台灣福山地區三種埋葬蟲的分布與尼泊爾埋葬蟲(Coleoptera: Silphidae) 的族群動態
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生物學報(2013)48:1-11 DOI:10.6248/BF.2013.48.01 台灣福山地區三種埋葬蟲的分布與尼泊爾埋葬蟲(Coleoptera: Silphidae) 的族群動態 1 2 黃文伯 葛兆年 * 1 國立台南大學生態科學與技術學系 2 行政院農業委員會林業試驗所森林保護組 (收稿日期:2013.2.1,接受日期:2013.4.15) 摘 要 本研究為探討福山地區三種埋葬蟲的棲地分布與季節性活躍,並標放尼泊爾埋葬蟲,來分析 該物種的族群動態。紅胸埋葬蟲與尼泊爾埋葬蟲有顯著的時空棲位區隔,紅胸埋葬蟲偏好在夏季的 草地活動,而尼泊爾埋葬蟲則偏好春秋季的林地。紅胸埋葬蟲、大黑埋葬蟲與尼泊爾埋葬蟲的活躍 期高峰,在海拔較高的阿玉山皆晚於海拔較低的福山。在阿玉山所捕獲的紅胸埋葬蟲與尼泊爾埋葬 蟲,其前胸背板寬皆顯著大於在福山的族群;不論在福山或阿玉山,紅胸埋葬蟲雄蟲個體大小皆較 大於雌蟲;尼泊爾埋葬蟲在阿玉山的族群,雌蟲大小顯著大於雄蟲,但於福山的族群則無差別。雖 然尼泊爾埋葬蟲的捕獲數量在2002年調查期間出現三個高峰值,但以Jolly-method估算,族群大小 穩定,僅在四月初出現高峰期。尼泊爾埋葬蟲在光週期L/D: 11/13、溫度20oC的條件下,世代所需 時間為44 ± 1.04日,四月中羽化的高峰期可對應到二月底成蟲活動的高峰期。尼泊爾埋葬蟲4日內 移動距離中位數為174.4 m,福山與阿玉山兩地族群未發現明顯交流的現象。 關鍵詞:埋葬蟲科、棲地分布、季節性活躍、尼泊爾埋葬蟲、標放再捕捉、Jolly 法、族群動態 緒 言 致昆蟲劇烈地競爭屍體資源(Wilson and Fudge, 1984; Wilson et al., 1984; Trumbo, 1990)。儘管埋 埋葬蟲科(Silphidae)甲蟲屬於動物屍體分解 葬蟲壽命可以長達四個月左右(Hwang and Shiao, 者,在物質轉換、能量循環中為重要角色之一。 2011),但埋葬蟲要發現可適合做為繁殖用的屍體, 埋葬蟲科包含了Nicrophorinae和Silphinae兩亞科, 一生可能只有一次(Scott and Gladstein, 1993)。在 除少數物種為植食性外(Anderson and Peck, 發現屍體後,同種或異種之間的個體亦經常為了 1984),本科大部份物種的成蟲與幼蟲皆以動物屍 爭奪屍體而打鬥(Pukowski, 1933; Bartlett and 體為營養來源。在Nicrophorinae的物種中,特別 Ashworth, 1988; Otronen, 1988; Müller et al., 是斑紋埋葬蟲屬(Nicrophorus spp.)因具有埋葬屍 1990)。在競爭排斥原理下,使用相似資源的物種, 體與撫育的行為,較為偏好利用小型(如鼠、鳥) 應在生態棲位上發生區隔的現象(Hutchinson, 屍體(Pukowski, 1933; Trumbo, 1992; Scott, 1998; 1958; MacArthur and Levins, 1964; Levins, 1968)。 Hwang and Shiao, 2008; Sikes, 2008);而Silphinae 共域的埋葬蟲即存在日、夜與黃昏活動習性的差 的物種在無撫育行為下,則傾向利用大型屍體(> 異、季節性活躍高峰的差異,以及棲地偏好的差 300 g)進行繁殖(Ratcliffe, 1996; Hoback et al., 異(Scott, 1998)。 2004)。 