编者按：2011年以来，环境保护部自然生态保护司以环境保护部南京环境科学研究所为主要技术支持单位，组织全国相关高等院校、科研院所、保护机构和民间团体，开展了生物多样性观测试点工作，得到相关部门和科研人员的大力支持。试点工作以鸟类、两栖动物、哺乳动物和蝴蝶为观测对象，建立了生物多样性观测的技术体系和标准体系，发布了13项生物多样性观测技术导则；在全国建立了440余个观测样区，设置样线和样方9 000余条(个)，形成了在国际上具有一定影响的全国生物多样性观测网络(China Biodiversity Observation Network，简称China BON)。这些观测样区涵盖森林、草地、荒漠、湿地、农田和城市等代表性生态系统。该项工作制定并执行了数据采集、质量控制和报告等制度, 建立了环境保护部牵头的多方参与机制，培养了大批观测人员，全国参与观测的单位有150余个，参与人员每年约3 500人。本刊将集中刊载该项研究产出的多篇优秀论文。
2. 环境保护部自然生态保护司, 北京 100035
2. Department of Nature and Ecology Conservation, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100035, China
目前国际公认的生物多样性定义源自联合国环境规划署。生物多样性指地球上所有的植物、动物和微生物及其所拥有的基因, 各物种之间及其与生境之间的相互作用所构成的生态系统及其生态过程, 包括物种内部、物种之间和生态系统多样性[1]。物种多样性是生物学家定义的生物多样性的重要组成部分[2]。物种丰富度(species richness)和个体多度(individual abundance)是物种多样性的2个主要量度, 前者为物种数量, 后者为特定物种的个体数量[3-6]。保护物种多样性是全球《生物多样性保护战略计划(2011—2020)》目标之一[7-8]。生物多样性观测(biodiversity observation)是在一定区域内对生物多样性的定期测量, 是保护生物多样性的一项基础性工作, 对于掌握生物多样性动态变化趋势、识别致危因素具有重要意义[9-10]。2010年9月, 经国务院常务会议审议通过的《中国生物多样性保护战略与行动计划(2011—2030年)》规定了我国生物多样性观测与预警体系建设的目标与任务。2015年, 国务院批准了《生物多样性保护重大工程实施方案(2015—2020年)》, 其中全国生物多样性观测网络建设是重大工程的7项任务之一。
由于分布范围广、研究资料齐全和对环境的敏感性, 鸟类是生物多样性的重要指示类群[11]。国际上对鸟类的大尺度长期观测最早来自19世纪初的欧美国家对陆地鸟类的调查[12], 包括美国圣诞鸟类调查(Christmas Bird Census, CBC), 英国常见鸟类调查(Common Birds Census, CBC), 北美洲和英国的繁殖鸟类调查(Breeding Bird Survey, BBS), 主要涉及鸟类物种和种群数量动态。20世纪初, 欧洲37个国家和地区开展泛欧洲鸟类观测计划(Pan-European Common Bird Monitoring Scheme, PECBMS), 以繁殖期常见鸟类的观测数据表征自然环境变化[13]。同时, 欧洲31个国家开展了国家范围的繁殖鸟类或常见鸟类观测[12]。
我国的生物多样性观测网络的建设始于2011年[14], 并在随后的几年中得到不断强化和完善。2011以来, 环境保护部自然生态保护司以环境保护部南京环境科学研究所为主要技术支持单位, 组织全国相关高等院校、科研院所、保护机构和民间团体, 开展了生物多样性观测试点工作, 得到相关部门和科研人员的充分认可。试点工作以鸟纲、两栖纲、哺乳纲和昆虫纲的蝴蝶为观测对象, 初步建立了生物多样性观测的技术体系和标准体系, 发布了13项生物多样性观测技术导则; 在全国建立了441个观测样区, 设置样线和样方近9 000条(个), 初步形成了在国际上具有一定影响的全国生物多样性观测网络(China Biodiversity Observation Network, 简称China BON)。这些观测样区涵盖森林、草原、荒漠、湿地、农田和城市等代表性生态系统, 大部分位于全国重点生态功能保护区、生物多样性保护优先区域和国家级自然保护区等重点区域。
