我國(guó)鳥(niǎo)類特有種與氣候要素的關(guān)系

我國(guó)鳥(niǎo)類特有種與氣候要素的關(guān)系

物種特征的分布僅限于一個(gè)地區(qū)，而不是其他地區(qū)。對(duì)于一個(gè)地區(qū)或國(guó)家的喪失，這種物種在地球上是孤立的。鳥(niǎo)類的特殊特性與特定地區(qū)鳥(niǎo)類的組成、性質(zhì)、特征、地理分布和發(fā)展密切相關(guān)。氣候是影響鳥(niǎo)類分布模式的主要因素。鳥(niǎo)類的特殊分布與氣候因素密切相關(guān)?？茖W(xué)認(rèn)識(shí)鳥(niǎo)類的分布與豐富度的變化機(jī)，以及氣候變化對(duì)鳥(niǎo)類分布的影響具有重要的理論和實(shí)踐意義。鳥(niǎo)類分布與氣候要素的關(guān)系一直是生物學(xué)和生物地理學(xué)研究的重要課題.ROOT分析了分布在美國(guó)和加拿大南部地區(qū)148種陸地冬候鳥(niǎo)的分布范圍與1月平均最低溫度、潛在植被、無(wú)霜期長(zhǎng)度、海拔、相對(duì)濕度及年降水量的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)，鳥(niǎo)類分布東界與1月最低平均氣溫關(guān)系密切，鳥(niǎo)類分布北界與無(wú)霜期、潛在植被和年降水量關(guān)系密切，鳥(niǎo)類分布西界與環(huán)境因子關(guān)系復(fù)雜，鳥(niǎo)類分布南界與氣候要素關(guān)系不大.REPASKY再次分析了ROOT的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)僅有8～42種鳥(niǎo)類的分布北界與等溫線對(duì)應(yīng)，體型大的鳥(niǎo)在南部地區(qū)分布較少，而體型小的鳥(niǎo)在南北部地區(qū)都有分布，表明氣候因素對(duì)鳥(niǎo)類分布影響較復(fù)雜.鳥(niǎo)類分布與氣候要素的關(guān)系已成為氣候變化對(duì)生物多樣性影響研究的熱點(diǎn).如VENIER等利用邏輯斯遞回歸模型分析了加拿大渥太華的5種鳴鳥(niǎo)繁殖與氣候因素的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)該模型能很好地模擬鳥(niǎo)繁殖分布與氣候要素關(guān)系;VIRKKALA等利用廣義可加線性模型分析了芬蘭鳥(niǎo)類分布與氣候要素的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)泥沼地鳥(niǎo)類豐富度與泥沼地蓋度、小溪長(zhǎng)度和4─6月平均氣溫密切相關(guān);DELGADO等利用廣義線性模型分析了氣候與巴西干草原小鴇種群數(shù)量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)該種群受繁殖季節(jié)(5─10月)降水量影響較大;LEECH等評(píng)述了氣候變化對(duì)林地鳥(niǎo)類分布的影響，認(rèn)為溫度和降水格局的改變將對(duì)古北界西部林地鳥(niǎo)類分布有較大影響;HUNTLEY等研究氣候變化對(duì)歐洲431種繁殖鳥(niǎo)分布范圍的影響，認(rèn)為2070─2099年這些鳥(niǎo)類分布范圍中心將向南平均遷移258～882km，范圍擴(kuò)大72%～89%，許多特有鳥(niǎo)對(duì)氣候變化十分脆弱.