全球变暖重塑马达加斯加鸟类分布与保护重点

《Environmental Research》：Global Warming Reshapes Bird Distributions and Conservation Priorities in Madagascar

　　

# 摘要

人为气候变化正通过改变降水格局和升高全球气温，加剧其对人类社会、经济、自然系统和生物多样性的影响。热带岛屿和高特有性区域尤为脆弱，因为气温升高和降雨变化预计将使大片区域不再适合许多狭域分布的特有物种，可能导致鸟类群落的消失。我们结合生态位模型（ENMs）和群落生态学的生物多样性度量，评估了马达加斯加鸟类地理分布的可能变化以及气候变化如何重塑其群落结构。我们使用传统生态位模型为常见物种建模，使用小模型集合为稀有物种建模，预测了237种鸟类的当前和未来分布，这些预测基于六个通用环流模型和两种排放情景下的两个未来时间段，并将这些预测与物种丰富度、空间β多样性和群落体型等群落级别指标联系起来。我们的预测显示栖息地将广泛丧失：即使在最乐观的假设下，几乎所有物种都预计会经历分布范围收缩，其中大多数物种将丧失超过一半的当前范围。在两个未来时间范围内（2041–2060年，下文简称"2060年"，以及2081–2100年，下文简称"2100年"），在SSP245情景下预测范围平均收缩30.7%，在SSP585情景下收缩39.9%，其中SSP585情景下到2100年损失最为严重。虽然预计没有任何物种会在全世界范围内丧失全部范围，但在马达加斯加境内，总栖息地丧失可能导致15至27个物种在2060年区域内绝灭，到2100年则可能达到45至237个物种，具体取决于排放路径。这些收缩导致62%的群落物种丰富度下降，60%的群落发生生物同质化，最严重的损失集中在中部高地和西部，而物种增加主要局限于东部海岸。功能性变化呈现出明显的趋势：大多数群落（87.7%）的平均体型预计将增大，无论组成周转还是海拔如何。尽管单个物种根据它们的扩散能力、行为和能量需求不同会有不同的反应，但我们的结果表明气候变化可能会推动马达加斯加鸟类群落走向物种丧失和生物同质化，同时重塑群落的体型结构。因此，将此类生物多样性预测纳入长期保护规划和社会环境政策的成功之中至关重要。

# 引言

气候变化正在迅速重塑物种所面临的环境条件（Scheffers等，2016；Lawlor等，2024）。为了应对这些陌生的条件，物种必须要么调整其生态位以耐受这些条件，要么迁往气候条件更适宜的地区（Ant?o等，2022；Lustenhouwer和Parker，2022）。这种地理再分布反过来会重塑生物群落的物种组成（Wisz等，2013；Pinsky等，2020）。虽然某些物种可能会蓬勃发展并扩展到新的区域，但许多物种可能扩散得太慢而无法逃脱地方性灭绝（Pimm等，2014；Foden等，2019），这种风险对特有物种和扩散能力有限的物种最大（Foden等，2019）——这对于马达加斯加等岛屿上的高度特有鸟类尤为令人担忧（Andriamasimanana和Cameron，2013；Matthews等，2022）。随着狭域分布物种的地方性灭绝不断累积以及广布物种可能扩张，群落可能会经历生物同质化（Hotaling等，2017；Socolar等，2025），并最终导致生态系统功能的下降（Carlson等，2022）。由于热带物种面临的气候驱动灭绝风险最高（Sherry，2021；Monge等，2023），任何有效的缓解策略都将依赖于理解热带生态系统内部的这些生物变化（Jones等，2022）。

在受气候变化威胁最大的区域中，热带岛屿的区系结合了极高的特有性和有限的分布范围调整空间（Cowman等，2017；Matthews等，2022）。马达加斯加是全球生物多样性热点地区之一，拥有约280种本地鸟类，其中约115种（≈41%）为特有物种（Safford和Hawkins，2013；Borgerson等，2023），但它仍然是生物多样性保护区覆盖率最低的地区之一（Herrera，2017；Cooke等，2022）。马达加斯加的气候预测显示显著增暖和降水格局改变，包括南部和西部地区的干旱加剧（Rigden等，2024）。这些变化的环境条件预计将严重减少马达加斯加鸟类的气候适宜栖息地面积，不成比例地威胁森林依赖型和狭域分布的特有物种（Gardner等，2016；Monagan，2025）。这些气候变化对马达加斯加鸟类群落的影响仍然知之甚少。然而，越来越多的证据表明，气候正在驱动许多地区和类群的群落生物同质化，包括鸟类（Gardner等，2016；Younger等，2018）。这种模式可能在对物种已经接近其气候生理极限的情况中尤为明显（Monge等，2023）。