全国鸟类多样性观测网络(China BON-Birds)是China BON的重要组成部分, 包括繁殖期鸟类观测和越冬水鸟观测。该观测网络采集的数据包括鸟类物种数、个体数量和分布点、生境类型和植被状况、天气状况、人为干扰类型和强度等。基于这些数据, 可以计算鸟类的物种丰富度、丰度、分布、生境构成和质量、物候变化等指标。全球生物多样性观测网络(GEO BON)研究中提出了生物多样性重要变量(essential biodiversity variables, EBV)的概念, 包括基因组成、物种种群动态、物种特性、群落组成、生态系统结构和生态系统功能等重要变量[15-16]。EBV能够揭示多个地点的物种变化趋势, 反映生物多样性变化, 因此用来描述物种和生态系统中生物多样性变化的多个关键变量。全国鸟类多样性观测网络能够提供丰富度、多度和分布、生境结构和质量及物候等生物多样性重要变量[10], 对于绘制全球生物多样性变量分布图具有重要的意义。
全国鸟类多样性观测网络的建设遵循了5个原则, 即科学性原则、可操作性原则、可持续性原则、保护性原则和安全性原则[14]。其主要目标是掌握鸟类种群现状及其动态变化信息, 评估鸟类及其生境面临的威胁和保护成效, 提出有针对性的保护对策建议。
1 全国鸟类多样性观测网络的建立 1.1 观测样区的设计以分层随机抽样法为基础, 考虑重要生态系统和物种分布及两者间的互补性分析, 设置观测样区[10]。首先, 以各省(直辖市、自治区)为分层的单元, 根据鸟类生态学背景和互补性分析, 确定在一定观测目标条件下每一层的样本量, 根据各层内重要物种分布规律, 确定观测样区的分布[10]。其次, 在每一样区中, 根据鸟类多样性分布特点, 分别在森林、草原、农田、湖泊、河流、滨海湿地等自然生境和城郊、城市公园等城市生境设置样地。2011年全国共设置鸟类观测样区136个, 经逐年完善, 到2016年底已经建立338个观测样区(图 1), 涵盖99个国家级自然保护区。
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图 1 2011—2016年全国鸟类多样性观测样区 Figure 1 Sample regions for bird diversity observation in China in the years from 2011 to 2016 |
繁殖期鸟类观测主要采用可变距离样线法, 越冬水鸟观测采用分区直数法。样线设置时应遵循代表性、有效性、可行性和固定性原则, 确保样线能够代表该地区的不同生境特点、资源现状, 能够有效地开展长期观测。
在样区内, 选择3~10个有代表性的样地, 每个样地设置1条或多条样线。同一样区的不同样线尽量涵盖不同海拔下的不同生境; 样区内如有保护区则在保护区内、外均设置样线。样线之间至少间隔500 m。样线长度为1~3 km。繁殖期鸟类观测时间为3—7月, 对每条样线每年开展2次观测, 繁殖前期进行第1次观测, 繁殖后期进行第2次观测。2次观测之间的时间间隔不小于20 d。观测时段为鸟类最为活跃的时间, 清晨为05:30—09:30, 傍晚为16:00—20:00。观测时以1.5~3 km·h-1的速度沿样线行进, 记录样线上3个距离(0~25、＞25~100、＞100 m)范围内及飞行鸟类的种类和个体数量。
对集群繁殖或越冬水鸟的观测采用分区直数法。在样区内, 选择水鸟集中分布的代表性湿地(如内陆湖泊和河流)作为观测样地。越冬水鸟观测常在种群数量比较稳定的阶段进行, 即每年的12月初至次年1月底, 主要集中在12月下旬, 选择风力不大、能见度较高的晴朗天气, 对越冬水鸟每年开展1次观测。分区直数法, 即对整个样地根据地貌、地势和鸟类分布情况进行局部分区, 各个分区间有明显的景观界限, 整体基本覆盖整个样地内所有水鸟分布点。记录各个分区中的鸟类种类、数量和生境信息, 不同分区间的水鸟计数不可重复, 最后汇总得到整个样地内的水鸟信息。
1.3 质量控制与安全管理对观测人员开展专业培训和野外实践, 使其掌握鸟类识别、野外距离估算等观测程序和方法。严格按照设计好的表格规范地填写和记录数据, 原始数据记录要长期保存, 不得涂改; 及时对数据进行录入, 进行必要的审核和检查。
在开展观测工作前, 购买必要的防护用品和应急药品, 进行必要的防护准备工作。作业期间, 在确保人员和操作安全的情况下方可进行观测; 禁止在雷雨等影响观察结果和人身安全的天气条件下进行调查, 尽量避免单人作业。