屍體分解速率與溫度、溼度、棲地類型和季 節肢動物是屍體微棲地中主要的生物類群, 節有關(Payne, 1965; Nabaglo, 1973; Swift et al., 雙翅目(Diptera)、鞘翅目(Coleoptera)、膜翅目 1979)。而屍體分解速率則影響屍體資源可利用的 (Hymenoptera)與蜘蛛目(Araneae)在屍體上即佔 時效,進而影響分解者的族群密度與群聚的物種 了78%~90%的個體組成(Payne, 1965; Johnson, 組成(Hanski and Cambefort, 1991 ; Martin-Piera 1975)。動物屍體對昆蟲來說,是較為稀少的資源 and Lobo, 1993)。在野外,蠅類幼蟲與螞蟻是優 (Wilson, 1971; Hanski and Cambefort, 1991),此導 勢的屍體分解者(Hwang, 2011),在溫度較高的環 *通信作者:葛兆年(Chao-Nien Koh);FAX:886-2-23078755;E-mail:[email protected] 黃文伯 葛兆年 境中,屍體先被蠅類與螞蟻發現並被迅速分解的 屍體誘餌。兩種棲地類型所有誘餌陷阱皆於兩小 機率較高(Putman, 1978; Easton, 1979)。這造成埋 時內同步置放誘餌,每個陷阱中每月各置放兩隻 葬蟲可用做繁殖的屍體資源過少,而影響埋葬蟲 4 ~ 5週齡ICR品系小鼠屍體(約20 g重),每次放置 的繁殖成功率(Scott et al., 1987)。研究指出埋葬 一隻,每隻小鼠屍體皆放置4日,並統計兩個4日 蟲族群密度在海拔較高處大於海拔較低處 中陷阱內的埋葬蟲個體。為確定埋葬蟲受屍體誘 (McKinnerney, 1978; Halffter et al., 1983),而同種 餌吸引,距離每個誘餌掉落式陷阱的5 m外,另 埋葬蟲的體型在較高海拔則大於較低海拔的個 設置一個僅含PVC水管擋土牆、漏斗與集蟲杯的 體(Smith et al., 2000)。較低的溫度可增加埋葬蟲 無誘餌掉落式陷阱,以統計確認屍體的吸引效 繁殖成功率(Trumbo, 1990),即可能基於環境溫度 果。 的差異,影響埋葬蟲在不同海拔高度的族群密度。 2002年2月至同年6月除了於福山樣區調查 此外,昆蟲幼蟲生長發育所需的時間,在不同海 外,並在與福山直線距離約4 km遠、海拔高度 拔高度的差異(Danks, 1994; Sparks et al., 1995; 1200 ~ 1300 m的阿玉山樣區(24o46’N, 121o36’E) Sota, 1996),亦可能是同種埋葬蟲的體型在不同 進行調查,該樣區棲地與福山溪谷林地相似,皆 海拔高度存在差異的原因。 為鬱閉闊葉林所覆蓋,穿越線為沿稜線的登山步 本研究即調查福山地區三種埋葬蟲的季節 道,陷阱設於步道兩側。此期間於福山與阿玉山 性活躍與棲地偏好,以及海拔高度對個體活躍與 兩樣區穿越線的林地內,分別設置15個與上述結 體型的影響。利用標放再捕捉尼泊爾埋葬蟲 構相同的誘餌掉落式陷阱,陷阱間距為100 m以 (Nicrophorus nepalensis Hope)個體的方法分析該 上,每月放置一隻4 ~ 5週齡Wistar品系大鼠屍體 物種的族群動態,並了解尼泊爾埋葬蟲的生活史 (約130 g重),並計算兩樣區每個月於4日內所捕獲 週期,比對野外新羽化個體之親代的繁殖時間點, 的埋葬蟲個體數量。同時以游標尺測量兩樣區紅 和探討該物種個體移動能力與族群間交流的可 胸埋葬蟲與尼泊爾埋葬蟲個體的前胸背板寬度, 能性。 以比較兩樣區族群或性別的個體大小差異。 材料與方法 尼泊爾埋葬蟲的族群動態 2002 年 2 月 24 日至 4 月 22 日於福山樣區, 埋葬蟲的採集與形態測量 將每 4 天所捕捉的尼泊爾埋葬蟲個體於翅鞘上以 2001年2月至2002年1月的研究樣區位於台 1 號蟲針戳孔編碼標放。