扎龍保護區春季丹頂鶴覓食的農田生境利用分析

吳慶明,楊宇博,鄒紅菲,陶 蕊,李全亮

東北林業大學野生動物資源學院,哈爾濱 150040

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扎龍保護區春季丹頂鶴覓食的農田生境利用分析

吳慶明,楊宇博,鄒紅菲*,陶 蕊,李全亮

東北林業大學野生動物資源學院,哈爾濱 150040

為了更深入地了解候鳥丹頂鶴春季利用的農田生境情況,以期為后續的該時期鶴類監測及覓食農田而產生的補償評估奠定基礎并制定相應的管理策略,2002—2015年的5月采用定點觀察法、二維坐標法、樣方法、GPS定位和因子分析等方法,對扎龍保護區丹頂鶴春季利用的農田生境特征進行了調查。分析結果表明：(1)春季,丹頂鶴覓食偏好選擇的農作物為玉米(100%),偏好選擇2—5片葉(94.32%)、回避1片葉和超過6片葉(100%)的玉米苗；(2)丹頂鶴覓食利用的農田生境通過有效食物因子和干擾因子進行判定；(3)有效食物因子包括作物高度、作物密度、作物面積、距明水面距離、距蘆葦沼澤距離等；其中,選擇的作物密度約為8—10株/m2、作物高度為6—7cm,作物面積4—50hm2大小不等、距明水面和蘆葦沼澤距離相似約為0.4km左右；(4)干擾因子包括季節性弱干擾因子如道路等和強干擾因子如居民區等,針對弱干擾因子丹頂鶴采取不排斥的忽視方式,約保持在0.20km以上；針對強干擾因子丹頂鶴采取遠離的方式進行回避,保持在1.20km以上。基于上述分析,建議扎龍保護區在春季巡護時應對人為活動區和農田給予更多的關注。

丹頂鶴；春季；覓食生境；農田；扎龍保護區

遷徙期是候鳥生活史階段的關鍵時期,該期間的覓食地直接關系著候鳥的能量補充和遷徙成功率及其種群動態[1-3]。尤其是食物貧乏的春季遷徙期,食物的影響力顯得更為明顯,對該時期候鳥的覓食地進行深入了解與分析研究有利于候鳥種群的及時監測與科學管理,這對瀕危候鳥的保護非常重要,丹頂鶴(Grusjaponensis)便為其中一例。

丹頂鶴是國際瀕危鳥類,也是我國歷史底蘊深厚的文化鳥。有研究表明：分布于我國的丹頂鶴候鳥種群西線群體的數量每年以50—150 只的速度從1100 余只降到不足500 只,且越冬區縮小為20 世紀80 年代的8%[4]；其中,位于松嫩平原上的黑龍江扎龍國家級自然保護區(下簡稱扎龍保護區)是丹頂鶴西線群體的主要繁殖地。而扎龍保護區丹頂鶴候鳥群體的數量波動較大[5],對春季遷徙期丹頂鶴的覓食地進行進一步地深入關注將有利于該區域丹頂鶴春季群體的科學監測與有效管理。

關于春季鶴類覓食地方面的研究,已有學者通過環境因子分析法對松嫩平原和三江平原上扎龍保護區、莫莫格保護區、圖牧吉保護區、雙臺河口保護區、三江保護區、七星河保護區內分布的丹頂鶴、白枕鶴(Grusvipio)、白鶴(Grusleucogeranus)進行了關注[6-12],未見關于農田生境方面的針對性研究。關于鶴類與農業方面的研究,國內僅見關于黑頸鶴(Grusnigricollis)[13-15]方面的報道,如次仁等[13]對黑頸鶴越冬棲息地保護與當地農業活動關系作了相關分析,李鳳山[14]針對農業耕作活動對西藏越冬黑頸鶴食性及食物可獲得性的影響進行了調查分析,周建[15]就西藏中南部建立保護黑頸鶴的農業管理區問題進行了分析思考。本文基于2002—2015年間的野外數據,對春季丹頂鶴與農田之間的覓食與被覓食關系進行了探討,以期掌握丹頂鶴春季覓食的農田生境特征,為相應的科學管理及農業補償提供一些借鑒。

