甘肅西寧極旱荒漠國家級自然保護區三次科學考察主要物種多樣性變化

甘肅省安溪極端干旱沙漠國家級自然保護區位于甘肅省河西走廊西端瓜州縣。東臨玉門，西臨敦煌，南北相距。保護區面積約40萬公頃,分南、北兩片,北片為極干旱荒漠區,南片為典型荒漠區。依國家自然保護區分類標準,安西自然保護區為生態系統類自然保護區中的荒漠生態系統類型。保護區于1988–1989年進行了首次全面系統的科學考察(以下簡稱科考),1992年晉升為國家級保護區;2002–2003年開展了二期科考,2012–2013年開展了三期科考。三次科考均由蘭州大學生命科學學院同一科研團隊調查完成。我們整理了三次科考脊椎動物的調查數據,探討保護區20多年脊椎動物物種多樣性的變化及其原因,為保護區制定生物多樣性保護對策提供基礎資料和科學依據。1極旱荒荒地分布據氣象部門近15年的資料,保護區年平均日照時數達3,088h,年最高日照時數3,242.9h,最低日照時數2,756.7h;年平均氣溫8.74℃,極端最高氣溫42.8℃,極端最低氣溫–29.3℃;≥10℃年積溫3,295.32℃,最高4,135.5℃,最低2,615.2℃,干燥度為11.7,屬極干旱區;年平均無霜期172.2天;年平均降水量50.87mm,年蒸發量為2,381.32mm,年平均風速2.84m/s,最大風力7–9級。境內分布疏勒河、榆林河內陸水系,均發源于祁連山。安西屬于溫帶與暖溫帶的過渡帶,因此荒漠類型多樣,極旱荒漠、典型荒漠、草原化荒漠都有一定面積的分布。其中:泡泡刺(Nitrariasphaerocarpa)荒漠、紅砂(Reaumuriasoongorica)荒漠、黑柴(Sympegmaregelii)荒漠及珍珠豬毛菜(Salsolapasserina)荒漠最有代表性。由于有內陸河水系及山前沖積扇低地的泉水資源,使得保護區不僅有廣闊的戈壁荒漠草場,也有水草豐美的濕地草甸草場,保護區南片還有祁連山西端的山地景觀。2檢查方法2.1魚類的采集與調查三次科考均由同一調查團隊在同一地區采用同樣的調查方法來完成(附圖1)。每次科考歷時1年,分4個季節(3月底到4月初、6月底到7月初、9月底到10月初、12月底到1月初),調查在相同的區域相同的樣線開展,每條樣線每次調查重復2次。針對不同類群野生動物采用的調查方法如下:(1)魚類調查:保護區北片為干旱的戈壁山地,沒有河流水系,只有零星的泉眼,該區域沒有魚類分布。保護區南片在山前沖積扇平原低地(橋子到雙塔)有4處泉水溢出后形成的小的水系和小型水庫(橋子東壩、北橋子、葫蘆河、布隆吉水庫),還有疏勒河流域上的大型雙塔水庫,水體資源相對較好。在上述每個水體中使用粘漁網和刮網捕撈5–10次,捕獲魚種帶回實驗室。種類鑒定參考《甘肅脊椎動物志》(王香亭,1991)、《中國動物志·硬骨魚綱·鯉形目(中)》(陳宜瑜,1998)、《中國動物志·硬骨魚綱·鯉形目(下)》(樂佩琦,2000)。同時在各漁業養殖點進行養殖魚類的調查。(2)兩棲爬行動物調查:在保護區南、北片設立5條調查樣線(附圖1),在樣線上捕捉所有見到的兩棲爬行類個體,參考《甘肅脊椎動物志》(王香亭,1991)進行種類鑒定。(3)鳥類調查:鳥類種類和數量采用樣線法調查,按水域濕地、村莊農田、荒漠戈壁、人工林草地和山地5種生境分別設置樣線(附圖1),沿樣線記錄觀察到的鳥的種類和數量。鳥類分類系統依據《中國鳥類分類與分布名錄(第二版)》(鄭光美,2011)。(4)哺乳類調查:對小型嚙齒類,采用鋏日法調查種類和數量。在保護區南、北兩片各設立4個樣方,每個樣方以5m間距布設捕鼠器(鼠鋏或鼠籠),用花生米作誘餌,每個樣方每次調查200鋏日,統計種類和數量,參考《甘肅脊椎動物志》(王香亭,1991)進行種類鑒定。對于其他哺乳類,采用樣線調查(附圖1),同時采用走訪調查進行補充。對于夜行性及不易見到的獸類,第三次科考還采用紅外觸發相機進行種類調查(本次紅外觸發相機布設在山區,共22個點位)。