這些研究都在基于準(zhǔn)確確定鳥(niǎo)類分布與氣候要素關(guān)系的基礎(chǔ)上，反映不同區(qū)域內(nèi)氣候要素和鳥(niǎo)類組成與屬性的差異，以及鳥(niǎo)類分布隨氣候要素變化的趨勢(shì).國(guó)內(nèi)的大量研究集中在區(qū)域或全國(guó)范圍內(nèi)的鳥(niǎo)類地理分布格局、棲息地和組成特征，以及鳥(niǎo)類分布格局與棲息地的關(guān)系[12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25]等領(lǐng)域，但對(duì)氣候因素與鳥(niǎo)類分布格局關(guān)系的報(bào)道不多.孫全輝等對(duì)10年來(lái)(1988—1998年)國(guó)內(nèi)鳥(niǎo)類分布及越冬地的變化的研究發(fā)現(xiàn)，斑嘴鴨在20世紀(jì)90年代以前在渤海區(qū)是夏候鳥(niǎo)，由于冬季氣候變暖，到21世紀(jì)初已成為留鳥(niǎo);灰鶴遷徙路徑受氣候變化影響發(fā)生了改變;石建斌等綜述了國(guó)內(nèi)外氣候變化對(duì)鳥(niǎo)類影響研究的進(jìn)展;杜寅等28]基于文獻(xiàn)資料歸納出，近20年來(lái)，氣候變化使120種鳥(niǎo)分布范圍發(fā)生改變，其中屬于東洋界的有88種，古北界有12種，廣布種有20種.我國(guó)是世界上鳥(niǎo)類資源最豐富的國(guó)家之一，現(xiàn)有鳥(niǎo)類1332種，約占世界鳥(niǎo)類總數(shù)14%.許多學(xué)者已對(duì)鳥(niǎo)類特有種分布開(kāi)展研究，但鮮見(jiàn)其與氣候要素關(guān)系的研究.為此，在廣泛收集鳥(niǎo)類特有種地理分布資料基礎(chǔ)上，應(yīng)用ArcGIS9.2軟件，分析了其分布格局與氣候要素的關(guān)系.1材料和方法1.1特有種的選擇許多研究對(duì)確定鳥(niǎo)類特有種進(jìn)行了探討[1,29,31,32,33,34].筆者基于鳥(niǎo)類特有種僅分布于我國(guó)且分布信息相對(duì)清楚觀點(diǎn)上，選擇了《中國(guó)鳥(niǎo)類分類與分布名錄》中記載的71種鳥(niǎo)類特有種為研究對(duì)象.這些種隸屬于4目18科45屬，其中雞形目雉科20種，松雞科1種;隼形目畫(huà)眉科18種，鴉科、鶇科、鴉雀科、鶯科、山雀科、燕雀科和鵐科各2～4種;鵯科、戴菊科、長(zhǎng)尾山雀科、鳾科、旋木雀科和雀科各1種;鸮形目和夜鷹目各1科1種(見(jiàn)表1).1.2論文發(fā)表及數(shù)據(jù)錄文鳥(niǎo)類特有種分布主要根據(jù)《中國(guó)鳥(niǎo)類分類與分布名錄》、《中國(guó)鳥(niǎo)類特有種》、《中國(guó)鳥(niǎo)類分布名錄》、《中國(guó)瀕危動(dòng)物紅皮書(shū)·鳥(niǎo)類》、《中國(guó)物種紅色名錄》、地方鳥(niǎo)類志及有關(guān)書(shū)籍、專題報(bào)告和公開(kāi)發(fā)表論文以及野外調(diào)查記錄等[34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56]確定.