1 研究地概況

扎龍保護區位于黑龍江省西部、齊齊哈爾市東南26.7km處,行政轄區處于齊齊哈爾市的鐵鋒區、昂昂溪區、泰來縣、富裕縣和大慶市的林甸縣、泰康縣境內；地理位置為N46°52′—47°32′E123°47′—124°37′,總面積2100km2；主要以鶴類等珍稀水禽及其賴以棲息的蘆葦沼澤生境為主要保護對象[11-12]。該保護區屬于大陸性半干旱季風氣候,年均降水量為420mm,遠小于年均蒸發量1489mm；年均日照2864h,年均無霜期128d；平均海拔為144m。植被類型以蘆葦(Phragmitescommunis)為主,總蓋度80%—90%,形成了蘆葦單優勢植物群落,伴有少量的苔草(Carexdispalataboott)、漂筏苔草(Carexpschdo-curaica)和香蒲(Sectionelsholtzia)等[16]。該保護區是丹頂鶴、白枕鶴等鶴類的主要繁殖地和灰鶴(Grusgrus)、白頭鶴(Grusmonacha)、白鶴等鶴類的主要遷徙停歇地,每年春秋遷徙季節均有大量鶴類來此停歇。

2 研究方法

野外調查時間為2002—2015年的5月,這是丹頂鶴春季利用農田生境覓食的主要時期。

首先,憑借機動車和非機動車等代步工具采用路線法和定點觀察法通過10倍雙筒和20—60倍單筒望遠鏡對扎龍保護區內及其周邊春季覓食的丹頂鶴進行瀏覽式觀察搜索,搜尋該時期在各類農田生境覓食的丹頂鶴; 然后,針對搜尋到的丹頂鶴,連續2—5d對其進行觀察,以確定其晝間各類農田生境覓食區的固定性,并記錄農田生境類型及其覓食的大致范圍; 之后,利用丹頂鶴非覓食時間,通過自然標識物及丹頂鶴足跡、糞便等標記實地確認丹頂鶴在農田覓食區的準確范圍,并用GPS 定位,通過二維坐標法和樣方法進行樣方布設和生境因素測量[16]。

生境因素[16-17]主要包括取食作物因素和距離因素。其中,取食作物因素主要包括: 作物的生長發育特征(葉,通過未覓食的相鄰作物葉片數進行體現而非生長發育期,認為相鄰農田中作物的生長發育是同步的,通過直數進行計數)、作物密度(株/m2,1m×1 m樣方內作物的數量,通過直數法計數)、作物高度(cm,1 m×1 m 樣方內作物的平均高度,通過米尺測量)、作物面積(hm2,為作物連成片的面積,用GPS進行測量)。距離因素主要包括: 明水面距離(m,距最近的且面積大于1 m2的明水面距離)、蘆葦沼澤距離(m,距最近的蘆葦沼澤距離)、道路距離(m,距最近的道路距離)、居民區距離(km,距最近的居民區距離),均通過GPS進行測量。

其中的樣方布設方法為[16-17]: 在丹頂鶴覓食區中心區域,隨機選取一點O,過O點作任意方向的兩條垂線,在2條垂線上距離O點0、5、10、15m處分別設1m ×1m樣方各1個,記錄各種環境因素,取其均值。調查期間共確認丹頂鶴春季農田覓食區53個。

通過EXCEL、ArcGIS 9.3、SPSS 20.0中的Factor Analysis 對數據進行了分析。

3 結果與分析

3.1 覓食作物種類和生長特征

圖1 春季丹頂鶴覓食的玉米苗生長特征 Fig.1 Growth characteristic of the corn seeding fed by Red-crowned cranes during the spring

統計分析結果表明：扎龍保護區春季,丹頂鶴覓食偏好選擇的農田生境中的農作物為玉米(100%),偏好利用2—5片葉(94.32%)、回避1片葉和超過6片葉(100%)的玉米幼苗(圖1)。

3.2 覓食地選擇

圖2 春季丹頂鶴覓食農田生境因素因子分析的特征值 Fig.2 Eigenvalue of factor analysis for feeding habitat variables on Red-crowned crane in the spring

