डिब्रू-सैखोवा राष्ट्रीय उद्यान को मुख्य रूप से सफेद पंखों वाला देवहंस (Wood Duck) को अपनी प्राकृतिक वास में संरक्षण के लिए स्थापित किया गया था। हालांकि, पार्क बाद में जंगली घोड़े और चमकदार रंगीन जंगली सफेद पंखों वाला लकड़ी बतख के रूप में प्रसिद्ध हो गया।

डिब्रू-सैखोवा राष्ट्रीय उद्यान में स्तनधारियों की कुल 36 प्रजातियाँ अब तक पाईं गयी हैं। इनमें से 12 स्तनधारी प्रजातियों को डिब्रू-सैखोवा वन्य जीवन (संरक्षण) अधिनियम 1972 की अनुसूची 1 में सूचीबद्ध किया गया है। रॉयल बंगाल टाइगर, तेंदुआ, मलिन तेंदुआ, जंगली बिल्ली, स्लॉथ बीयर, ढोल, लघु भारतीय सीविट, जायंट मलायी गिलहरी, चीनी छिपकली, गंगा डॉल्फिन, स्लो लोर्रिस, पिग टेल्ड मकाक, असमिया मकाक, रीसस मकाक, कैप्ड लंगूर, होलोक गिब्बन, एशियाई हाथी, हिरण, एशियाई पानी भैंस, जंगली घोड़े, बार्किंग डियर, जंगली सूअर, सांभर, हॉग डीयर जैसे जानवर डिब्रू-सैखोवा राष्ट्रीय उद्यान में पाए जाते हैं।

इस राष्ट्रीय उद्यान में सरी-सृप जीव भी समान रूप से पाए जाते है। यहाँ मॉनिटर छिपकली के 2 प्रजातियां, कछुए और सांप की 8 प्रजातियों में से 8 प्रजाति अब तक दर्ज की गयीं है। तटीय और दलदली इलाका होने के कारण विभिन्न प्रजातियों के मछलियाँ यहाँ मिलती हैं। इस पार्क में मछलियों के ६२ प्रजातियाँ दर्ज की गयीं है।

पक्षियों की 350 से अधिक विभिन्न प्रजातियाँ भी दर्ज की गयीं है। पक्षी प्रजातियां- निवासी और प्रवासी दोनों प्रकार के हैं। यहाँ पाए जाने वाले मुख्य पक्षियाँ हैं- पार्क के कई जलाशयों में पाया जाने वाला स्थानीय और प्रवासी पक्षियां, व्हाइट विंग्ड वुड डक, बंगाल फ्लोरिकान, स्पॉटबिल पेलिकन, ग्रेट ईस्ट-इंडियन हार्नबिल, ग्रेटर एडजुटेंट सारस, लैसर एडजुटेंट सारस, ग्रेट ग्रेब, इंडियन शैग, भूरा बगुला, बैंगनी बगुला, श्याम बगुला, पीला बिटर्न, ब्लिथ’स किंगफिशर, ओपनबिल सारस, काला सारस, क्रेस्टेड सर्पेंट ईगल, गिद्ध, विस्लिंग टील, दलदली फ्रान कॉलिन, मार्च'स बैबलर, जोर्दन’स बैबलर, ब्लैक ब्रेस्टेड पैरॉट इत्यादि।

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