1.4 数据处理经过6 a多的探索, 全国鸟类多样性观测网络已经积累了一定规模的数据, 然而如何存储和利用好这些数据至关重要。目前, 该网络已经初步建立起基于全国鸟类观测的数据库。同时, 建立数据统计分析模型和处理系统, 深度挖掘鸟类多样性观测数据。
2 全国鸟类多样性观测网络的初步成果 2.1 物种多样性分析截至2016年, 共有98家单位的838人、14 184人次参与到鸟类观测网络, 共记录到鸟类22目86科943种[17], 占中国现有鸟类总种数的68.8%(表 1)。在这些鸟类中, 不同级别的受威胁物种就多达48种, 例如2016年, 观测到列入IUCN红色名录的鸟类有朱鹮(Nipponia nippon)和白鹤(Grus leucogeranus)极危(CR)物种2种、包括东方白鹳(Ciconia boyciana)在内的濒危(EN)物种8种以及包括黑颈鹤(Grus nigricollis)在内的易危(VU)物种38种。极危、濒危和易危物种分别占0.2%、0.8%和4%，近危(NT)和无危(LC)物种分别占6%和89%。此外, 还记录到国家Ⅰ级重点保护野生动物22种, 国家Ⅱ级重点保护野生动物104种。
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表 1 观测到的鸟类所属分类单元 Table 1 Taxonomic units of the birds observed |
目2016年繁殖期共观测到鸟类925种。对样线(样点)数超过10的观测样区里10条样线(样点)的数据进行分析发现:物种数最多的样区为云南省盈江县(195种), 最少的是青海省天峻县(17种), 排名前10的7个样区均位于云南省(图 2)。
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图 2 繁殖期样线(样点)数≥10观测样区的鸟类物种数和个体数 Figure 2 Numbers of bird species and individuals in sampling regions with the number of line/point transects 10 during the breeding season |
通过观测还掌握了一些常见鸟类繁殖期空间分布状况。例如, 白头鹎(Pycnonotus sinensis)在我国华东地区大量集中繁殖(图 3)。
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图 3 繁殖期白头鹎种群的空间分布 Figure 3 Spatial distribution of Pycnonotus sinensis communities during the breeding season (abundance of individuals) |
观测到鸟类数量多的样区均是有集群繁殖水鸟分布的区域, 其中青海湖观测样区的数量最多, 达6万只; 其他数量超过1万只的观测样区还有内蒙古新巴尔虎右旗、山东荣成市、内蒙古扎赉特旗、内蒙古鄂温克旗和西藏申扎县(图 2)。从以上分布可以看出, 从东北到西南样区, 物种多样性逐渐升高，在长江以北的重要湿地中存在大量繁殖的水鸟。
2.2.2 密度变化2011—2015年连续开展观测的样线有258条, 样线上繁殖期观测每次都能见到的种类称为常见种, 对常见的10种鸟类白鹡鸰(Motacilla alba)、白头鹎、大杜鹃(Cuculus canorus)、大山雀(Parus major)、红嘴蓝鹊(Urocissa erythroryncha)、环颈雉(Phasianus colchicus)、麻雀(Passer montanus)、山斑鸠(Streptopelia orientalis)、喜鹊(Pica pica)和棕头鸦雀(Paradoxornis webbianus)的密度进行了分析。结果表明, 在全国范围内麻雀繁殖地的密度增加最为明显, 其他密度增加的有红嘴蓝鹊、山斑鸠和棕头鸦雀, 剩下几种除环颈雉略有下降外, 密度均基本保持稳定(图 4)。
