生态过渡带可能为南阿巴拉契亚山脉中的“天空之岛”哺乳动物提供关键庇护所

《Ecology and Evolution》：Ecotone Might Provide Key Refugium for Sky Island Mammals in the Southern Appalachian Mountains

针对南方阿帕拉契亚山脉濒危的高山孤岛生态系统（红松-云杉森林），本研究通过活体陷阱、相机陷阱和超声波录音器，对比了红松-云杉林、针阔混交林交错带及北方硬木林的哺乳动物多样性。结果显示，交错带在物种丰富度、α多样性及蝙蝠活动方面均显著高于其他两类森林，表明其可能成为气候变迁下的关键庇护所，为该生物热点地区的保护策略提供依据。

　　在全球气候变化的背景下，生态系统的多样性正面临前所未有的挑战。作为地理上孤立的高山生态系统，天空岛屿（sky islands）是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，但同时也是受气候变化影响最严重的区域之一。这些高山生态系统往往位于海拔极限，随着全球气温升高和降水减少，它们的范围预计会显著缩小，甚至可能消失。因此，识别并保护这些生态系统中可能成为物种避难所的区域，对于维持生物多样性具有重要意义。本研究聚焦于美国南部阿巴拉契亚山脉的红松- Fraser fir 天空岛屿，探讨了其与北方硬木森林过渡带（ecotone）是否可以作为哺乳动物的避难所，从而为该地区的生物多样性保护提供科学依据。

### 天空岛屿与生态过渡带的生态价值

天空岛屿是指在某些区域，由于地理隔离，形成了一些与周围环境截然不同的生态系统。这些生态系统往往拥有独特的物种组成，其中一些物种是该区域特有的，或者只在特定的高海拔环境中生存。然而，由于气候变化的影响，这些高海拔生态系统正面临严重的威胁。例如，红松和 Fraser fir 作为天空岛屿的核心树种，其生存环境正受到气温上升、降水模式变化以及外来物种入侵等因素的威胁。研究表明，这些森林类型的面积正在减少，其生态系统正在逐步被北方硬木森林取代。因此，这些高海拔生态系统中的物种面临栖息地收缩和破碎化的双重压力，特别是那些对高海拔环境高度依赖的物种，它们的迁徙能力有限，无法适应快速变化的气候条件。

在这样的背景下，生态过渡带被看作可能是未来物种生存的关键区域。生态过渡带是两种生态系统之间的交界地带，其结构复杂性、环境异质性和资源多样性往往高于相邻的单一生态系统。这些特点使得过渡带成为许多物种的理想栖息地，尤其是在高海拔森林逐渐消失的情况下。例如，研究发现，在红松- Fraser fir 森林和北方硬木森林之间的过渡带中，哺乳动物的物种丰富度、α多样性以及蝙蝠活动都高于其他森林类型。这表明，生态过渡带可能为一些高海拔森林物种提供避难所，使其在核心栖息地退缩的同时，仍能在过渡带中找到适宜的生存条件。

### 研究方法与数据收集

为了评估生态过渡带在维持哺乳动物多样性方面的潜力，研究人员在北卡罗来纳州的 Grandfather Mountain 和 Roan Mountain Highlands 进行了实地调查。这两个山峰分别位于不同的海拔高度，但都处于阿巴拉契亚山脉的高海拔区域。研究团队采用了多种方法进行数据收集，包括活体捕捉（livetrapping）、远程相机陷阱（camera trapping）和超声波声学监测（ultrasonic acoustic monitoring）。

在活体捕捉方面，研究人员在每个森林类型中布置了36个 Sherman 陷阱，形成一个6×6的网格，每个陷阱之间相距20米。这种布局旨在最大化捕捉到不同物种的机会。捕捉到的动物被记录其体重、后足长度、体长和尾长等信息，用于物种识别。此外，研究人员还对捕捉到的动物进行了性别、年龄以及繁殖状态的分类，并在部分个体上进行了DNA提取和物种鉴定，以提高物种识别的准确性。

远程相机陷阱被用于记录非飞行哺乳动物的活动。每个调查点安装了4台相机，以确保其覆盖范围和数据的完整性。通过这种方式，研究人员能够记录到动物的种类、数量以及其在不同森林类型中的分布情况。此外，超声波声学监测设备被用于记录蝙蝠的活动，包括其叫声的类型和频率。研究人员将设备安装在树干上，以便更清晰地捕捉到蝙蝠的活动信息。

