山西省農(nóng)田小型嚙齒動物多樣性與環(huán)境因子的關(guān)系

山西省農(nóng)田小型嚙齒動物多樣性與環(huán)境因子的關(guān)系

動物群生態(tài)環(huán)境的重要組成部分是動物群落的獨特生態(tài)組織水平，是反映群落功能的重要指標。目前,以嚙齒動物為研究對象探討動物群落的結(jié)構(gòu)及其多樣性已有報道。研究結(jié)果表明,嚙齒動物群落多樣性不僅與其生物環(huán)境有密切關(guān)系,而且非生物的環(huán)境異質(zhì)性亦與嚙齒動物群落的多樣性具有顯著相關(guān)性。因此,研究嚙齒動物群落的多樣性,對深入了解生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能、合理利用資源、保護自然環(huán)境、防治鼠害等都有重要的實際意義。山西省地處華北西部的黃土高原東翼,境內(nèi)地形復雜,地形高差懸殊,因而既有緯度地帶性氣候,又有明顯的垂直變化。地形地貌的復雜多樣,造成該省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的多樣性,使農(nóng)田害鼠群落及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害難以整體掌握。因此,對山西省不同地區(qū)的農(nóng)田小型嚙齒動物的多樣性進行研究,探索其與各類環(huán)境因子的關(guān)系,可以為制定山西省農(nóng)田小型嚙齒動物區(qū)域性綜合治理措施提供主要依據(jù),對指導該省農(nóng)田害鼠的監(jiān)測與防控,確保糧食生產(chǎn)安全等具有重要意義。為研究山西省不同地區(qū)農(nóng)田生境復雜程度對小型嚙齒動物的群落結(jié)構(gòu)及其多樣性的影響,分別在山西省南部的臨汾市隰縣、中部的太原市婁煩縣、北部的忻州市五臺縣設(shè)立研究區(qū),以掌握各研究區(qū)的自然概況。臨汾市隰縣自然概況:隰縣地跨東經(jīng)110°55′~111°15′,北緯36°30′~36°55′,屬黃土高原殘垣溝壑區(qū)。境內(nèi)主要糧食作物有玉米、谷子、高粱、小麥、大豆、馬鈴薯等,經(jīng)濟作物以蘋果和金梨為主。該縣主要分布有14種嚙齒動物,其中嚙齒目(Rodentia)共12種,分別為松鼠科(Sciuridae)的花鼠(Tamiassibiricus)和巖松鼠(Sciurotamiasdavidianus),鼠科(Muridae)的大林姬鼠(Apodemuspeninsulae)、黑線姬鼠(A.agrarius)、小家鼠(Musmusculus)、北社鼠(Niviventerniviventer)和褐家鼠(Rattusnorvegicus),倉鼠科(Cricetidae)的棕背鼠平(Myodesrufocanus)、大倉鼠(Tscherskiatriton)、長尾倉鼠(Cricetuluslongicaudatus)、子午沙鼠(Merionesmeridianus)和中華鼢鼠(Eospalaxfontanieri);兔形目(Lagomorpha)2種,分別為兔科(Leporidae)的蒙古兔(Lepustolai)和鼠兔科(Ochotonidae)的達烏爾鼠兔(Ochotonadaurica)。本次調(diào)查樣區(qū)設(shè)在隰縣陽頭升鄉(xiāng),位于東經(jīng)110°55′,北緯36°38′,海拔1167m。調(diào)查樣區(qū)面積約30hm2。調(diào)查區(qū)內(nèi)的糧食作物有玉米、谷子和馬鈴薯,經(jīng)濟作物有蘋果和金梨,兩種作物類型各占50%左右。