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图 4 繁殖期10种常见鸟类的平均密度比较 Figure 4 Average densities of 10 common species of birds during the breeding season |
受威胁物种因其种群数量有限、栖息环境受限等多种因素而对环境较敏感, 若生境得到较好保护, 种群会出现恢复趋势。例如, 繁殖于我国东北地区和内蒙古的黑嘴鸥(Larus saundersi), 为IUCN易危物种。2011—2015年, 对辽宁省盘锦市大洼县南小河黑嘴鸥繁殖种群的观测表明, 该地黑嘴鸥种群数量呈现增长趋势, 由2011年的6 404只增长到2014年超过10 000只, 自2014年以后种群数量较稳定(图 5)。
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图 5 辽宁省盘锦市大洼县南小河黑嘴鸥的种群数量变化 Figure 5 Variation of the population of Larus saundersi at Nanxiaohe, Dawa County, Panjin City, Liaoning Province |
越冬水鸟物种数较高的区域主要集中在中国东部的山东、江苏、上海、浙江, 东南沿海的福建、广东等地区和长江沿江的湖北、湖南、江西、安徽等省的湖泊中。其中物种数较高的观测样区依次为江西鄱阳湖、山东东营市、福建福州市、湖北武汉市、安徽枞阳县、广东雷州市。物种丰度较高区域集中在沿长江流域的湖泊、云南高原湿地和西藏雅鲁藏布江沿江湿地, 多度较高的观测样区依次为江西鄱阳湖、西藏雅鲁藏布江中游、山东东营市、贵州威宁草海和丽江拉市湖(图 6)。
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图 6 越冬水鸟物种数和个体数分布 Figure 6 Distributions of species richness and abundance of wintering waterbirds |
在达到或超过某物种1%种群数量的样地中, 部分区域开发建设活动频繁, 对越冬水鸟栖息造成了严重影响(图 7)。
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图 7 达到或超过某物种1%种群数量且未纳入自然保护区的地点 Figure 7 Localities with the populations of a species of birds ≥1% of the total of the species and not listed in the checklist of natural reserves |
这些地点主要集中在东部和东南沿海地区, 包括：天津上马台水库和塘沽高沙岭; 河北滦南县南堡镇北堡和嘴东, 丰南县黑沿子和海兴县杨埕新水库; 山东荣成天鹅湖、烟墩角和玉清湖湿地; 江苏滁河入江口湿地; 上海崇明岛北湖、南汇东滩和横沙岛; 浙江上虞中沙岛、永强湿地、灵昆岛、海宁东西湖和慈溪四灶浦水库; 广东南沙湿地; 广西北海市冠头岭和钦州市三娘湾。
将观测到的鸟类分布数据与现有的各级保护区域范围进行对比发现, 一些濒危越冬鸟类的集中分布点并未列入保护区范围，包括黑脸琵鹭(Platalea minor)分布的广东南沙湿地、浙江温州湾和杭州湾; 青头潜鸭(Aythya baeri)分布的上海南汇东滩和河南中牟雁鸣湖，小青脚鹬(Tringa guttifer)分布的江苏滁河入江口湿地，以及东方白鹳(Ciconia boyciana)分布的上海南汇东滩和浙江杭州湾(图 8)。此外, 国家Ⅰ级重点保护鸟类中的一些分布区域也未受到保护。例如, 包括遗鸥(Larus relictus)分布的天津塘沽高沙岭、河北滦南县和丰南县，黑鹳(Ciconia nigra)分布的河北平山县冶河湿地，中华秋沙鸭(Mergus squamatus)分布的山东鹊山水库，黑颈鹤(Grus nigricollis)分布的西藏雅鲁藏布江中游的曲水县、扎囊县、贡嘎县、乃东县和白朗县部分区域(图 8)。
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图 8 濒危水鸟和国家Ⅰ级重点保护水鸟的栖息地保护空缺 Figure 8 Gaps in conservation of habitats for endangered waterfowls and waterfowls under the national Grade Ⅰ priority protection |
