（生态学专业论文）我国南海热带珊瑚礁岛屿生物多样性研究.pdf

摘要 摘要 本文工作的主要研究地点位于西沙群岛，西沙群岛位于中国南海的北部， 由3 4 个珊瑚岛和礁盘组成，总面积为7 9 7k m 2 。该区域的气候属于典型的热带 季风气候。 西沙群岛属于我国发育最为典型和保存最为完整的热带珊瑚环礁生态系 统，但其岛屿生物多样性一直缺乏系统研究。本项目通过1 4 个月的连续监测， 详细地研究了西沙群岛的生物多样性。 西沙群岛共纪录鸟类3 3 科，1 2 3 种，其中主要的鸟类类群有4 类，约占总 数量的9 8 ，它们依次是：雀形目、燕鸥类、鹆鹬类和鹭类。燕鸥类中的大风 头燕鸥、乌燕鸥和黑枕燕鸥为夏侯鸟。其余3 类主要为旅鸟，鸟类北迁经过西 沙群岛的时间在3 月一6 月，高峰期在3 月中旬一5 月中旬，南迁经过的时间在 9 1 2 月，具体时间段不同的物种有所差异。大量鸟类的迁徙造成春秋季鸟类的 多样性及均匀度均明显高于夏冬季。因此，西沙群岛是我国燕鸥重要的繁殖地， 也是鸟类在东亚一澳大利西亚迁徙路线上的停歇地。 西沙群岛应有5 种海龟，但目前仅记录到绿海龟和玳瑁，其中仅绿海龟有 繁殖记录。研究期间共登陆2 3 次，其中1 2 次确定已产卵。这1 2 窝卵中，至少 5 窝被渔民挖走，1 窝被海水淹没，直接损失率达5 0 。西沙群岛绿海龟的繁殖 高峰期为6 8 月，产卵一般在夜晚1 0 时至翌晨3 时进行，海龟趁涨潮之际爬到 海滩上，在高潮线以上的地方产卵。影响海龟产卵的主要因素是海拔高度、潮 水和人类干扰。因此，海龟的产卵区域为岛屿高度在2 5 米以上，离人类聚居 地距离在6 0 0 - 7 0 0 米以上的沙堤。 目前西沙群岛生物多样性的主要受胁因素来自于自然生境的破坏和自然资 源过度开发利用。而这些主要是由人类的捕杀、破坏和干扰造成的。西沙群岛 地处祖国边陲，维持其生物多样性对维持岛屿正向演替和国家的海防安全具有 重要意义。上述研究工作为其生物多样性的保护和生态恢复提供了科学基础。 关键词：西沙群岛生物多样性植被鸟类海龟迁徙繁殖受胁因素 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ep r i m a r yw o r kp l a c eo ft h i st h e s i sw a si nx i s h aa r c h i p e l a g o t h ex i s h a a r c h i p e l a g oi sl o c a t ei nt h en o r t ho fc h i n as o u t hs e a , w h i c hm a d eu po f3 4c o r a l i s l a n d sa n dr e e f s ，a n di t st o t a la r e aw a s7 9 7k m 2 t h ec l i m a t eo ft h i sa r e ab e l o n g st o ac l a s s i ct r o p i c a lm o n s o o nc l i m a t e x i s h aa r c h i p e l a g oi st h em o s tt y p i c a la n d w e l l p r e s e r v e dt r o p i c a l r e e f e c o s y s t e m ，a n di t sb i o d i v e r s i t yl a c k ss y s t e m i cr e s e a r c ha l lt h r o u g h t h i sr e s e a r c h g e t st h eb a s i cd a t ao fb i o d i v e r s i t yi nx i s h aa r c h i p e l a g ob ya14m o n t h s c o n t i n u o u s o b s e r v a t i o n t h eb i r d si nx i s h aa r c h i p e l a g oh a v ean u m b e ro f 3 3f a m i l i e sa n d1 2 3s p e c i e s i nac o u n t i n o u so b s e r v a t i o nf r o mm a r c h2 0 0 8t oa p r i l2 0 0 9 ，t h et o t a ln u m b e ro fb i r d s p e c i e sr e c o r d e di s81 t h e r ea r e4m a i ns o r t so fb i r dw h i c hc o n t a i na b o u t9 8 o f s u m ：p a s s e r i f o r m e s ，t e r n s ，s h o r e b i r da n da r d e i d a e i nt h es o r to ft e r n s ，t h e r ea r e3 s p e c i