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南山溪蝴蝶多樣性的相關因子分析

行政院農業委員會特有生物研究保育中心楊燿隆
國立台灣大學昆蟲學系楊平世

摘要

本研究應用地理資訊系統,探討南山溪流域蝶相與開發程度、蜜源植物、寄主植物及坡度、坡向等地形因子的相關性。結果顯示在南山溪流域地區,蝴蝶種類與數量在南向坡及坡度11-20間之環境較多,且與林木鬱閉度、海拔高度、距住宅區距離有正相關(p<0.01),而與路面的材質有負相關(p<0.01),並與蜜源植物及寄主植物的數量沒有顯著相關性。本研究結果顯示,開發程度越高,越不利於蝴蝶多樣性保育。

緒言

物種的保育措施已從單一物種的保護,逐漸轉為棲息地的保護(New 1998; Pulling 2002)。許多報告皆指出,要維持物種的生存必須有良好的棲息環境(陳1996 ;方2002) 。世界自然保育聯盟(IUCN) 的蝴蝶保護行動方案也建議,要保護蝴蝶的多樣性,必先要加強蝴蝶棲息地的保護(New and Collin 1991)。1992 年在巴西訂定的生物多樣性公約(Convention on biological diversity) 第七條建議世界各國應積極查明與監測境內生物多樣性的組成,將生物多樣性的保育和永續使用納入有關的部門或跨部門計畫、方案和政策內(IUCN 1992)。

台灣有蝴蝶王國的美稱,可惜因為環境開發的壓力,使得許多原本蝴蝶種類數量多的地區,蝶況大不如前(楊1999)。南山溪流域位於南投縣埔里鎮與仁愛鄉的交接處(圖1),海拔約700-2,100m,在1950-1960 年間,本區是台灣蝴蝶加工業材料-蝴蝶的主要來源。南山溪長度約2.5 km (平常期),由北向南流入眉溪,上游處有幾處山谷,在豐水期時會出現3-4 條小溪支流,長度可以延伸到5.3 km。南山溪兩側主要為林班地,中上游地區仍留有部分森林,下游則為部落居住,以務農為主要生活方式,有部分農耕行為往中上游發展。南山溪上游以上主要為林班地,因道路稀少,尚維持良好林相,由於上游處有山谷溪流穿越,形成一處天然的蝶道,是蝴蝶聚集的場所,在南山溪流域即可捕捉數量豐盛及多樣的蝴蝶。自1970 年代起,該地區的蝴蝶銳減,需翻越北部的山頭,深入東眼山才能捕獲較多的蝴蝶。地方人士曾組成眉溪河川保護協會,進行河川的巡視及保護工作,可惜未能奏效(林務局1999)。如何進行南山溪流域的蝴蝶保育工作,尤其是對環境的維護,是許多研究台灣蝴蝶的人員認為重要的事務(方及楊2006)。

地理資訊系統(Geographic Information System, GIS) 是處理、分析及展示地理空間資訊的電腦系統(Scott et al. 1993;Chang 2001),生態學是分析物種的分布與數量多寡的學科(Krebs 2004),而這些影響因子大多能以地圖或是以地理空間位置來表示,例如,物理因子中的山脈或河川的分布與位置;環境因子的等溫線或等雨線;生物因子的捕食者或競爭者的分布範圍。如果能將影響物種分布範圍或數量
多寡的因子轉成圖層,則可以借用GIS的疊圖(overlap)、環域(buffer) 或疊切(clip) 等分析功能,來研究物種的分布模式(Wadsworth and Treweek 1999)。已有許多研究利用GIS 來協助物種環境的需求及進行保護區環境的規劃,也有相當好的成效(Pereira and Itami 1991; Scott et al. 1993; Dobson et al. 1997; Weiss and Weiss 1998; Amarnath et al. 2003; 楊及方2006)。本研究應用GIS的空間分析,分析影響南山溪流域蝴蝶多樣性的因子。

南山溪位置及調查樣點圖

圖1.南山溪位置及調查樣點圖
Fig. 1. Roads, rural areas and survey sites (A1 to D5) in the Nan-San River Basin (black square in the map of Taiwan at the upper right corner, the location of the Nan-San River Basin)

