气候变化及人类活动对兽类种群变迁的影响研究

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目前,地球正面临气候变化和人类活动干扰的加剧,已造成生物多样性迅速丧失、动物种群下降、分布萎缩、甚至物种灭绝。但气候变化和人类活动干扰在动物种群下降甚至物种灭绝过程中究竟扮演了什么角色仍存争议。尤其在现代,人类活动干扰往往与气候变暖相叠加,使得我们更难区分二者的独立作用及交互作用。所以就有必要在史前(人类影响较小时期)和历史(人类影响较大时期)两个时间段上研究物种种群的变迁模式及其与气候变化和人类活动的关系。  本研究按时间尺度分为两个部分,第一部分涵盖了晚更新世到全新世时期。在这约五万年前以来的时期,包括我国北方在内的北半球各地曾遍布如猛犸象、披毛犀一类的大型哺乳动物,但它们在晚更新世和全新世(约2.45万年以来)大量灭绝,而此时全球气候快速变暖并且人类活动空前剧烈。虽然主流观点认为气候变化和人类活动都可能是导致这一时期大型兽类灭绝的重要原因,但哪个因素是主因,哪个是次因,仍不十分清楚,需要使用连续时间-空间维度的化石数据和数学模型进行定量解析才能区分二者作用。  首先,本研究通过公开文献及数据库收集整理了5.425万年以来晚更新世和全新世的大型兽类化石或遗迹样本数据。包括猛犸象(猛犸象属,Mammuthus)、犀牛(犀科,Rhinocerotidae)、马(马科,Equidae)和鹿(鹿科,Cervidae)在内的古生物学及考古学记录都作为这些动物的历史分布数据用以深入分析。本研究也收集了考古和人类学等研究发现的人类定居点,以及高分辨率气候资料来表示人类活动和气候变化。本研究通过比较各动物类群(猛犸象、犀牛、马和鹿)平均分布纬度和温度变化的关系来分析气候变化的影响。同时也计算了各100×100km2方格的动物灭绝时间,并在比较灭绝时间与人类影响指数的关系后分析了人类干扰的影响。本研究的主要发现如下:  1.根据格陵兰、南极、中国的五万年温度序列,本研究以氧同位素18作为温度代用指标,使用spearman相关来分析温度变化与各动物平均分布纬度的相关性。结果表明气候变暖与包括猛犸象、马、鹿在内三种兽类的平均分布纬度呈显著正相关:即气候变暖驱使其分布区北移(除亚欧大陆东部的犀牛和鹿)。气候变暖很可能是导致严寒地区猛犸象和犀牛灭绝的主要原因,而人类干扰可能只是最后一根稻草。  2.根据人类定居点数据,本研究以人类邻近度和人类密度作为人类影响指数。使用spearman相关来分析人类活动指数与动物局域灭绝时间的相关性,结果表明人类活动对各动物类群均有显著的影响,具体表现为:距离人类定居点越近的动物点灭绝越早,附近的人类定居点越多的动物点灭绝越早。犀牛和马在早全新世极为温暖的时期(8000-6000年前)仍大量存在,说明犀牛和马能忍耐快速的气候变暖,气候变暖本身并不会导致其灭绝,所以人类干扰是导致犀牛和马消亡或灭绝的主要原因。而鹿类在快速气候变暖和剧烈人类干扰的双重压力下,却因其行为适应性和生态灵活性存活了下来。  然后,本研究基于我国历史文献收集了我国公元前2345年至2015年包括猕猴、仰鼻猴、长臂猿、大熊猫、虎、亚洲象、野马、犀牛、野骆驼、麝、獐在内的11个哺乳动物物类群的历史分布数据。根据历史分布数据的时间-空间信息,本研究为其匹配环境数据,进而利用广义可加模型分析环境压力与灭绝风险的相关性。本研究首次定量区分出入类干扰(以农田覆盖度,人类人口密度,森林覆盖度为代表)和气候变化(气温)对这些兽类局域灭绝的影响。  本研究发现人类干扰显著增加了这些兽类的局域灭绝风险。然而,温度与灭绝风险在冷暖期呈现了反相关系:在冷期(工业化前),温度变冷增加了动物局域灭绝的风险;在暖期(工业化后)温度变暖增加了动物局域灭绝的风险,说明极端温度变化(过冷或过热)都会增加动物局域灭绝的风险。动物体重也与局域灭绝风险呈正相关。  本研究表明,人类影响是全新世大型兽类灭绝或种群退缩的关键因素,快速的气候变化或极端气候也是造成大型兽类局域甚至彻底灭绝的重要因素。为应对未来的气候变化挑战,其首要任务是建立廊道,尤其是沿高低海拔和南北纬度来建立廊道并连接各孤立斑块。以此野生动物才能在各破碎斑块中自由迁徙以应对快速气候变暖。
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