e so fs u m m e rr e s i d e n tb i r d ：t h a l a s s e u sb e r g i i , s t e r n af u s c a t aa n ds t e r n a s u m a l r a n a t h eo t h e r3s o r t so fb i r da r em a i n l ym i g r a t i o nb i r d s t h ep e r i o dw h i c h s p r i n gm i g r a t i o nb i r dp a s sx i s h aa r c h i p e l a g oi s f r o mm a r c ht oj u n e ，m o s t l y c o n c e r t r a t e di nm i d d l em a r c ht om i d d l em a y ；t h ep e r i o dw h i c ha u t u m nm i g r a t i o n b i r d sp a s sx i s h aa r c h i p e l a g oi sf r o ms e p t e m b e rt od e c e m b e r , t h ed e t a i l e dm i g r a t i o n t i m ei sd i f f e r e n tb ys p e c i e s a sar e s u l t ，x i s h aa r c h i p e l a g oi sa ni m p o r t a n tb r e e d i n g a r e af o rt e r n si nc h i n a , a n di sa l s oar e s th a b i t a tf o rm i g r a t i o nb i r d si nt h e a s i a - a u s t r a l i s i am i g r a t i o nw a y t h e r ew o u l dh a v e5s p e c i e so ft u r t l ei nx i s h aa r c h i p e l a g o ，b u to n l yg r e e n t u r t l ea n dh a w k s b i l lw e r er e c o r d e du n t i ln o w , a n do n l yg r e e nt u r t l eh a v eb r e e d i n g r e c o r d s d u r i n gt h ep e r i o do fo u rr e s e a r c h ，w er e c o r d e d2 3t i m e sl a n d i n go fg r e e n t u r t l e ，12o ft h e ma r ec o n f i r m e dw i t l le g g s i nt h e s e12n e s t s ，a tl e a s t5n e s t sw e r e d i g g e db yf i s h e r f o l k ，a n d1n e s tw a sf l o o d e db ys e a w a t e r , t h ed i r e c tl o s sr a t ew a s 5 0 i nx i s h aa r c h i p e l a g o ，t h em a i nb r e e d i n gs e a s o no fg r e e nt u r t l ei sf r o mj u n et o a u g u s t ，a n dt h ee g g l a y i n gi sc o m m o n l yo c c u r r e df r o m10p m t o3a m n e x t m o r n i n g t h eg r e e nt u r t l ec l i m b st ot h es a n db e a c hi nf l o o d t i m e ，a n dl a y se g g sa b o v e t h eh i g hw a t e rl e v e l t h eh e i g h ta b o v es e al e v e l ，t i d ea n dh u m a nd i s t u r b a n c ea r et h e m a i nd i s t u r bf a c t o r st ot u r t l e sl a y i n g ，s ot h el a y i n ga r e ao ft u r t l ei st h es a n db e a c h a b o v e2 5 ms e a l e v e la n d6 0 0 7 0 0 mf a rf r o mh u m a nc o m m u n i t y i i t h em a i nm r e a t e nf a