涪江綿陽城區(qū)段水鳥生境適宜度評價及驗(yàn)證

白若梅，孟仁丹，傅曉雪，胡宇軒，蒲璜羽，劉 昊*，石紅艷*

(1.綿陽師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川綿陽 621006；2.西南財經(jīng)大學(xué)天府學(xué)院會計(jì)學(xué)院，四川綿陽 621000； 3.綿陽師范學(xué)院資源環(huán)境工程學(xué)院，四川綿陽 621006；4.綿陽市水務(wù)集團(tuán)，四川綿陽 621000)

0 引言

水鳥是濕地生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，被認(rèn)為是濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的最佳指示生物[1].濕地作為水鳥賴以生存的棲息地，在水鳥遷徙過程中承擔(dān)著主要的能量補(bǔ)給[2].濕地生境的變化對遷徙過程中的水鳥數(shù)量會產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響[2-3].隨著人類活動加強(qiáng)和影響范圍的不斷擴(kuò)大，濕地已經(jīng)成為世界上受威脅最大的棲息地之一[4-5].適合水鳥生存的生境日趨退化和破碎化，最適宜生境面積逐漸減少，殘留生境斑塊面積不斷縮小，各生境斑塊之間的距離逐漸增大，生境質(zhì)量不斷降低[6].水鳥生境變化是水鳥多樣性降低最直接的威脅之一[7],也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)生變化的最重要的直接驅(qū)動力[8].因此，對現(xiàn)有的水鳥生境進(jìn)行綜合評價，探究水鳥生境適宜度及其與景觀的關(guān)系，能夠更好地開展水鳥及其棲息地的保護(hù).

傳統(tǒng)野生動物生境研究的野外調(diào)查周期長、勞動強(qiáng)度大.無論是相關(guān)時間和空間屬性特征的收集，還是分析、解釋和表達(dá)的方式上都存在很大的局限性[9-10].生境適宜度指數(shù) (HSI) 模型最初由美國漁業(yè)與野生動物局開發(fā)[11]，主要立足于生境選擇、生態(tài)位分化和限制性因子等生態(tài)學(xué)理論.近些年來，在定量評估管理活動對野生動物生境影響方面，HSI模型逐漸成為廣泛使用的一種生境適宜性評價方法[11-16].隨著計(jì)算機(jī)和3S 技術(shù)的快速發(fā)展，人們對鳥類棲息地的研究已由定性描述提升到定量分析階段[17].其中，地理信息系統(tǒng)(GIS)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)綜合、模擬與分析評價功能，將GIS與HSI模型相結(jié)合，進(jìn)行可視化水鳥生境適宜度計(jì)算，結(jié)果更加清晰[18-19].

四川盆地位于東亞—澳大利亞鳥類遷徙路線上，占據(jù)我國三大候鳥遷徙路線中的中部和西部兩條遷徙路線，是水鳥遷徙的重要驛站[20].涪江作為長江的二級河流，南北跨度大、流域范圍廣.在四川盆地的水鳥遷徙中發(fā)揮著重要的作用，尤其是綿陽城區(qū)的涪江濕地.在以往的水鳥調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，大量水鳥選擇在綿陽城區(qū)的涪江停歇或棲息[21-26].

本文基于2018年9月—2019年4月的水鳥監(jiān)測數(shù)據(jù)及綿陽市2018年冬季影像圖，對綿陽城區(qū)涪江的水鳥生境適宜度進(jìn)行評價并驗(yàn)證，探索水鳥多樣性與景觀格局及生境適宜度之間的關(guān)系.

1 研究區(qū)概況

涪江起源于四川省松潘縣與平武縣之間的岷山主峰雪寶頂，南流經(jīng)四川省平武縣、江油市、綿陽市、三臺縣、射洪市、遂寧市等區(qū)域，最終在重慶市合川區(qū)匯入嘉陵江.綿陽市城區(qū)位于涪江中上游，屬典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均降水量826 ～1 417 mm，平均氣溫14.7 ～17.3 ℃[27-29].涪江橫穿綿陽市的游仙區(qū)、涪城區(qū)，在中脊島與安昌江、芙蓉溪匯合，形成開闊的湖面.本研究選擇綿陽市涪江二橋至塘汛橋下游木龍河匯合處(31°21′45″N～31°29′14″N，104°43′29″E～104°49′12″E)(圖1).東原大橋上游兩岸水生植被茂盛，水域較淺，灘涂豐富；東原大橋水堤至三江大壩多為深水區(qū)域，人流量多，兩邊堤岸線為統(tǒng)一的水泥材質(zhì)，偶見小面積的灌叢覆蓋；三江大壩下游區(qū)的水面開闊，水域深淺不一，兩岸植被豐富，灘涂較多，人流量較少.

