我国鸟类特有种与气候要素的关系

我国鸟类特有种与气候要素的关系

物种特征的分布仅限于一个地区，而不是其他地区。对于一个地区或国家的丧失，这种物种在地球上是孤立的。鸟类的特殊特性与特定地区鸟类的组成、性质、特征、地理分布和发展密切相关。气候是影响鸟类分布模式的主要因素。鸟类的特殊分布与气候因素密切相关。科学认识鸟类的分布与丰富度的变化机，以及气候变化对鸟类分布的影响具有重要的理论和实践意义。鸟类分布与气候要素的关系一直是生物学和生物地理学研究的重要课题.ROOT分析了分布在美国和加拿大南部地区148种陆地冬候鸟的分布范围与1月平均最低温度、潜在植被、无霜期长度、海拔、相对湿度及年降水量的关系，研究发现，鸟类分布东界与1月最低平均气温关系密切，鸟类分布北界与无霜期、潜在植被和年降水量关系密切，鸟类分布西界与环境因子关系复杂，鸟类分布南界与气候要素关系不大.REPASKY再次分析了ROOT的数据，发现仅有8～42种鸟类的分布北界与等温线对应，体型大的鸟在南部地区分布较少，而体型小的鸟在南北部地区都有分布，表明气候因素对鸟类分布影响较复杂.鸟类分布与气候要素的关系已成为气候变化对生物多样性影响研究的热点.如VENIER等利用逻辑斯递回归模型分析了加拿大渥太华的5种鸣鸟繁殖与气候因素的关系，发现该模型能很好地模拟鸟繁殖分布与气候要素关系;VIRKKALA等利用广义可加线性模型分析了芬兰鸟类分布与气候要素的关系，发现泥沼地鸟类丰富度与泥沼地盖度、小溪长度和4─6月平均气温密切相关;DELGADO等利用广义线性模型分析了气候与巴西干草原小鸨种群数量的关系，发现该种群受繁殖季节(5─10月)降水量影响较大;LEECH等评述了气候变化对林地鸟类分布的影响，认为温度和降水格局的改变将对古北界西部林地鸟类分布有较大影响;HUNTLEY等研究气候变化对欧洲431种繁殖鸟分布范围的影响，认为2070─2099年这些鸟类分布范围中心将向南平均迁移258～882km，范围扩大72%～89%，许多特有鸟对气候变化十分脆弱.这些研究都在基于准确确定鸟类分布与气候要素关系的基础上，反映不同区域内气候要素和鸟类组成与属性的差异，以及鸟类分布随气候要素变化的趋势.国内的大量研究集中在区域或全国范围内的鸟类地理分布格局、栖息地和组成特征，以及鸟类分布格局与栖息地的关系[12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25]等领域，但对气候因素与鸟类分布格局关系的报道不多.孙全辉等对10年来(1988—1998年)国内鸟类分布及越冬地的变化的研究发现，斑嘴鸭在20世纪90年代以前在渤海区是夏候鸟，由于冬季气候变暖，到21世纪初已成为留鸟;灰鹤迁徙路径受气候变化影响发生了改变;石建斌等综述了国内外气候变化对鸟类影响研究的进展;杜寅等28]基于文献资料归纳出，近20年来，气候变化使120种鸟分布范围发生改变，其中属于东洋界的有88种，古北界有12种，广布种有20种.我国是世界上鸟类资源最丰富的国家之一，现有鸟类1332种，约占世界鸟类总数14%.许多学者已对鸟类特有种分布开展研究，但鲜见其与气候要素关系的研究.为此，在广泛收集鸟类特有种地理分布资料基础上，应用ArcGIS9.2软件，分析了其分布格局与气候要素的关系.1材料和方法1.1特有种的选择许多研究对确定鸟类特有种进行了探讨[1,29,31,32,33,34].笔者基于鸟类特有种仅分布于我国且分布信息相对清楚观点上，选择了《中国鸟类分类与分布名录》中记载的71种鸟类特有种为研究对象.