采矿对局部和景观尺度动物群落的重塑作用

【字体: 时间:2025年05月26日 来源:Biological Conservation 4.9

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  为探究采矿营地对野生动物群落的影响,研究人员以澳大利亚 Pilbara 地区为对象,用分布式对照影响设计,通过相机陷阱监测物种组成、功能多样性等。发现采矿营地物种组成改变、功能分散度低等,为扰动下生态系统管理提供依据。

  在全球范围内,人类活动引发的生态扰动正深刻改变着自然景观,采矿作为重要的人为干扰方式之一,其对生态系统的影响备受关注。目前,采矿活动已影响全球约 5000 万 km2 土地,威胁超 900 种动物,然而,采矿对生态群落,尤其是采矿营地(采矿景观中的半城市住宿区)周边野生动物的具体影响机制尚不明晰。传统研究虽知景观改造会导致物种多样性下降、功能多样性改变及动物时间生态位变化,但针对采矿营地这一特殊人为环境中动物群落结构、功能及种间互作的系统性研究仍存在空白。为填补这一空缺,深入理解采矿活动对生态系统的复杂影响,来自查尔斯?斯特尔特大学(Charles Sturt University)的研究团队开展了相关研究。该研究成果发表在《Biological Conservation》上,为采矿区的生态管理提供了重要科学依据。
研究人员采用分布式对照影响设计(distributed control-impact design),在澳大利亚西部 Pilbara 地区的 8 个采矿营地及 8 个生态相似的未改造对照景观中,部署相机陷阱(camera traps),监测动物群落的物种组成、功能多样性、捕食者 - 猎物网络(predator-prey networks)及时间活动模式(temporal activity)。研究聚焦于比较采矿营地与对照景观的差异,同时分析采矿营地内 “靠近基础设施”(inside)和 “远离基础设施”(outside)区域的动物响应。

研究运用的关键技术方法包括:

  1. 相机陷阱监测:在每个研究点部署红外触发相机,连续监测≥30 晚,记录动物活动,通过 Wildlife Insights 软件处理图像,计算检测事件数。
  2. 物种多样性与组成分析:运用广义线性混合模型(GLMMs)分析物种检测数和香农多样性(Shannon's diversity),通过置换多元方差分析(PERMANOVA)和非度量多维尺度分析(NMDS)比较物种组成差异。
  3. 功能多样性评估:基于物种功能 traits(包括体型、食性、活动模式等),计算功能丰富度(functional richness)和功能分散度(functional dispersion)。
  4. 捕食者 - 猎物网络构建:利用 omnivor 包和 igraph 包构建网络,分析网络连接度(connectance)、链接密度(link density)等指标。
  5. 时间活动模式分析:通过 overlapEst 函数和 Watson's U2 检验,比较动物群体的时间活动重叠系数(coefficient of overlap)。

3.1 物种多样性和组成


相机陷阱共记录 72 种物种,采矿营地与对照景观的物种组成存在显著差异(PERMANOVA, F?,??=3.630, p=0.008),形成新的群落组合。采矿营地的哺乳动物多样性较低,但树栖鸟类和巨蜥(varanids)检测率更高。营地内 “inside” 区域的爬行动物多样性高于 “outside”,而哺乳动物多样性更低。这表明采矿活动通过资源补贴(如食物垃圾、水源)和人为结构(如排水涵洞)筛选出适应性强的物种,如树栖鸟类凭借飞行能力和机会主义食性在人为环境中占据优势。

3.2 功能丰富度和分散度


采矿营地的功能分散度显著低于对照景观,表明物种功能 trait 分布不均,生态功能冗余度高(如更多物种具有奔跑、攀爬或飞行能力),但功能丰富度无显著差异。营地内 “inside” 区域的功能丰富度更低,反映高扰动区域的功能角色减少。这种功能同质化可能使生态系统对未来扰动的缓冲能力有限,尽管冗余度高,但缺乏 trait 多样性可能降低适应能力。

3.3 捕食者 - 猎物网络


尽管物种组成不同,采矿营地与对照景观的捕食者 - 猎物网络整体结构相似,但营地网络连接度更低(GLMMs 显示系数为负,95% CI 不重叠零),暗示食物网更脆弱。营地内 “inside” 区域的捕食者 - 猎物相互作用次数更少,可能与物种多样性降低相关。此外,营地中肉食性物种比例减少,杂食性和昆虫食性物种增加,进一步简化了营养结构,增加了食物网对物种损失的敏感性。

3.4 时间活动模式


30% 的动物群体改变了时间活动模式:地面营巢鸟类和树栖鸟类在营地表现出更集中的日间活动,而临界重量范围哺乳动物(CWR mammals,35-5500g)转为夜行性。营地内 “inside” 区域的小型哺乳动物和 CWR 哺乳动物活动更集中于夜间,以规避人为干扰。时间重叠分析显示,营地中巨蜥与小型哺乳动物、地面营巢鸟类的重叠增加,可能加剧捕食风险;而鸟类与犬科动物(dingoes)的重叠减少,反映出对顶级捕食者的行为规避。

研究表明,采矿营地通过改变物种组成和功能结构,形成了具有高功能冗余但低功能分散度的新型群落,捕食者 - 猎物网络虽结构保留但稳定性降低,动物通过调整时间生态位适应扰动。尽管部分物种(如巨蜥、野生物食动物)表现出对扰动的适应性,但采矿活动导致的局部物种多样性下降和功能同质化,可能对生态系统长期稳定性构成威胁。研究强调,在采矿区生态管理中,需采用群落层面的综合方法,关注物种互作网络和功能多样性,而非单一物种保护。此外,采矿营地的累积景观影响不容忽视,其效应可延伸至周边区域,需在更大尺度上评估扰动的连锁反应。该研究为理解人为扰动下的生态系统动态提供了新视角,对全球采矿区及类似人为改造景观(如城市化、农业区)的生物多样性保护具有重要借鉴意义。

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