2.2保護區的動物分布型根據我國的動物地理區劃(張榮祖和趙肯堂,1978;張榮祖,1999),安西極旱荒漠國家級自然保護區處于古北界蒙新區西部荒漠亞區河西走廊小區,其南部臨近青藏區。在某種意義上,動物分布型亦可視為主要分布于某一地區的動物區系(張榮祖,1999)。依據《中國動物地理》中對動物分布型的劃分方法,確定保護區陸生脊椎動物的分布型。區系分析依據在保護區繁殖的動物種類,鳥類只包括在這里繁殖的留鳥和夏候鳥。2.3pi數量的估算采用Shannon-Wiener指數計算群落的多樣性,公式為H=–∑PilnPi,其中Pi為第i個物種的數量占群落所有物種數量的比例。群落均勻度用公式E=H/Hmax計算,其中Hmax=lnS,S為群落物種總數(孫儒泳,1987)。3結果3.1階段內采集防控種第一次科考共記錄魚類2目3科13種,第二次科考記錄魚類2目3科10種,第三次科考共調查到魚類2目3科12種(附表1)。其中泥鰍(Misgurnusanguillicaudatus)和棒花魚(Abbotinarivularis)為保護區新記錄種,分別在橋子東壩和北橋子水庫采集到。第一次科考中采集到的3種魚類在本次科考中未曾捕獲到,即梭形高原鰍(Triplophysaleptosoma)、酒泉高原鰍(T.hsutschouensis)、花斑裸鯉(Gymnocypriseckloni)。3.2高原蛇agki構造布氏原螯蝦安西保護區第一次科考記錄到的兩棲爬行動物共有3目7科11種,本次科考共記錄3目7科10種。原采集地為滴水山的高原蝮蛇(Agkistrodonstrauchii)本次調查沒有發現。兩棲綱的花背蟾蜍(Buforaddei)在保護區南片分布數量一直較多;爬行綱的變色沙蜥(Phrynocephalusversicolor)和密點麻蜥(Eremiasmultiocelata)在保護區分布廣泛,數量較多。3.3變動鳥類數量安西極旱荒漠國家級自然保護區三次綜合科學考察分別記錄到鳥類106、117和116種。三次科考中都出現的鳥類有84種(附表1),其中繁殖鳥類占絕對優勢(夏候鳥46種,占54.76%;留鳥21種,占25.00%),旅鳥有13種,冬候鳥有4種。三次科考中有變動的鳥類(指新增或分布消失的種類,即三次科考中有1次或2次未曾記錄到)67種(附表1),其中夏候鳥27種(40.30%),留鳥7種(10.45%),旅鳥21種(占31.34%)。三次科考共記錄到的151種鳥類中,留鳥是最穩定的部分,28種留鳥中有21種(75.00%)一直有分布;變動最大的就是旅鳥,只有38.24%(13種)的旅鳥在遷徙時一直選擇保護區作為停歇地;夏候鳥中有63.01%的種類保持穩定,而7種冬候鳥中也只有4種一直有分布,即赤頸鶇(Turdusruficollis)、紅腹紅尾鴝(Phoenicuruserythrogaster)、紫翅椋鳥(Sturnusvulgaris)和戴菊(Regulusregulus);而調查中只見到1次且為單只的為迷鳥,有10種。3.3.1冬候鳥的種類第三次科考新增的鳥類種類有17種(即前兩次科考沒有記錄,只在第三次科考中記錄到的),其中夏候鳥有7種,即漁鷗(Larusichthyaetus)、灰翅浮鷗(Chlidoniashybrida)、荒漠伯勞(Laniusisabellinus)、粉紅椋鳥(Sturnusroseus)、藍額紅尾鴝(Phoenicurusfrontalis)、白斑翅雪雀(Montifringillanivalis)、金翅雀(Carduelissinica);遷徙過路鳥有6種,即白琵鷺(Platalealeucorodia)、白眼潛鴨(Aythyanyroca)、白腹鷂(Circusspilonotus)、黑尾塍鷸(Limosalimosa)、反嘴鷸(Recurvirostraavosetta)、鴝巖鷚(Prunellarubeculoides);冬候鳥有2種,即灰椋鳥(Sturnuscineraceus)和小鹀(Emberizapusilla)。