將《中國(guó)地名錄-中華人民共和國(guó)地圖集地名索引》中33000余條地名及其經(jīng)緯度錄入Excel表格，將每一鳥(niǎo)類特有種地理分布信息輸入地名錄中，計(jì)算出每個(gè)地點(diǎn)所分布鳥(niǎo)類特有種的種數(shù).在Access中建立特有種分布數(shù)據(jù)庫(kù)，利用ArcGIS9.2軟件將特有種分布數(shù)據(jù)按坐標(biāo)導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)，疊加分析后，制作特有種地理分布圖，再根據(jù)每個(gè)地點(diǎn)所分布鳥(niǎo)類特有種數(shù)量制作特有種豐富度分布圖.1.3數(shù)據(jù)集的確定由國(guó)家氣象信息中心提供，包括我國(guó)722個(gè)基本基準(zhǔn)地面氣象觀測(cè)站1971─2000年的氣候標(biāo)準(zhǔn)值年值數(shù)據(jù)集，基于數(shù)據(jù)集的氣候指標(biāo)和影響鳥(niǎo)類分布的氣候要素，選擇年均氣溫、年均最高/最低氣溫、年極端最高氣溫、年極端最低氣溫、年均相對(duì)濕度、年降水量和年日照時(shí)數(shù)等指標(biāo).1.4特有種聚類分析利用ArcGIS9.2中Kriging插值法將每個(gè)氣候要素的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到全國(guó)范圍的氣候要素值，轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)，運(yùn)用Combine工具提取出每個(gè)特有種對(duì)應(yīng)的主要?dú)夂蛞刂?，在Excel中分析特有種的分布與主要?dú)夂蛞氐年P(guān)系.根據(jù)每個(gè)鳥(niǎo)類特有種對(duì)應(yīng)的氣候要素指標(biāo)，以類間距離平方和最小增量合并聚類的Wards方法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，根據(jù)聚類分析結(jié)果對(duì)適宜分布的氣候類型進(jìn)行分類，并對(duì)71種鳥(niǎo)類特有種豐富度與各氣候要素及經(jīng)緯度進(jìn)行相關(guān)分析.2結(jié)果與討論2.1鳥(niǎo)類屬間分布的分布71種鳥(niǎo)類特有種的分布范圍差異較大(見(jiàn)圖1).用不同特有種占格點(diǎn)數(shù)表示其分布范圍相對(duì)大小，其中分布相對(duì)較為狹窄(占格點(diǎn)數(shù)在70個(gè)以下)的特有種有63種，包括暗色鴉雀、白點(diǎn)噪鹛、白耳奇鹛、白額山鷓鴣、白冠長(zhǎng)尾雉、白尾地鴉、白頸長(zhǎng)尾雉、白眶鴉雀、白馬雞、白眉山雀、斑背噪鹛、寶興鹛雀、斑尾榛雞、大噪鹛、滇鳾、大石雞、海南孔雀雉、海南柳鶯、海南山鷓鴣、鳳頭雀鶯、甘肅柳鶯、黑額山噪鹛、黑頭噪鴉、賀蘭山紅尾鴝、褐馬雞、褐頭鳳鹛、褐頭嶺雀、黑長(zhǎng)尾雉、黃痣藪鹛、紅腹山雀、黃腹角雉、藍(lán)鷴、灰腹噪鹛、灰冠鴉雀、灰胸藪鹛、金額雀鹛、藍(lán)馬雞、臺(tái)灣紫嘯鶇、綠尾虹雉、三趾鴉雀、四川林鸮、四川山鷓鴣、四川旋木雀、四川雉鶉、臺(tái)灣斑翅鹛、臺(tái)灣鵯、臺(tái)灣戴菊、臺(tái)灣短翅鶯、臺(tái)灣黃山雀、臺(tái)灣藍(lán)鵲、臺(tái)灣林鴝、