對扎龍保護區春季丹頂鶴覓食的農田生境因素進行了因子分析。結果表明：前3個主成分特征值均大于1,折線陡峭,相關性較小,其余因子的特征值小于1,從第4個因子以后, 折線平緩,相關性較小(圖2)；前3個因子特征值累積貢獻率已達80.272%,超過60%,說明前3個主成分基本包含了全部生境因素所具有的絕大部分信息,能反映扎龍保護區春季丹頂鶴覓食的農田生境利用信息,取前3個主成分,計算其相應的特征向量(表1),將其分別定義為有效食物因子、弱干擾因子、強干擾因子。

4 討論

4.1 覓食作物種類和生長特征

關于春季丹頂鶴覓食生境利用方面的研究,作者本人已陸續發表了3篇文章[11-12,18]。其中,作者早期的2002—2004年間的野外調研中并未發現丹頂鶴春季利用農田生境覓食的現象；而之后的野外調研中發現了該現象,尤其是近年來每年春季均能發現丹頂鶴利用農田進行覓食。前后不同時期的差異,主要有三方面的可能解釋：(1)特殊年份特殊環境所致。眾所周知,不同年份的降雨、溫度乃至特殊的環境事故如火燒等均有不同,這會導致不同年份間不同生境類型內所擁有的可供丹頂鶴春季覓食的食物多樣性與食物量及可食性均有所不同。關于這一點,作者已在當年的野外調查中有所發現并在文章中進行了解釋,這一點導致的扎龍保護區丹頂鶴春季覓食利用的生境類型不同是可能的。(2)調查范圍所致。作者早期的調查局限于以扎龍保護區局址為核心的一定范圍內的區域,并非保護區全部；目前的調研范圍在原有范圍基礎上有了較大程度的拓展,基本涵蓋了扎龍保護區3個不同功能區的全部和主要區域,存在調查范圍上產生的研究誤差也是可能的。(3)另一個解釋為：原有的環境質量不能滿足丹頂鶴春季的食物需求致其尋求可替代性的覓食生境,農田成為其目前的替代生境。已有研究表明：不同年度間扎龍保護區不同類型生境的環境質量存在較大的變化,可供丹頂鶴春季覓食的可食種類和可食量也會相應地存在較大波動,丹頂鶴尋找可替代性的食物生境是其保證體能補充的正常行為表現,但近年來扎龍保護區環境質量有變好的趨勢。但也有研究表明：每年春季,由于地表尚未解凍、食物供給量有限,丹頂鶴會偏好選擇農田生境。若遵循該研究結果,前兩種解釋應是導致研究結果偏差的主要因素。

表1 春季丹頂鶴農田覓食生境因素的主成分分析

關于覓食的農田作物種類,本研究結果為玉米。縱觀扎龍保護區范圍內的農田,種類較多,主要包括絕對優勢的玉米和極少量的馬鈴薯、各種豆類、向日葵等。調查期間的5月份左右,正是玉米苗期階段,其它作物尚未出苗；再加上玉米面積的絕對優勢,該時期丹頂鶴選擇玉米苗覓食符合能量最優原理。

關于丹頂鶴覓食玉米苗的生長特征,本研究結果為偏好選擇2—5葉而回避1葉和6葉以上的苗,即偏好選擇2、3、4、5葉的苗。已有研究表明：玉米苗的生長初期有個階段被稱為三葉期[19],也稱離乳期,這個時期種子的營養將被耗盡,將由自養生活型向異養生活型轉變。1葉苗為種子剛出土期,不到1cm高度,沒有明顯的株莖,又嫩又小,營養多位于種子體內,若通過夾住苗取食埋在土中的種子補充營養需要耗費相對較多的力量和能量,而且容易夾斷苗莖留下斷莖的種子在土里,不符合能量最優原理；2葉苗和3葉苗,有了明顯的株莖,已有2—3cm的高度且根莖相對結實些,營養已向株莖葉進行了轉化,是水分最為飽滿的時期,通過夾取株莖取食苗和埋在土中的種子來補充營養相對要容易些,符合能量最優原理。4葉苗和5葉苗不同于三葉苗,該時期是玉米異養生活型的開始,株莖葉中的水分含量開始減少,主要通過根系進行營養的吸收,該時期是根系發育的初期,扎根土壤中最為松動的時期,只要輕輕夾住株莖就能拔出玉米苗進行能量補充,也符合能量最優原理。6葉苗和7葉苗時期,玉米苗的根系又有了進一步的發育,扎根土壤中的深度也有了進一步的加深,株莖葉中的水分開始進一步地減少,無論是夾取的力量還是營養補充等方面均不符合能量最優原理。由上述分析可以看出,2—5葉苗對該時期丹頂鶴而言,是能量收支最佳時期,取食該時期玉米苗符合能量最優原理[20-21]。