2 研究方法

2.1 景觀格局分析

2.1.1 衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)獲取 研究區(qū)的衛(wèi)星圖像下載于Bigemap下載器，具體為2019年1月的高清衛(wèi)圖 (0.6 m × 0.6 m )，同時在Bigemap下載器上下載綿陽市行政區(qū)域規(guī)劃范圍.

2.1.2 景觀分類 參照《濕地公約》中的濕地分類系統(tǒng)和《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)：濕地分類》及《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010-2017)的分類標(biāo)準(zhǔn)[30-32]，將研究區(qū)的景觀類型情況劃分成2大類9小類.兩大類分別是濕地景觀和非濕地景觀.其中，濕地景觀包括河流水域、灘涂、沼澤和庫塘；非濕地景觀包括建筑用地、道路、林地、草地和灌叢.

2.1.3 景觀格局指數(shù)選取 在斑塊(Class)層面選取斑塊個數(shù)(NP)、斑塊面積(CA)、斑塊面積百分比(PLAND)；在景觀(Land)層面上選取香農(nóng)多樣性指標(biāo)(SHDI)、蔓延度指標(biāo)(CONTAG)、分離度指數(shù)(SPLIT)、形狀指數(shù)(LSI)共7個景觀指數(shù)展開研究[33]，通過Fragstats 3.0軟件統(tǒng)計(jì)分析.

2.2 水鳥生境適宜度指數(shù)計(jì)算與評價

在影響水鳥生境的多個因子中選取食物條件、隱蔽條件、人為干擾程度和水文條件這4個因子，對研究區(qū)內(nèi)水鳥生境進(jìn)行權(quán)重賦值[6,13](表1)，疊加4種生境因子類型圖，利用柵格計(jì)算器獲得水鳥生境適宜度指數(shù)，并將結(jié)果進(jìn)行分類.其中，HSI值為0時為不適宜生境；HSI值為 (0，1] 時為微適宜生境；HSI值為 (1，3] 時為次適宜生境；HSI值為 (3，5] 時為適宜生境[7].最后利用Arcgis 10.4制作水鳥生境適宜度評價圖.

表1 水鳥生境影響因子分級及權(quán)重Tab.1 Classification and Weight of Influencing Factors of Waterfowl Habitat

2.3 水鳥調(diào)查及數(shù)據(jù)分析

2.3.1 水鳥調(diào)查方法 2018年9月—2019年4月，采用樣線法對研究區(qū)水鳥種類、數(shù)量及分布進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)景觀特征的不同及觀察統(tǒng)計(jì)是否方便，將研究區(qū)分為8個區(qū)段，每個區(qū)段設(shè)置1條樣線(圖1)，分別為：樣線1：涪江二橋—東原大橋，約0.7 km；樣線2：東原大橋—東方紅大橋，約1.2 km；樣線3：東方紅大橋—富樂大橋，約1.3 km；樣線4：富樂大橋—桃花島，約1.5 km；樣線5：桃花島—一號大橋，約1.5 km；樣線6：一號大橋—三江大壩，約5 km；樣線7：三江大壩—塘汛大橋，約3 km；樣線8：塘汛大橋—木龍河口，約1.5 km，全長共計(jì)約15.7 km.調(diào)查小組由3～4人組成，選擇能見度高的日期，在9：00-17：30時間段內(nèi)徒步沿河岸樣線進(jìn)行調(diào)查(圖1)，使用KOWA單筒望遠(yuǎn)鏡 (×60) 和勝途雙筒望遠(yuǎn)鏡 (8×32ED)進(jìn)行觀察，觀察過程中用相機(jī)、手機(jī)等設(shè)備拍照獲取影像資料.記錄觀察到的水鳥種類、數(shù)量，同時記下是否有漁船等干擾因素.每月進(jìn)行2～4次調(diào)查.調(diào)查過程中，若遇空中飛行的水鳥，僅記錄由前方向后方飛行的個體以避免重復(fù)計(jì)數(shù)[25].