臺(tái)灣山鷓鴣、銀臉[長(zhǎng)尾]山雀、玉山噪鹛、藏馬雞、藏雀、藏鵐、藏雪雀、雉鶉、中亞夜鷹、朱鵐、棕草鹛、高山雀鹛;分布較為廣泛的有8種(格點(diǎn)數(shù)90個(gè)以上)，包括寶興歌鶇、橙翅噪鹛、黃腹山雀、灰胸竹雞、山噪鹛、棕噪鹛、藍(lán)鵐和紅腹錦雞.71種鳥(niǎo)類特有種分布不連續(xù)(見(jiàn)圖1)，其中呈明顯不連續(xù)分布的有38種，包括暗色鴉雀、白冠長(zhǎng)尾雉、白頸長(zhǎng)尾雉、白尾地鴉、白眶鴉雀、白眉山雀、斑尾榛雞、寶興歌鶇、大噪鹛、大石雞、鳳頭雀鶯、黑頭噪鴉、賀蘭山紅尾鴝、褐馬雞、褐頭嶺雀、紅腹山雀、黃腹山雀、灰胸竹雞、金額雀鹛、藍(lán)馬雞、藍(lán)鵐、綠尾虹雉、三趾鴉雀、山噪鹛、四川林鸮、四川旋木雀、棕噪鹛、銀臉[長(zhǎng)尾]山雀、藏馬雞、藏鵐、藏雪雀、雉鶉、朱鵐、四川雉鶉、棕草鹛、紅腹錦雞、高山雀鹛和白額山鷓鴣.需要說(shuō)明的是，其中一些鳥(niǎo)類特有種在大陸、臺(tái)灣島和海南島都有分布，如棕噪鹛在大陸南方呈間斷分布，在臺(tái)灣島也有分布;灰胸竹雞在大陸上廣泛分布，同時(shí)在臺(tái)灣島和海南島上也有分布.呈連續(xù)分布的有33種，包括白點(diǎn)噪鹛、白馬雞、斑背噪鹛、寶興鹛雀、橙翅噪鹛、滇鳾、甘肅柳鶯、海南山鷓鴣、黑額山噪鹛、褐頭鳳鹛、黃腹角雉、黃痣藪鹛、灰腹噪鹛、灰冠鴉雀、灰胸藪鹛、四川山鷓鴣、臺(tái)灣斑翅鹛、臺(tái)灣戴菊、臺(tái)灣黃山雀、臺(tái)灣藍(lán)鵲、臺(tái)灣林鴝、玉山噪鹛、藏雀、中亞夜鷹、臺(tái)灣山鷓鴣、藍(lán)鷴、黑長(zhǎng)尾雉、臺(tái)灣鵯、臺(tái)灣紫嘯鶇、白耳奇鹛、臺(tái)灣短翅鶯、海南柳鶯和海南孔雀雉.71種鳥(niǎo)類特有種中，除藍(lán)鵐、寶興歌鶇、白眶鴉雀和甘肅柳鶯外，都為留鳥(niǎo).甘肅柳鶯繁殖于西北，越冬于西南;寶興歌鶇在內(nèi)蒙古、陜西、甘肅、四川、貴州和云南為留鳥(niǎo)，在北京為夏候鳥(niǎo)，在浙江是旅鳥(niǎo)，在山東有時(shí)為迷鳥(niǎo);白眶鴉雀在甘肅中部、青海祁連山東部為夏候鳥(niǎo)，在其他地區(qū)為留鳥(niǎo)或冬候鳥(niǎo).我國(guó)大部分地區(qū)鳥(niǎo)類特有種豐富度為1～5種，東南和西南地區(qū)豐富度較高，其中橫斷山脈地區(qū)、四川北部秦嶺和甘肅南部、臺(tái)灣島最多，有11～21種;臺(tái)灣島有17種，海南島有3種.東北地區(qū)大部、新疆北疆大部、內(nèi)蒙古開(kāi)闊地區(qū)和青藏高原腹心地區(qū)的鳥(niǎo)類特有種豐富度較低(見(jiàn)圖2).鳥(niǎo)類特有種在15°N～50°N,75°E～125°E范圍都有分布，其豐富度與經(jīng)度呈負(fù)相關(guān)(R=-0.156,P<0.010)，在93°E～121°E內(nèi)豐富度較高;與緯度也呈負(fù)相關(guān)(R=-0.052,P=0.055)，在26°N～39°N范圍內(nèi)豐富度較高(見(jiàn)圖3).2.2鳥(niǎo)類特殊分布與氣候因素之間的關(guān)系2.2.1鳥(niǎo)類適宜分布區(qū)域氣候類型的分布由表2可知，71種鳥(niǎo)類特有種適宜分布區(qū)的年均氣溫為0.06～24.61℃，年降水量為49.3～1745.24mm，年相對(duì)濕度為45%～81.5%，年日照時(shí)數(shù)為1227.44～2976.99h.