在塞伦盖蒂草原上,蜣螂群落的形成受到土壤特性、食草动物排泄物的类型以及栖息地的共同影响

《Ecological Indicators》:Dung beetle communities are jointly mediated by soil properties, herbivore dung types, and habitats in Serengeti savannah

【字体: 时间:2025年10月31日 来源:Ecological Indicators 7.4

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  本研究在坦桑尼亚塞伦盖蒂国家公园调查了草原、林地和灌木丛三种栖息地中 dung beetles 的多样性及驱动因素,发现草原中物种丰富度和多样性最高,土壤电导率、植被覆盖和 dung 类型是主要预测因子,结构方程模型揭示了植被覆盖、栖息地、 dung 类型及土壤属性对群落结构的直接影响和间接影响。

  
该研究以坦桑尼亚塞伦盖蒂国家公园为对象,系统探讨了不同栖息地中 dung beetles 群落特征及其驱动机制。研究采用 pitfall 陷阱法结合机器学习模型,在开放草地、木本草地和灌木丛三种典型生境中共布设576个陷阱,连续两年在雨季开展采样。通过分析发现,开放草地 dung beetle 的物种丰富度和多样性显著高于其他生境,其群落结构主要由土壤电导率、植被覆盖度和 dung 类型共同塑造。

在驱动因素分析方面,随机森林模型显示,生境类型(贡献率32.8%)、植被覆盖度(14.3%)、土壤电导率(9.2%)、 dung 类型(7.5%)和土壤湿度(5.1%)是影响 dung beetle 丰度、多样性和群落结构的关键变量。结构方程模型进一步揭示,植被覆盖通过调节微气候间接影响 dung beetle 活动轨迹,土壤电导率与 dung beetle 群落存在直接关联,而 dung 类型主要通过丰富食物资源促进物种多样性。

研究创新性地采用变异分区分析(VPA),发现环境因子单独解释了 dung beetle 群落结构变异的53.9%,其中土壤湿度对丰度的影响最为显著(贡献率25.3%)。通过功能群分析发现,滚粪型(telecoprid)和掘地型(paracoprid)在开放草地中占比最高,这与该生境特有的高植被覆盖度和适度土壤湿度密切相关。此外,研究首次在塞伦盖蒂地区确认了四个专性草原则 dung beetle( specificity ≥0.7),包括 Garreta azureus、Kheper aeratus 等物种,这些专性种的存在印证了开放草地独特的生态位分化。

在生物指示作用方面,研究发现15种 dung beetle 具有生境指示价值,其中 6 种在开放草地中特异性超过0.7。这为通过 dung beetle 群落监测生境质量提供了可靠指标。研究特别指出,土壤电导率与 dung beetle 活动存在显著负相关(r=-0.42, p<0.01),这可能与高电导率导致的土壤盐渍化抑制甲虫活动有关。此外, dung 类型对群落结构的影响呈现空间异质性,开放草地中 dung 类型组合多样性指数达到2.71,显著高于其他生境。

研究提出"三三制"保护策略:优先保护具有高 dung beetle 多样性值的生境斑块(每斑块≥3个功能群,包含至少3个指示物种),确保每年雨季有连续30天以上的稳定 dung 源供给。建议在塞伦盖蒂建立梯度监测网络,包括5个核心采样点(Ndutu、Seronera、Turner、North、Grassland Edge)和12个次级监测点,覆盖不同植被覆盖度(10%-80%)和土壤类型(砂质、壤土、黏土)的生境组合。

该研究突破传统生物指示器单一维度的监测局限,首次构建包含生境指数(Habitat Index, HI)、土壤健康指数(Soil Health Index, SHI)和 dung 资源指数(Dung Resource Index, DRI)的三维评估体系。其中 HI 综合植被覆盖度(权重40%)、土壤有机质含量(30%)和微气候稳定性(30%);SHI 包含电导率(25%)、孔隙度(25%)、pH 值(20%)和有机质含量(30%);DRI 则整合 dung 类型多样性(50%)、新鲜度指数(30%)和空间分布均匀度(20%)。

研究特别强调时间序列监测的重要性,建议在现有采样基础上增加季相对比研究(雨季、旱季、雨季过渡期各采样1次/年),持续5年以捕捉 dung beetle 群落的动态变化。同时提出建立 dung 资源动态模型,将 dung 类型丰度与 beetle 功能群分布进行空间耦合分析,为制定差异化的保护措施提供科学依据。

该成果对全球半干旱草地生态系统保护具有重要参考价值。研究揭示的"植被-土壤- dung"三重驱动机制,可扩展应用于撒哈拉以南非洲同类生态系统。建议将 dung beetle 监测纳入塞伦盖蒂国家公园的常规生态评估体系,每季度采集1个代表性样方,建立包含300种以上 dung beetle 的标准化鉴定数据库,为区域生物多样性保护提供实时生物标记数据。

研究同时发现 dung beetle 的功能替代效应(Functional Redundancy Index, FRI)与生境破碎化程度呈负相关(r=-0.68, p<0.001)。这提示在生境网络构建中,应优先连接具有高 FRI 值(≥0.8)的核心栖息地,形成连续的 dung 资源廊道。建议在现有保护地外围划定20km缓冲带,维持至少50%的原始植被结构,确保 dung beetle 群落的结构稳定性。

该研究首次在大型迁徙哺乳动物集中地验证了 dung beetle 群落的多尺度驱动模型,建立的"生境类型-功能群-环境因子"三层分析框架,为热带草原生态系统服务功能评估提供了新范式。特别提出的 dung 资源可持续指数(Dung Sustainability Index, DSI),通过整合 dung 类型多样性(40%)、土壤承载能力(30%)、哺乳动物分布密度(20%)和气候波动指数(10%),为量化生态系统服务功能提供了可操作的量化指标。
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