北紅尾鴝(Phoenicurusauroreus)和錫嘴雀(Coccothraustescoccothraustes)在考察中只見到過1次1只,應該為迷鳥。第一次科考沒有記錄,后兩次科考新增種類有14種,其中夏候鳥6種,即普通鸕鶿(Phalacrocoraxcarbo)、黃斑葦鳽(Ixobrychussinensis)、赤嘴潛鴨(Nettarufina)、短耳鸮(Asioflammeus)、楔尾伯勞(Laniussphenocercus)、賀蘭山紅尾鴝(Phoenicurusalaschanicus);遷徙過路鳥有3種:鳳頭潛鴨(Aythyafuligula)、蒼鷹(Accipitergentilis)、白頭鹀(Emberizaleucocephala);留鳥有5種:禿鷲(Aegypiusmonachus)、普通鵟(Buteobuteo)、灰斑鳩(Streptopeliadecaocto)、黃嘴山鴉(Pyrrhocoraxgraculus)、家麻雀(Passerdomesticus)。新增的28種鳥類中(3種迷鳥不包括在內),夏候鳥13種,占新增鳥類的46.43%;旅鳥9種,占32.14%;留鳥5種,占17.86%;冬候鳥2種,占7.14%。在濕地分布的水禽有10種(占35.71%)。3.3.2鳥類數量和大小前兩次科考都有分布,第三次科考沒有記錄到的種類有5種,其中夏候鳥有2種:灰鹡鸰(Motacillacinerea)、紅背伯勞(Laniuscollurio);過路鳥有3種:林鷸(Tringaglareola)、白背磯鶇(Monticolasaxatilis)、田鹀(Emberizarustica)。第一次科考有記錄,后兩次科考沒有見到的種類有18種,其中夏候鳥5種:黃爪隼(Falconaumanni)、普通秧雞(Rallusaquaticus)、小蝗鶯(Locustellacerthiola)、沙色朱雀(Carpodacussynoicus)、高山嶺雀(Leucostictebrandti);旅鳥6種:豆雁(Anserfabalis)、赤膀鴨(Anasstrepera)、鳶(Milvuskorschun)、鶴鷸(Tringaerythropus)、丘鷸(Scolopaxrusticola)、紅額金翅雀(Cardueliscarduelis);冬候鳥1種:大天鵝(Cygnuscygnus);留鳥2種:原鴿(Columbarupestris)、渡鴉(Corvuscorax);還有4種為迷鳥:雀鷹(Accipiternisus)、小鴇(Tetraxtetrax)、黑尾鷗(Laruscrassirostris)、歐斑鳩(Streptopeliaturtur)。只在第二次科考中有記錄的鳥類有13種,其中夏候鳥5種:白腰草鷸(Tringaochropus)、山鹡鸰(Dendronanthusindicus)、穗即鳥(Oenantheoenanthe)、橫斑林鶯(Sylvianisoria)、蒙古沙雀(Rhodopechysmongolica);旅鳥有5種:歐亞紅尾鴝(Phoenicurusphoenicurus)、紅脅藍尾鴝(Tarsigercyanurus)、虎斑地鶇(Zooheradauma)、黃腰柳鶯(Phylloscopusproregulus)、栗耳鹀(Emberizafucata);還有3種為迷鳥:毛腳鵟(Buteolagopus)、草原雕(Aquilanipalensis)、冠魚狗(Cerylelugubris)。分布消失的29種鳥類中(除去7種迷鳥),夏候鳥12種(占減少鳥類的41.37%),旅鳥14種(占48.28%),留鳥2種(占6.90%),冬候鳥1種(占3.45%)。在濕地分布的水禽有11種(占37.93%)。3.3.3不同型表1在保護區鳥類區系特點方面,我們分析了三次科考期間記錄到的繁殖鳥類(夏候鳥和留鳥)的分布型(表1)。