翅鞘戳孔後,在無外力 灣福山的哈盆自然保留區(24o45’N, 121o34’E,以 損傷下,該孔洞皆能長久保留,且在橙色斑塊處 下簡稱福山),海拔高度為600 ~ 800 m之間,沿哈 戳孔,孔緣發黑明顯,可清楚以肉眼辨識。編碼 盆溪河岸規劃穿越線,於開闊的草地與鬱閉的林 方式為採用 Müller (1977)所設計,將翅鞘畫分為 地兩種類型棲地相隔內,每200 m設置一個誘餌 四個區塊,每一個區塊最多戳兩孔,並以孔洞位 掉落式陷阱,兩種棲地類型各設置8個取樣點。 置的排列對應出 1 ~ 9 的數字編碼,四個區塊分 誘餌掉落式陷阱結構為將一個20 cm高、內 別對應個位數、十位數、百位數和千位數,起始 徑15 cm的PVC空水管埋入地面下做為擋土牆,水 數字 1 皆接近翅鞘中線,翅鞘左右兩面編碼為鏡 管上方切面邊緣與地面齊平;管內置放一個出口 像對稱,以此編碼方式,每隻甲蟲最多僅戳 8 孔, 為內徑2 cm寬的漏斗,漏斗上緣為直徑15 cm以 且最多可編 9999 隻甲蟲(圖一)。 契合水管內徑,漏斗插入500 ml附有杯蓋的塑膠 集蟲杯中,杯底用圖釘鑿孔以排放積水;為避免 將埋葬蟲以個體識別的程度編碼標放後,透 腐食性脊椎動物取食誘餌,在埋管的地表鋪設60 過再捕捉的機率,以 Jolly-method 估算族群的大 x 60 cm2的鐵絲網,以營釘固定,並剪除鐵絲網 小(Mühlenberg 1993),族群大小的計算方式為: 中間16 x 16 cm2的面積以開放漏斗上方;鐵絲網 P =((a x Z / R ) + r ) n / r 與漏斗上方置有一個16 x 16 x 8 cm3下方開放的 t t t t t t t 2 鐵籠,鐵籠網目為2 x 2 cm ,用8條尼龍束帶將鐵 其中 絲網與鐵籠束緊,以防止脊椎動物挖掘侵入,鐵 Pt:為時間 t 的族群大小 2 籠上方覆蓋一塊20 x 20 cm 的壓克力板擋雨;鐵 nt:為時間 t 的總捕獲數 籠內、漏斗正上方懸掛塑膠培養皿,以承載小鼠 at:為時間 t 所標放的個體數 2 埋葬蟲分布與族群動態 a rt:為時間 t 再捕獲有標記的個體數 b Rt:為時間 t 所標放且時間 t 之後再捕獲的 總數 Zt:為時間 t 前標放且時間 t 之後再捕獲的 總數 在無外力影響且食物充分的情況下,尼泊爾 埋葬蟲壽命約為121天(Hwang and Shiao, 2011), 圖一、翅鞘戳孔編碼示意圖:(a)將翅鞘畫分為四個區 羽化後個體翅鞘約在 5 日內完全硬化,以 1 號蟲 塊,分別對應個位數、十位數、百位數和千位數;(b) 針戳孔時會產生阻力。因此在翅鞘戳孔時,同時 單一區塊內,孔洞排列的位置所對應1 ~ 9的數字編 檢測翅鞘硬度,若翅鞘較軟,戳孔時無阻力,則 碼。 視為剛羽化的個體。編碼標放的個體亦紀錄釋放 Figure 1. Schematic diagram of puncture coding on 時的 GPS 座標,以及再捕獲的時間與地點座標, elytra: (a) Elytra are divided into four blocks, which 基於捕捉標放的時間間隔幾乎都是 4 日,因此在 correspond to a 1-digit, 10-digit, 100-digit and 1000-digit block; (b) the arranged hole positions correspond to 1 to 評估埋葬蟲的移動能力時,皆換算為 4 日內的直 9 in the digital code in a single block. 線移動距離。 為確認新羽化個體在先前季節被親代產下 離的影響。