鹽城自然保護區典型農田不同作物期的鳥類群落及其對生境的利用

張芳, 王淼, 鐘稚昉, 魯長虎, 王健翮, 張燕

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鹽城自然保護區典型農田不同作物期的鳥類群落及其對生境的利用

張芳, 王淼, 鐘稚昉, 魯長虎*, 王健翮, 張燕

南京林業大學南方現代林業協同創新中心, 生物與環境學院, 江蘇 南京 210037

鹽城濱海灘涂濕地存在較大范圍的圍墾, 圍墾后農田的利用方式與鳥類群落的關系研究對土地的科學管理和鳥類保護具有重要意義。2014年12月至2015年11月期間, 在鹽城濕地珍禽國家級自然保護區緩沖區中路港區域面積為600 hm2的典型農田生境設置了4條鳥類調查樣帶, 總面積26.3 hm2, 逐月對不同作物期的鳥類群落及生境利用方式進行了研究。結果表明, 在農田棲息的鳥類種數共70種, 隸屬11目33科, 優勢種有豆雁()、灰鶴()等。中路港農田在一年中的兩種不同作物時期吸引到的鳥類種數基本相同, 但組成存在顯著差異, 兩種時期吸引的水鳥的數量均大于林鳥數量。采用MOSAIC PLOT模型分析鳥類對農田的利用方式, 鳥類在油菜期對農田的利用方式主要為覓食, 主要種類為豆雁、灰鶴等, 在水稻期, 則為覓食、棲息, 主要種類為鸻鷸類。從棲息地管理的角度看, 農田土地的利用類型和食物的豐富程度對鳥類的選擇有重要影響作用, 在農田不同作物期保留一定的谷物或降低人類干擾程度, 有利于提高鳥類多樣性。

鹽城自然保護區; 農田; 鳥類群落; MOSAIC PLOT模型

0 前言

濱海濕地是遷徙候鳥重要的棲息地, 但沿海地區同時存在土地需求緊迫的狀況, 這導致了對濱海濕地持續不斷的圍墾。長期以來的圍墾和濕地改造, 使得濱海自然濕地面積迅速減少[1-2]。鳥類能否利用圍墾后的濕地、圍墾后土地的利用方式與鳥類群落的關系等研究一直受到重視, 這對土地的科學管理和鳥類保護具有重要意義[3-4]。在我國沿海地區, 濕地圍墾的初期通常用作水產養殖塘, 作為一種人工濕地類型, 可能吸引鳥類的棲息與利用[5-6]。水產養殖塘的管理方式、環境因子等與鳥類的利用有密切關系[7]。隨著圍墾時間的推移, 沿海灘涂淤漲后高程的變化、經濟效益變化等多種原因, 很多圍墾的養殖塘常被改作種植作物的農田, 這種土地利用方式的改變必然導致鳥類群落組成演替與變化。

農田生境的人類活動干擾較大, 但作為一種廣泛分布的棲息地, 能夠吸引種類和數量眾多的鳥類停歇、覓食、繁殖[8]。在冬季, 淡水湖泊周邊集中連片的農田可吸引灰鶴()、豆雁()等大型鳥類在此覓食和棲息[9-10]。農田的不同管理方式影響鳥類群落的組成, 如傳統模式水稻田對水鳥的招引效果顯著優于機械化模式水稻田[11]。國外一些研究表明, 減少了除草劑的使用后, 農田邊緣有多樣化的植物和無脊椎動物, 可為野生鳥類提供了較多的食物資源[12]。不過, 總體上看, 集約化生產等高強度的干擾下, 農田鳥類整體呈下降趨勢[13-15], 農田鳥類多樣性常常低于林地等其他生境[16]。

