Mô hình khả năng tồn tại của quần thể cho một loài bướm nhiệt đới có nguy cơ tuyệt chủng: ảnh hưởng của mật độ và hỏa hoạn đến động lực quần thể và rủi ro tuyệt chủng

Robert M. McElderry1,2, Mark H. Salvato3, Carol C. Horvitz1
1University of Miami, Coral Gables, USA
2Fairchild Tropical Botanic Garden, Coral Gables, USA
3Vero Beach, USA

Tóm tắt

Phân tích khả năng tồn tại của quần thể bướm thường sử dụng mô hình metapopulation, nhưng đối với các loài đặc hữu không có sự dư thừa giữa các quần thể con, chúng ta cần hiểu rõ động lực quần thể tại địa phương. Tuy nhiên, ít thông tin được biết đến về độ nhạy của các tỷ lệ sinh trưởng và khả năng tồn tại của quần thể bướm trước những rối loạn như hỏa hoạn. Chúng tôi áp dụng mô hình bậc hai cho dữ liệu đếm bướm hàng tháng (1999–2014) để ước lượng chỉ số mật độ quần thể hàng năm phản ánh mật độ trong mùa cao điểm mỗi năm. Tốc độ tăng trưởng quần thể tương đối được ước tính dựa trên chuỗi thời gian của chỉ số mật độ quần thể, và các tham số động lực quần thể r0 và K được ước lượng bằng cách khớp các tỷ lệ tăng trưởng tương đối (RGRs) với các mô hình không phụ thuộc và phụ thuộc mật độ bao gồm tác động của hỏa hoạn. Các mô hình quần thể được mô phỏng 20 và 100 năm trong tương lai để đánh giá độ nhạy của xác suất tuyệt chủng đối với động lực người phụ thuộc mật độ và hỏa hoạn. Mặc dù mô hình không phụ thuộc mật độ có độ khả thi tương đối cao nhất, nhưng các mô hình phụ thuộc mật độ đã tạo ra các quỹ đạo quần thể có hành vi phù hợp hơn với dữ liệu từ quần thể Anaea troglodyta floridalis. Việc không có hỏa hoạn làm tăng độ nhạy của RGR đối với mật độ, và sự xuất hiện của hỏa hoạn đã làm giảm độ nhạy này bằng cách tăng khả năng chịu đựng. Rủi ro tuyệt chủng nhạy cảm nhất với việc thêm động lực phụ thuộc mật độ. Các mô hình phụ thuộc mật độ cung cấp cái nhìn lạc quan hơn so với các mô hình không phụ thuộc mật độ (8% so với 66% xác suất tuyệt chủng trong 20 năm). Các mô phỏng của chúng tôi gợi ý rằng việc cải thiện khả năng chịu đựng sẽ cung cấp đệm tốt nhất cho sự tuyệt chủng của loài bướm đặc hữu đang gặp nguy hiểm này.

Từ khóa

#bướm #động lực quần thể #tuyệt chủng #mô hình metapopulation #hỏa hoạn

Tài liệu tham khảo

Adler FR, Nuernberger B (1994) Persistence in patchy irregular landscapes. Theor Popul Biol 45:41–75

Baguette M, Schtickzelle N (2006) Negative relationship between dispersal distance and demography in butterfly metapopulations. Ecology 87:648–654

Beissinger SR, Westphal MI (1998) On the use of demographic models of population viability in endangered species management. J Wildl Manag 62:821–841. doi:10.2307/3802534

Boggs CL, Inouye DW (2012) A single climate driver has direct and indirect effects on insect population dynamics. Ecol Lett 15:502–508. doi:10.1111/j.1461-0248.2012.01766.x

Brook BW, Bradshaw CJ (2006) Strength of evidence for density dependence in abundance time series of 1198 species. Ecology 87:1445–1451

Brook BW, Lim L, Harden R, Frankham R (1997) Does population viability analysis software predict the behaviour of real populations? A retrospective study on the Lord Howe Island woodhen Tricholimnas sylvestris (Sclater). Biol Conserv 82:119–128. doi:10.1016/S0006-3207(97)00026-8

Brook BW, O’Grady JJ, Chapman AP, Burgman MA, Akcakaya HR, Frankham R (2000) Predictive accuracy of population viability analysis in conservation biology. Nature 404:385–387. doi:10.1038/35006050

Burnham KP, Anderson DR (2002) Model selection and multimodel inference: a practical information-theoretic approach. Springer, New York

Cech R, Tudor G (2005) Butterflies of the East Coast: an observer’s guide. Princeton University Press, Princeton

Cleary DF, Genner MJ (2004) Changes in rain forest butterfly diversity following major ENSO-induced fires in Borneo. Glob Ecol Biogeogr 13:129–140

Coulson T, Mace GM, Hudson E, Possingham H (2001) The use and abuse of population viability analysis. Trends Ecol Evol 16:219–221. doi:10.1016/S0169-5347(01)02137-1

Dempster J (1983) The natural control of populations of butterflies and moths. Biol Rev 58:461–481

Drechsler M, Burgman M (2004) Combining population viability analysis with decision analysis. Biodivers Conserv 13:115–139. doi:10.1023/B:BIOC.0000004315.09433.f6

FNAI (2010) Pine rocklands. Guide to the natural communities of Florida

FNAI (2012) Florida Natural Areas Inventory element tracking summary. http://www.fnai.org/PDF/Element_tracking_summary_201103.pdf. Accessed 25 March 2013

Hennessey MK, Habeck DH (1991) Effects of mosquito adulticiding on populations of non-target, terrestrial arthropods in the Florida Keys. U.S. Fish and Wildlife Service and the University of Florida Cooperative Wildlife Research Unit, Gainesville