統計顯著性的 alpha level 皆設定在 的時間點,將野外個體攜回實驗室,使其繁殖在 0.05。 較為接近野外日長與溫度的條件中,以估計世代 時間。野外成蟲以二氧化碳麻醉,在解剖顯微鏡 結 果 下以鑷子挑掉蟎類後,成對埋葬蟲置於直徑 11 cm 高 8.5 cm 內置 4 cm 厚培養土的透明塑膠容器 埋葬蟲的時空分布 中,並給予一隻約 20 g 的 ICR 品系小鼠屍體。將 由2001年2月至2002年1月於福山共捕獲紅 容器置於日長 11 hr 與溫度 20°C 的生長箱中,伺 胸埋葬蟲(Calosilpha cyaneocephala Portevin)、大 幼蟲離巢欲化蛹時,使用同樣規格的容器裝盛 4 黑埋葬蟲(Nicrophorus concolor Kraatz)與尼泊爾 cm 厚培養土,最多置入 8 隻幼蟲使其化蛹,並 埋葬蟲(Nicrophorus nepalensis Hope)個體共175 計算各對埋葬蟲從給予屍體至該巢後代羽化所 隻次,分析十二個月份具誘餌陷阱與不具誘餌陷 需的時間。 阱中所捕獲的三種埋葬蟲數,三種埋葬蟲皆受到 屍體誘引(Wilcoxon Signed Ranks Test: p < 0.05, n 統計分析 = 12)。其中大黑埋葬蟲較為零星出現,在九月時 本研究比較不同種埋葬蟲受屍體的吸引程 捕獲最多,但僅有5隻個體。另外兩種埋葬蟲在 度,以及在林地棲地與草地棲地的偏好,採用 時間上則有較明顯的區隔,尼泊爾埋葬蟲於福山 Wilcoxon Signed Ranks Test 分析 12 個月份個體 出現的時間為春秋兩季,而在夏季則完全消失; 數量的相依性數據。不同種埋葬蟲五個月份的活 紅胸埋葬蟲出現的時間為春末至秋季,五月時為 躍期比較,各於福山與阿玉山兩地檢定多組條件 活躍期最高峰,七至九月亦相當頻繁地出現(圖 下卡方分布(chi-square distribution)的同質性,在 二)。 計算出所試驗的卡方值後,對應該試驗所屬的自 以十二個月份分析埋葬蟲物種對林地或草 2 由度,當獲得之同質性機率低於 5%時 (χ -test: p 地的偏好,除大黑埋葬蟲因個體數目過少,無法 < 0.05),即表示該試驗各組間存在顯著差異。埋 區分其棲地偏好外(Wilcoxon Signed Ranks Test: 葬蟲的個體大小分析,採用獨立樣本 t 檢定 p = 0.24, n = 12),紅胸埋葬蟲顯著偏好在草地出 (Independent Sample t-Test)比較在福山與阿玉山 現(Wilcoxon Signed Ranks Test: p < 0.05, n = 12), 兩地族群的差異,以及單一族群中兩性別個體大 而尼泊爾埋葬蟲則偏好以林地做為主要的活動 小的差異。分析影響尼泊爾埋葬蟲移動能力的因 空間(Wilcoxon Signed Ranks Test: p < 0.05, n = 子,使用簡單線性迴歸(Simple Linear Regression) 12),後兩者的棲位出現時間性與空間性的區隔。 探討移動距離與個體大小(前胸背板寬度)的關係, 2002 年 2 月至同年6 月在海拔高度600 至 以及以 Mann-Whitney U-test 比較性別對移動距 800m福山樣線與在海拔高度1200至1300m的阿 3 黃文伯 葛兆年 350 30 C. cyaneocephala a 300 N. concolor 25 250 N. nepalensis 200 20 150 15 100 number 50 10 0 23456 5 0 14 b 234567891011121 12 month 10 8 圖二、2001年2月至2002年1月各月份於福山哈盆自然 number 6 保留區所捕獲的紅胸埋葬蟲(Calosilpha 4 cyaneocephala)、大黑埋葬蟲(Nicrophorus concolor)與 2 0 尼泊爾埋葬蟲(Nicrophorus nepalensis)之個體數量。 