欧盟最后一个Tomares nogelii（鳞翅目，灰蝶科）种群的种群结构——基于标记-重捕法（CMR）的研究

《Insect Conservation and Diversity》：Population structure of the last Tomares nogelii (Lepidoptera, Lycaenidae) population in the European Union—A capture-mark-recapture study

　　

摘要 对破碎化景观中高度特化蝴蝶的有效保护，需要对其种群规模、更替率及功能连通性进行定量评估。本研究呈现了首次针对欧盟已知最后一个Tomares nogelii dobrogensis集合种群的标记-重捕法（CMR）调查，该亚种在罗马尼亚北多布罗加地区为局部单食性灰蝶。 2025年5月至7月，研究人员对六个空间分离的蝶群进行了调查，共记录832次捕获事件（638次首次捕获和194次重捕）。采用Cormack–Jolly–Seber（CJS）模型估算了表观存活率（Φ）和重捕概率（p）。种群规模采用Jolly–Seber框架的POPAN参数化方法进行评估。扩散通过将扩散核拟合至基于地理坐标的捕获史所衍生的移动距离进行量化。此外，翅磨损被记录作为蝴蝶年龄的替代指标。 POPAN模型估计集合种群规模为1801只成虫（蝶群1–5之和），呈现出显著的核心-边缘结构：蝶群1有840只成虫，三个中间蝶群各有277–338只成虫，两个小型卫星蝶群各少于50只成虫。观测到的飞行期为5月24日至6月24日（32天），较此前报道更长。蝶群间的扩散仅在三只雌蝶中被观察到。扩散核呈重尾分布，雌蝶表现出比雄蝶更高的长距离飞行概率。停留时间在不同蝶群及性别间存在差异，范围约为1.6至5.3天。 雌蝶停留时间的变异与蝶群特异性差异一致，这些差异由迁出和迁入驱动，可能与环境压力或密度依赖的种内竞争有关。保护工作应优先保障核心蝶群的安全，并维护踏脚石栖息地斑块。

一、研究背景与意义

在破碎化景观中，许多昆虫种群的持续生存不仅依赖于斑块的面积和质量，还取决于能够支持局部灭绝后重新定殖的功能连通性。全球多项长期监测数据显示昆虫生物量显著下降，例如德国保护区内飞行昆虫生物量在27年间下降约76%，美国科罗拉多州亚高山草甸35年时间序列显示生物量下降约47%、丰度下降约61.5%。在此背景下，本研究聚焦于灰蝶科（Lycaenidae）物种Tomares nogelii dobrogensis（Caradja, 1895）。该亚种在罗马尼亚自1980年代起被认为已灭绝，因而在欧盟境内实际上已灭绝，直至2014年被重新发现，此后由专家进行年度监测。该单食性亚种完全依赖Pontic黄芪（Astragalus ponticus）进行繁殖，其在罗马尼亚的唯一确认分布点位于北多布罗加地区。由于寄主植物呈离散斑块分布，该蝴蝶生活在多个空间上分离的局部蝶群中。目前关于该物种的生态学和种群统计学信息极为有限，而其种群规模、更替率、连通性及年际变化数据对于这一受威胁类群的保护至关重要。标记-重捕法（CMR）是蝴蝶生态学与保护研究中广泛使用的方法，能够通过重复遭遇标记成虫来估计种群规模、表观个体存活率和扩散倾向。本研究旨在调查该集合种群的当前种群规模与空间结构、不同蝶群和性别间的人口统计学参数变异，以及通过扩散实现的蝶群间功能连通性程度。

二、研究设计与主要技术方法

研究人员于2025年5月12日至7月7日在罗马尼亚东部多布罗加地区开展野外调查，共调查六个蝶群，编号1–6。蝶群间距离为0.5至1.3公里，蝶群4距最近已知蝶群2.3公里。蝶群按寄主植物空间聚簇划定，空间范围从蝶群4约100米到蝶群1约500米不等。调查仅在晴朗、微风且气温高于17°C的条件下进行，每个蝶群每隔一天以约500米/小时的恒定步行速度调查。成虫用蝴蝶网捕获，并在两后翅下侧用黑色永久记号笔标记个体编号，记录首次捕获/重捕、性别、翅磨损、时间和GPS位置。翅磨损按四级分类作为个体年龄的替代指标。数据分析采用多种模型框架：Cormack–Jolly–Seber（CJS）模型用于估计表观存活率（Φ）和重捕概率（p），候选结构包括恒定、性别特异性、时间变化及以飞行开始后天数（DOF）表示的季节性趋势等；POPAN参数化方法在Jolly–Seber框架内估计各蝶群种群规模，共拟合75个候选模型；停留时间（E[T]）从选定CJS模型的逐日表观存活率进度表构建存活曲线并计算曲线下面积获得；扩散分析通过计算个体最大净位移（LND），分别对两性拟合负指数函数（NEF）和逆幂函数（IPF），以AICc评估模型支持度并推导中位数、上百分位数和超越概率等管理相关指标。所有模型在MARK软件中分析，通过RStudio的RMark包调用。