2.3.2 水鳥數(shù)據(jù)處理方法 為避免重復(fù)計(jì)數(shù)，采用最大值保留法統(tǒng)計(jì)數(shù)量[25]；水鳥相對數(shù)量等級依據(jù)個體數(shù)占調(diào)查區(qū)域水鳥個體總數(shù)的比例來劃分，比例大于10% 的水鳥為優(yōu)勢種；比例在1%～10% 之間的為常見種；比例小于1% 的為少見種[24].鳥種分類系統(tǒng)、地理區(qū)系和居留型的確定依據(jù)《中國鳥類分類與分布名錄(第三版)》[34]，鳥種瀕危程度參考《中國觀鳥年報-中國鳥類名錄 7.0》[35].

采用點(diǎn)密度[36-37]的方式模擬各區(qū)段水鳥的分布情況.點(diǎn)密度是基于各區(qū)段面積上實(shí)測水鳥數(shù)量和種類與該區(qū)段面積之比，得出每個區(qū)段水鳥的分布情況.采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)，分析水鳥群落多樣性[38].

3 結(jié)果與分析

圖1 研究區(qū)域生境適宜性 分布疊置圖Fig.1 Overlapping map of distribution of waterfowl and habitat suitability of waterfowl in the study area

3.1 生境適宜度評價

根據(jù)疊加水鳥生境多因子得到水鳥生境適宜生境綜合評價圖(圖1)，研究區(qū)水鳥最適宜面積182.96 hm2，占總面積的16.73%；次適宜面積713.39 hm2，占總面積的65.23%；微適宜和不適宜面積分別為2.73 hm2和194.61 hm2，各占總面積的0.25% 和17.79%.整個研究區(qū)適宜水鳥生存的區(qū)域總面積達(dá)82.21%.研究區(qū)的水域部分基本屬于適宜生境，東原大橋—涪江二橋和三江大壩—木龍河口段的濕地區(qū)域?yàn)樽钸m宜生境；非水域區(qū)域，桃花島、小枧濕地公園和三江湖濕地公園的游客休憩區(qū)都屬于不適宜范圍(圖1).

3.2 景觀格局特點(diǎn)

研究區(qū)生境可劃分為9類景觀(表2)，濕地景觀主要是以河流水域?yàn)橹鳎鳚竦鼐坝^類型的面積大小順序?yàn)椋汉恿魉?灘涂>庫塘>沼澤.其中灘涂在三江大壩—塘汛大橋段的面積最大(21.69 hm2)，但塘汛大橋—木龍河口段的斑塊數(shù)量最多(39)；塘汛大橋—木龍河口段的沼澤面積最大(4.54 hm2)，沼澤斑塊的數(shù)量也最多(10個)；東原大橋—三江大壩段的灘涂和沼澤分布較少.

涪江二橋—東原大橋段的景觀多樣性指數(shù)最高，景觀構(gòu)成最豐富，河流多被灘涂隔開，形成沼澤、淺灘等濕地景觀；其次是三江大壩下游區(qū)，多樣性指數(shù)僅次于涪江二橋—東原大橋段，其中灘涂和沼澤數(shù)量最多，面積最大，分離度中等，多樣性指數(shù)較高，濕地景觀較為豐富且分布較均勻.桃花島—一號大橋區(qū)段河流水域占該段總面積比例最大(81.80%)，蔓延度最大(81.76)，水域連通性好；相反，該區(qū)段的分離度最小，為1.47，多樣性指數(shù)最小，為0.69，各景觀之間的分散性小，較集中分布.東原大橋—東方紅大橋段景觀類型較豐富，多樣性指數(shù)為1.23，但各類景觀主要是分散分布，且濕地景觀僅有河流水域一種.一號大橋—三江大壩段濕地景觀類型最多，但河流水域主要為深水區(qū)，灘涂、沼澤和庫塘分布在河堤外的濕地公園內(nèi).