这些种隶属于4目18科45属，其中鸡形目雉科20种，松鸡科1种;隼形目画眉科18种，鸦科、鸫科、鸦雀科、莺科、山雀科、燕雀科和鵐科各2～4种;鹎科、戴菊科、长尾山雀科、鳾科、旋木雀科和雀科各1种;鸮形目和夜鹰目各1科1种(见表1).1.2论文发表及数据录文鸟类特有种分布主要根据《中国鸟类分类与分布名录》、《中国鸟类特有种》、《中国鸟类分布名录》、《中国濒危动物红皮书·鸟类》、《中国物种红色名录》、地方鸟类志及有关书籍、专题报告和公开发表论文以及野外调查记录等[34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56]确定.将《中国地名录-中华人民共和国地图集地名索引》中33000余条地名及其经纬度录入Excel表格，将每一鸟类特有种地理分布信息输入地名录中，计算出每个地点所分布鸟类特有种的种数.在Access中建立特有种分布数据库，利用ArcGIS9.2软件将特有种分布数据按坐标导入地理信息系统，叠加分析后，制作特有种地理分布图，再根据每个地点所分布鸟类特有种数量制作特有种丰富度分布图.1.3数据集的确定由国家气象信息中心提供，包括我国722个基本基准地面气象观测站1971─2000年的气候标准值年值数据集，基于数据集的气候指标和影响鸟类分布的气候要素，选择年均气温、年均最高/最低气温、年极端最高气温、年极端最低气温、年均相对湿度、年降水量和年日照时数等指标.1.4特有种聚类分析利用ArcGIS9.2中Kriging插值法将每个气候要素的数据进行插值，得到全国范围的气候要素值，转化为栅格数据，运用Combine工具提取出每个特有种对应的主要气候要素值，在Excel中分析特有种的分布与主要气候要素的关系.根据每个鸟类特有种对应的气候要素指标，以类间距离平方和最小增量合并聚类的Wards方法进行系统聚类分析，根据聚类分析结果对适宜分布的气候类型进行分类，并对71种鸟类特有种丰富度与各气候要素及经纬度进行相关分析.2结果与讨论2.1鸟类属间分布的分布71种鸟类特有种的分布范围差异较大(见图1).用不同特有种占格点数表示其分布范围相对大小，其中分布相对较为狭窄(占格点数在70个以下)的特有种有63种，包括暗色鸦雀、白点噪鹛、白耳奇鹛、白额山鹧鸪、白冠长尾雉、白尾地鸦、白颈长尾雉、白眶鸦雀、白马鸡、白眉山雀、斑背噪鹛、宝兴鹛雀、斑尾榛鸡、大噪鹛、滇鳾、大石鸡、海南孔雀雉、海南柳莺、海南山鹧鸪、凤头雀莺、甘肃柳莺、黑额山噪鹛、黑头噪鸦、贺兰山红尾鸲、褐马鸡、褐头凤鹛、褐头岭雀、黑长尾雉、黄痣薮鹛、红腹山雀、黄腹角雉、蓝鹇、灰腹噪鹛、灰冠鸦雀、灰胸薮鹛、金额雀鹛、蓝马鸡、台湾紫啸鸫、绿尾虹雉、三趾鸦雀、四川林鸮、四川山鹧鸪、四川旋木雀、四川雉鹑、台湾斑翅鹛、台湾鹎、台湾戴菊、台湾短翅莺、台湾黄山雀、台湾蓝鹊、台湾林鸲、台湾山鹧鸪、银脸[长尾]山雀、玉山噪鹛、藏马鸡、藏雀、藏鵐、藏雪雀、雉鹑、中亚夜鹰、朱鵐、棕草鹛、高山雀鹛;分布较为广泛的有8种(格点数90个以上)，包括宝兴歌鸫、橙翅噪鹛、黄腹山雀、灰胸竹鸡、山噪鹛、棕噪鹛、蓝鵐和红腹锦鸡.71种鸟类特有种分布不连续(见图1)，其中呈明显不连续分布的有38种，包括暗色鸦雀、白冠长尾雉、白颈长尾雉、白尾地鸦、白眶鸦雀、白眉山雀、斑尾榛鸡、宝兴歌鸫、大噪鹛、大石鸡、凤头雀莺、黑头噪鸦、贺兰山红尾鸲、褐马鸡、褐头岭雀、红腹山雀、黄腹山雀、灰胸竹鸡、金额雀鹛、蓝马鸡、蓝鵐、绿尾虹雉、三趾鸦雀、山噪鹛、四川林鸮、四川旋木雀、棕噪鹛、银脸[长尾]山雀、藏马鸡、藏鵐、藏雪雀、雉鹑、朱鵐、四川雉鹑、棕草鹛、红腹锦鸡、高山雀鹛和白额山鹧鸪.