＞蚬蝶科（图 1）。其中凤蝶科在 6 条样线均有分布，且在 XX 分布数量最多；蛱蝶科、粉蝶科、灰蝶科在 5 条样线中有分布，其中蛱蝶科、粉蝶科在 BS 分布较多，灰蝶科在 ZJ 分布较多；眼蝶科在 4 条样线中有分布，且在 YC 分布较多；弄蝶科在 3 条样线中均有分布，且在 XX 分布较多；斑蝶科仅在其中 2 条样线内（ZJ、XX）有分布，且数量较少；分布最少的是蚬蝶科，仅在 YC 出现，有且只发现 1 头。

2.1.3广州市不同生境内蝴蝶分布特征 广州市不同生境蝴蝶群落多样性指数间存在差异（图 2）。调查中发现 LH、LW、ZJ 等样线内植被主要以人工栽培园林植物为主，样线中有蝴蝶 7 科 15 属19 种 67 头，分布较多的是粉蝶科，其次是凤蝶科，分布较少的是弄蝶科和斑蝶科，蚬蝶科在以人工植物群落为主的绿地中未分布；分布数量最多的是玉带凤蝶（13 头），其次是迁粉蝶（12 头），有 5 个蝴蝶仅记录 1 头。YC、XX、BS 以近自然植 物 群 落 为 主 的 样 线 中 包 含 8 科 25 属 33 种166 头，蝴蝶数量远高于以人工植物群落为主的样线，样线中分布较多的是凤蝶科，其次是蛱蝶科，分布较少的是斑蝶科和蚬蝶科；分布数量最多的是矍眼蝶（41 头），其次是玉带凤蝶、报喜斑粉蝶、黄襟蛱蝶（均为 15 头），有 14 种蝴蝶仅记录数量为 1 头。

2.2 蝴蝶群落多样性分析

调查结果显示（表 3），蝴蝶物种数量排序分别为BS＞XX＞LH＞YC＞ZJ＞LW，Margalef 种类丰富度指数为 BS＞XX＞LH＞YC＞ZJ＞LW，Simpson优势度指数为 BS＞XX＞LH＞YC＞ZJ＞LW，其中 BS、XX 物种数量、Margalef 种类丰富度指数及 Simpson 优势度指数较高，样线 BS、XX 均位于远离城市中心的郊区，物种资源丰富，人为活动影响较少；LW、ZJ 中蝴蝶物种数量、Margalef种类丰富度指数及 Simpson 优势度指数较少，且均为人工植物群落，生境内植物种类较为单一，人流量较大，人类活动影响较大；LH、YC 中蝴蝶物种数量、Margalef 种类丰富度指数及 Simpson 优势度指数处于中等位置，其区域范围内或周围物种资源较为丰富。蝴蝶 Pielou 物种均匀度指数为LW＞LH＞ZJ＞XX＞YC＞BS，Pielou 物种均匀度指数较高区间的是 2000～4000 m 区间的绿地，其蝴蝶分布较为均匀，主要原因是蝴蝶种类较少且生境较为简单，处于较低水平的是 0～2 000 m 区间及 10000 m 以外的绿地，其蝴蝶种类及数量较多，区域内物种资源丰富生境较为复杂。蝴蝶Shannon-Wiener 指数排序为 BS＞LH＞XX＞ZJ＞YC＞LW，Simpson 指数排序均为 LH＞BS＞ZJ＞XX＞LW＞YC，说明在 BS、LH 样线中蝴蝶多样性较高，LW、ZJ 两条样线多样性较小，其主要原因是近自然植物群落的生境类型物种资源较为丰富且距城市中心距离较远，人为活动影响较小。

2.3 蝴蝶群落多样性与人类活动相关性分析

由表 4 可知，蝴蝶群落特征中科属种的数量、Margalef 种类丰富度指数、Simpson 优势度指数、Shannon-Wiene 指数及 Simpson 指数均与距城市中心距离呈正相关关系，而与可达方式呈负相关关系，其中蝴蝶属的数量和 Shannon-Wiene 指数与可达方式呈显著负相关关系，即蝴蝶多样性受人类活动影响较为明显；Pielou 物种均匀度指数与距城市中心距离呈负相关关系与可达方式呈正相关关系。因此蝴蝶群落多样性与人类活动有相关性关系，其中人类活动越明显蝴蝶科属种的数量、Margalef 种类丰富度指数、Simpson 优势度指数、Shannon Wiene 指数及 Simpson 指数越低，而 Pielou 物种均匀度指数越高。