Hinrichsen RA (2009) Population viability analysis for several populations using multivariate state-space models. Ecol Model 220:1197–1202. doi:10.1016/j.ecolmodel.2009.02.014

Huntzinger M (2003) Effects of fire management practices on butterfly diversity in the forested western United States. Biol Conserv 113:1–12

IUCN (2013) Guidelines for using the IUCN Red List categories and criteria. Standards and Petitions Subcommittee Version 10

Lawler JJ, Campbell SP, Guerry AD, Kolozsvary MB, O’Connor RJ, Seward LCN (2002) The scope and treatment of threats in endangered species recovery plans. Ecol Appl 12:663–667. doi:10.2307/3060975

Liebhold A, Koenig WD, Bjørnstad ON (2004) Spatial synchrony in population dynamics. Annu Rev Ecol Evol Syst 35:467–490. doi:10.2307/30034124

Morris W, Doak D (2002) Quantitative conservation biology: theory and practice of population viability analysis. Sinauer Associates Publishers, Inc., Sunderland

Nowicki P, Bonelli S, Barbero F, Balletto E (2009) Relative importance of density-dependent regulation and environmental stochasticity for butterfly population dynamics. Oecologia 161:227–239

O’Brien J (1998) The distribution and habitat preferences of rare Galactia species (Fabaceae) and Chamaesyce deltoidea subspecies (Euphorbiaceae) native to southern Florida pine rockland. Nat Areas J 18:208–222

Pe’er G, Matsinos YG, Johst K, Franz KW, Turlure C, Radchuk V, Malinowska AH, Curtis JMR, Naujokaitis-Lewis I, Wintle BA, Henle K (2013) A protocol for better design, application, and communication of population viability analyses. Conserv Biol 27:644–656. doi:10.1111/Cobi.12076

Plummer M (2003) JAGS: a program for analysis of Bayesian graphical models using Gibbs sampling. In: Proceedings of the 3rd international workshop on distributed statistical computing (DSC 2003), March, pp 20–22

R Core Team (2014) R: a language and environment for statistical computing. Version 3.1.0 (2014-04-10) edn. R Foundation for Statistical Computing, Vienna

Regan TJ, Taylor BL, Thompson GG, Cochrane JF, Ralls K, Runge MC, Merrick R (2013) Testing decision rules for categorizing species’ extinction risk to help develop quantitative listing criteria for the U.S. Endangered Species Act. Conserv Biol 27:821–831. doi:10.1111/cobi.12055

Saha S, Bradley K, Ross MS, Hughes P, Wilmers T, Ruiz PL, Bergh C (2011) Hurricane effects on subtropical pine rocklands of the Florida Keys. Clim Change 107:169–184. doi:10.1007/s10584-011-0081-1

Salvato M (1999) Factors influencing the declining populations of three threatened butterflies in south Florida and the Florida Keys. MS Thesis, University of Florida

Salvato M, Hennessey M (2003) Notes on the historic range and natural history of Anaea troglodyta floridalis (Nymphalidae). J Lepid Soc 57:243–248

Salvato MH, Salvato HL (2010a) Notes on the status and ecology of Anaea troglodyta floridalis (Nymphalidae) in Everglades National Park. J Lepid Soc 64:91–97

Salvato MH, Salvato HL (2010b) Notes on the status of Anaea troglodyta floridalis on Big Pine Key. News Lepid Soc 52:139–140

Salvato MH, Salvato HL (2012) Parasitism of the Florida leafwing and Bartram’s hairstreak butterfly immature stages. Comprehensive Annual Report to Everglades National Park

Salvato M, Salvato H, Sadle J (in press) Tent building by larval Anaea troglodyta floridalis (Nymphalidae). News Lepid Soc 57

Schtickzelle N, Choutt J, Goffart P, Fichefet V, Baguette M (2005) Metapopulation dynamics and conservation of the marsh fritillary butterfly: population viability analysis and management options for a critically endangered species in Western Europe. Biol Conserv 126:569–581. doi:10.1016/j.biocon.2005.06.030

Schultz CB, Crone EE (1998) Burning prairie to restore butterfly habitat: a modeling approach to management tradeoffs for the Fender’s blue. Restor Ecol 6:244–252. doi:10.1046/j.1526-100X.1998.00637.x

Schultz CB, Dlugosch KM (1999) Nectar and hostplant scarcity limit populations of an endangered Oregon butterfly. Oecologia 119:231–238

Slocum MG, Platt WJ, Cooley HC (2003) Effects of differences in prescribed fire regimes on patchiness and intensity of fires in subtropical savannas of Everglades National Park, Florida. Restor Ecol 11:91–102. doi:10.1046/j.1526-100X.2003.00115.x

Smith DS, Miller LD, Miller JY, Lewington R (1994) The butterflies of the West Indies and South Florida. Oxford University Press, New York

Swengel A (2001) A literature review of insect responses to fire, compared to other conservation managements of open habitat. Biodivers Conserv 10:1141–1169. doi:10.1023/a:1016683807033

Swengel A, Swengel S (2007) Benefit of permanent non-fire refugia for Lepidoptera conservation in fire-managed sites. J Insect Conserv 11:263–279. doi:10.1007/s10841-006-9042-9

U.S. Fish and Wildlife Service (2014) Endangered and threatened wildlife and plants; endangered status for the Florida leafwing and Bartram’s scrub-hairstreak butterflies; final rule. Fed Reg 79:47221–47244

Vogel JA, Debinski DM, Koford RR, Miller JR (2007) Butterfly responses to prairie restoration through fire and grazing. Biol Conserv 140:78–90

Wilcove DS, Rothstein D, Jason D, Phillips A, Losos E (1998) Quantifying threats to imperiled species in the United States. Bioscience 48:607–615. doi:10.2307/1313420