可以看出,保護區鳥類區系組成的基本結構在三次科考中沒有變化,古北界特征明顯,占較大優勢(58.97–63.16%),廣布種(不易歸類)也占有一定的比例(34.21–35.90%);東洋型所占的比例很小,但三次科考東洋型成分有較明顯的增加。3.4鼠類群落結構三次科考共記錄到哺乳綱動物7目14科32種,其中第一次科考記錄29種,第二次科考21種,第三次科考26種。后兩次調查新增的物種是紅耳鼠兔(Ochotonaerythrotis),分布在保護區南片的巴爾峽小石門道,還有1997年引入的普氏野馬(Equusprzewalskii)。第三次科考新增物種是小五趾跳鼠(Allactagaelater),分布在保護區北片柳園附近的礫石戈壁。相比于第一次科考,本次調查沒有見到的物種有6種:犬吻蝠(Tadaridaplicata)、三趾心顱跳鼠(Salpingotuskozlovi)、根田鼠(Microtusoeconomus)、虎鼬(Vormelaperegusna)、草原斑貓(Felislibyca)、雪豹(Unciauncia)。我們比較了第一次科考和第三次科考的鼠類群落結構(表2)。從統計結果來看,保護區鼠類群落結構在20年間基本保持穩定,優勢種和常見種沒有發生大的變化,子午沙鼠(Merionesmeridianus)和檉柳沙鼠(M.tamariscinus)的數量略有增加,但鼠類總數量略有減少;群落多樣性指數和均勻度指數差別不大。3.5直接增加的動植物三次科考共記錄國家重點保護野生動物36種,其中第一次科考記錄到27種,第二次科考有23種,第三次科考記錄到29種(附表1)。后兩次科考新增種類4種:蒼鷹、普通鵟、禿鷲、短耳鸮。在第三次科考中普通鵟已成為保護區南片最常見的猛禽;蒼鷹在2012年4月初見于橋子的濕草地;短耳鸮2012年7月初紅外觸發相機拍攝于保護區北片的冰凍子溝。第三次科考相比前兩次科考新增種類有2種:白琵鷺、白腹鷂。這兩種鳥類分別見于北橋子(2013年8月底,6只小群)和橋子東壩的水庫邊濕地草灘(2012年、2013年的4月初)。另外普氏野馬為保護區在1997年引入后,2005年開始半放養的物種。第三次科考沒有見到但第一次科考有記錄的保護動物有6種:大天鵝、雀鷹、黃爪隼、小鴇、草原斑貓、雪豹(這6種在后兩次科考中都沒有發現),只在第二次科考中見到毛腳鵟和草原雕。其中雀鷹、小鴇、毛腳鵟、草原雕為迷鳥,不是本地區正常分布的物種。4調查的基礎和方法三次科考由同一團隊采用相同的調查方法,在相同的調查區域和樣線上進行,因此調查結果有很好的可比性,并且能夠全面地反映該區域的種類多樣性情況。4.1小型底棲魚類在國外的分布鯉科的裂腹魚類和高原鰍屬魚類是河西走廊地區魚類區系組成的主體(楊友桃和張迎梅,1991)。保護區20年中減少的3種土著魚種均屬于此類群。由于保護區所在地區屬灌溉型農業,農田水利人工修建的灌渠增多,而天然河道常處于干涸狀態。同時人口增加及地區經濟發展,對水資源的消耗也明顯增加,人工灌渠也只在灌溉季節有水進入,因此一些土著魚種失去了賴以生存的水體環境。新增的泥鰍和棒花魚均為小型底棲魚類,而且分布廣泛,從我國東北到南方的水系、溝塘內都有分布,在保護區以及河西地區不屬于本地魚種,但在河西其他內流河水系中目前也有較普遍的分布,主要是由于人工養殖經濟魚類時帶入的。生態條件的變化和人工引進魚種的增加,造成了河西地區魚類區系發生較大的變化(楊友桃和張迎梅,1991),各水體中引進魚種數量的不斷增長,會對本地土著魚種產生不可預知的威脅,這在10多年前就已經非常明顯,應當引起相關部門的足夠重視。4.2鳥類區系和群落特征安西保護區鳥類總的種類數20多年間變化不大,但是組成成分已有大的變動。151種鳥類中有近一半(44.37%)的種類發生了更替(其中有9種為迷鳥),符合動物群落中鳥類的周轉變化較大的規律。近百年來,全球氣候逐漸變暖。1951–2000年50年間我國西北區的氣溫升高較顯著,其氣候傾向率是0.19℃/10yr(張晶晶等,2006)。20世紀80年代中期開始進入氣溫明顯升高的暖期(王紹武和龔道溢,2000)。