鹽城濕地珍禽國家級自然保護區擁有我國面積最大的沿海灘涂濕地, 是遷徙候鳥重要的棲息地。鹽城濱海灘涂濕地存在較大范圍的圍墾, 形成了由陸向海的生境梯度分布, 分別為農田、水產養殖塘、蘆葦濕地、灘涂[6], 農田面積所占比例近占鹽城濱海濕地總面積的三分之一[17]。保護區內的農田一年兩熟, 冬春季種植油菜或小麥, 夏秋季種植水稻。典型的保護區農田有兩個特點, 一是大面積連片, 機械化生產, 一年中的人類活動時間較少; 二是其經過濕地改造而來, 保留了一些小型的自然溝渠, 并且栽種了一些防護林帶。作為保護區內重要的生境組成, 農田是否能作為鳥類的棲息地？一年中水稻和油菜不同耕作期的鳥類群落組成有何差異？本研究試圖通過對保護區典型農田生境內的鳥類群落進行為期一年的研究, 探討鳥類群落多樣性與農田不同土地利用方式之間的關系。

1 研究地與研究方法

1.1 研究地概況

研究地位于鹽城珍禽自然保護區北一緩沖區, 地理位置位于大豐區境內中路港區域東側(33° 31′13″—33°33′26″N, 120°31′13″—120°33′26″E), 農田總面積600 hm2。中路港區域農田生境主要由農田和溝渠組成, 農田中密布用于灌溉排水的進水溝或排水溝, 溝渠等, 周邊為防護林。研究期間的2014年12月至次年5月, 播種油菜(稱為油菜期), 農田中無水, 只有部分排水溝和溝渠內有少量積水; 2015年6月至同年11月, 種植水稻(稱為水稻期), 在放水灌漿期中, 農田內明水面積大幅度增加。中路港農田由機械化統一管理, 除了播種和收割工作期間, 其他時間人工干擾強度較低。

1.2 研究方法

1.2.1 樣帶設置與生境因子測定

鳥類群落調查采用樣帶法, 根據農田中地形和田埂走向, 共設置四條樣帶(圖1), 長度分別為540 m、760 m、720 m、610 m, 調查時觀察并記錄兩側50 m的鳥類種類和數量, 調查面積共26.3 hm2。

中路港農田為標準化農田, 地勢較平坦, 除統一收割、翻地、播種外, 人為干擾較小, 結合這種特點, 選擇了三種生境因子, 分別是水深、植被高度、植被蓋度(表1)。水深采用實地勘察、測量, 在進行放水作業農田有積水時, 站在田埂上, 手持鋼卷尺直接測得。植被高度為作物露出土地以上的高度, 由于播種時期一致, 生長速度也大致相近, 在測量時用鋼卷尺測得植被高度。植被蓋度指每片農田中作物的地上部分的垂直投影面積與農田面積的百分比。

圖1 鹽城自然保護區中路港農田鳥類調查樣帶示意圖

Figure 1 The line transact of study sites in Zhonglugang farm in Yancheng NNR

表1 鹽城自然保護區中路港農田生境植被群落特征值

1.2.2 鳥類調查方法

農田鳥類調查在2014年12月至2015年11月進行, 每月調查全部樣帶。調查時間為早晚兩次, 選擇以當地日出前1 h至上午9時和日落前2 h為主。調查時行走速度維持在1.5—2km·h-1, 借助雙筒望遠鏡(10×), 記錄所觀察到的鳥類種類和數量、鳥類行為、棲息物類型及所在的生境特征, 并用相機拍照。為避免重復記錄, 只記錄由前向后飛的鳥類, 穿過樣線和由后向前飛的鳥類不予計數。

鳥類調查使用儀器有: STEINER10×26雙筒望遠鏡、GARMIN手持GPS、NEWCON激光測距儀、Canon EOS7D相機外接100—400mm鏡頭拍照、《中國鳥類野外手冊》作為鑒別鳥類參考。

1.2.3 鳥類群落參數處理

均勻度指標采用Pielou指數()進行計算, 計算公式為:

優勢度指標()采用Simpson指數計算, 計算公式為:

密度的計公式為:

=/

式中,為鳥類密度,為樣帶內記錄的鳥類數量,為測得的樣帶面積。

根據記錄到的個體數占整個調查中統計到鳥類總數的百分比確定水鳥的多度等級, 其中, 大于10%定義為優勢種, 1%—10%定義為常見種, 小于1%定義為少見種。

使用Microsoft Excel 2007軟件進行數據處理和制表。文中數據均采用平均值±標準誤(Mean±SE)表示,＜0.05視為差異顯著,＜0.01視為差異極顯著。

