寒露林蛙繁殖期生境选择及其潜在地理适宜性评价

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生物多样性正面临着来自气候变化带来的威胁,许多野生动物不得不通过选择新的生境环境来适应全球变暖。寒露林蛙(Ranahanluica)作为中国特有种,因具有重要的食用价值而遭到大规模的非法捕捉,导致野生种群数量不断减少。目前对于寒露林蛙的研究仅存在形态学、生物学习性及人工养殖等方面,有关寒露林蛙生境选择的研究依旧空白。且在IUCN受危物种红色名录中仍处于DD(数据缺乏)状态。为了评估寒露林蛙种群生存现状,了解该物种繁殖期的生境选择,预测寒露林蛙在中国的潜在分布区以及在未来气候变化条件下适宜生境区的变化,本研究利用最大熵(MaxEnt)生态位模型和地理信息系统(ArcGIS),对中国气候变化情景下(2050年和2070年)寒露林蛙的适宜生境区进行了识别。基于已知47个寒露林蛙分布位点和20个典型环境因子,建立了寒露林蛙在现代和未来气候条件下的适宜生境模型,并对相关的环境影响因子进行了分析;同时,基于植被类型、土地利用类型、坡度、坡向、水温等13生境因子,采用样方法在阳明山国家级自然保护区进行生境选择研究,为了了解寒露林蛙繁殖期的生境特征及其生境选择,并探讨了寒露林蛙的生境选择机制。在宏观地理分布及微观生境选择两个方面对寒露林蛙进行了研究,以期为其野外种群保护提供理论依据及参考。主要研究结果如下:(1)寒露林蛙繁殖期生境特征寒露林蛙繁殖期偏好选择地形比较平缓(坡度<30°)的中坡位(山腰)和下坡位(谷底)的水田、池塘等静水域,且在坡向上选择半阴半阳坡。地表环境的相对湿度较大(42%-95%),平均相对湿度达到77.86%;地表温度较高(10.8-28.7℃),平均温度为22.3℃。植被类型主要为农作物(水稻)和灌草丛。水体深度较浅(平均6.183 cm),水温较高(平均18.746℃),水体含氧量在2.04-17.99 mg/L之间,水体pH在4.61-9.3之间。此外,寒露倾向选择离道路和居民点的距离较远的地方产卵。(2)寒露林蛙繁殖期生境偏好寒露林蛙偏好的生态因子如下:地貌类型选择为坡度<15°(P=0.30 77),坡位为下坡(P=0.2941),坡向为半阴半阳坡(P=0.0204);土地利用类型为水田(P=0.5663),地表湿度为 50%以上(P50-80%=0.2500;P>80%=0.1111),地表温度 10-20℃之间(P=0.3043);植被类型为农作物(如水稻等)(P=0.1724);水体深度<10 cm(P<5cm=0.1111;P5-10cm=0.2000),水温在小于 20℃(P=0.3239),含氧量在 3-6 mg/L 之间(P=0.2653),5.5<pH<8.5(P=0.4783);离最近道路的距离>100 m(P=0.2000),离最近居民点的距离>200 m(P=0.0400)。(3)寒露林蛙生境选择主要影响因子对寒露林蛙生境选择的主成分分析(PCA)结果表明:影响寒露林蛙生境选择的主要因子为:坡度、坡位、坡向、土地利用类型、温度、水深、水体pH、水体含氧量等8个生境因子;可定义成地理因子、温度因子及水体因子三类。根据载荷值的绝对值大小可知,影响寒露林蛙生境选择的因子,首先是地理因子,其次是水体因子和温度因子。(4)寒露林蛙潜在地理适应性评价基于MaxEnt模型预测寒露林蛙潜在分布区的准确度很高,模型的训练集数据和测试集数据的AUC(受试者工作曲线下与坐标轴围成的面积)值分别为0.993和0.994;寒露林蛙在现代气候条件下的潜在适宜生境面积为36.36×104km2,潜在地理分布区域主要位于湖南省和贵州省;影响潜在地理分布的主要环境因子为最干月降水量,其次是最湿季降水量和降水量变异系数。这说明这几个环境因子包含重要信息。总体来看,影响因子主要为降水因子变量(最干月降水量、最湿季降水量及降水量变异系数)。当寒露林蛙种群存在概率大于0.5时,最干月降水量适宜范围为30.88 mm-133.1 mm、海拔范围为373.31 m-1839.34 m、最干季度平均温度适合范围为-4.87°C-8.19℃、等温性适宜范围为15.59-28.37℃。(5)未来气候变化下寒露林蛙分布区预测在未来2种典型浓度路径(representative concentration pathway,RCP)(SSP1-2.5 和SSP5-8.5)的气候情景下,寒露林蛙适宜生境区均出现不同程度的缩减,导致总适宜生境面积呈减少趋势。在SSP1-2.6排放情景下,2050年和2070年寒露林蛙的高适宜生境面积分别为0.11×104 km2和0.73×104km2,较现代气候条件下寒露林蛙高适宜生境面积分别下降了 98.5%和86.1%。在SSP5-8.5排放情景下,2050年和2070年寒露林蛙高适宜生境面积为0.34×104 km2和0.001 ×104 km2较现代气候条件下寒露林蛙高适宜生境面积下降了 95.3%和近100%。同样,寒露林蛙的中适宜生境面积在未来气候变化情景下也呈现减少趋势。在未来的SSP1-2.6和SSP5-8.5排放条件下,寒露林蛙栖息地纬度有上升的趋势;在SSP5-8.5情景下,可发现移动距离较为明显,其核心分布区仍以湖南省为主。综上所述,本研究揭示了寒露林蛙繁殖期生境选择的主要影响因子是由地理因子、水体因子及温度因子共同作用;并在未来气候变化条件下,显示寒露林蛙适宜生境将进一步缩减,主要受降雨因子的影响。其旨在帮助相关林业部门更为有效地保护野生动物资源,为保护我国物种多样性和生态环境提供基础科学资料和参考。
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