c t o rt ot h eb i o d i v e r s i t yi nx i s h aa r c h i p e l a g o n o w1 st ? o m 恤d e g 吨c t i o n0 ft h eh a b i t a ta n dt h eo v e r - e x p l o i t a t i o no ft h er e s o u r c e - a l lt h e s e t h i n g sa r em a i n l yc a u s e db yp e o p l e sk i l l i n g ，d e s t r u c t i o na n dd i s t u r b a n c e t h ex i s h a 心c h i p e l a g oi si nt h eb o r d e ra r e ao fo u rc o u n t r y , i ti si m p o r t a n t t om a i n t a i no ft h e i s l a n ds u c c e s s i o na n dt h ed e f e n c eo fn a t i o n a lc o a s tb ym a i n t a i n i n gb i o d i v e r s i t yo i t h ei s l a n d t h i sr e s e a r c hp r o v i d e sas c i e n t i f i cb a s i c sf o rp r o t e c t i n gb i o d i v e r s i t ya n d e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o ni nx i s h aa r c h i p e l a g o k e yw b r d s ：x i s h aa r c h i p e l a g o b i o d i v e r s i t y v e g e t a t i o n b i r d g r e e nt u r t l e m i g r a t i o nb r e e d i n g t h r e a t e nf a c t o r i i i 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的 成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或 撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作 了明确的说明。 作者签名：鲰签字日期：兰业 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学 拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构 送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 日丞开口保密( 年) 作者签名：煎堑 签字日期：型! ：! 墨 导师签名：董皇 签字日期：兰翌2 ：鱼： 第1 章绪论 1 1引言 1 1 1 生物多样性的含义 第1 章绪论 生物多样性( b i o d i v e r s i t y ) 是一个描述自然界多样性程度的一个内容 广泛的概念。对于生物多样性，不同的学者所下的定义是不同的。例如n o r s e 等( 1 9 8 6 ) 认为，生物多样性体现在多个层次上。而w i l s o n 等( 1 9 9 2 ) 认为， 生物多样性就是生命形式的多样性。孙儒泳( 1 9 9 3 ，2 0 0 1 ) 认为，生物多样 性一般是指“地球上生命的所有变异”。 在生物多样性公约( 1 9 9 2 ) 里，生物多样性的定义是“所有来源的活 的生物体中变异性，这些来源包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构 成生态综合体；这包括物种内、物种之间和生态系统的多样性”。 在保护生物学一书中，蒋志刚等( 1 9 9 7 ) 给生物多样性所下的定义 为：“生物多样性是生物及其环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态 过程的综合，包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生 存环境形成的复杂的生态系统”。 综合各家的观点，我们认为，“生物多样性是指地球上所有生物( 动物、 植物、微生物等) 、它们所包含的基因以及由这些生物与环境相互作用所构成 的生态系统的多样化程度”。 1 1 2 生物多样性的内容 生物多样性通常包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个组 成部分。 遗传多样性( g e n e t i cd i v e r s i t y ) 遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。