太原市婁煩縣自然概況:婁煩縣地理坐標為東經(jīng)111°31′~112°02′,北緯37°51′~38°13′,整體地貌屬土石山區(qū)。全縣主要糧食作物有玉米、谷子、馬鈴薯、莜麥、大豆、糜黍、高粱等,經(jīng)濟作物以核桃為主。該縣分布有嚙齒動物12種,其中嚙齒目10種,分別為松鼠科的花鼠,鼠科的大林姬鼠、黑線姬鼠、小家鼠、北社鼠和褐家鼠,倉鼠科的大倉鼠、長尾倉鼠、子午沙鼠和中華鼢鼠;兔形目2種,分別為兔科的蒙古兔和鼠兔科的達烏爾鼠兔。本次調(diào)查樣區(qū)設(shè)在婁煩縣天池店鄉(xiāng),位于東經(jīng)111°51′,北緯37°56′,海拔1356m。調(diào)查樣區(qū)面積約30hm2。調(diào)查區(qū)內(nèi)主要為經(jīng)濟作物核桃,糧食作物所占比例很少。忻州市五臺縣自然概況:五臺縣位于山西省東北部,東經(jīng)112°57′~113°50′,北緯38°28′~39°4′45″。屬土石山區(qū)。全縣主要糧食作物為玉米、谷子、糜黍、大豆、馬鈴薯等,經(jīng)濟林以核桃、花椒、蘋果為主。該縣的嚙齒動物有12種,其中嚙齒目11種,分別為松鼠科的花鼠和巖松鼠,鼠科的大林姬鼠、黑線姬鼠、小家鼠、北社鼠和褐家鼠,倉鼠科的棕背鼠平、大倉鼠、長尾倉鼠和中華鼢鼠;兔形目1種,為兔科的蒙古兔。本次調(diào)查樣區(qū)設(shè)在五臺縣東冶鎮(zhèn),位于東經(jīng)113°09′,北緯38°38′,海拔786m。調(diào)查樣區(qū)面積約20hm2。調(diào)查區(qū)內(nèi)種植糧食作物有玉米、大豆和糜黍。1材料和方法1.1生境復雜程度李義明等的研究表明,單位面積上較高的物種豐富度,能為哺乳動物提供多種食物種類和多樣的環(huán)境,一般這種生態(tài)環(huán)境也擁有較高的物種豐富度,因此,調(diào)查研究區(qū)的生境復雜程度,對于研究生態(tài)環(huán)境與嚙齒動物的數(shù)量配置和多樣性的關(guān)系具有重要意義。本研究選擇不同地區(qū)的農(nóng)田為研究區(qū),植被類型單一,土壤均以黃綿土為主。因此,采用調(diào)查期內(nèi)7月中旬的植被異質(zhì)性指數(shù)(landscapeheterogeneityindex)來判定研究區(qū)的生境復雜程度:其中,HT為植被異質(zhì)性指數(shù),Hi為某一景觀在景觀中的面積比例。1.2糧食區(qū)放線鼠害調(diào)查分別于2008年3-11月在隰縣經(jīng)濟作物(糧食作物)套作區(qū)、2009年3-11月在婁煩縣經(jīng)濟作物區(qū)、2012年3-11月在五臺縣糧食作物區(qū)進行調(diào)查。用大號捕鼠夾捕鼠,當天傍晚直線放置鼠夾,次日傍晚收回。夾距5m,行距>20m,以新鮮生花生米作誘餌,每月至少夾捕調(diào)查1次,每次調(diào)查布夾數(shù)≥300夾。記錄各種嚙齒動物的體重、體長、尾長、后足長、耳長、繁殖情況等,并計算不同月份各種嚙齒動物的捕獲率。1.3生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)的確定采用SPSS18.0軟件,分別計算各研究區(qū)小型嚙齒動物的物種豐富度指數(shù)(R)、多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J′)和優(yōu)勢度指數(shù)(D),來描述各研究區(qū)小型嚙齒動物的物種組成和數(shù)量。