1.2.4 鳥類利用農田MOSAIC PLOT模型

MOSAIC PLOT是用圖像的方式來展示分類數據(Categorical data)。當變量為分類型變量(Cate-gorical variable), 且數目多于三個時, 根據維度, 將數據進行映射, 用MOSAIC PLOT實現多維數據的比例展示, 達到信息可視化。MOSAIC PLOT中嵌套矩陣面積正比于單元格頻率, 顏色和陰影可表示擬合模型的殘差值[18-20]。

本研究采用MOSAIC PLOT模型在多尺度上比較鳥類在不同作物期對農田生境的利用情況。選擇了4個參數: 鳥類(birds)、季節(seasons)、行為(behavior)、方位(position), 每個參數定義了不同變量: 林鳥(forestbirds)、水鳥(waterfowl)、春季(spring)、夏季(summer)、秋季(autumn)、冬季(winter)、覓食(foraging)、其他(others)、溝渠(balk)、田間(fields)。為方便計算, 每個季節作為一個處理節點, 冬春季為油菜期, 夏秋季為水稻期。用R軟件對上述變量進行處理, 以可視化的方式, 繪制鳥類利用農田MOSAIC PLOT模型。

2 結果與分析

2.1 鳥類群落種類組成與密度

野外調查共記錄到鳥類3527只, 隸屬于11目33科70種(表2)。其中, 國家I級保護鳥類1種, 為丹頂鶴(); 國家II級保護鳥類7種, 分別為白尾鷂()、短耳鸮()、紅隼()、燕隼()、灰背隼()、灰鶴()、小杓鷸()。優勢種僅兩種, 豆雁()和灰鶴()。常見種有白鷺()、牛背鷺()、珠頸斑鳩()、家燕()、白鹡鸰()、灰椋鳥()、喜鵲()、棕頭鴉雀()、麻雀()、小鹀()。

由表2可知, 中路港農田在一年中的兩種不同作物時期吸引到的鳥類種數基本相同, 但組成存在差異。從種類上看, 油菜期(冬季和春季)吸引的林鳥更多, 水稻期(夏季和秋季)鷺類和鸻鷸類較為集中, 其他林鳥水鳥的種數差異不明顯; 從數量上看, 水稻期吸引的鳥類數量遠遠多于油菜期, 兩種時期吸引的水鳥的數量均大于林鳥數量。

2.2 鳥類群落多樣性及不同作物期的變化

中路港農田生境鳥類種數月際變化較明顯(圖2), 最高為12月, 記錄鳥類30種, 最低為2月和5月, 分別記錄鳥類14種。鳥類的密度有兩個高峰期(圖2), 分別為2月(1.105只·hm-2)、11月(1.385只·hm-2); 兩個低谷期, 分別為4月(0.129只·hm-2)、8月(0.212只·hm-2)。

對中路港農田全年兩種不同土地利用方式下的鳥類群落結構進行分析發現, 油菜期和水稻期鳥類群落的多樣性指數()、均勻度指數()和優勢度指數()均無顯著差異, 油菜期鳥類群落的各項指數值均略高于水稻期鳥類群落的各項指數值(表3)。

2.3 鳥類利用農田MOSAIC PLOT模型

根據中路港農田鳥類種數的記錄情況和當地氣候, 將全年分為春、夏、秋、冬, 四個季節。冬季與春季種植油菜, 夏季與秋季種植水稻。記錄的鳥類分為水鳥與林鳥, 以數量和種類為實體, 繪制在油菜期和水稻期這兩種不同土地利用方式中, 鳥類利用農田模型MOSAIC PLOT, 在各變量相互獨立的情況下, 對多個分類變量進行可視化分析。

表2 鹽城自然保護區中路港農田鳥類群落組成及密度季變化

Table 2 The species composition and density characters of avian community in different seasons in Zhonglugang in Yancheng NNR