广义的遗传多样性是指地球 上生物所携带的各种遗传信息的总和。这些遗传信息储存在生物个体的基因 之中。因此，遗传多样性也就是生物的遗传基因的多样性。任何一个物种或 一个生物个体都保存着大量的遗传基因，因此，可被看作是一个基因库( g e n e 第1 章绪论 p 0 0 1 ) 。一个物种所包含的基因越丰富，它对环境的适应能力越强。基因的多 样性是生命进化和物种分化的基础。 狭义的遗传多样性主要是指生物种内基因的变化，包括种内显著不同的 种群之间以及同一种群内的遗传变异。此外，遗传多样性可以表现在多个层 次上，如分子、细胞、个体等。在自然界中，对于绝大多数有性生殖的物种 而言，种群内的个体之间往往没有完全一致的基因型，而种群就是由这些具 有不同遗传结构的多个个体组成的。 在生物的长期演化过程中，遗传物质的改变( 或突变) 是产生遗传多样 性的根本原因。遗传物质的突变主要有两种类型，即染色体数目和结构的变 化以及基因位点内部核苷酸的变化。前者称为染色体的畸变，后者称为基因 突变( 或点突变) 。此外，基因重组也可以导致生物产生遗传变异。 物种多样性( s p e c i e sd i v e r s i t y ) 物种( s p e c i e s ) 是生物分类的基本单位。对于什么是物种一直是分类学 家和系统进化学家所讨论的问题。m a y r ( 1 9 4 2 ，1 9 6 3 ) 认为：物种是能够( 或 可能) 相互配育的、拥有自然种群的类群，这些类群与其他类群存在着生殖 隔离。我国学者陈世骧( 1 9 7 8 ) 所下的定义为：物种是繁殖单元，由又连续 又间断的居群组成；物种是进化的单元，是生物系统线上的基本环节，是分 类的基本单元。在分类学上，确定一个物种必须同时考虑形态的、地理的、 遗传学的特征。也就是说，作为一个物种必须同时具备如下条件：具有相 对稳定的而一致的形态学特征，以便与其他物种相区别；以种群的形式生 活在一定的空间内，占据着一定的地理分布区，并在该区域内生存和繁衍后 代；每个物种具有特定的遗传基因库，同种的不同个体之间可以互相配对 和繁殖后代，不同种的个体之间存在着生殖隔离，不能配育或即使杂交也不 能产生有繁殖能力的后代。 物种多样性是指地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度。物 种多样性包括两个方面，其一是指一定区域内的物种丰富程度，可称为区域 物种多样性；其二是指生态学方面的物种分布的均匀程度，可称为生态多样 性或群落物种多样性( 蒋志刚等，1 9 9 7 ) 。物种多样性是衡量一定地区生物资 源丰富程度的一个客观指标。 在阐述一个国家或地区生物多样性丰富程度时，最常用的指标是区域物 种多样性。区域物种多样性的测量有以下三个指标：物种总数，即特定区 域内所拥有的特定类群的物种数目；物种密度，指单位面积内的特定类群 的物种数目；特有种比例，指在一定区域内某个特定类群特有种占该地区 2 第1 章绪论 物种总数的比例。 生态系统多样性( e c o s y s t e md i v e r s i t y ) 生态系统是各种生物与其周围环境所构成的自然综合体。所有的物种都 是生态系统的组成部分。在生态系统之中，不仅各个物种之间相互依赖，彼 此制约，而且生物与其周围的各种环境因子也是相互作用的。从结构上看， 生态系统主要由生产者、消费者、分解者所构成。生态系统的功能是对地球 上的各种化学元素进行循环和维持能量在各组分之间的正常流动。生态系统 的多样性主要是指地球上生态系统组成、功能的多样性以及各种生态过程的 多样性，包括生境的多样性、生物群落和生态过程的多样化等多个方面。其 中，生境的多样性是生态系统多样性形成的基础，生物群落的多样化可以反 映生态系统类型的多样性。 近年来，有些学者还提出了景观多样性( 1 a n d s c a p ed i v e r s i t y ) ，作为生 物多样性的第四个层次。景观是一种大尺度的空间，是由一些相互作用的景 观要素组成的具有高度空间异质性的区域。景观要素是组成景观的基本单元， 相当于一个生态系统。景观多样性是指由不同类型的景观要素或生态系统构 成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化程度。遗传传多样 性是物种多样性和生态系统多样性的基础，或者说遗传多样性是生物多样性 的内在形式。物种多样性是是构成生态系统多样性的基本单元。因此，生态 系统多样性离不开物种的多样性，也离不开不同物种所具有的遗传多样性。 1 1 3 生物多样性的价值 生物多样性的价值，一般概分为四大类：文化、伦理与美学价值；科学 与教育价值；经济价值：生态价值。其内容说明如下： 文化、伦理与美学价值 生物多样性是人类性灵发展的重要元素，它具有塑造文化、建立伦理与 创造美学的价值。由于人类本性乐于亲近各种具有生命的生物，亦即所谓的 “亲生命 天性，在渴望接近与欣赏大自然所创造之地景与生命现象中，由 人类与自然的互动发展出文明、艺术与美学。例如，中国的文字构成要素中， “象形”便取材于各种生物与环境之形象；中外文学作品亦常借用自然与生 物来隐喻人生。