墨西哥城查普尔特佩克城市森林公园鳞翅目昆虫群落的时空动态影响

《International Journal of Tropical Insect Science》：The dynamic influence of spatial and temporal changes on Lepidopteran communities in Chapultepec Forest Urban Park, Mexico

为解决城市化进程中鳞翅目昆虫多样性变化机制不明的问题，研究人员在墨西哥城查普尔特佩克森林公园对比了人流量不同的两个区域，探讨了时空变化对其群落多样性和组成的影响。结果发现，人流量更高的区域（第一区）反而拥有更高的鳞翅目多样性（包含全部物种的67%），尤其在旱季，这与“人类活动降低生物多样性”的初始假设相悖。该研究强调了长期监测和实施城市生态保护策略的必要性。

　　

想象一下，在城市的心脏地带，一片广阔的绿洲不仅是市民休闲的乐园，更是无数昆虫，特别是我们熟悉的蝴蝶和飞蛾（统称为鳞翅目昆虫）的庇护所。鳞翅目昆虫因其对环境的敏感性，常被用作评估生态系统健康状况的“哨兵”。然而，城市化的滚滚车轮似乎正不断压缩着这些美丽生灵的生存空间。以往大量的研究似乎也支持一个令人担忧的结论：城市化程度越高，鳞翅目昆虫的物种多样性和数量就越低。但事实果真如此简单吗？城市绿地的内部差异，比如游客的多少、植被管理的不同，会如何影响这些“环境哨兵”的时空分布格局？这些问题，对于在高速城市化进程中如何科学地规划和管理城市绿地、保护生物多样性至关重要。

在墨西哥城，坐落着拉丁美洲最大的城市森林公园——查普尔特佩克森林公园。它就像一座镶嵌在都市混凝土中的生态孤岛，为城市生物提供了难得的栖息地。但这座公园本身也并非铁板一块，其内部不同区域在景观特征、植被组成和人类活动强度上存在显著差异。例如，公园的第一区以其丰富的文化和历史设施吸引着大量游客，而第二区则相对静谧，更多地侧重于生物多样性项目。这种天然的对比，为科学家们探究人类活动与昆虫多样性之间复杂关系提供了一个绝佳的“自然实验室”。

于是，一项名为“墨西哥城查普尔特佩克城市森林公园鳞翅目昆虫群落的时空动态影响”的研究就此展开。研究人员怀揣着一个看似合理的假设：人类活动频繁的区域（第一区）和资源相对匮乏的旱季，鳞翅目昆虫的多样性应该会更低。为了验证这一假设，并深入理解时空因素如何塑造城市鳞翅目群落，研究团队在2021年10月至2022年7月间，对公园内游客流量形成鲜明对比的第一区和第二区进行了每周一次的调查。他们像耐心的自然观察者，沿着设定的路线，记录下视野范围内每一只蝴蝶和飞蛾的种类与数量。通过对这些海量数据的分析，包括绘制物种多度排序曲线、估算物种丰富度，以及运用希尔数（Hill numbers）进行α多样性（指一个特定区域或生态系统内的多样性）分析和基于相异性组分的β多样性（指不同区域或生态系统之间的多样性差异）分析，一幅关于城市鳞翅目昆虫生存图景的细致画卷被徐徐揭开。

这项研究发表于《International Journal of Tropical Insect Science》。为了开展这项研究，作者主要应用了几个关键的技术方法：首先，采用基于固定样线的“波拉德行走法”（Pollard Walk method）进行非损伤性野外监测，在公园第一区和第二区各设置了4条1公里长的样线，每周调查，持续覆盖干、湿两季，共记录了5670个个体。其次，利用野外照片和标准图鉴进行物种鉴定，涵盖了10个科。最后，使用覆盖度（sample coverage）标准化的希尔数（q=0, 1, 2）比较α多样性，并运用Baselga的β多样性分割框架，将S?rensen相异性指数分解为物种周转（β_SIM）和嵌套性（β_NES）组分，将Bray-Curtis相异性指数分解为平衡变异（β_BAL）和丰度梯度（β_GRA）组分，以量化空间（区域间）和时间（季节间）的群落组成差异。

研究结果揭示了以下主要发现：

Richness and abundance of Lepidopteran assemblages in Chapultepec Forest Urban Park（查普尔特佩克城市森林公园鳞翅目群落的丰富度和多度）

