北美农业生态系统中蝙蝠对排水沟植被与景观森林覆盖的积极响应及其保护意义

本研究通过超声波监测揭示了北美温带农业生态系统中排水沟植被结构（高度、宽度及异质性）和景观尺度森林覆盖率对蝙蝠群落活动与物种丰富度的积极影响。结果表明，较高的植被结构与丰富的森林覆盖可显著提升蝙蝠（如大棕蝠Epfu、银毛蝠Lano等）的觅食与栖息质量，为农业景观中的生物多样性保护与害虫防治（如虫媒控制）提供了关键生态策略（GLMM模型分析）。该研究强调了维持沟渠植被复杂性和森林斑块对濒危蝙蝠物种保护的重要性。

1 引言

农业用地占全球土地覆盖的38%，是导致生物多样性下降的主要因素之一。随着人口增长和农业集约化，自然栖息地丧失加剧，对生态系统服务（如害虫控制、授粉和土壤健康）造成威胁。蝙蝠作为温带农业生态系统的重要组成部分，通过抑制作物害虫和病媒传播（如虫媒病毒）提供关键生态服务。然而，农业景观中半自然栖息地的丧失正加剧蝙蝠种群衰退。在欧洲，线性植被特征（如树篱、沟渠植被）已被证明能为蝙蝠提供庇护和觅食栖息地，但北美地区相关研究较少。本研究聚焦北美东部安大略农业区的排水沟植被，探讨其植被结构与景观特征（森林覆盖率、田野大小）对蝙蝠活动与物种丰富度的影响。

2 方法

2.1 概述

研究通过部署55个自动超声波记录仪，监测不同排水沟植被结构（平均高度、高度变异度、平均宽度）和景观结构（森林覆盖率、最近森林距离、平均田野大小）下的蝙蝠群落。使用广义线性模型（GLM）和广义线性混合模型（GLMM）分析物种丰富度、总活动量及物种水平活动。

2.2 研究区域

研究位于加拿大安大略省南国河流域，以农业为主导土地覆盖，排水沟网络总长超过3300公里，主要作物为玉米、大豆和饲料作物。

2.3 研究物种

区域内常见8种蝙蝠，其中4种被列为濒危物种（如小足鼠耳蝠Myotis leibii、小棕蝠Myotis lucifugus），其余种类（如东方红蝠Lasiurus borealis）也面临生存威胁。

2.4 站点选择

基于地理信息系统（GIS）分析，从2400个潜在站点中筛选出55个代表性站点，确保空间自相关性最小化且变量范围最大化。

2.5 蝙蝠调查

使用Song Meter Mini蝙蝠超声波记录仪，于2022年5月至8月夜间录制蝙蝠回声定位信号。筛选12个适宜夜晚（温度>14.5°C、风速<15 km/h、降雨<5 mm）以减少天气影响。

2.6 通行识别

通过SonoBat软件处理录音，采用北美蝙蝠监测计划（NABat）协议剔除非蝙蝠噪音，以序列决策阈值0.9分配物种ID。最终分析基于57,490次已识别通行。

2.7 排水沟植被结构

利用激光雷达（lidar）和高分辨率影像测量植被高度、高度变异度和宽度，垂直精度达5 cm。植被高度平均7.0 m，宽度平均8.6 m。

2.8 景观结构

通过年度作物库存地图（AAFC 2021）提取森林覆盖率、最近森林距离和平均田野大小，在多尺度缓冲区（100 m至5 km半径）内评估景观指标。

2.9 统计分析

使用负二项GLMM处理过度离散的计数数据，康威-麦克斯韦泊松GLM分析物种丰富度。所有连续变量标准化处理，通过AICc和R²评估模型拟合度。

2.10 效应尺度

分别评估森林覆盖率和田野大小在不同空间尺度对蝙蝠响应的影响，选择AICc最低的尺度进行最终建模。

2.11 共线性

预测变量间Pearson相关系数均低于0.7，且莫兰I检验显示无显著空间自相关性。

3 结果

3.1 蝙蝠活动与物种丰富度

共记录57,491次蝙蝠通行，大棕蝠（Epfu）占比58%，银毛蝠（Lano）28%，灰蝠（Laci）12%。物种丰富度中位数为5，最高达6种。

3.2 排水沟植被结构

总蝙蝠活动和大棕蝠活动与平均植被高度、高度变异度呈显著正相关；东方红蝠（Labo）与植被宽度显著正相关；银毛蝠和灰蝠亦显示正向趋势。

3.3 景观结构

总蝙蝠活动、银毛蝠、灰蝠和小棕蝠（Mylu）活动与森林覆盖率（尺度<500 m）显著正相关；物种丰富度与森林覆盖率（5000 m尺度）呈负相关但不显著。最近森林距离和平均田野大小无显著影响。

4 讨论

4.1 排水沟植被结构

较高且结构多样的植被可能通过提供更多昆虫猎物和导航地标增强蝙蝠栖息质量。树木的存在提升鞘翅目和鳞翅目昆虫丰度，支持蝙蝠觅食。建议维持植被高度异质性和宽度以支持多物种需求。

4.2 景观结构

森林覆盖率提升可能通过增加栖息地可用性、猎物资源（如节肢动物补充）和景观互补性促进蝙蝠活动。负相关的物种丰富度可能源于竞争排除或三色蝠（Perimyotis subflavus）对低森林覆盖的偏好。

4.3 局限性

研究基于活动指数而非个体数量，且未区分觅食与通行行为。排水沟的水体可能额外吸引蝙蝠，未来需比较沟渠与非沟渠植被的差异。

4.4 管理意义

建议提升排水沟植被高度和异质性，维持森林斑块以增强蝙蝠保护。政府倡议（如加拿大20亿棵树项目）可支持农业景观再造林，同时蝙蝠的害虫控制服务可能抵消部分农业成本。

作者贡献

Marlena Warren负责调查、分析和初稿撰写；Scott Wilson参与概念设计与资金获取；Niloofar Alavi进行数据整理；David Lapen和Jason Duffe提供概念支持；Greg W. Mitchell领导概念设计、资金获取与论文修订。

致谢

感谢土地所有者、 fieldwork团队成员及学术顾问的支持。资金由加拿大环境与气候变化部及农业与 Agri-Food 部通过IRIA-ECO2项目提供。

资金声明

本研究由环境与气候变化加拿大及农业与 Agri-Food 加拿大的部门间农业研究倡议（IRIA）-环境变化一元健康观测站（ECO2）-J002305项目资助。