其中年均溫度<5℃的特有種有4種，5～10℃有22種，>10～20℃有27種，>20℃以上的有18種，可見(jiàn)年均氣溫過(guò)高或過(guò)低的區(qū)域種數(shù)均較少;年降水量<400mm的鳥(niǎo)類特有種有5種，400～800mm的有22種，>800～1200mm的有32種，>1200～1600mm的有8種，>1600mm以上的有4種，可見(jiàn)年降水量過(guò)高或過(guò)低鳥(niǎo)類特有種數(shù)都較少;相對(duì)濕度<50%以下的鳥(niǎo)類特有種有4種，50%～70%的有31種，>70%的有36種，過(guò)于干燥區(qū)域的鳥(niǎo)類種數(shù)較少;年日照時(shí)數(shù)<1600h的鳥(niǎo)類特有種有9種，1600～1800h的有7種，>1800～2000h的有23種，>2000～2300h的有13種,>2300～2600h有16種,>2600h的有3種,年日照時(shí)數(shù)過(guò)高或過(guò)低條件下鳥(niǎo)類種數(shù)也較少.對(duì)8個(gè)氣候要素指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，將71種鳥(niǎo)類特有種適宜分布?xì)夂蝾愋头譃?類(見(jiàn)表3).第1類年均氣溫最低、降水量少、年日照時(shí)數(shù)高，稱為低溫干燥型，有25種鳥(niǎo)類特有種適宜分布，包括斑尾榛雞、大石雞、白馬雞、藏馬雞、藍(lán)馬雞、褐馬雞、四川林鸮、黑頭噪鴉、白尾地鴉、賀蘭山紅尾鴝、棕草鹛、山噪鹛、黑額山噪鹛、灰腹噪鹛、灰冠鴉雀、鳳頭雀鶯、白眉山雀、藏雀、朱鵐、雉鶉、四川雉鶉、中亞夜鷹、甘肅柳鶯、藏雪雀和褐頭嶺雀;第2類年均氣溫中等、降水量中等、年均最高和最低氣溫中等、年日照時(shí)數(shù)高，即中等溫濕度型，有38種鳥(niǎo)適宜分布，包括四川山鷓鴣、臺(tái)灣山鷓鴣、灰胸竹雞、綠尾虹雉、藍(lán)鷴、白冠長(zhǎng)尾雉、黑長(zhǎng)尾雉、紅腹錦雞、臺(tái)灣鵯、臺(tái)灣藍(lán)鵲、臺(tái)灣林鴝、臺(tái)灣紫嘯鶇、寶興歌鶇、寶興鹛雀、斑背噪鹛、白點(diǎn)噪鹛、大噪鹛、棕噪鹛、橙翅噪鹛、玉山噪鹛、黃痣藪鹛、臺(tái)灣斑翅鹛、高山雀鹛、白耳奇鹛、褐頭鳳鹛、三趾鴉雀、白眶鴉雀、暗色鴉雀、臺(tái)灣短翅鶯、臺(tái)灣戴菊、臺(tái)灣黃山雀、黃腹山雀、紅腹山雀、銀臉長(zhǎng)尾山雀、滇鳾、藏鵐、藍(lán)鵐和四川旋木雀;第3類年均氣溫較高、年均最高和最低氣溫較高、降水量較高、年日照時(shí)數(shù)較低，即較高溫濕度類型，有5種鳥(niǎo)類特有種適宜分布，包括黃腹角雉、白頸長(zhǎng)尾雉、灰胸藪鹛、金額雀鹛和白額山鷓鴣;第4類年均氣溫最高、年均最高和最低氣溫最高、降水量最高，即高溫高濕型，有海南山鷓鴣、海南柳鶯和海南孔雀雉適宜該氣候類型.低溫干燥型主要反映了西部地區(qū)的氣候特征，較高溫濕度型反映了亞熱帶區(qū)域氣候特征，高溫高濕反映了熱帶氣候特征，中等溫濕度類型反映了溫帶和暖溫帶氣候特征.分布廣泛的8種鳥(niǎo)中棕草鹛和山噪鹛屬低溫干燥型，其他都屬于中等溫濕度型，反映了中等溫濕度條件下適宜鳥(niǎo)類特有種分布的趨勢(shì).