4.2 覓食地選擇主成分的判定

第1主成分中,作物密度、作物高度、作物面積、明水面距離、蘆葦沼澤距離的系數較大。其中,前3個環境變量是食物變量,直接與丹頂鶴春季覓食的食物有關,適宜的農田密度、高度、面積能夠有效的為丹頂鶴提供充足的食物來源并提高丹頂鶴的取食效率,這符合丹頂鶴春季選擇農田的主要目的。眾所周知,食物、水、隱蔽是動物生境選擇的三要素。該時期的明水面和蘆葦沼澤已經解凍,二者既能提供丹頂鶴水的需求,也能間接為其快速逃離農田覓食地躲避外來干擾提供間接隱蔽性質的平臺,因此丹頂鶴覓食農田距明水面和蘆葦沼澤的距離就顯得相當重要；本研究中的明水面距離(479±321.72)m和蘆葦沼澤距離(445±302.35)m相似,均400m左右(表1),這完全能滿足且保障丹頂鶴在農田生境中的高效覓食的需求。基于此,將這五個環境因素組成的主成分定義為有效食物因子。

第2主成分中,道路距離的系數較大。本研究中的道路屬于廣義上的定義,既包括由各級政府修建、養護、管理的國道、省道、縣道、鄉道、專用公路,也包括各種方便社區居民日常生活使用的而由社區居民自發修建的基質由土質至磚瓦或砂石差異不等的有固定人流車流、牲畜流的村屯道或田間道或大車道,第二類道路水大時可行船或變為難以通行的泥道。本研究中的道路,在野外實際調查過程中,與丹頂鶴農田覓食相關的道路均為后者,這類道路的特點是人流固定、車流固定,均為村屯日常生活中交流而產生的低噪音、低干擾流動,人車流動頻率的高低與雨水的大小呈反比,對丹頂鶴覓食的干擾較小；尤其是溫度乍暖還寒的春耕剛結束的季節,人流車流牲畜流相當少,干擾更小。因此,本調查中的道路距離為(352±168.57)m(表1),小于明水面距離與蘆葦沼澤距離,也在預料之中符合常理。基于此,將道路距離這一環境因素定義具有季節性的弱干擾因子。

第3主成分中,居民區距離的系數較大。本研究中的居民區是指常年或臨時居住的具有一定人口數量的區域,主要包括村屯、蘆葦加工廠等。野外調查發現,丹頂鶴對臨時居民區的敏感程度視居民的友好程度而定,丹頂鶴針對那些無視其存在的居民區采取不靠近不遠離的行為對策,否則采取遠離的行為方式；臨時居民區內的居民均具有深淺不一的保護意識、再加上其臨時工作的快節奏,根本無暇顧及丹頂鶴的存在,丹頂鶴對這類區域的維持距離均小于常駐居民區即村屯的距離。對于常駐居民區即村屯,丹頂鶴保持的距離均在1km以上,有些村屯達到2—3km以上,這既與農田覓食地的位置有關,也與村屯的生活流動頻率與強度有關。本研究中的居民區距離平均為(1.61±0.88)m(表1),這遠大于明水面距離、蘆葦沼澤距離、道路距離。可見,居民區是丹頂鶴春季覓食過程中重點防范和遠離的干擾對象,屬于不可忽視的一直存在的干擾因素,將居民區距離定義為強干擾因子。