種類密度(只·hm-2) 冬季春季夏季秋季 1. 蒼鷺Ardea cinerea-0.4180.1520.342 2. 大白鷺Casmerodius albus---0.190 3. 白鷺Egretta garzetta-0.4942.3190.989 4. 牛背鷺Bubulcus ibis--4.7530.038 5. 池鷺Ardeola bacchus-0.1520.6080.228 6. 夜鷺Nycticorax nycticorax-0.0380.1140.114 7. 豆雁Anser fabalis20.799--41.711 8. 綠頭鴨Anas platyrhynchos-0.114-- 9. 白尾鷂Circus cyaneus0.038--0.038 10. 紅隼Falco tinnunculus0.114-0.0720.038 11. 灰背隼Falco columbarius0.0380.038-- 12. 燕隼Falco subbuteo0.038--0.038 13. 雉雞Phasianus colchicus0.0760.0720.0380.076 14. 灰鶴Grus grus9.962--4.981 15. 丹頂鶴Grus japonensis0.152--- 16. 黑水雞Gallinula chloropus-0.1900.2280.152 17. 黑翅長腳鷸Himantopushimantopus--1.140- 18. 鳳頭麥雞Vanellus vanellus0.380--0.304 19. 灰頭麥雞Vanellus cinereus-0.0760.912- 20. 扇尾沙錐Gallinago gallinago--0.114- 21. 小杓鷸Numenius minutus-0.0380.0380.228 22. 白腰杓鷸Numenius arquata--0.0380.114 23. 鶴鷸Tringa erythropus---0.076 24. 紅腳鷸Tringa totanus--0.076- 25. 澤鷸Tringa stagnatilis--0.0380.076 26. 青腳鷸Tringa nebularia--0.228- 27. 白腰草鷸Tringa ochropus---0.304 28. 林鷸Tringa glareola--0.9500.266 29. 磯鷸Actitis hypoleucos--0.1520.190 30. 織女銀鷗Larus vegae0.114--- 31. 紅嘴鷗Larus ridibundus0.266--- 32. 普通燕鷗Sterna hirundo-0.038-- 33. 白翅浮鷗Chlidonias leucoptera--0.076- 34. 山斑鳩Streptopelia orientalis0.1900.1140.076- 35. 珠頸斑鳩Streptopelia chinensis1.3460.1900.3040.342 36. 大杜鵑Cuculus canorus-0.0760.890- 37. 噪鵑Eudynamys scolopaceus-0.0380.228- 38. 短耳鸮Asio flammeus0.076--- 39. 普通翠鳥Alcedo atthis-0.038-0.038 40. 戴勝Upupa epops0.076-0.228- 41. 云雀Alauda arvensis0.0380.038-- 42. 小云雀Alauda gulgula0.1900.038-0.038

續表

種類密度(只·hm-2) 冬季春季夏季秋季 43. 家燕Hirundo rustica-0.7980.5721.863 44. 金腰燕Hirundo daurica-0.038-- 45. 白鹡鸰Motacilla alba0.6080.1900.2280.684 46. 黃鹡鸰Motacilla flava-0.038-0.076 47. 黃腹鷚Anthus rubescens-0.038-0.152 48. 白頭鵯Pycnonotus sinensis0.3420.1520.3420.228 49. 紅尾伯勞Lanius cristatus-0.076-- 50. 棕背伯勞Lanius schach0.190-0.1900.152 51. 黑卷尾Dicrurus macrocercus-0.0760.076- 52. 八哥Acridotheres cristatellus0.1520.038-0.114 53. 灰椋鳥Sturnia cineraceus-0.1522.2440.152 54. 喜鵲Pica pica1.2160.9880.8740.836 55. 北紅尾鴝Phoenicurus auroreus0.2660.114-0.228 56. 烏鶇Turdus merula0.570--0.380 57. 棕頭鴉雀Paradoxornis webbianus0.6840.4560.5320.836 58. 棕扇尾鶯Cisticola juncidis0.038--- 59. 純色山鷦鶯Prinia inornata0.1140.038-0.380 60. 強腳樹鶯Cettia fortipes-0.1140.076- 61. 黑眉葦鶯Acrocephalus bistrigiceps--0.190- 62. 大山雀Parus major0.076--0.076 63. 麻雀Passer montanus1.9391.7113.6501.901 64. 金翅雀Carduelis sinica--0.0760.076 65. 黑尾蠟嘴雀Eophona migratoria-0.0380.0760.114 66. 小鹀Emberiza pusilla2.2820.342-0.076 67. 田鹀Emberiza rustica0.4560.114-0.114 68. 灰頭鹀Emberiza spodocephala0.304--- 69. 葦鹀Emberiza pallasi0.6460.646-- 70. 蘆鹀Emberiza schoeniclus0.190---