在整个研究期间，共记录到73种鳞翅目昆虫，分属10科，包括常见的蝶类（如凤蝶科、粉蝶科）和蛾类（如尺蛾科、夜蛾科）。其中，游客更多的第一区记录了62种，而第二区记录了51种。出乎意料的是，第一区不仅物种数更多，个体总数量（3096只）也高于第二区（2588只）。在时间维度上，旱季记录了37种，雨季增加到68种，但旱季的个体总数量反而更高。这表明，尽管物种数随雨季增加，但某些物种在旱季可能呈现更高的个体数量。

Spatial alpha diversity of Lepidopteran assemblages in the Chapultepec Urban Forest Park（查普尔特佩克城市森林公园鳞翅目群落的空间α多样性）

α多样性分析显示，第一区在所有多样性层级上（物种丰富度q₀、常见物种多样性q₁、优势物种多样性q₂）的估计值均高于第二区。虽然两区物种丰富度（q₀）的差异不显著，但第一区的q₁和q₂值显著更高。这表明两区共享相似的物种库，但第一区拥有更均衡的物种多度分布和更高的优势种多样性，即群落的差异主要体现在物种的相对多度而非有无上。

Temporal alpha diversity of Lepidopteran assemblages in the Chapultepec Urban Forest Park（查普尔特佩克城市森林公园鳞翅目群落的时间α多样性）

季节性分析表明，两个区域在雨季的物种丰富度（q₀）均高于旱季。然而，在衡量常见和优势物种多样性的q₁和q₂指标上，第一区在干湿两季都持续显著高于第二区。这说明第一区不仅物种更丰富，其群落的稳定性和优势种结构在季节变化中也保持得更好。

Beta diversity of Lepidopteran assemblages in Chapultepec Forest Urban Park（查普尔特佩克城市森林公园鳞翅目群落的β多样性）

β多样性分析清晰地揭示了群落差异的来源。在空间上（比较两个区域），基于物种有无的总体相异性为40.3%，其中嵌套性（β_NES=26.4%）贡献大于物种周转（β_SIM=13.9%），意味着第二区的物种组成很大程度上是第一区物种库的一个子集（即物种丢失）。然而，当考虑物种多度时，总体相异性升至51.4%，且主要由平衡变异（β_BAL=44.7%）驱动，说明两区物种的相对多度发生了显著重组，同一物种在不同区域的优势度可能完全不同。

在时间上（比较干湿两季），基于物种有无的总体相异性高达56.4%，且主要来自物种周转（β_SIM=43.2%），即不同季节出现了不同的物种组合。基于多度的相异性也达到61.9%，同样主要由平衡变异驱动，表明季节变化不仅导致物种更替，也深刻改变了各物种的相对多度格局。

研究结论与意义

本研究得出了一个与直觉和许多先前研究相悖的核心结论：在查普尔特佩克森林公园内，人类活动强度更高、游客更多的第一区，反而拥有更高的鳞翅目昆虫α多样性（尤其是常见种和优势种多样性）和个体多度。这一发现直接反驳了研究初始的假设，即“城市化程度更高、人为干扰更强的区域鳞翅目多样性更低”。研究揭示，适度的、管理良好的城市绿地，即使面临较高的人流压力，仍可通过提供多样的栖息地结构、稳定的花卉资源（如可能存在的授粉花园）以及更高的生境异质性，来维持甚至促进鳞翅目昆虫的多样性。特别是第一区在旱季仍保持较高多样性的现象，提示其环境可能为昆虫提供了缓冲不良气候条件的微生境。

在群落构建机制上，空间差异主要体现为物种的“嵌套”和相对多度的“重组”，而时间（季节）差异则主要由物种“周转”驱动。这表明，管理实践和资源可得性更多地影响了哪些物种能存在以及它们有多常见，而强烈的季节性气候则主导了物种组成的周期性更替。

这项研究具有重要的理论与实践意义。首先，它挑战了“人类活动必然导致生物多样性丧失”的简单化认知，强调了城市绿地管理的质量（如植被配置、资源补充）可能比单纯的游客数量更能决定其生态价值。其次，研究证实了即使是高度城市化的环境，大型、结构复杂的城市森林公园也可以作为生物多样性，特别是对传粉和生态指示具有重要意义的鳞翅目昆虫的关键保护区。最后，研究方法上结合了α和β多样性分割，为精细解析城市昆虫群落的时空动态提供了范例。研究结果呼吁城市规划与管理应重视对城市绿地进行长期生物多样性监测，并采取针对性的保护策略（如在游客区合理设置蜜源植物花园），以增强城市生态系统的稳定性和韧性，实现人与自然在都市空间中的和谐共生。