### 研究结果与分析

研究结果显示，红松- Fraser fir 与北方硬木森林之间的过渡带在多个方面表现出较高的生态价值。首先，哺乳动物的物种丰富度在该区域显著高于红松- Fraser fir 森林和北方硬木森林。这意味着，过渡带可能为更多的物种提供适宜的生存条件，尤其是在高海拔森林逐渐消失的背景下。其次，α多样性指数，如香农多样性指数（Shannon diversity index）和辛普森多样性指数（Simpson's diversity index），在过渡带中也较高。这表明，过渡带中的物种组成更加丰富，生态系统的稳定性更强。

蝙蝠的活动模式也显示了类似的趋势。在 Grandfather Mountain 和 Roan Mountain Highlands 的过渡带中，蝙蝠的活动频率和种类数量均高于其他森林类型。这可能与过渡带的植被结构、食物资源以及气候条件有关。例如，过渡带中可能存在更多的树洞和岩石裂缝，为蝙蝠提供了适宜的栖息地。此外，过渡带的植被多样性也可能为蝙蝠提供了更丰富的食物来源，如昆虫和其他小型无脊椎动物。

### 生态过渡带的潜在作用

生态过渡带不仅在物种多样性方面表现出色，还可能在气候变化背景下发挥关键的避难所作用。许多高海拔物种，如红松- Fraser fir 关联的哺乳动物，其栖息地正在受到气候变化的严重影响。这些物种通常对温度和湿度的变化非常敏感，因此它们的生存能力受到很大限制。然而，生态过渡带由于其独特的地理位置和丰富的植被结构，可能为这些物种提供了一个相对稳定的环境，使其能够在核心栖息地退缩时继续生存。

例如，研究发现，红松- Fraser fir 关联的哺乳动物，如红背鼠、云地鼠、美洲红松鼠、木鼠以及濒危的卡罗来纳北方飞鼠，均在红松- Fraser fir 森林和过渡带中被发现。这表明，这些物种并非完全依赖于高海拔森林，而是可以在过渡带中找到适宜的生存条件。此外，研究还发现，过渡带中的蝙蝠种类和活动水平显著高于其他森林类型，这可能与其栖息地的结构和资源分布有关。

### 研究的局限性与未来展望

尽管本研究提供了重要的生态数据，但其方法和样本采集仍然存在一定的局限性。首先，研究仅在每个森林类型中选择了一个调查点，这可能无法全面反映不同地形和微气候对物种分布的影响。其次，调查仅限于夏季，未能涵盖全年不同季节的物种动态。由于许多物种在冬季活动减少或进入休眠状态，这种季节性差异可能影响研究结果的全面性。

此外，研究并未对所有哺乳动物类群进行全面调查，特别是对鼩鼱科（Soricidae）的物种缺乏关注。这些物种在生态系统中也扮演着重要角色，但它们的分布和活动模式尚未被充分了解。因此，未来的研究需要扩展调查范围，涵盖更多物种，并在不同季节和地形条件下进行重复调查，以更准确地评估生态过渡带的生态功能。

### 结论与建议

本研究的结论表明，生态过渡带在维持高海拔森林哺乳动物多样性方面具有重要的生态价值。它不仅是物种分布的延伸区域，还可能成为未来物种生存的关键避难所。因此，为了有效保护阿巴拉契亚山脉的生物多样性，未来的保护工作应不仅仅关注高海拔森林，还应将生态过渡带纳入保护范围。通过在这些过渡带中实施保护措施，可以为那些对高海拔环境高度依赖的物种提供额外的生存空间，从而减缓气候变化对它们的威胁。

此外，研究建议未来的研究应采用更全面的方法，包括长期的声学监测和多点调查，以更深入地了解生态过渡带在不同环境条件下的生态功能。这将有助于制定更有效的保护策略，确保这些关键生态区域在气候变化背景下仍能发挥其应有的作用。同时，研究还强调了生态过渡带在维持物种多样性中的重要性，特别是在高海拔森林逐渐消失的情况下，过渡带可能成为物种迁移和适应的重要区域。