圖2 鹽城自然保護區中路港農田鳥類種數和密度月際變化

Figure 2 Monthly change of bird species and density in Zhonglugang farm in Yancheng NNR

中路港農田鳥類種類及利用方位方式MOSAIC PLOT模型表明(圖3), 春季林鳥多在農田的溝渠中活動, 記錄到的其他行為(如游水、行走、打斗等)最多。整體看來, 油菜期的林鳥種數明顯多于水鳥種數, 利用生境多為溝渠; 水稻期, 林鳥和水鳥在溝渠的行為較為相似, 但是在田間有所不同, 秋季林鳥的取食行為明顯高于其他行為, 這可能與時間處于秋收季節有關。在利用農田方面, 各個時段中, 溝渠的鳥類種數都多于田間的鳥類種數。

表3 鹽城自然保護區中路港農田不同作物期鳥類群落多重比較

中路港農田鳥類數量及利用方位方式MOSAIC PLOT模型表明(圖4), 水稻期吸引的鳥類數量遠遠多于油菜期, 且水鳥數量高于林鳥數量。油菜期, 利用農田的鳥類數量較少, 但分布比較均勻, 水稻期, 利用農田的鳥類數量較多, 且林鳥多在溝渠中活動, 水鳥則集中在田間活動, 這可能與水稻灌漿期的特殊時間相對應。從利用農田方位來看, 林鳥和水鳥在秋季和冬季對于農田的選擇有明顯的區別, 林鳥在秋冬兩季偏好在溝渠中活動, 少量分布在田間, 水鳥則相反, 集中大量在田間分布。

圖3 鹽城自然保護區中路港農田鳥類種類及利用方位方式

Figure 3 The species and azimuth mosaic plot of farmland birds in Zhonglugang farm in Yancheng NNR

圖4 鹽城自然保護區中路港農田鳥類數量及利用方位方式

Figure 4 The number and azimuth mosaic plot of farmland birds in Zhonglugang farm in Yancheng NNR

3 討論

鹽城自然保護區農田生境多由濕地圍墾而來, 農田面積一般具有較大規模, 在生境組成上通常保留一些自然溝渠, 栽種有防護林; 在農耕方式上多為機械化, 全年人類活動時間相對較少; 在作物種植上, 明顯可分為水稻期和小麥期(或油菜期)兩個階段。本研究表明, 中路港農田全年可吸引許多鳥類利用, 鳥類的種類和數量在月份之間的變化較明顯。11月、2月為鳥類冬、春季遷徙高峰, 密度變化較為劇烈。在一年中, 農田的水深、植被高度、植被蓋度三種生境因子均發生了不同程度的變化, 吸引到的鳥類也有較大差異。中路港農田棲息的鳥類優勢種有豆雁和灰鶴, 常見種有白鷺、牛背鷺、珠頸斑鳩、家燕、白鹡鸰、灰椋鳥、喜鵲、棕頭鴉雀、麻雀、小鹀, 上海地域農田鳥類群落的優勢種多為麻雀、家燕[21-22], 造成這種差異的主要原因可能是由于上海人口密度較大, 流動人口多, 工業化的發展也影響了農田生境, 所以優勢鳥種多為典型的伴人鳥類。在群落多樣性組成上, 兩個不同土地利用方式時期并未體現出較明顯的差異性, 這是因為, 不同時期的土地利用類型吸引到的鳥類種類組成有明顯差異, 但在種數上幾乎是相等的。