全球氣候變化影響動物分布的證據不斷增多(Parmesan,2006),我國鳥類分布范圍受氣候變暖而改變的現象也很明顯(孫全輝和張正旺,2000;杜寅等,2009)。我們分析了保護區1985–2012年主要的氣象因子變化(附圖2),對三次科考調查時期所在時間段(三個階段1988–1992、1998–2002、2008–2012)的主要氣象因子進行方差分析,以檢驗各因子的變化差異是否顯著。總體來講,平均氣溫處于上升趨勢,變化顯著(P<0.05);平均風速先降低后升高,變化也顯著(P<0.05);相對濕度保持較為穩定,降水量總體趨勢是下降,日照百分率總體略有升高,但都變化不顯著(P>0.05)。從保護區鳥類區系組成的變化可以看出,東洋界成分雖然很少,但從第一次科考的2種增加到4種再到第三次科考的5種,體現了氣候變暖后鳥類的區系變化,其中小ue862ue862(Tachybaptusruficollis)和斑嘴鴨(Anaspoecilorhyncha)在保護區一直有分布,而黃斑葦鳽和灰斑鳩是在近10多年擴散來的,近些年又增加了繁殖鳥類藍額紅尾鴝。灰斑鳩指名亞種有明顯的向北向西擴散的跡象(杜寅等,2009),并且在新疆地區也發現有該亞種的分布(馬鳴,2001),在安西保護區第一次科考中該物種沒有分布記錄,10年之后的二期科考已有分布,但數量不多、不常見,第三次科考中灰斑鳩已成為村莊農田生境中很常見的留鳥。藍額紅尾鴝、楔尾伯勞原分布北限為青海北部和東部,但馬鳴(2001)報道在新疆也已有分布,應該是受氣候變暖而分布區西擴的鳥類。氣候變化對鳥類的越冬地選擇會產生一定的影響,一些夏候鳥會因氣候變暖而在冬季放棄南遷,成為留鳥(孫全輝和張正旺,2000)。在第三次科考中,我們于12月底在保護區濕地生境見到了一些大白鷺(Egrettaalba)和赤嘴潛鴨個體,也說明了這一點。安西保護區處于河西走廊的西端,是連接西亞和我國東南的通道上最靠近新疆的區域,同時保護區也靠近青藏高原的西北邊緣,因此,鳥類除了有因氣候變暖而產生的西擴的成分(灰斑鳩、藍額紅尾鴝、小鹀等)外,也有從新疆向東擴散的種類(粉紅椋鳥),還有高原擴散來的成分(白斑翅雪雀)。粉紅椋鳥主要繁殖于新疆西部和北部,2013年6月在保護區人工林生境見到7只的群體。白斑翅雪雀是繁殖于高海拔的高原鳥類,2013年6月下旬在保護區南片的山地生境已經常能見到。其他明顯的新增變動物種還有赤嘴潛鴨、紫翅椋鳥和灰椋鳥。赤嘴潛鴨雖是廣布種,但在甘肅省內以前還只是見于蘭州的過路鳥(王香亭,1991),中國動物志記載該物種常見于新疆和內蒙中部,繁殖分布有明顯向東南擴散的趨勢(鄭作新,1979),目前赤嘴潛鴨已成為保護區水域濕地中優勢明顯的繁殖鳥類。第三次科考時,在保護區越冬的紫翅椋鳥、灰椋鳥已較為常見。造成某些鳥類物種分布消失的因素除了氣候變化外,主要還有植物群落的更替、環境的改變(錢國楨等,1983;黃族豪等,2003)。保護區20年間消失變動的鳥類中近一半為遷徙過路鳥,還有大部分是保護區偶見鳥,這些鳥本身在保護區分布數量就不是太多,沒有成為各生境鳥類群落的主體成分,它們的分布消失隨機性很大,沒有明顯體現出環境的改變。4.3核心物種調查哺乳類的分布是比較穩定的。本次調查減少6種哺乳類,可能與調查方法有關。第一次科考時一些物種是根據收購的皮張來確定分布與否的,如雪豹、草原斑貓、赤狐(Vulpesvulpes)、虎鼬,之后的十多年由于槍支管制、保護力度及民眾保護意識加強,這種調查辦法已不再適用。2002年第二次科考哺乳類種類少是由于調查方法的局限性,尤其是夜行性的食肉動物。第三次科考用到了紅外觸發相機,調查結果更全面。沒有調查到的6種獸類中,虎鼬和草原斑貓主要分布于荒漠中的草甸草原,且為夜行性,而科考設立的紅外相機都在山區,因此未能記錄到這兩個物種,但我們推測保護區應該有該物種分布。三趾心顱跳鼠個體小,較大的捕鼠鋏子捕獲不到該物種。新增的小五趾跳鼠是甘肅省嚙齒類的一個新記錄。該物種原記錄分布于新疆北部