三、研究结果

数据概况：在25个调查日内共记录832次捕获，包括638次首次捕获和194次重捕，重捕率为30.4%。首次捕获中雌性289只（45.3%）、雄性312只（48.9%）、性别未知37只（5.7%）。各蝶群捕获事件差异显著，蝶群1最多（445次），蝶群6最少（3次）。重捕率最高为蝶群5（76.9%），最低为蝶群6（0.0%）。

集合种群规模估计：首只成虫于5月24日在蝶群3捕获，最后一只于6月24日在蝶群1捕获，整个集合种群飞行期为32天。蝶群1飞行期最长，为5月25日至6月24日共31天。除蝶群4外，所有蝶群飞行高峰在6月8日至10日之间，蝶群4于5月31日即达表观高峰。集合种群总规模（蝶群1–5之和）估计为1801只成虫，其中雄性887只、雌性914只。种群呈明显核心-边缘结构：蝶群1约840只，蝶群2约338只、蝶群3约334只、蝶群4约270只，蝶群5仅约20只。

寿命期望：停留时间估计显示性别效应因蝶群而异。蝶群1中雄性停留时间显著长于雌性（3.5天对1.8天，95%置信区间不重叠）；蝶群3中雌性停留时间超过雄性（5.3天对2.9天），但置信区间重叠；蝶群4两性相似，雌性略长（1.7天对1.6天）；蝶群5雄性停留更长（3.5天对2.8天）。

扩散与飞行距离：两性最大净位移分布均呈正偏态，以短距离移动为主，少数长距离移动。雌性表现出更高的中心趋势和更多极端值，包括约1.2公里的距离，而雄性极少超过300米。雌性平均LND为104米，雄性为45米。AICc模型选择在两性中均支持逆幂函数而非负指数函数，表明存在重尾。雌性核参数α=12.44米、β=2.97，雄性α=16.75米、β=3.76。模型衍生百分位数雌性高于雄性（q50=31米对20米，q90=250米对87米，q95=529米对141米）。超越概率同样分化：P(D>200米)=0.122对0.029；P(D>300米)=0.085对0.015；P(D>500米)=0.053对0.0065；P(D>1000米)=0.027对0.002。这些模式表明雌性对蝶群间长距离连通性贡献不成比例地高。蝶群间扩散仅观察到三次，全部为雌性且均源自蝶群1：一只在蝶群5重捕（约500米），两只在蝶群2重捕（约1200米）。针对蝶群1至蝶群4（相距约4.5公里）的示意性重捕不可能性计算显示，雌性扩散核预测首次捕获至重捕距离超过4公里的概率为1.6%，但覆盖蝶群4的方向扇区角θ仅1.5°（占方向的0.42%），结合蝶群4的累积检测概率（p_cum=0.957），上界重捕概率为0.0064%，基于核环质量的估计为0.00011%，相当于约每15600次重捕事件出现1次。

翅磨损作为年龄替代指标：首次捕获后年龄随翅磨损等级增加而增加，中位数从WW1约1天升至WW2约2天、WW3约4天、WW4约7天。WW2和WW3的四分位距重叠，但WW3和WW4的中央50%基本分离（WW3约3–5天，WW4约5.5–8.5天）。

四、讨论与结论

物候学：研究结果显示该亚种飞行期显著长于此前的报道（此前报道为15–20天），2025年集合种群水平超过32天。这一延长飞行期在生态学上合理，因为繁殖和幼虫发育与寄主植物A. ponticus的出芽和开花物候密切相关。较长的飞行期可能缓冲花芽形成和开花的年际波动以及短期天气窗口，从而增加雌蝶在花芽中正确时机产卵的概率。蝶群间飞行物候存在差异，蝶群4高峰期和结束期较早，而蝶群1活动期较长并在季末明显延长，这可能反映斑块大小和微生境异质性的差异。

集合种群规模与蝶群结构：POPAN估计显示明显的核心-边缘结构，核心蝶群占近半数成虫。这一模式与A. ponticus的空间分布吻合，后者呈离散蝶群簇状分布。集合种群稳定性不成比例地依赖核心蝶群，小型卫星蝶群更适合理解为踏脚石或短期栖息地。可检测的蝶群间移动全部源自蝶群1，结合整体高栖息地保真度，表明蝶群交换在有利条件下主要发生于雌性。蝶群1不仅在数量上占主导，还充当集合种群的源种群。蝶群间丰度差异不能完全由寄主植物质量解释：蝶群3虽有更高植物密度和繁殖植株比例，但蝴蝶丰度远低于蝶群1，可能与其2017年前后喷洒杀虫剂导致种群崩溃、目前正在恢复有关。蝶群2尽管A. ponticus覆盖度和密度较高，捕获量却大幅低于蝶群4，可能与2025年6月22日观察到的山羊啃食有关，山羊几乎吃掉了所有A. ponticus花头及其中的幼虫。