由于人类喜爱大自然与尊重生命的悲天悯人情怀，对不同物 种与基因变化而衍生的变种以及各种生态系统与人类同时存在于地球上，可 于心中获得满足感。换言之，人类与各种生物之“存在 就是个重要价值， 3 第1 章绪论 亦即人类应与地球上的所有生物有着共存共荣的伦理关系。此外，许多人更 为子孙着想，而希望保留自己现在享有的森林、海洋、湿地、野生动植物或 自然景观等到世世代代均能享有，因此保存生物多样性具有先人“遗赠”资 产给后代的伦理观念。 科学与教育价值 生物多样性所呈现丰富的生命现象与过程，不但提供人类研究生命科学 重要的素材与灵感，对于教育与启发后代之科学研究知识更具重要价值。例 如，若不是达尔文与华莱士有机会观察加拉巴哥与马来群岛的多样化生物， 就不会创造出近代最伟大的生物进化论，而若无多样化的生物作为遗传学的 试验材料，后人亦难以精修进化论，并不断的增添新内涵。此外，人类亦藉 由生物资源所进行之各种科学研究而得到许多发现、创造与发明，进而改善 人类的生活质量与发展文明。 经济价值 生物多样性对于人类所提供的经济价值繁多。人类除了直接从大自然中 索取许多赖以维生的物质外，亦将各种生物资源大量商品化，且透过经济体 系进行交易活动，举凡食品、医药、花卉、建材、及文明生活所需之基本原 料等均是，故人类的许多经济活动均须靠多样化的生物资源提供物质来源。 此外，人类利用自然景观资源发展蓬勃的绿色观光产业或生态旅游产业，带 来庞大的商机，同时也满足人类休闲游憩的需求，此亦生物多样性所衍生的 重要经济价值。晚近生物科技的发达与基因工程学的应用，使人类藉由操纵 物种基因之多样性而获得极大的经济利益，其未来之潜力亦是不可限量，更 凸显生物多样性之重要性。透过民众直接或间接的使用，生物资源缔造了无 数的经济价值，而由于生物之多样性，才能促使此种经济价值永不间断的衍 生。除此之外，即使民众在自己未曾直接或间接使用生物多样性的情况下， 亦有经济价值产生，如( 一) 希望自己在有生之年，仍能保有选择使用生物资 源的权利并获得效益，而愿于现在投入保育努力之“选择价值 。( 二) 为了 能让子孙享受生物多样性所衍生的各项价值，而愿意在此世代投注努力的“遗 赠价值”。( 三) 人类因知道生物多样性获得保护与继续完整的存在，心中获 得满足感而愿投入代价的“存在价值 。 因此，若无层面扩及基因、物种、生态系之生物多样性作为基础，人类 的维生物质与精神需求将无法满足，生活质量亦无法提升，社会将因缺乏可 供交易的商品而损失市场经济的利得。若以市场交易经济为分类基础，上述 生物多样性所衍生之各种经济价值，有些是可由市场交易所衍生的“市场经 4 第1 章绪论 济价值”，有些则是无法透过市场交易数据而估算的“非市场经济价值 。 生态价值 存在于各种生态系中的每一物种均具有特定的生态功能，单一物种的变 化将影响生态系的整体运作与完整性。因此完整的生态系可发挥更完善与更 高质量的生态功能，如调节微气候、清净水质、提供氧气、清除污染、制造 沃土、水、养分与大气循环、及植物授粉等，而这些都是人类无法完成而亟 需生态系提供之服务。 综上所述，生物多样性可衍生多项有形或无形的价值，其维持生命的基 础以及提供人类无数服务的功能，在在均凸显出对人类的实质重要意义。 1 2研究历史 纵观我国南海，较典型的热带珊瑚岛( 礁) 主要集中于三个区域：西沙 群岛，中沙群岛及南沙群岛。其中中沙群岛大部分在水面以下，呈暗礁的形 式存在；而南沙群岛多为极小的礁盘，缺乏一个面积稍大的，可供动植物稳 定栖息繁殖的陆地。故历史上及目前对典型的热带珊瑚岛的研究集中于西沙 群岛。 法国鸟类学家d e l a c o u r 和j a b o u i l l e ( 1 9 3 0 ，1 9 3 1 ) 最早研究了我国西 沙群岛的鸟类，他们在调查报告中写道：1 9 2 6 年6 月2 9 日一7 月6 日，红 脚鲣鸟在永兴岛繁殖，有的巢高低于2 m ，许多幼鸟栖息在灌木丛中，亲鸟为 它们带来食物。 中国最初对西沙群岛的地理观察见清末的调查简报。1 9 2 8 年，政治会议 广州分会议决组织西沙群岛调查委员会，推举中山大学沈鹏飞教授任委员会 主席，调查团人员还有中山大学丁颖、两广地质调查所朱庭枯等共1 5 人，5 月2 0 日乘“海瑞 舰从广州出发，登岛，主要调查岛屿陆地地质矿产、土 壤和植物，调查完毕返穗，费时1 6 天，其后撰写成调查西沙群岛报告书 ( 沈鹏飞，1 9 3 0 ) 。该报告除前言及附录外，分地理、历史、海流及气候、物 产、磷矿、开发和结论等章。由于调查人员掌握近代自然科学理论和技能，获 得资料颇丰，报告书的科学性也较强。 解放初期，对于西沙群岛的科学考察和研究也陆续开始进行，但主要集 中于生产应用方面，如对渔业，鸟粪开掘等方面的考察( 贝天祥，唐兆铭 1 9 5 9 ) 。2 0 世纪7 0 - 8 0 年代，对西沙群岛的综合性考察开始进入高峰期： 5 第1 章绪论 1 9 7 3 到1 9 7 4 年，中国科学院南海海洋研究所开展西沙群岛海洋综合考 察。1 9 7 3 年上半年派出调查队在岛礁上调查采集，发表了一批海洋生物学调 查报告赓。1 9 7 4 年5 月和1 0 月，该所“实验”号调查船两次赴该区海洋综 合调查，有地质地球物理、水文气象、海洋生物等项目。