生物同质化及其反向过程——生物分化——在空间上并不均匀发生（Otto等，2020；Rolls等，2023）。在狭域分布物种丧失后（减法同质化）或广布物种增加后（加法同质化），群落的组成相似度增加；而通过广布物种丧失（减法分化）或狭域分布物种定殖（加法分化），群落组成变得更为不同（Socolar等，2016）。物种对这些灭绝和定殖事件的脆弱性可能源于空间属性和生活史特征（Cochrane等，2015；White等，2018）。例如，地理范围较小的物种往往比广泛分布的物种对气候变化更敏感，后者通常由于更广泛的生态位而更具广布性（Feng等，2024）。在鸟类中，体型是另一个信息丰富的特征，因为它与扩散能力、热生理学、生活史节奏和种群密度共存变化，因此预计会调节物种对气候变化的响应（例如，MacLean和Beissinger，2017；Mota等，2022；Watson和Kerr，2025）。大型鸟类通常结合低种群密度和缓慢的生活史与较高的灭绝风险（例如，Gaston和Blackburn，2002；Hilbers等，2016），而小型鸟类可能更容易受到热和微气候压力的影响（例如，Albright等，2017；Pacioni等，2025）。

因此，地理范围大小（广布与狭域）和体型可能共同帮助表征气候变化对鸟类群落影响的大小和方向（Goodman等，2012；Bailey等，2020；Stewart等，2022）。

在本研究中，我们应用生态位建模（ENM）评估了马达加斯加全岛鸟类物种的当前和预测未来分布——马达加斯加是世界第四大岛屿，也是以其异常高的鸟类特有性而闻名的陆块碎片，旨在了解气候变化如何重塑鸟类β多样性的空间模式。通过将物种层面的特征数据与地理范围信息相结合，我们探索了在对比气候情景下，变化的气候条件如何改变狭域分布物种与广布物种、大型鸟类与小型鸟类的相对代表性。一个核心问题是气候变化是否会不成比例地威胁狭域分布和/或大型鸟类，使它们的地方性灭绝率高于广布和/或小型鸟类，以及这种差异脆弱性对鸟类群落生物同质化或分化的影响。

鉴于生物多样性丧失通常是非随机的，狭域分布和大型鸟类往往是首先消失的，我们进一步研究了此类物种对本地群落组成贡献的任何变化与物种丧失和群落同质化模式的关系。我们认为，目前由狭域分布或大型鸟类主导的群落面临更大的组成风险，因此更容易发生生物同质化，而以广布、小型广布种为特征的群落则具有更高的韧性，可能随时间表现出生物分化。因此，我们预测前者群落类型的同质化更强，而后者群落类型的同质化减弱或出现主动分化。

## 章节片段

**物种出现记录和数据清理**

我们从三个主要来源收集了马达加斯加鸟类的出现记录：全球生物多样性信息网络（GBIF；https://www.gbif.org/，2025年5月访问），使用rgbif包v.3.7.5（Chamberlain等，2025）在R版本4.2.2（R核心团队，2023）中，eBird（https://ebird.org/），以及VertNet（http://vertnet.org/）。在与GBIF和VertNet记录合并之前，eBird观察记录仅限于完整清单（即观察者报告了所有

# 结果

两个建模框架在马达加斯加鸟类物种上的预测性能差异显著（图1）。对于传统ENM（图1a–c），四个组成算法（GAM、GLM、Maxent和RF）及其加权平均集合（WMEA）产生了大致重叠、右偏的分布，集中在中等值，具有较高分值的物种相对较少。S?rensen相似度指数的中位数值约为0.75（范围0.65–0.98），真

# 讨论

我们的结果表明，气候变化可能会在2041–2060年间重塑马达加斯加鸟类的多样性。该岛大部分鸟类群落预计将经历生物同质化，这一趋势主要由狭域分布物种的丧失驱动。反而出现异质化的群落对应于当前高丰富度但将同时受到狭域分布分类群消失和广布物种范围收缩强烈影响的区域。

**CRediT作者贡献声明**

Khalid Eisawi：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，软件，资源，方法论，调查，形式分析，数据整理，概念化。Alfan Abeid Rija：撰写——审阅与编辑，可视化，验证

**未引用参考文献**

Carlson等，2022；Dunning Jr，2007；Frishkoff等，2016；Gaston和Blackburn，2002；Hurtado等，2024；Liu等，2019。

**利益冲突**

作者没有与本文章内容相关的利益冲突需要声明。

**数据与材料可用性**

支持本研究结果的数据可在 https://doi.org/10.5281/zenodo.20678964 获取

**利益冲突声明**

? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

**致谢**

我们感谢中国科学院大学、中国科学院动物研究所和东科尔多凡大学提供的技术支持。Khalid A. E. Eisawi获得青年人才ANSO奖学金（编号：2023ANP10120）支持。

Khalid A.E. Eisawi | Alfan Abeid Rija
动物生态与保护生物学重点实验室，中国科学院动物研究所，北京100101，中国