使用SPSS18.0軟件中的Pearson法,對各研究區(qū)農(nóng)田小型嚙齒動物的捕獲率和物種多樣性水平分別與植被異質(zhì)性指數(shù)進行相關(guān)性分析。Shannon-Wiener指數(shù)(H′):H′=-∑PilnPiSimpson生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)(D):D=∑(Pi)2式中,S為物種數(shù),Pi=ni/N;ni為種i的個體數(shù),N為樣本總個體數(shù)。2結(jié)果2.1糧食套作區(qū)植被異質(zhì)性指數(shù)對3個研究區(qū)的生境復雜程度進行計算,結(jié)果顯示,婁煩縣經(jīng)濟作物區(qū)植被異質(zhì)性指數(shù)最高,為1.2529,其次是隰縣經(jīng)濟作物(糧食作物)套作區(qū),為1.2137,而五臺縣糧食作物區(qū)的植被異質(zhì)性指數(shù)最低,僅為0.4460(表1)。說明婁煩縣經(jīng)濟作物區(qū)生境復雜程度最高,隰縣經(jīng)濟作物(糧食作物)套作區(qū)次之,五臺縣糧食作物區(qū)最低。2.2鼠類的分布調(diào)查結(jié)果顯示,婁煩縣經(jīng)濟作物區(qū)的捕獲率最高,達到5.97%,五臺縣糧食作物區(qū)為4.57%,隰縣經(jīng)濟作物(糧食作物)套作區(qū)捕獲率最低為4.30%。在物種組成方面,隰縣經(jīng)濟作物(糧食作物)套作區(qū)分布有嚙齒動物8種,其中北社鼠的個體數(shù)量最高,達35.58%,其捕獲率為1.53%;北社鼠、長尾倉鼠和大倉鼠為該研究區(qū)優(yōu)勢種,子午沙鼠、大林姬鼠和褐家鼠為常見種,而黑線姬鼠和小家鼠個體數(shù)量極少,為當?shù)叵∮蟹N。婁煩縣經(jīng)濟作物區(qū)分布有小型嚙齒動物8種,該區(qū)個體數(shù)量最高的是達烏爾鼠兔,為35.44%,捕獲率為2.12%;該區(qū)優(yōu)勢種為達烏爾鼠兔和北社鼠,子午沙鼠、花鼠、長尾倉鼠、大林姬鼠和大倉鼠為常見種,黑線姬鼠為稀有種。五臺縣糧食作物區(qū)只分布有小型嚙齒動物5種,該區(qū)優(yōu)勢種長尾倉鼠的個體數(shù)量所占比率高達77.12%(捕獲率達到3.52%),明顯高于該區(qū)另一優(yōu)勢種大林姬鼠(11.11%),北社鼠、黑線姬鼠、小家鼠為常見種(表2)。2.4農(nóng)田小型共享學習植被異質(zhì)性指數(shù)與植被異質(zhì)性指數(shù)的關(guān)系把各研究區(qū)的每個生態(tài)學變量進行匯總并進行相關(guān)性分析,結(jié)果顯示(表4),研究區(qū)農(nóng)田小型嚙齒動物的R及H′與該區(qū)的植被異質(zhì)性指數(shù)呈顯著正相關(guān),而其D與植被異質(zhì)性指數(shù)呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系;研究區(qū)的物種D還與該區(qū)的物種R和H′呈顯著負相關(guān),但物種H′與J′之間呈顯著正相關(guān);其他各生態(tài)學變量之間的相關(guān)關(guān)系不顯著。3植被異質(zhì)性與小型共享的關(guān)系山西省境內(nèi)地形多樣,高差懸殊,使其農(nóng)業(yè)生態(tài)類型較為復雜,對農(nóng)業(yè)造成嚴重威脅的小型嚙齒動物群落也復雜多樣。因此,對山西省農(nóng)田小型嚙齒動物的多樣性進行研究十分必要。