同时，中国科学院 海洋研究所也开展了西沙群岛海洋生物、生态调查研究。( 中国科学院动物研 究所，中国科学院南海海洋研究所，北京自然博物馆，1 9 7 4 ) 1 9 7 4 年1 0 月到1 1 月间，中国科学院南京土壤研究所深入调查了土壤， 华南植物研究所全面调查了植物，中国科学院动物研究所调查了鸟类，中国 科学院地理研究所和厦门大学研究了南海诸岛历史地理和领土主权归属问题 ( 赵焕庭，1 9 9 6 ) 。 从7 0 年代中期至8 0 年代中期，中国科学院海洋研究所组织专业人员多 次登岛礁，进行生物学研究( 中国科学院海洋研究所，1 9 7 5 - 1 9 8 5 ) 。 在此期间及此后，对西沙群岛的考察和研究还陆续有所展开，但多集中 于单个的项目和课题。( 廖维平，1 9 7 9 ；王葬良，1 9 9 9 ；邹发生等，2 0 0 2 ；) 2 0 0 3 年初，中国科学技术大学西沙科考队，对西沙群岛的8 个岛屿进行了 为期近两个月的野外考察和采样。调查西沙群岛若干鸟岛的鸟类种群和生态， 并以此为背景，应用地球化学、生态学等多学科交叉的基本理论和方法研究鸟 粪沉积层的生态环境记录( 孙立广等，2 0 0 5 ；曹垒，2 0 0 5 ) 。 总体来说，到目前为止，西沙群岛的生态学研究存在以下局限性： 时间上的局限性。对西沙群岛的考察起步本身较晚，2 0 世纪才开始陆续 开始；上世纪7 0 8 0 年代是一个系统考察的高峰期，此后大规模的，系统 的考察较少。而在上世纪7 0 年代到目前的3 0 多年间，某些种类的数量， 分布已经发生变化。另外，即使是大规模考察，一般持续时间最多1 到2 个月，缺乏长时期的连续性调查( 全年，跨年度) ，尤其是常驻在岛屿上 的调查。 空间上的局限性。由于西沙群岛距离大陆距离遥远，交通不便，而且各个 岛屿间相互交通也非常稀少。造成主要岛屿及其附近的岛屿相对研究较 多，而对一些较偏远的岛屿则较少有人研究。 资料上的局限性。由于以上时间和空间上的局限性，造成西沙群岛的生态 学研究的资料相对缺乏，且时效性不强，尤其缺乏连续性的数据( 季度间， 年度间) 及部分偏远岛屿的数据。 6 第2 章研究地点 第2 章研究地点 21地理位置及地质年代 211 地理位置 本文的主要研究地点位于我国西沙群岛。 西沙群岛位于我国南海的中北部，海南岛东南，以永兴岛为中心，分布于北 纬1 5 。4 7 一1 7 。0 8 东经i 1 1 。i 0 - 1 1 2 。5 5 2 - 间距海南省约3 3 0 薹；公里 ( 见图2 i ) 。 图2 1 西沙群岛的地理位置 7 第2 章研究地点 西沙群岛从东北向西南伸展，长2 5 0 公里，宽约1 5 0 公里，海域总面积为3 1 7 0 0 平方公里，包括两个部分：东面的宜德群和西面的永乐群岛，共计3 4 个岛礁，陆 地总面积约7 9 7 平方公里( 图2 2 ) 。 2 1 2 地质年代 图2 2 西沙群岛主要岛屿的名称和位置 南海诸岛的岛屿，除了极个别火山岛之外，绝大部分是由海洋软体动物珊瑚 的骨骼堆积而成的珊瑚岛。 关于西沙群岛珊瑚礁沉积物出露海面，形成岛屿的时期及其划分不尽相同， 但大致可归纳为晚更新世晚期和全新世中期两个时期。除了石岛形成稍早外，全 新世中期( 2 5 0 0 - 7 5 0 0 年前) 则是西沙群岛的主要成岛时期。资料表明，其中最早 的大约形成于7 0 0 0 年前，而最年轻的估计形成于2 0 0 0 - 2 5 0 0 年前，其余诸岛则形 成于4 0 0 0 5 0 0 0 年前。 总体来说，西沙群岛在地质年龄是相当年轻，其中包括了一些发育中的热带 珊瑚岛。 2 2 气象与水文 2 2 1 气象 8 第2 章研究地点 西沙群岛的气候属于典型的热带季风气候。据资料统计，年平均气温为2 5 6 摄氏度，年降雨量为1 4 8 1 3 毫米，常风向为东北向；强风向为西南向。每年9 月 到次年2 月为东北季风期，风力最大为6 至7 级，3 至4 月为东北和西南风转换期，5 至9 月为台风多发季节。雨季在4 月- i 0 月，在此期间的降雨量为全年的8 7 。旱 季盛行东北风，雨季主要盛行南风( 中国气候数据库，1 8 4 1 年至1 9 8 8 年) 。热带 气旋影响主要集中在7 月一1 1 月。 而根据西沙永兴岛气象站1 9 7 1 年 - - 2 0 0 0 年3 0 年的统计，西沙群岛历年平均气 温2 6 7 ；最高气温3 4 3 ；最低气温1 6 5 。月平均气温最高出现在6 月，为 2 9 1 ，最低出现在1 月，为2 3 3 。历年平均降雨量1 5 7 2 9 m m ，其中9 月份最多， 2 、3 月份最少。1 9 7 1 - , - , 2 0 0 0 年3 0 年间最大日降水量6 3 3 8 m m ，出现在1 9 9 5 年9 月。 西沙全年气候湿润，年平均相对湿度在7 8 - , - 8 4 ，全年以8 9 月份最高，1 月较 低。 西沙季风特征明显，当年1 0 月至次年4 月份以东北向为主，占冬季的7 0 7 1 5 至9 月份以西南向为主，占夏季的5 6 9 。全年常风向为东北向，频率为4 2 8 1 次常风向为西南向，频率为2 8 8 。