鳥類利用農田MOSAIC PLOT模型表明, 冬季和春季的油菜期, 鳥類對農田的主要利用方式為覓食, 以便順利度過越冬期, 且之前收割水稻后農田中還有遺留的稻茬和稻穗, 吸引了大量的豆雁和灰鶴棲息其中, 但是在翻地后的農田中未發現有灰鶴活動, 這可能因為翻地會把遺留在地表的谷物翻到地下, 增加了灰鶴尋找食物的難度[23]。夏季和秋季的水稻期, 在收割完油菜進行翻地期間, 吸引了大量的白鷺和牛背鷺前來覓食, 在水稻生長初期, 由于水稻剛剛長高, 田埂的排水溝里有淺水區和少量植被, 適合鸻鷸類在此棲息覓食。對比發現, 鸻形目鳥類的種類和數量在兩種不同土地利用方式下均表現出極顯著的差異性。沿海鸻鷸類喜潮間帶光灘覓食[24], 但在漲潮期需要到內陸濕地棲息。水稻生長期間農田通過溝渠放水, 恰好模擬了鸻鷸類偏好選擇的濕地生境, 且此時農田的植被高度并不影響鸻鷸類覓食, 又能提供較高的遮蔽作用[25]。沿海圍墾改變了濱海潮灘的自然生境, 影響鸻形目鳥類的食物來源[26], 從MOSAIC PLOT模型可以看出, 許多鳥類集中分布在農田溝渠, 水稻期農田某種程度上能彌補這一點。

鹽城自然保護區農田面積分布廣泛, 除了本研究中的北一緩沖區外, 實驗區的農田更為普遍, 因此, 科學管理保護區內農田, 采用合理的耕作方式將有利于農業與鳥類保護的協調發展。本研究得到的啟示有: 水稻收割后不要馬上翻地, 在田里多遺留些谷穗, 并可以考慮在鳥類經常取食的農田人工投喂一些玉米等谷物, 為遷徙越冬鳥類提供食物補充; 適當減少植被覆蓋過密區域的面積, 為鳥類的活動提供更多空間; 在農田排水后, 可在周圍溝渠中保留適當水位, 并保持較低的干擾程度, 滿足不同類群鳥類對不同環境因子的需求。通過對不同土地利用類型時期的管理, 農田生境也能夠作為大多數鳥類選擇覓食、棲息地的補充, 在發揮經濟效益的同時進一步發揮其生態功能。

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The bird community in different crops periods of typical farmland and its utilization of habitats in Yancheng Nature Reserve

ZHANG Fang, WANG Miao, ZHONG Zhifang, LU Changhu*, WANG Jianhe, ZHANG Yan

Nanjing Forestry University Southern Modern Forestry Collaborative Innovation Center, College of Biological and Environmental Science, Nanjing, Jiangsu 210037, China

The coastal area of Yancheng protected area has a wide range of reclamation. Research on the utilization of farmland after reclamation and the relationship between bird community is of significance to the scientific management of land and the protection of birds. From December 2014 to November 2015, four belt transects were set up for the 600 hm2of typical farmland area in the buffer zone of the national nature reserve of Yancheng wetland, covering 26.3 hm2to complete a monthly survey of bird community in different crops periods and its utilization of habitats. The results indicated that in total 70 species belonging to 11 orders 33 families were recorded in the farmland,andwere the dominant species. The number of bird species attracted to the Zhonglugang farm in the middle of the year was basically the same, but the composition was significant difference; the number of waterbirds attracted to both periods was greater than the number of forestbirds. Using MOSAIC PLOT model to analyze the use of birds to farmland, we found that the main way for birds to make use of farmland in rape period was foraging, like bean goose, crane etc. the main behavior of rice period was foraging and rooting, like shorebirds. From the perspective of bird habitat management, type of farmland and the abundance of food had important influence on the selection of birds. Keeping grain or reducing human interference is good for improving bird diversity.

Yancheng Nature Reserve; farmland; birds community; MOSAIC PLOT Model

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.006

Q958.1

A

1008-8873(2019)02-036-09

2018-03-07;

2018-05-25

國家自然科學基金項目(31670432); 國家重點研發計劃(2016YFC0502704)資助

張芳(1991—), 女, 安徽淮北人, 碩士研究生, 主要從事濕地鳥類生態學研究, E-mail: 461079548@qq.com

魯長虎, 男, 博士, 教授, E-mail: luchanghu@njfu.com.cn

張芳, 王淼, 鐘稚昉, 等. 鹽城自然保護區典型農田不同作物期的鳥類群落及其對生境的利用[J]. 生態科學, 2019, 38(2): 36-44.

ZHANG Fang, WANG Miao, ZHONG Zhifang, et al. The bird community in different crops periods of typical farmland and its utilization of habitats in Yancheng Nature Reserve[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 36-44.