《Biodiversity Data Journal》：Predicting current and future distributions of bird species in South Africa’s arid Northern Cape under climate change scenarios: are biomes being crossed?
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本文聚焦氣候變化對南非鳥類分布的影響這一生態學前沿問題。研究者針對南非干旱的北開普省，選取三種本土鳥類和一種入侵鳥類，運用MaxEnt物種分布模型，預測其在當前及未來（2050和2070年）三種共享社會經濟路徑（SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP5-8.5）下的分布變化。結果顯示，所有物種的分布范圍均向西南方向轉移，并可能跨越原有生物群系邊界，其中藍飾雀（U. angolensis）分布區急劇收縮，而家八哥（A. tristis）則向干旱環境擴張。該研究揭示了氣候變化是驅動鳥類分布變化并促使其進入新生物群系的關鍵因素，強調了制定適應性保護策略以應對物種動態分布的重要性。
氣候變化正以前所未有的速度重塑著地球的生態系統，其中生物多樣性的分布格局也因氣溫升高和降水模式改變而發生深刻變化。對于許多生物類群，尤其是活動能力較強的鳥類而言，它們正被迫“追隨”適宜的氣候條件，導致其分布范圍發生收縮、擴張或遷移。這種遷徙并非漫無目的，常常伴隨著跨越原有生態地理單元——生物群系的邊界，從而可能引發一系列未知的生態后果，如與當地物種的競爭、資源重新分配以及對現有保護地網絡有效性的挑戰。南非，特別是其干旱的北開普省，擁有獨特而脆弱的生物群系（如納馬卡魯和肉質卡魯），孕育了該國約76%的特有鳥類。然而，該區域正面臨著氣溫升高、降雨不規則和干旱期延長的嚴峻威脅，生態系統轉型風險加劇。在此背景下，一個核心科學問題亟待解答：未來氣候變化將如何影響該地區關鍵鳥類的分布？它們是否會跨越生物群系的界限？這對于生物多樣性保護又意味著什么？
為了回答這些問題，來自南非索爾·普拉杰大學和南非國家生物多樣性研究所的研究團隊Minoli Appalasamy、Fatima Parker-Allie和Douglas M. Harebottle，在《Biodiversity Data Journal》上發表了一項研究。他們選取了四種具有不同生態特性的鳥類作為研究對象：依賴樹洞巢址的綠林戴勝（Phoeniculus purpureus）、以果實為主食的黑領擬啄木鳥（Lybius torquatus）、適應干旱環境的小型食谷鳥藍飾雀（Uraeginthus angolensis），以及具有高度適應性的人侵物種家八哥（Acridotheres tristis）。研究旨在預測這些物種在當前及未來氣候情景下的分布變化，并特別關注其跨越生物群系邊界的可能性。
研究人員開展此項研究主要運用了幾個關鍵技術方法。首先是物種分布數據收集與清洗，研究者從全球生物多樣性信息網絡（GBIF）獲取了超過十萬條至數百萬條不等的物種出現記錄，并進行了嚴格的空間、時間和分類學清洗，最終保留了數千條高質量記錄用于建模。其次是環境變量與氣候情景設置，研究使用了WorldClim數據庫的當前生物氣候變量，并基于CCSM4全球環流模型，設定了2050年和2070年兩個時間點，以及SSP1-2.6（可持續路徑）、SSP2-4.5（中等路徑）和SSP5-8.5（高排放路徑）三種未來共享社會經濟路徑下的氣候數據。核心建模技術是物種分布模型（SDM），具體采用MaxEnt（最大熵模型）軟件。模型最終選用了年均溫、最暖月最高溫、最冷月最低溫和年降水量這四個對鳥類分布有顯著生態意義的生物氣候變量進行預測。模型性能通過接收者操作特征曲線下面積（AUC）和真實技巧統計值（TSS）進行評估，所有模型的AUC值均大于0.7，TSS值接近+1，表明模型具有優秀的預測判別能力。最后，利用QGIS地理信息系統軟件生成了當前和未來的物種分布概率圖。