需要说明的是，其中一些鸟类特有种在大陆、台湾岛和海南岛都有分布，如棕噪鹛在大陆南方呈间断分布，在台湾岛也有分布;灰胸竹鸡在大陆上广泛分布，同时在台湾岛和海南岛上也有分布.呈连续分布的有33种，包括白点噪鹛、白马鸡、斑背噪鹛、宝兴鹛雀、橙翅噪鹛、滇鳾、甘肃柳莺、海南山鹧鸪、黑额山噪鹛、褐头凤鹛、黄腹角雉、黄痣薮鹛、灰腹噪鹛、灰冠鸦雀、灰胸薮鹛、四川山鹧鸪、台湾斑翅鹛、台湾戴菊、台湾黄山雀、台湾蓝鹊、台湾林鸲、玉山噪鹛、藏雀、中亚夜鹰、台湾山鹧鸪、蓝鹇、黑长尾雉、台湾鹎、台湾紫啸鸫、白耳奇鹛、台湾短翅莺、海南柳莺和海南孔雀雉.71种鸟类特有种中，除蓝鵐、宝兴歌鸫、白眶鸦雀和甘肃柳莺外，都为留鸟.甘肃柳莺繁殖于西北，越冬于西南;宝兴歌鸫在内蒙古、陕西、甘肃、四川、贵州和云南为留鸟，在北京为夏候鸟，在浙江是旅鸟，在山东有时为迷鸟;白眶鸦雀在甘肃中部、青海祁连山东部为夏候鸟，在其他地区为留鸟或冬候鸟.我国大部分地区鸟类特有种丰富度为1～5种，东南和西南地区丰富度较高，其中横断山脉地区、四川北部秦岭和甘肃南部、台湾岛最多，有11～21种;台湾岛有17种，海南岛有3种.东北地区大部、新疆北疆大部、内蒙古开阔地区和青藏高原腹心地区的鸟类特有种丰富度较低(见图2).鸟类特有种在15°N～50°N,75°E～125°E范围都有分布，其丰富度与经度呈负相关(R=-0.156,P<0.010)，在93°E～121°E内丰富度较高;与纬度也呈负相关(R=-0.052,P=0.055)，在26°N～39°N范围内丰富度较高(见图3).2.2鸟类特殊分布与气候因素之间的关系2.2.1鸟类适宜分布区域气候类型的分布由表2可知，71种鸟类特有种适宜分布区的年均气温为0.06～24.61℃，年降水量为49.3～1745.24mm，年相对湿度为45%～81.5%，年日照时数为1227.44～2976.99h.其中年均温度<5℃的特有种有4种，5～10℃有22种，>10～20℃有27种，>20℃以上的有18种，可见年均气温过高或过低的区域种数均较少;年降水量<400mm的鸟类特有种有5种，400～800mm的有22种，>800～1200mm的有32种，>1200～1600mm的有8种，>1600mm以上的有4种，可见年降水量过高或过低鸟类特有种数都较少;相对湿度<50%以下的鸟类特有种有4种，50%～70%的有31种，>70%的有36种，过于干燥区域的鸟类种数较少;年日照时数<1600h的鸟类特有种有9种，1600～1800h的有7种，>1800～2000h的有23种，>2000～2300h的有13种,>2300～2600h有16种,>2600h的有3种,年日照时数过高或过低条件下鸟类种数也较少.对8个气候要素指标进行系统聚类分析，将71种鸟类特有种适宜分布气候类型分为4类(见表3).