2011—2016年, 对滨海湿地越冬水鸟开展观测, 包括河北唐山, 天津唐家河口和塘沽高沙岭, 山东荣成天鹅湖, 浙江杭州湾和温州湾, 福建泉州湾, 广东广州和珠海磨刀门, 广西钦州、北海和防城港北部湾等。观测结果表明, 12个观测样区中有一半样区的鸟类个体数呈明显下降趋势, 分别是河北唐山、天津唐家河口和塘沽高沙岭、浙江杭州湾和温州湾, 以及广东珠海磨刀门湿地。总体看来, 中国部分滨海湿地越冬水鸟因栖息地被围垦开发而遭受破坏, 面临着严峻的威胁。这里着重分析2个典型案例。
天津唐家河口湿地曾是重要的遗鸥栖息地, 2007年曾记录遗鸥4 268只。但在唐家河口开发建设南港工业区, 对河口滩涂湿地造成严重破坏, 导致该点的鸟类个体数显著下降, 生境彻底消失(表 2、图 9)。2011—2016年, 在唐家河口越冬的水鸟种类不超过3种, 数量极少。
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表 2 天津唐家河口滨海湿地越冬水鸟物种数和个体数 Table 2 Number of overwintering waterfowl species and number of individuals of the birds in the coastal wetlands at the estuary of the Tangjia River, Tianjin City |
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图 9 天津唐家河口滨海湿地变化情况 Figure 9 Variation of the coastal wetlands at the estuary of the Tangjia River, Tianjin City |
浙江温州湾和杭州湾是卷羽鹈鹕(Pelecanus crispus)和黑脸琵鹭的重要栖息地。因填海造地、旅游开发、道路建设等开发建设活动, 湿地环境遭到严重破坏, 从而导致卷羽鹈鹕和黑脸琵鹭的种群数量分别从2011的67和40只下降到2016年的5和0只。
3 展望 3.1 鸟类是较好的指示生物类群全国范围累积6 a的初步观测结果表明, 我国常见繁殖鸟的种类和个体数量总体上无明显变化。然而, 一些繁殖鸟的栖息地得到良好保护, 种群个体数量呈增长趋势, 如易危鸟类黑嘴鸥的辽宁盘锦市大洼县南小河种群。代表性生境中, 长江中下游越冬水鸟种类无明显变化, 个体数量有波动但尚无一致性规律; 相比之下, 云南湿地越冬水鸟种类无明显变化, 而个体数量有所增加, 主要原因是大理苍山洱海水位增高、水面扩大, 使得雁鸭类栖息地扩大。
越冬水鸟一些重要分布点未受到保护, 存在保护空缺, 建议国家有关部门设立相应保护区。此外, 部分滨海越冬水鸟栖息地因围垦开发而遭受破坏, 一些鸟类种类或个体数量呈下降趋势, 如河北唐山、天津唐家河口和塘沽高沙岭、浙江杭州湾和温州湾及广东珠海磨刀门等地。可见, 无论是繁殖期鸟类还是越冬期集群水鸟, 受到栖息地环境变化的影响较大, 包括自然原因和人为干扰, 因此鸟类可以作为栖息环境的指示生物类群[18-23]。另外, 集群水鸟也可以作为监测禽流感等人畜共患流行病疫源的重要类群[24]。
3.2 提高对生物多样性保护重要性的认识水平生物多样性是人类赖以生存的条件, 是社会经济可持续发展的战略资源, 是生态安全和粮食安全的重要保障[25]。然而, 随着城镇化和工业化进程的加快, 生物多样性保护与开发利用的矛盾突出[26]。一些地方政府片面追求经济发展, 一旦经济发展与生物多样性保护相冲突, 往往以牺牲生物多样性为代价推动经济发展。企业参与生物多样性保护的积极性不高。多数公众对生物多样性的概念比较陌生, 保护意识淡薄[27]。生物多样性的丧失会导致严重的后果, 引起不断恶化的健康问题、环境问题、更高的食品安全风险、日益增加的生态脆弱性和更少的发展机会[28-30]。应开展多种形式的宣传教育活动, 不断提高全民生物多样性保护意识[31]。进一步完善生物多样性保护法规体系和机制体制, 在政府目标责任考核以及生态文明目标体系、领导干部自然资源资产离任审计、生态环境损害责任终身追究等制度建设中, 更多考虑生物多样性因素[27, 32]。以生物多样性观测和评估为抓手, 促进各级政府把生物多样性保护纳入重要议事日程, 使生物多样性保护成为全社会的自觉行动[33]。