氣候因素對(duì)鳥(niǎo)類分布的影響包括了直接影響和間接影響，包括對(duì)鳥(niǎo)類代謝、繁殖過(guò)程以及遷移、食物和種間關(guān)系等方面，對(duì)這些影響機(jī)制還需要進(jìn)一步系統(tǒng)研究.2.2.2種豐富度變化總體呈數(shù)據(jù)庫(kù)型我國(guó)71種鳥(niǎo)類特有種豐富度與各氣候要素均呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均較低(見(jiàn)表4).各氣候要素下鳥(niǎo)類特有種豐富度變化總體呈拋物線型，其中在年均氣溫1～18℃，年均最高氣溫10～24℃，年均最低氣溫-5～14℃，年極端最高氣溫25～39℃，年極端最低氣溫-31～-7℃，年降水量500～1300mm，年相對(duì)濕度50%～81%，年日照時(shí)數(shù)1500～2600h條件下，豐富度較高(見(jiàn)圖4).2.3鳥(niǎo)類特有種豐富度的地域差異該研究表明，不連續(xù)分布的鳥(niǎo)類特有種較多，8種廣泛分布的鳥(niǎo)類特有種中除橙翅噪鹛呈連續(xù)分布外，其他均為不連續(xù)分布，而間斷分布使鳥(niǎo)類特有種分布范圍相對(duì)廣泛.原因主要是大陸與島嶼間的水體造成的;此外，一些鳥(niǎo)類特有種在第四紀(jì)冰期前曾為連續(xù)分布，但隨著冰期和間冰期的交替，分布出現(xiàn)間斷.71種鳥(niǎo)類特有種中有67種為留鳥(niǎo)，可能是因?yàn)榱豇B(niǎo)可能遷移范圍相對(duì)小，長(zhǎng)期適應(yīng)環(huán)境過(guò)程而進(jìn)化為特有種.候鳥(niǎo)與留鳥(niǎo)分布格局明顯不同，鳥(niǎo)類的遷移過(guò)程對(duì)其分布有重要影響.我國(guó)鳥(niǎo)類特有種分布不均，而西南和東南地區(qū)是鳥(niǎo)類多樣性最高的地區(qū).71種鳥(niǎo)類特有種在橫斷山脈、四川北部、甘肅南部和秦嶺南部、臺(tái)灣島等地豐富度都相對(duì)較高.臺(tái)灣島的鳥(niǎo)類特有種多于海南島，這可能與臺(tái)灣島山地垂直幅度大及環(huán)境復(fù)雜有關(guān).該研究表明，我國(guó)鳥(niǎo)類特有種豐富度在大部分地區(qū)不高且分布不均的特點(diǎn)，這主要與我國(guó)不同區(qū)域的氣候、植被和地形等因素的空間差異有關(guān).因復(fù)雜的氣候、地形和植被、地質(zhì)變遷和人類活動(dòng)，使許多種被限定在區(qū)域較小的特定地區(qū)分布.根據(jù)鳥(niǎo)類分布自然地理特征，我國(guó)鳥(niǎo)類特有種的分布型分為高地形、喜馬拉雅山-橫斷山型和島嶼型.鳥(niǎo)類特有物種分布中心包括橫斷山區(qū)、川北秦嶺及隴南山地、臺(tái)灣島，在上述區(qū)域鳥(niǎo)類特有種豐富度高.通常認(rèn)為，物種多樣性隨緯度增加而降低，隨經(jīng)度變化趨勢(shì)不明顯.這主要與環(huán)境要素特別是氣候要素隨經(jīng)緯度變化有關(guān).71種鳥(niǎo)類特有種豐富度與經(jīng)緯度相關(guān)系數(shù)都不高，主要與我國(guó)復(fù)雜的地理環(huán)境和特有種的形成過(guò)程有關(guān).沿緯度帶方向，我國(guó)氣候只在東部地區(qū)體現(xiàn)從寒溫帶到熱帶的變化，而西部地區(qū)由于青藏高原、荒漠及高山的影響，氣候和地形均呈現(xiàn)復(fù)雜、