材料與方法

一、調查方法
採用Pollard and Yates (1993) 穿越線調查法,調查期間為1999-2003 年,在沿南山溪旁的道路每隔100m設立一個調查樣點,共計20個樣點(圖1),並以每個樣點為中心,前後各20m為調查範圍。每月至樣點調查2次,調查時間為上午9 時至12 時,調查並記錄各樣點範圍內的蝶種與數量。回程時並記錄樣點範圍內的蜜源植物與寄主植物的種類。為配合地理資訊資料處理,使用Garmin® Summit 衛星定位儀標定各樣點的座標位置。

二、地理環境資料
本研究的地圖資料以農林航空測量所1979年出版之南山溪1/10000 航空照片基本圖為底圖,進行10m 等高線圖數化。使用ESRI 公司ArcView 3.2a地理資訊系統為展示工具,並用其Spatial Analyst 及3D Analyst 模組求得各樣點範圍內的平均坡度及平均坡向(ESRI 1996)。

為了解蝴蝶相關的棲地因子,另外也量測各樣點範圍內的林木鬱閉度(canopy cover)、道路面材質、道路寬度及樣點中心離南山溪的距離、樣點離住宅區的距離。道路面的材質分為柏油路面、水泥路面及泥土路面3種;道路寬度則量取最短的道路寬度距離;鬱閉度的計算是使用魚眼鏡頭對空拍攝,用電腦估算(Anderson 1964),本研究採用Nikon Coolpix950 數位相機加上魚眼鏡頭(Nikon FC-E8) 對空拍攝後,再量測漏空的面積比例而得,鬱閉度分為0、25、50、75 及100%等5 個等級,即0%表沒有任何遮蔽,而100%為該樣點完全被林木遮蔽;樣點中心距溪流的距離及樣點距住宅的距離,由向量圖層上以最短距離量測而得,單位為m。

結果與討論

一、南山溪流域的地形地貌
南山溪流域的海拔高度,最高2,100m,最低700m (圖4)。使用等高線資料轉換,計算南山溪流域的坡度與坡向。在坡度方面,0-10°、11-20°、21-30°、31-40°、41-50°、51-60°、61-70° 各占南山溪流域的3.9、7.7、21.3、40.2、23.8、2.9 及0.2% (圖2)。在坡向,平坦、北向、東北向、東向、東南向、南向、西南向、西向、西北向各占6.3、10.5、12.3、18.8、19.3、14.5、8.7、6.3、3.4% (圖3)。

以南山溪左右各50m的環域內,坡度方面,0-10°、11-20°、21-30°、31-40°、41-50° 各占4.5、3.9、11.0、62.9、17.9%。在坡向,平坦、北向、東北向、東向、東南向、南向、西南向、西向、西北向各占1.7、5.0、2.1、3.5、9.5、40.3、23.0、13.5、1.4%。

二、南山溪地區的蝴蝶種類、寄主植物與蜜源植物本研究在南山溪共計調查到8 科120種蝴蝶,分別為弄蝶科5 種、鳳蝶科17 種、粉蝶科17 種、小灰蝶科23 種、長鬚蝶科1 種、斑蝶科7 種、蛺蝶科34 種、蛇目蝶科16 種(附錄1)。而在寄主植物方面有37 科104 種(附錄2),蜜源植物則有21 科39 種(附錄3)。

南山溪流域坡度圖

圖2.南山溪流域坡度圖
Fig. 2. Slopes of lands in the Nan-San River Basin.

南山溪流域坡向圖

圖3.南山溪流域坡向圖
Fig. 3. Aspects of lands in the Nan-San River Basin.

南山溪流域高度圖

圖4.南山溪流域高度圖
Fig. 4. Elevation contours of the Nan-San River Basin.