强风向为西南向，次强风向为东北向。( 林熙 等，1 9 9 9 ) 2 2 2 洋流 西沙群岛的海洋环境主要受南海暖流的影响，季风控制洋流在中国南海的流 向( 图2 3 ) 。冬季受西北季风的影响，洋流从北部经过台湾海峡和巴士海峡以及 从东部经过巴拉巴克海峡( 位于巴拉望岛和婆罗洲之间) 进入中国南海。这时的 海流通常是南向，主要进入爪哇和弗洛里斯海( 位于爪哇海东端和苏拉威西海南 面的班达海西端之间) ，还有小部分流经马六甲海峡向西流动。夏季受西南季风 的影响，洋流通常是东北向，这时海流从爪哇和弗洛里斯海向北流动，并从马来 群岛和婆罗洲之间流经中国南海( m e l v i l l e ，1 9 8 4 ) 。 9 第2 章研究地点 图2 3 季风控制洋流在中国南海的流向：( a ) 冬季受西北季风的影响( 1 2 月一翌年 2 月) ；( b ) 夏季受西南季风的影响( 6 月一8 月)( 引自m e l v i l l e ，1 9 8 4 ) 2 2 3 潮汐 西沙群岛海区潮汐主要为不规则日潮混合潮型。在1 个月的潮位中，约有 l o 天是比较明显的日潮，其余则为不规则的半日潮( 图2 4 - 2 5 ) 。 努冀鞭镯磐紫罗髯熬 l f 霉孑零习 、：、屿 _ ”一，。h ，*，t 1 、 曩“，j 蠹 ” ，! ? 麓 k _ ，m _k 一“ v 。一r ? “二勒 z - 一。o x 。+z 一_ 多一一莲 。：? 诂、 * + 簟一，一p 辩 一i 。 3 一 i 驾 、 _ ；+ 1 ，。嚣 j 。足j ：一囊 ! 、”、一“，+ ：。j ； 一一1 ；= o o ，。 。i。；蛰 n ：一， ；x ，七童j 量j i “：籍 o ； ，。，；r 、嗣 2l1 0 1 2 1 41 61 0 3 8 勰 m 图2 42 0 0 8 年6 月8 日预测潮线( 典型的日潮) i o 2 i g 硼至 第2 章研究地点 移2 ”一 譬8 繁鼍蕊 一一 ： l | ： 。 ! ! ：l ；雾 4 霆 ： j ； ； 。0 、一争一 + i 善 o h ；i + ij 妻 ! 。一誓溺彳 i ；! i 涎 i| 二，：j ，焉 ， # 一r ： j ， “jt 一j 0 。 二，k 一 一i o 一o p ：；0 “。一i o 蔼 一 ；j ! ： 、：，。“：囊；一； 一一一、一，一xz 、：= 茹一 ： ：。：簧 l l j i j 0 0 。，：i 誊卜。 手| 一 。o ；扛， ；。一? 一巍i1； 24蓐霉l o1 21 41 61 82 02 22 4 图2 52 0 0 8 年6 月1 8 日预测潮线( 典型的半日潮) 由于缺乏西沙群岛潮位变化的历史资料，对高低潮的判断以预测潮位为主 ( t i d e c o m p 2 0 0 0 ，对西沙群岛的预测) ，预测潮位与实际水尺读数比对如图2 6 。 由这些比对可以看出，预测的潮位变化( 高，低潮的时间及趋势) 与实测的相差 很小，其精度完全可以用于生物学研究。 l 杀 苫 i ? j ：瑟灞 l 忖黪朔 。：。：+ i ” 善 4 一j 。h 1h 一；j ：，i j j ? 0 强 1，t ， ， 珏 k - ：一- + j r ， 。x 。叠0 二矧 l乏。 j 0 萋 。 二王。鳇霞：蹦 罗妙；| 1 4x u 爹_ 。，甍 io 一。：； | ll | 杈一- - y ， ：j ：震 i 一， # ， 一妥4 ：缓 i ，o “0 “。- 奠：耄 一 ； l 蓍一t 。蔼 ，_ 4 mt ： “g 幸i j。警 卜0 ，”0 ，翁”： j _ j ll； i 爹“：；。鬈 卜o ，：一、+ ：型 i+ 卜l 一 l 一 蓼一j 。一：薏 3i霉秘 轮 “l ll 奉 糟鼯矬 图2 62 0 0 8 年3 月9 日预测潮位与水尺读数对比( 实线为预测潮位，虚线为水尺读数) l 霉m 至 第3 章研究方法 3 1 调查研究方法 第3 章研究方法 从2 0 0 6 年9 月至! u 2 0 0 9 年4 月，我们在西沙群岛进行了生物多样性的研究( 其中 2 0 0 8 年3 月4 日至u 2 0 0 9 年4 月7 日开展了持续性的监测) ，并对数据进行了分析。主 要研究方法如下： 3 1 1 植物多样性的研究方法 物种鉴定：拍照并记录植物的形态特征，并鉴定物种。 群落结构及特征：根据已有资料，分析得到群落结构以及特征、演替方向。 优势种生态习性研究：根据上述研究，确定优势物种，结合前期研究和文献 资料，掌握其分布状况，以及生态习性；分析植物分布与微环境的关系。 3 1 2 鸟类多样性的研究方法 鸟类调查：每天7 ：0 0 - 9 ：3 0 ，1 5 ：3 0 - 1 7 ：3 0 各环岛一周( 特殊天气除外) ， 采用样线法及样点法开展鸟类调查，记录所有见到的鸟类种类、数量、位置、 行为，以及是否存活、是否繁殖等。由于鹆鹬类主要分布在滩涂，紧贴海岸 行走会对其产生惊扰；故以沿岸灌丛为掩护，与海岸保持一定距离行走，每 隔约3 0 0 米在海岸观察点定点向两侧观察，这样既保证了调查的准确性，又 减少了对鸟类的惊扰。 