扩散与连通性：尽管大多数成虫在首次捕获地点附近重捕，数据提供了蝶群间功能连通性的证据。直接检测到的蝶群间移动仅三次，全部源自蝶群1且均为雌性。扩散核建模表明稀有长距离移动是整体移动模式的组成部分，雌性对这些事件贡献不成比例地高。模型选择支持逆幂函数而非负指数函数，表明存在重尾。蝶群4未检测到交换应谨慎解读，其与最近已知蝶群相距约2.3公里、与蝶群1相距约4.5公里，位于拟合移动核的远端。重捕不可能性计算表明即使部分雌性能到达蝶群4，重捕此类迁移个体的概率也极低，因为移动必须发生在狭窄方向扇区内并与目标蝶群检测重合。缺乏检测并不排除长距离飞行的可能性，蝶群4的连通性可能依赖极罕见的长距离事件和/或主蝶群簇与蝶群4之间目前未知的踏脚石卫星斑块。

停留时间：停留时间估计表明成虫在季节内快速更替，通常在蝶群中仅停留数天。E[T]并非真实存活的直接度量，因为Φ代表表观存活率，永久迁出与死亡不可区分，且未建模的检测异质性可能使Φ和E[T]产生偏差。因此E[T]应主要解释为飞行期内局部居留的度量，而非生理寿命。蝶群1中雄性停留显著长于雌性，与雌性更可能迁出最大亚种群的模式一致，也与所有确认的蝶群间重捕均源自蝶群1且涉及雌性的事实相符。蝶群3中雌性停留时间最高，在恢复情景下，产卵位点竞争减少和种内压力降低可能减少雌性迁出并增加局部居留。蝶群4停留时间低且两性相似，但该蝶群监测始于发现时的表观高峰期，可能影响首次捕获时机的分布。蝶群5呈现与蝶群1相似的人口结构。

翅磨损作为年龄替代指标：翅磨损提供了相对年龄的实用、可获取的替代指标，可在野外直接评估年龄结构。但中间等级间存在重叠，且少数个体在季节早期即出现高磨损分数，表明翅状况并非严格的时间计，捕食者攻击或机械撕裂可能夸大表观磨损。因此翅磨损最适用于区分宽泛年龄类别，应作为支持CMR推断的补充证据。

局限性与方法学考量：关键人口统计学参数应解释为表观过程而非真实过程。检测概率的未建模异质性可能使Φ和衍生量产生偏差。蝶群4缺乏早期季节数据，蝶群2在飞行期开始时空间覆盖不完整，后期纳入新发现的寄主植物斑块可能改变了捕获概率和重捕史，因此蝶群2的结果应视为初步性的。最小蝶群（尤其蝶群5和6）样本量小限制人口统计学解释。

保护意义：保护工作应优先保障核心蝶群安全并维持寄主植物斑块间的功能连通性。由于核心-边缘结构明显，核心蝶群受任何影响都可能造成不成比例高的集合种群风险，而小蝶群尽管人口统计学影响有限，仍可能为连通性做出贡献。蝶群2和3的表观恢复轨迹表明这些地点可能重新获得人口统计学重要性，若补充稳定且局部种群增长，可发展为额外源种群，减少对单一核心蝶群的依赖。管理应侧重于防止A. ponticus关键开花期补充失败，山羊啃食事件表明短暂干扰可移除大部分花头和幼虫，从而消除整个世代。鉴于景观中记录的害虫防治历史，应在飞行期和幼虫期对农药使用和漂移采取预防性方法。减少蝶群附近农田的农药和化肥投入，如通过缓冲区设置和协调施药时间，将是预防性措施。最后，在主蝶群簇与孤立蝶群4之间开展针对性调查寻找额外小斑块，结合早期季节监测覆盖，将改善连通性评估并识别可保护的潜在踏脚石栖息地。

结论：2025年，T. nogelii dobrogensis作为约1800只成虫的集合种群存在，呈现清晰的核心-边缘结构。其飞行期显著长于此前的报道，与其寄主植物物候的紧密耦合以及季节内可能的风险分散一致。尽管蝶群间直接交换很少被检测到，扩散核分析表明偶尔的长距离扩散确实发生，且雌性对这些事件贡献更多。因此，人口统计学连通性主要由稀有的雌性扩散驱动。停留时间模式进一步支持蝶群和性别间局部居留和更替的差异，同时强调这些估计反映受迁出和可检测性影响的表观过程。总体而言，核心蝶群的持续生存能力、小型连接斑块的可用性以及避免可能导致单季内严重补充失败的偶发性干扰，对于该系统的持续存在至关重要。