表2 研究區(qū)各區(qū)段濕地景觀類型及景觀特征指數(shù)Tab.2 Wetland Landscape Types and Index in Each Section of The Study Area

3.3 水鳥多樣性、群落分布及其與生境的關(guān)系

本次調(diào)查共記錄到水鳥49種(表3)，隸屬6目10科，其中優(yōu)勢種5種：普通鸕鶿(Phalacrocoraxcarbo)、紅嘴鷗(Chroicocephalusridibundus)、綠頭鴨(Anasplatyrhynchos)、紅頭潛鴨(Aythyaferina)和鳳頭潛鴨(Aythyafuligula)；常見種有蒼鷺(Ardeacinerea)、赤麻鴨(Tadornaferrugine)、翹鼻麻鴨(Tadornataorna)等11種；其余為少見種，共33種(表3).從瀕危程度上看，有極危水鳥1種，即青頭潛鴨(Aythya baeri)；易危水鳥2種，為紅頭潛鴨(Aythyaferina)和長尾鴨(Clangulahyemalis)；近危水鳥3種，分別為羅紋鴨(Marecafalcata)、白眼潛鴨(Aythyanyroca)和鳳頭麥雞(Vanellusvanellus)；其余為瀕危程度較低的物種.水鳥個體數(shù)量共計(jì)14 036只.水鳥組成以冬候鳥為主，共37種，占記錄到的種類數(shù)量的75.51%；其次為旅鳥7種和留鳥5種，分別占14.29%和10.20%.

從表3可知，無論從數(shù)量還是種類上，水鳥主要分布在富樂大橋—桃花島段及三江大壩以下區(qū)域.其中，塘汛大橋—木龍河口段的水鳥最多，有4 644只(37種)占整個研究區(qū)水鳥總數(shù)量的33.09%；其次是三江大壩—塘汛大橋段，有3 961只(40種)占研究區(qū)水鳥總數(shù)量的28.22%； 再就是富樂大橋-桃花島段，共1 712只(12.20%).

普通鸕鶿和紅嘴鷗主要分布在涪江二橋—桃花島段，均為該區(qū)域的優(yōu)勢種.鷗科中除紅嘴鷗外的其他都屬于少見種；鴨科中的綠頭鴨、紅頭潛鴨、鳳頭潛鴨三種優(yōu)勢種主要分布在一號大橋—塘汛大橋下游，其他非優(yōu)勢種的鴨科在該區(qū)段的分布也普遍多于其他區(qū)段；鷺科中除白鷺和蒼鷺多見于富樂大橋—桃花島段外，其余區(qū)段中均屬于少見種；鸻形目是所有區(qū)段的少見種；常見種中的白骨頂主要見于富樂大橋—桃花島段.

調(diào)查區(qū)域水鳥Shannon-Wiener指數(shù)為2.62，Pielou均勻度指數(shù)為0.67.其中三江大壩—塘汛大橋的水鳥群落多樣性最高，為2.78；其次是塘汛大橋—木龍河口段，為2.68；而該區(qū)域絕大部分是水鳥生境最適宜區(qū)(圖1)，且景觀多樣性也較豐富(表2，圖2).涪江二橋—東方紅大橋和一號大橋—三江大壩段的水鳥群落多樣性指數(shù)均在2以上，東方紅大橋—富樂大橋段最低，為1.41.一號大橋—三江大壩段的水鳥均勻度指數(shù)最高，為0.79；東方紅大橋-桃花島的均勻度分別最低，分別為0.59和0.54，其余各段均在0.7以上.

表3 涪江綿陽城區(qū)段水鳥名錄Tab.3 List of Water Birds in Mianyang Urban Section of Fujiang River

注釋：居留型：留—留鳥，冬—冬候鳥，夏—夏候鳥，旅—旅鳥；保護(hù)級別：Ⅱ—國家二級保護(hù)鳥類；省—四川省重點(diǎn)保護(hù)鳥類；三有中“√”—列入《國家保護(hù)的有益的或者有重要經(jīng)濟(jì)價值、科學(xué)研究價值的陸生野生動物名錄》的動物。★—優(yōu)勢種，◆—常見種，○—少見種；瀕危程度：CR—極危，VU—易危，NT—近危.

圖2 研究區(qū)各段水鳥多樣性指數(shù)、 均勻度指數(shù)及景觀多樣性指數(shù)Fig.2 The Waterbird Diversity Index,Pielou Index and Landscape Diversity Index of Each Section in the Study Area

對各區(qū)段水鳥種類和數(shù)量采用點(diǎn)密度模擬的方式得到研究區(qū)水鳥分布情況圖，將水鳥情況分布圖與適宜生境分布圖疊置分析，得到的水鳥分布情況與計(jì)算分析得出的適宜生境區(qū)域基本一致(圖1).