23456 Figure 2. Number of C. cyaneocephala, N. concolor, and N. nepalensis captured per month in Hahpen Nature 400 350 c Preserve in Fushan from February 2001 to January 2002. 300 250 玉山樣線進行調查,三種埋葬蟲在較高海拔阿玉 200 150 山樣線的活躍期皆顯著晚於較低海拔的福山樣 100 線(χ2-test: 紅胸埋葬蟲: p < 0.001, 大黑埋葬蟲: p 50 0 < 0.01, 尼泊爾埋葬蟲: p < 0.001)。紅胸埋葬蟲在 23456 month 福山樣線出現時間較早,2月即有捕獲紀錄,但 月捕獲數量皆在100隻以下,但3月在阿玉山樣線 圖三、2002年2月至6月在福山樣線(—)與阿玉山樣線 出現後,於4月的捕獲數量即超過100隻,於5、6 (---) 所捕獲三種埋葬蟲的數量,(a) 紅胸埋葬蟲 月仍持續增加;大黑埋葬蟲在福山樣線出現的時 (Calosilpha cyaneocephala) 、 (b) 大黑埋葬蟲 間亦早於阿玉山樣線一個月,在福山活躍的高峰 (Nicrophorus concolor)、(c)尼泊爾埋葬蟲(Nicrophorus 期為5月,而捕獲的數量在阿玉山樣線則是在5月 nepalensis);三種埋葬蟲的數量高峰月份皆有顯著不 2 過後陡增;尼泊爾埋葬蟲在福山樣線於2月突然 同(χ -test, p皆 < 0.01)。 大量出現,但其捕獲量隨即逐漸降低,並於5月 Figure 3. Number of carrion beetles (per species) captured per month in Fushan (—) and Ayushan (---) 時無捕獲紀錄,在阿玉山樣線捕獲數量則是於4 from February 2002 to June 2002. (a) C. cyaneocephala 月達到高峰,雖然在兩樣線2月份皆有個體出現, (χ2-test: p < 0.001), (b) N. concolor (χ2-test: p < 0.01), 但活躍期高峰在阿玉山樣線延後了兩個月(圖 and (c) N. nepalensis (χ2-test: p < 0.001). The peaks of 三)。 the beetle numbers in Fushan and Ayushan were significantly different for three carrion beetle species 除了此三種埋葬蟲在實驗期間被捕獲外,亦 (χ2-test, all p < 0.01) 捕獲另外兩種埋葬蟲,粗腿埋葬蟲(Necrodes nigricornis Harold)於2001年1月進行前測時於草 在福山與阿玉山兩地族群體型上的差異,兩物種 地捕獲11隻,而雙斑埋葬蟲(Diamesus bimaculatus 位於較高海拔阿玉山的甲蟲族群,前胸背板寬度 Portevin)則是在2003年12月於林地陷阱中捕獲1 皆大於較低海拔福山的族群(t-Test: p < 0.001;紅 隻,並於2001年夏天在山羌(Muntiacus reevesi 胸埋葬蟲:福山 平均值 = 8.91 ± 0.65 mm,n = micrurus Sclater)屍體上觀察到,粗腿埋葬蟲與雙 195、阿玉山 平均值 = 9.34 ± 0.57 mm,n = 334; 斑埋葬蟲於實驗期間皆未受小鼠或大鼠屍體吸 尼泊爾埋葬蟲:福山 平均值 = 4.71 ± 0.62 mm, 引而捕獲。 