3 讨论与结论

3.1 蝴蝶多样性与绿地植被类型关系分析

本调查中可以发现，绿地植被类型越丰富，蝴蝶科属种数量越多，在调查中可以发现人工植物群落如荔湾湖公园的绿地内其蝴蝶数量及种类明显低于近自然植物群落的绿地，珠江公园内蝴蝶虽然个体数量较多但科属种数量低于盈翠公园及流花湖公园，可能原因是人工植物群落中植被类型较为单一，植物种类较少，人为干扰因素较大，无法为蝶类等昆虫提供较好的栖息地及繁衍条件。因此虽0～2 000 m 和 2 000～4 000 m 均位于市区内，但因植被类型较为单一同样也会影响蝴蝶种类。市区城市化进程较快，人为干扰较强，植被覆盖率低且结构较单一，适合各种蝶类生存和繁衍的资源不足[5]。本研究对 6 条样线进行同步检测，距城市中心 0～2 000 m 的市区共记录蝴蝶 6 科 13 属 17 种，2 000～4 000 m 共记录蝴蝶 5 科 9 属 10 种，10 000m 以外共记录蝴蝶 7 科 21 属 28 种。这支持蝴蝶多样性与生境类型多样性之间存在关联性，即生境越复杂，植物资源越丰富，蝴蝶的种类及数量越多。研究表明， 蝶类群落的相似度与生境质量及植被类型的差异有关[6]。因此虽然城市化会影响生境的破碎化，但可以通过提升优化生境中植被类型及植物资源在一定程度上能够提高蝶类等昆虫的多样性。

3.2 蝴蝶多样性与城市化水平关系分析

蝴蝶样线可达方式的数量可以直接体现城市化梯度，本调查中可以发现，城市化水平越高，蝴蝶种数和个体数量越少，两者均呈负相关。结果显示，蝴蝶科属种数量、Margalef 种类丰富度指数、Simpson 优势度指数、Shannon-Wiene 指数及Simpson 指数均以城市化水平较低的郊区最大，可能原因是郊区受人为因素干扰较少，植物资源及植被类型较为丰富，水、气、土等受污染程度较市区低，为蝶类等昆虫提供了多样的栖息地和繁衍条件，因此郊区凤蝶科及蛱蝶科数量及种类高于市区。城市的发展不但极大程度地改变了生物的生存环境，而且导致生物多样性的急剧变化[7]。本研究结果支持蝴蝶的种类和数量与城市化水平存在显著负相关关系。

蝴蝶在城市生境中的成功定殖与其生态习性有关[8−9]，但可用的栖息地可能更为关键，这主要依赖于寄主植物等资源的分布[10−11]。《全球生物多样性策略》指出：“保持物种的最佳途径是保持它们的生境。”城市化会造成生境片段化、破坏当地原有的生境、引起物种多样性减少。利用蝶类对微环境的极端敏感性及其与植物相互依存、协同演化的密切关系等因素对蝶类种群组成结构、多样性及其动态、趋势等进行分析研究[12]，可以评估城市化水平及预测其发展趋势。

综上，生境类型和城市化梯度对蝴蝶物种分布具有重要影响，本研究中近自然植物群落中绿地生境植被类型更为丰富且人为干扰较少，更适合大部分蝴蝶气息；人工植物群落的城市绿地生境较为单一，人为干扰较大。因此在对蝴蝶等昆虫进行保护时应注重提高不同生境类型的生境质量。城市化对生物造成的影响不可忽视，在规划城市建设与生态保护之间应进行综合考虑，对城市公园内应提升植被结构类型，提高乡土树种、蜜源植物等植物种类，丰富城市绿地类型，为蝴蝶等昆虫营造良好的栖息环境，减少人类活动对生物多样性的影响。

参考文献：

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[12]房丽君，徐海根，关建玲.欧洲蝴蝶监测的历史、现状与我国的发展对策［J］. 应用生态学报，2013，24（9）：8.

（责任编辑：柯文辉）