3.3 强化滨海湿地和内陆水域生物多样性保护力度针对滨海湿地遭受破坏的严峻局面, 全面评估围填海对滩涂湿地、海洋生物、水动力学和泥沙冲淤环境的影响, 严格执行围填海总量控制制度, 对围填海面积实行约束性指标管理[34]; 在围垦工程实施过程中, 采取严格的生态保护措施, 确保海洋生态系统的稳定, 确保自然岸线保有率不低于35%[35]。禁止擅自征用占用国际重要湿地、国家重要湿地和湿地自然保护区。实施生态修复工程, 加强沿海及内陆湿地生态修复和综合治理, 建立湿地生态补偿机制, 扩大湿地面积, 特别是在候鸟迁飞路线(包括中途停歇地)优先开展湿地生态修复工程[36-39]。规范入海排污口设置, 全方位削减入海污染物排放量, 有效减轻对海洋生物多样性的不利影响[40]。针对水鸟栖息地保护空缺, 将所有湿地纳入保护范围, 建设以湿地自然保护区、海洋自然保护区为主体, 湿地公园、海洋特别保护区和自然保护小区并存的保护体系, 提高系统化保护水平。
3.4 进一步完善全国生物多样性观测网络2015年1月, 国务院批准了《生物多样性保护重大工程实施方案(2015—2020年)》。生物多样性观测网络建设是重大工程的7项任务之一, 其目标是到2020年, 初步形成天地一体化的生物多样性观测技术体系, 建立布局合理、层次清晰、功能完善的全国生物多样性观测网络; 通过对重要生物类群和生态系统开展常态化观测, 掌握生物多样性动态变化趋势, 为保护管理提供技术支撑。为实现这一目标, 需要在全国建立800个生物多样性观测样区和50个生物多样性综合观测站, 形成布局合理、类型齐全, 覆盖所有生物地理单元、主要生物类群及绝大部分受威胁物种的全国生物多样性观测网络。受经费限制, 现有生物多样性观测样区的观测对象侧重于哺乳动物、鸟类、两栖动物和蝴蝶, 尚未考虑其他代表性的生物类群, 如植物和底栖生物等。目前建设的观测样区数量为441个, 这与建设800个观测样区的目标仍有很大差距, 一些生物多样性丰富、环境变化明显的区域尚未设置观测样区。应进一步加大对生物多样性观测样区建设的支持力度, 提高在生物类群和空间上的覆盖范围。
致谢：北京师范大学、中国科学院动物研究所、中国科学院生态环境研究中心、天津自然博物馆、天津市环境保护科学研究院、河北大学、河北师范大学、山西大学、内蒙古大学、内蒙古师范大学、内蒙古科尔沁国家级自然保护区管理局、内蒙古图牧吉国家级自然保护区管理局、内蒙古呼伦湖国家级自然保护区管理局、辽宁大学、东北师范大学、东北林业大学、黑龙江省野生动物研究所、上海市科技馆、南京林业大学、南京大学、杭州市鸟类与生态研究会、浙江自然博物馆、中国计量大学、中国科学技术大学、安徽大学、安徽省珍稀鸟类保护工作者联合会、厦门大学、福建省观鸟协会、厦门观鸟会、福建戴云山国家级自然保护区管理局、江西师范大学、南昌大学、南昌师范大学、吉安市野生动植物保护协会、江西鄱阳湖国家级自然保护区管理局、江西齐云山国家级自然保护区管理局、江西武夷山国家级自然保护区管理局、江西环境工程职业学院、山东师范大学、东营市观鸟协会、山东博物馆、鲁东大学、聊城大学、山东泰安市泰山景区科研所、北京自然之友野鸟会潍坊分会、威海市米山中学、中国海洋大学、青岛市观鸟协会、焦作师范高等专科学校、南阳师范学院、河南大学、湖北省野生动植物保护协会、中国地质大学(武汉)、中南林业科技大学、广东省生物资源应用研究所、广西大学、广西师范大学、海南师范大学、海南省动物学会、海南省林业科学研究所、长江师范学院、中国科学院成都生物研究所、四川大学、四川栗子坪国家级自然保护区管理局、贵州省生物研究所、贵阳市野生动植物管理站、中国科学院昆明动物研究所、西南林业大学、大理大学、红河学院、昆明学院、西藏自治区高原生物研究所、西藏农牧学院高原生态研究所、陕西省动物研究所、陕西师范大学、兰州大学、陇东学院、青海大学、青海青海湖国家级自然保护区管理局、中国科学院新疆生态与地理研究所和新疆维吾尔自治区环境保护科学研究院等单位参与观测工作，各单位观测人员辛勤工作, 发扬了不怕苦、不怕累、一丝不苟的敬业精神, 一并向他们表示感谢。| [1] |
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