鸟类群落结构及其变化特征：根据上述记录，结合前期的研究资料，获得该 岛鸟类群落的结构及其季节变化；将鸟种分为繁殖鸟和非繁殖鸟，对于繁殖 鸟，应开展繁殖生态学研究；对于非繁殖鸟，则通过分析获得优势种及其在 岛停留时间和迁徙高峰期。 迁徙鸟类对停歇地的利用：通过观察研究，结合查阅文献，掌握鸟类对停歇 地的生态要求，包括生境特征、食物、水源和隐蔽条件等。 主要使用仪器：双筒望远镜( 8 倍) ，单筒望远镜( 2 0 6 0 倍) 。 1 2 第3 章研究方法 3 1 3 海龟多样性的研究方法 龟类调查：每天7 ：0 0 - 9 ：3 0 ( 如有特殊情况在1 5 ：3 0 一1 7 ：3 0 ) 环岛一周， 采用样线法及样点法开展龟类调查，必要时在夜晚进行观察，记录龟道、是 否产卵以及产卵地点。 龟类鉴定：对海龟产卵地点标记和编号，每天巡察产卵地点，根据幼龟的形 态特征鉴定种类；获得在海龟繁殖的种类和数量。 3 2 数据分析方法 3 2 1 数据及数据处理 s h a n n o n - w i e n e r 多样性指数： 如果从群落中随机地抽取一个个体，它将属于哪个种是不定的，而且物种 数目越多，其不定性也越大。因此，有理由将多样性等同于不定性，并且两者用 同一度量。其计算公式为( 马克平，1 9 9 4 ) ： 日= 一p i l o g p i p i 为单个个体属于第i 种的概率，在实际计算中相当于第i 种的数量除以总数 且 里。 其中l o g 可以以2 ，e 或1 0 为底，得到的单位分别为b i t ，n a t 及d e c i t ，目前，生 态学上所用的单位及其名称都未标准化，但存在着用n a t 的趋向，本文也采用e 为底，即s h a n n o n - w i e n e r 指数的单位为n a t ( 以e 为底) 。 s h a n n o n w i e n e r 多样性指数属于多样性的信息度量( m a g u r r a na e ，1 9 8 8 ) 。 s h a n n o n - w i e n e r 多样性指数值越大，表示物种多样性越大，一般在1 5 至3 5 之间， 很少超过4 5 。 s i m p s o n 多样性指数： s i m p s o n 指数又称为优势度指数，是对多样性的反面即集中性的度量。假设 从包含n 个个体的s 个种的集合中随机抽取2 个个体并且不再放回，如果这两个个 体属于同一物种的概率大，则说明其集中性高，即多样性程度低。其计算公式为： d = 1 一y 尸f 2 1 3 第3 章研究方法 s i m p s o n 指数属于多样性的概率度量( m a g u r r a na e ，1 9 8 8 ) ，其数值越大， 表示多样性程度越低。 p i e l o u 均匀度指数： 无论怎样定义多样性指数，它都是把物种丰富度与均匀度结合起来的一个 单一的统计量。无论多样性信息度量还是概率度量都是以不同的方式表达物种丰 富度与均匀度的结合( l u d w i gj a r e y n o l dj f ，1 9 8 8 ) 。 均匀度可以定义为群落中不同物种的多度( 生物量、盖度或其它指标) 分布 的均匀程度。由于多样度指数表现的是物种丰富度与均匀度的结合，p i e o u 将均 匀度( j ) 定义为群落的实测多样性( h ) 与最大多样性( h m a x ) 的比率 ( p i e l o u ，1 9 7 7 ) ，其计算公式为： j = h j h m a x 其中h m a x = l o g s ，s 为物种总数。 在以e 为底的情况下，l o g s = l n s 。 p i e l o u 均匀度指数数值越大，说明均匀度越高。 3 2 2 数据说明及定义 数据跨度 鸟类普查的数据从2 0 0 8 年3 月4 日至u 2 0 0 9 年4 月7 日，跨度4 0 0 天，实有数据3 2 5 天。按照北半球物候学定义：3 ，4 ，5 月定义为春季；6 ，7 ，8 月定义为夏季；9 ， 1 0 ，1 1 月定义为秋季；1 2 ，翌年1 ，2 月定义为冬季。 2 0 0 8 年3 月- 2 0 0 9 年4 月持续观察期间各季度及月度实际观察时间如下( 表 3 】3 2 ) ： 表3 1 各季节跨度及实际观察天数 季节实际观察天数 2 0 0 8 年春( 3 ，4 ，5 ) 8 9 2 0 0 8 年夏( 6 ，7 ，8 ) 7 2 2 0 0 8 年秋( 9 ，l o ，1 1 ) 7 2 2 0 0 8 年冬( 12 ，1 ，2 ) 5 4 2 0 0 9 年春( 3 ，4 ) 3 8 1 4 第3 章研究方法 表3 2 各月份实际观察天数 月份实际观察天数 2 0 0 8 年3 月。2 8 2 0 0 8 年4 月3 0 2 0 0 8 年5 月 3 1 2 0 0 8 年6 月 3 0 2 0 0 8 年7 月 3 1 2 0 0 8 年8 月 l l 2 0 0 8 年9 月 l l 一 2 0 0 8 年1 0 月 3 l 2 0 0 8 年1 1 月 3 0 2 0 0 8 年1 2 月 3 1 2 0 0 9 年1 月 1 5 2 0 0 9 年2 月 8 2 0 0 9 年3 月 3 l 2 0