本研究對山西省3個地區(qū)不同生態(tài)類型農(nóng)田的小型嚙齒動物多樣性進行調(diào)查,結(jié)果表明:在山西省南部的經(jīng)濟作物(糧食作物)套作區(qū),形成了北社鼠+長尾倉鼠+大倉鼠的嚙齒動物群落;在中部的經(jīng)濟作物區(qū),其嚙齒動物群落則以達烏爾鼠兔+北社鼠為優(yōu)勢種群;在北部的糧食作物區(qū),形成了長尾倉鼠+大林姬鼠(長尾倉鼠占絕對優(yōu)勢)的嚙齒動物群落。這不僅與嚙齒動物的生態(tài)學特征有關(guān),也可說明緯度對嚙齒動物的群落結(jié)構(gòu)有一定調(diào)節(jié)作用。棲息環(huán)境的復雜程度,說明了植被結(jié)構(gòu)、食物豐富度、蔭蔽度等生物因子的多樣程度,而這些生物因子又進而影響到嚙齒動物的群落結(jié)構(gòu)。已有相關(guān)文獻表明,植被的異質(zhì)性是影響小型嚙齒動物群落豐富度和多樣性的關(guān)鍵因子[3,14,15,16,17,18,19],不同種的嚙齒動物通過取食行為的差異減弱資源利用競爭的壓力,進而增加共存的可能性。也有研究證實小型嚙齒動物對棲息地的選擇與其自身生態(tài)學特征有關(guān)。本研究結(jié)果表明,農(nóng)田小型嚙齒動物的R及H′與植被異質(zhì)性指數(shù)呈顯著正相關(guān),與上述觀點相一致。在隰縣經(jīng)濟作物(糧食作物)套作區(qū),食物類型(主要為水果和糧食作物)的多樣性水平為小型嚙齒動物的生存提供了多樣的食物來源,而植被的異質(zhì)性也為其提供了不同的棲息環(huán)境,因此,該區(qū)的物種H′(1.5769)較高,且構(gòu)成了北社鼠(攀援性較強,以水果為主要食物)+長尾倉鼠(以糧食作物為主要食物來源)的嚙齒動物群落。在婁煩縣經(jīng)濟作物區(qū),植被蓋度和植被異質(zhì)性指數(shù)都較高,導致該區(qū)的物種H′(1.6793)略高于隰縣經(jīng)濟作物(糧食作物)套作區(qū)。該區(qū)優(yōu)勢種(為達烏爾鼠兔+北社鼠)的不同,主要是由于植被類型與隰縣地區(qū)的差異:該區(qū)農(nóng)田雜草蓋度為35%,經(jīng)濟作物蓋度為55%,為北社鼠和達烏爾鼠兔(以蒿類植物為主要食物)提供了豐富的食物來源。在五臺縣糧食作物區(qū),地表植被稀疏,植被異質(zhì)性指數(shù)只有0.4460,不利于地面小型嚙齒動物的共存,加劇了小型嚙齒動物的單一化,使其物種豐富度和多樣性都很低,也使該區(qū)的D(0.6135)明顯高于其他2個研究區(qū),因此,在五臺縣糧食作物區(qū),形成了主要危害糧食作物的長尾倉鼠和大林姬鼠為優(yōu)勢種的嚙齒動物群落。這也是本研究中植被異質(zhì)性指數(shù)與物種D呈極顯著負相關(guān)關(guān)系的原因。而本區(qū)大林姬鼠(主要棲息在林區(qū)和灌叢)危害糧食作物的原因還有待進一步查明。在山西省農(nóng)田,小型嚙齒動物的捕獲率及J′與植被異質(zhì)性指數(shù)的相關(guān)性不顯著,可能是由于植被的復雜程度使地面小型嚙齒動物的食物來源趨于多樣,適合多種嚙齒動物的生存,但地面小型嚙齒動物的J′可能主要與各植被類型蓋度的均勻程度有關(guān),而嚙齒動物群落的密度主要取決于其食物來源的總生物量。本研究婁煩縣植被的蓋度要高于其他2個區(qū),為該區(qū)的地面小型嚙齒動物提供了豐富的食物來源,因此該區(qū)地面小型嚙齒動物的捕獲率要高于其他研究區(qū)。嚙齒動物的多樣性還與氣候、生境變化、種間競爭、人為干擾等因素有關(guān),因此,掌握各種因子對嚙齒動物多樣性的影響,確定山西省農(nóng)田地面小型嚙齒動物多樣性的變動規(guī)律,還有待于進一步的深入研究。均勻度指數(shù)(J′):J′=H′S2.3警察