重要預測因子和模型性能
基于刀切法檢驗，年均溫（BIO1）對所有物種的模型擬合貢獻最大。模型評估指標顯示，所有模型的AUC值均高于0.7，TSS值優異，表明模型能很好地區分物種的存在與缺失，預測準確性高。
當前物種分布預測
模型預測的當前分布與物種實際出現記錄基本吻合。例如，綠林戴勝在卡拉哈里跨國公園等保護區有較多的外圍出現記錄。研究也繪制了家八哥在其原產地區（南亞）的當前分布預測圖作為參照。
未來物種分布預測
在所有未來氣候情景下，四種物種的預測分布范圍均呈現顯著變化，總體趨勢是向西南方向轉移，并可能進入北開普省南部至東南部的干旱區域。
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總體趨勢與物種差異：到2070年，在SSP5-8.5（極高排放）情景下，所有物種的分布范圍縮減最為劇烈。比較而言，藍飾雀和家八哥在北開普省南部的出現概率高于綠林戴勝和黑領擬啄木鳥。所有物種的分布都有向更高海拔地區（如自由邦與萊索托交界的馬盧蒂山脈、東開普省德拉肯斯堡山脈）擴張的趨勢。
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生物群系穿越：與當前預測模型相比，在未來所有氣候情景和時間段下，所有物種的分布范圍均顯示出跨越生物群系邊界的跡象。
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入侵物種與本土模型的對比：有趣的是，分別使用家八哥的入侵分布數據和原生分布數據建模，得到的未來預測圖存在差異。基于原生數據集的模型預測顯示，該物種有更高概率向西南部更干旱的北開普地區以及萊索托、自由邦、夸祖魯-納塔爾省和姆普馬蘭加省的高海拔地區擴張。
研究的討論部分對上述結果進行了深入闡釋。觀測到的物種向西南方向進入干旱北開普省的分布轉移證實了研究假設。其中，綠林戴勝和黑領擬啄木鳥的分布變化模式相似，這可能與它們共享相似尺寸的樹洞作為夜棲所有關，而樹洞的可獲得性是限制綠林戴勝生存的關鍵因素。這兩種物種以及藍飾雀被視為南非干旱區鳥類，未來北開普省變得更暖更干，反而可能為它們提供避難所。然而，藍飾雀在SSP5-8.5情景下表現出劇烈的分布區收縮，到2050年可能被完全限制在萊索托等高海拔地區。這與其在以往極端熱浪事件中表現出的高度脆弱性一致，作為雀形目鳥類，其依賴喘息進行蒸發性散熱，在高溫下尤為脆弱，因此需引起保護關注。黑領擬啄木鳥則可能向更涼爽、氣候更穩定的高海拔地區遷移以應對低地變暖。
對于入侵物種家八哥，其表現出在所有氣候情景下（尤其是SSP5-8.5）的擴張潛力。這種擴張可能通過競爭和捕食對本土物種產生負面影響。值得注意的是，家八哥對含糖果實的喜好可能驅動其沿著奧蘭治河向西擴張，進入重要的葡萄種植區，這對當地的葡萄酒產業構成潛在威脅。模型預測其仍未擴散至西開普省，這與該省目前缺乏該物種的記載以及全球預測相符，防止其傳入該省對于保護農業和本土生物多樣性至關重要。
綜上所述，這項研究揭示了氣候變化作為驅動南非鳥類分布變化并促使其跨越生物群系邊界的關鍵力量。研究結論強調，鳥類物種不僅在地理位置上發生移動，更可能突破長期的生態區劃界限，這將帶來復雜的生態影響。特別是，像藍飾雀這樣的物種盡管當前被列為“無危”，但在未來氣候情景下可能變得非常脆弱；而家八哥等入侵物種的擴張風險則需要高度警惕。這些發現突顯了在氣候變化背景下，保護策略必須從靜態轉向動態，充分考慮物種分布的動態本質，并將生物群系邊界可能被穿越這一新維度納入保護規劃。持續監測鳥類分布變化，并制定適應性的、前瞻性的保護與管理策略，對于應對氣候變化、人類活動與生物多樣性之間復雜的相互作用至關重要。