n = 469、阿玉山 平均值 = 5.25 ± 0.67 mm,n = 281). 埋葬蟲在不同海拔高度下的個體大小差異 紅胸埋葬蟲不論是在福山或是阿玉山,兩地 在不同海拔高度的埋葬蟲,呈現個體大小的 族群的雄蟲前胸背板寬度皆顯著大於雌蟲(t-Test: 差異分布。分別比較紅胸埋葬蟲與尼泊爾埋葬蟲 p < 0.001;福山:雄蟲平均值 = 9.34 ± 0.50 mm, 4 埋葬蟲分布與族群動態 圖五、2002 年 2 月 24 日至4 月 22 日尼泊爾埋葬蟲 (Nicrophorus nepalensis)在福山的捕獲數(---),以及使 用Jolly-method所估算的族群大小(—)。 Figure 5. Number of captured N. nepalensis (---) and population size estimated using the Jolly method (—) in Fushan from 24 February to 22 April, 2002. 蟲,並於翅鞘上戳洞編碼標放。尼泊爾埋葬蟲捕 獲的數量於此期間出現三個高峰值,分別在2月 28日、3月24日與4月18日。但以Jolly-method統計 圖四、2002年2月至6月兩種埋葬蟲雌雄個體前胸背板 寬度,各別在福山或阿玉山的比較。(a)紅胸埋葬蟲 族群數量密度,於可估算的日期中發現3月24日 (Calosilpha cyaneocephala)(福 山:雄 蟲 n = 89、雌 蟲 n 前族群密度呈現穩定的狀態,而族群於之後8日 = 106; 阿玉山:雄蟲 n = 196、雌 蟲 n = 138; t-Test: 內增加了約5倍的大小,至4月14日再恢復為先前 兩地皆為 p < 0.001);(b)尼泊爾埋葬蟲(Nicrophorus 的族群密度(圖五)。 nepalensis)(福山:雄蟲 n = 273、雌蟲 n = 196,t-Test: 為了解族群密度動態變化的原因,對2002年 p = 0.927;阿 玉 山:雄 蟲 n = 119、雌 蟲 n = 162,t-Test: 2月24日至4月22日同時期所捕獲的尼泊爾埋葬 p < 0.001)(mean ± SE)。 蟲,在翅鞘戳洞編碼時,同時檢測翅鞘硬度,並 Figure 4. Pronotum width of male and female carrion 統計剛羽化出來的個體佔該日捕獲數量的比例。 beetles captured in Fushan or Ayushan from February 2002 to June 2002. (a) C. cyaneocephala: male: n = 89, 在捕獲個體數量高峰值的三個日期(2月28日、3 female: n = 106 in Fushan; male: n = 196, female: n = 月24日與4月18日)前,剛羽化個體所佔的比例, 138 in Ayushan (t-Test: p < 0.001 for both sites); (b) N. 即在2月24日、3月16日與4月14日達到高峰值(圖 nepalensis: male: n = 237, female: n = 196 in Fushan 六)。在光週期L/D: 11/13、溫度20oC的條件下, (t-Test: p = 0.927) ; male: n = 119, female: n = 162 in Ayushan (t-Test: p < 0.001; mean ± SE). 尼泊爾埋葬蟲發現屍體後,至下一個世代羽化出