第1类年均气温最低、降水量少、年日照时数高，称为低温干燥型，有25种鸟类特有种适宜分布，包括斑尾榛鸡、大石鸡、白马鸡、藏马鸡、蓝马鸡、褐马鸡、四川林鸮、黑头噪鸦、白尾地鸦、贺兰山红尾鸲、棕草鹛、山噪鹛、黑额山噪鹛、灰腹噪鹛、灰冠鸦雀、凤头雀莺、白眉山雀、藏雀、朱鵐、雉鹑、四川雉鹑、中亚夜鹰、甘肃柳莺、藏雪雀和褐头岭雀;第2类年均气温中等、降水量中等、年均最高和最低气温中等、年日照时数高，即中等温湿度型，有38种鸟适宜分布，包括四川山鹧鸪、台湾山鹧鸪、灰胸竹鸡、绿尾虹雉、蓝鹇、白冠长尾雉、黑长尾雉、红腹锦鸡、台湾鹎、台湾蓝鹊、台湾林鸲、台湾紫啸鸫、宝兴歌鸫、宝兴鹛雀、斑背噪鹛、白点噪鹛、大噪鹛、棕噪鹛、橙翅噪鹛、玉山噪鹛、黄痣薮鹛、台湾斑翅鹛、高山雀鹛、白耳奇鹛、褐头凤鹛、三趾鸦雀、白眶鸦雀、暗色鸦雀、台湾短翅莺、台湾戴菊、台湾黄山雀、黄腹山雀、红腹山雀、银脸长尾山雀、滇鳾、藏鵐、蓝鵐和四川旋木雀;第3类年均气温较高、年均最高和最低气温较高、降水量较高、年日照时数较低，即较高温湿度类型，有5种鸟类特有种适宜分布，包括黄腹角雉、白颈长尾雉、灰胸薮鹛、金额雀鹛和白额山鹧鸪;第4类年均气温最高、年均最高和最低气温最高、降水量最高，即高温高湿型，有海南山鹧鸪、海南柳莺和海南孔雀雉适宜该气候类型.低温干燥型主要反映了西部地区的气候特征，较高温湿度型反映了亚热带区域气候特征，高温高湿反映了热带气候特征，中等温湿度类型反映了温带和暖温带气候特征.分布广泛的8种鸟中棕草鹛和山噪鹛属低温干燥型，其他都属于中等温湿度型，反映了中等温湿度条件下适宜鸟类特有种分布的趋势.气候因素对鸟类分布的影响包括了直接影响和间接影响，包括对鸟类代谢、繁殖过程以及迁移、食物和种间关系等方面，对这些影响机制还需要进一步系统研究.2.2.2种丰富度变化总体呈数据库型我国71种鸟类特有种丰富度与各气候要素均呈负相关，相关系数均较低(见表4).各气候要素下鸟类特有种丰富度变化总体呈抛物线型，其中在年均气温1～18℃，年均最高气温10～24℃，年均最低气温-5～14℃，年极端最高气温25～39℃，年极端最低气温-31～-7℃，年降水量500～1300mm，年相对湿度50%～81%，年日照时数1500～2600h条件下，丰富度较高(见图4).2.3鸟类特有种丰富度的地域差异该研究表明，不连续分布的鸟类特有种较多，8种广泛分布的鸟类特有种中除橙翅噪鹛呈连续分布外，其他均为不连续分布，而间断分布使鸟类特有种分布范围相对广泛.原因主要是大陆与岛屿间的水体造成的;此外，一些鸟类特有种在第四纪冰期前曾为连续分布，但随着冰期和间冰期的交替，分布出现间断.71种鸟类特有种中有67种为留鸟，可能是因为留鸟可能迁移范围相对小，长期适应环境过程而进化为特有种.候鸟与留鸟分布格局明显不同，鸟类的迁移过程对其分布有重要影响.我国鸟类特有种分布不均，而西南和东南地区是鸟类多样性最高的地区.71种鸟类特有种在横断山脉、四川北部、甘肃南部和秦岭南部、台湾岛等地丰富度都相对较高.台湾岛的鸟类特有种多于海南岛，这可能与台湾岛山地垂直幅度大及环境复杂有关.该研究表明，我国鸟类特有种丰富度在大部分地区不高且分布不均的特点，这主要与我国不同区域的气候、植被和地形等因素的空间差异有关.因复杂的气候、地形和植被、地质变迁和人类活动，使许多种被限定在区域较小的特定地区分布.根据鸟类分布自然地理特征，我国鸟类特有种的分布型分为高地形、喜马拉雅山-横断山型和岛屿型.鸟类特有物种分布中心包括横断山区、川北秦岭及陇南山地、台湾岛，在上述区域鸟类特有种丰富度高.通常认为，物种多样性随纬度增加而降低，随经度变化趋势不明显.这主要与环境要素特别是气候要素随经纬度变化有关.71种鸟类特有种丰富度与经纬度相关系数都不高，主要与我国复杂的地理环境和特有种的形成过程有关.沿纬度带方向，我国气候只在东部地区体现从寒温带到热带的变化，而西部地区由于青藏高原、荒漠及高山的影响，气候和地形均呈现复杂、