4.3 覓食棲息地選擇分析

針對處于覓食狀態的候鳥而言,覓食點的唯一貢獻是提供充足的能量補充以利于其繼續后續的活動,如順利進入繁殖期或到達遷徙的終點[2,22],候鳥丹頂鶴也如此。針對春季丹頂鶴,扎龍保護區是候鳥丹頂鶴西線群體的主要繁殖地,是該路線絕大多數丹頂鶴遷徙的終點,在此停留的丹頂鶴主要有兩部分：一部分是具有繁殖條件的繁殖鶴；另一部分是未進入繁殖狀態的亞成體群,也許會存在極小數量的繼續遷徙或短距離遷移。不論是哪一類型的丹頂鶴,能否有效覓食都直接關系著其后續的活動,無干擾或少干擾和高效覓食并攝食都將成為丹頂鶴有效覓食補充體能的必要因素[11]。

因子分析的3 個因子中,具有季節性的弱干擾因子和強干擾因子與干擾相關；有效食物因子與高效覓食攝食相關,這一點已在上述進行了分析。其中,關于干擾方面,可以將二者合并為干擾因子,無論是因子數量(66.667%)還是累積貢獻率(38.123%),都顯示出干擾因子在該時期丹頂鶴覓食棲息地選擇過程中的重要性；針對不同干擾因子,丹頂鶴采取的回避距離也不同,強干擾因子的回避距離( 對居民區的回避距離在1.2 km 以上)遠大于弱干擾因子(對道路的回避距離在400 m左右)。這與遼寧雙臺河口保護區丹頂鶴的回避距離相似[11]。

基于上述分析,為了有效保證春季丹頂鶴的覓食效率,建議扎龍保護區在春季巡護時應對人為活動區和農田給予更多的關注。

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Springtime utilization of farmland habitat by red-crowned cranes in the Zhalong Nature Reserve

WU Qingming, YANG Yubo, ZOU Hongfei*, TAO Rui, LI Quanliang

CollegeofWildlifeResources,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China

In order to deepen our understanding of the springtime utilization of farmland habitat by migratory red-crowned cranes (Grusjaponensis), and to provide scientific data to support crane monitoring and farmland monitoring, the characteristics of the farmland habitat used by red-crowned crane during their spring migration (May, 2002—2015) was analyzed using the fixed-point observation method, the two-dimensional coordinate method, the sample method, GPS positioning, and factor analysis. The results showed that: (1) In terms of farmland habitat type, red-crowned cranes preferred maize crops (absolute foraging preference choice, 100%), preferred maize seedlings with 2 to 5 leaves (94.32%), and avoided seedlings with l leaf or more than 6 leaves (100%); (2) Selection criterion of farmland habitat were effective food factors and disturbance factors; (3) Important food factors included crop height, crop density, crop area, distance from lakes, and distance from reed marshes. For these factors, the preferred choices were 8—10 plants/m2for crop density, 6—7 cm for crop height, 4—50 hm2for crop area, and approximately 0.4 km for the distance from the lakes and reed marches; and (4) Disturbance factors included strong disturbance factors and weak disturbance factors. For residential areas (strong factor), red-crowned cranes avoided it by at least 1.20 km; for roads (weak factor), red-crowned crane did not avoid it, the disturbance to the weak disturbance areas was greater above 0.20 km. Based on the results of our study, we suggest that during the spring resource patrol and protection period of the Zhalong Nature Reserve, there should be more focus on the residential areas and farmland.

Red-crowned cranes; spring; feeding habitat; farmland; Zhalong Nature Reserve

中央高校基本科研業務費(2572014CA05);國家自然科學基金(31470016,31401978);黑龍江省博士后科研啟動金(LBH-Q14009)

2016- 02- 06; 網絡出版日期:2016- 12- 19

10.5846/stxb201602060267

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hongfeizou@163.com

吳慶明,楊宇博,鄒紅菲,陶蕊,李全亮.扎龍保護區春季丹頂鶴覓食的農田生境利用分析.生態學報,2017,37(9):3212- 3217.

Wu Q M, Yang Y B, Zou H F, Tao R, Li Q L.Springtime utilization of farmland habitat by red-crowned cranes in the Zhalong Nature Reserve.Acta Ecologica Sinica,2017,37(9):3212- 3217.