三、蝴蝶與生物因子的關係
本研究以蜜源植物、寄主植物的種數、數量及林木鬱閉度作為影響蝴蝶分布的生物因子。結果顯示南山溪流域的蝶相,無論是在蝶種數或是蝴蝶隻數上,皆與蜜源植物及寄主植物的種類數、數量沒有顯著相關性(p>0.05);而與林木鬱閉度呈現正相關(p<0.01),即林木鬱閉度越高的樣區,蝴蝶種類與數量越多。南山溪流域的蝴蝶對流域內的寄主植物及蜜源植物的關聯性不高,推測可能是南山溪流域地區並非是蝴蝶的主要繁殖地,而南山溪上游以上的原始森林才是蝴蝶的重要繁殖地區,南山溪流域因溪流的走向,只是成蝶飛行的主要蝶道,才會成為以往的蝴蝶主要捕捉生產區。

四、蝴蝶與環境因子的關係
分別使用蝴蝶種數與蝴蝶隻數對樣點的海拔高度、距住宅距離及距南山溪距離進行相關分析,結果顯示蝴蝶的種類與數量皆與樣點的海拔高度、距住宅距離有顯著正相關(p<0.01),與南山溪距離無顯著差異(p>0.01) (圖5、6)。路面材質方面,在路面無舖設柏油或水泥的樣點上,無論是蝴蝶的種類或數量皆較高(p<0.01)。由於南山溪流域地區高度在600-1,300m,700m以下的區域與眉溪交會,附近有住宅區,路面會鋪設柏油;700-1,000m 有當地居民的農耕行為,道路屬產業道路,路面除少數路段有鋪設柏油外,主要為水泥或碎石路面,而1,000m 以上為原始林區域,是巡山員、原住民或獵人行走的步道,路面為泥土。結果呈現在南山溪流域地區,海拔高度越高,也代表開發越少,顯示開發越少的環境較有利蝴蝶的出現。

蝴蝶隻數與林木鬱閉度(A)、海拔高度(B) 及距住宅距離(C) 的迴歸關係

圖5.蝴蝶隻數與林木鬱閉度(A)、海拔高度(B) 及距住宅距離(C) 的迴歸關係
Fig. 5. Relationships between the total number of individual butterflies and environmental factors, canopy covers (A), elevations (B) and distances to rural areas (C) in the Nan-San River Basin.

蝴蝶種數與林木鬱閉度(A)、海拔高度(B)、距住宅距離(C) 之迴歸關係

圖6.蝴蝶種數與林木鬱閉度(A)、海拔高度(B)、距住宅距離(C) 之迴歸關係
Fig. 6. Relationships between numbers of butterfly species and environmental factors, canopy covers (A), elevations (B) and distances to rural areas (C).

五、蝴蝶與地貌因子的關係
在地貌方面,結果顯示在坡向向南的區塊,蝴蝶的種類與數量最為豐富,其次是東南向及西南向,第三是東向及西向(圖7)。蝴蝶喜歡南向的原因,可能的因為南向坡的日照較長,尤其是在冬季的時候,向南地區環境較為溫暖,植被生長較佳,有利蝴蝶的生存環境。另在坡度方面,以11-20°時的蝴蝶種類最多,其次依序分別為31-40°、41-50°、21-30° 及0-10°;在蝴蝶數量上同樣是以11-20°時最多,其次依序分別為41-50°、31-40°、21-30° 及0-10° (圖8)。

蝴蝶種數與坡向(A)、坡度(B)及路面材質(C)之關係

圖7.蝴蝶種數與坡向(A)、坡度(B)及路面材質(C)之關係
Fig. 7. Relationships between numbers of butterfly species and the environmental factors, aspects of lands (A), slopes of lands (B) and road types (C).

蝴蝶隻數與坡度(A)、坡向(B) 及路面材質(C) 關係圖

圖8.蝴蝶隻數與坡度(A)、坡向(B) 及路面材質(C) 關係圖
Fig. 8. Relationships between numbers of individual butterflies and the environmental factors, aspects of lands (A), slopes of lands (B) and road types (C).

結論

棲地改善或是棲地營造是保護蝴蝶最重要的方法之一( 陳1996;New 1998;Pulling
2002;方2002 )。影響蝴蝶棲息環境的因子是多方面的(Grill and Dadia 2003;Kitahara and Watanabe 2003;Kitahara 2004),本研究的結果也支持這個論點。此外,本研究也發現,如果能配合當地環境的坡度與坡向,會有助於蝴蝶的保護,同時,本研究也顯示,人為的開發,不利於蝴蝶的多樣性保育。

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