4 討論

4.1 生境適宜度與景觀的關(guān)系

景觀中涵蓋了許多環(huán)境因子變量，影響著各生物物種的繁衍、物質(zhì)和能量活動，進(jìn)而對生物多樣性有影響，越來越多的研究把景觀格局引入到生境評價中來，以景觀生態(tài)學(xué)原理為導(dǎo)向，從景觀異質(zhì)性和破碎化角度對各生物物種的棲息地生境進(jìn)行適宜性評價[39].在本文中，通過對研究區(qū)內(nèi)9種不同景觀類型選取10種景觀指數(shù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)河流水域占有絕對的面積優(yōu)勢，可為水鳥提供足夠的覓食及棲息場所；水鳥生境最適宜區(qū)主要分布在塘汛橋上下游，跟該處的景觀多樣性豐富有關(guān)，該處主要的景觀類型為河流、淺水濕地、灌叢和草地.淺水濕地中的灘涂數(shù)量多，面積較小，對水域之間起到了良好的連接作用；而沼澤數(shù)量少、單體面積較大，可為水鳥提供安全的隱蔽場所和覓食需求.桃花島-三江大壩段的不適宜生境面積最大，主要是受該處的人為景觀所致：桃花島的開發(fā)利用導(dǎo)致該區(qū)域的建設(shè)用地占比較大，以及江兩岸的整齊劃一的水泥堤壩均使得水鳥棲息點(diǎn)減少，同時增加了人為干擾程度.

4.2 水鳥分布與適宜度評價

本研究在前人對同一研究區(qū)域上的水鳥多樣性及分布狀況的研究上[25-26]，結(jié)合地理信息系統(tǒng)和高清影像地圖手段，著重分析不同景觀下的水鳥生境的適宜度.發(fā)現(xiàn)整個研究區(qū)適宜水鳥生存的區(qū)域總面積達(dá)82.21%，不適宜生境面積僅占17.79%.結(jié)合水鳥分布密度模擬圖驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)水鳥模擬分布情況與計(jì)算分析得出的適宜生境區(qū)域基本一致.說明研究得出的適應(yīng)性生境分布的結(jié)果可靠，具有一定的準(zhǔn)確度.研究區(qū)水鳥生境適應(yīng)性狀況良好，大部分面積是適合水鳥棲息的.

結(jié)合水鳥Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)對生境適宜度進(jìn)行分析時，發(fā)現(xiàn)在中脊島區(qū)域和一號大橋—三江大壩區(qū)域仍然有部分差異.中脊島區(qū)域水鳥種類和數(shù)量均高，但各類水鳥數(shù)量差距過大，因此水鳥兩種指數(shù)均不高.同時，該區(qū)域分布著大量的普通鸕鶿和紅嘴鷗，中脊島的大片喬木為普通鸕鶿提供了良好的棲息環(huán)境；來往游客的投喂鳥食行為使得紅嘴鷗聚集明顯.但對于大部分水鳥而言，喬木林地和人工投喂并不是最適宜的生存環(huán)境，故該區(qū)段的生境級別為次適宜生境.一號大橋—三江大壩區(qū)域的水鳥數(shù)量和種類均不是較高值，但各類水鳥占比均勻.當(dāng)某一區(qū)段的水鳥總數(shù)和種類均偏低時，若均勻度較高，則多樣性指數(shù)也會較高.故一號大橋—三江大壩的水鳥多樣性指數(shù)及均勻度指數(shù)均較高，但生境級別并不屬于最高級別.故，推測水鳥Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)與生境適宜度不能完全匹配的原因有以下三點(diǎn)：①從水鳥分布上看，主要是分布不均勻所致；②從景觀格局上看，居民點(diǎn)、道路等人為建設(shè)用地較多的區(qū)域?qū)λB分布影響較大，例如：水泥化堤壩的修建減少了鸻鷸類等涉禽的生存環(huán)境；大壩的修建使得深水區(qū)域面積擴(kuò)大，增加了潛鴨類水鳥的活動范圍；人類活動休憩等公共區(qū)域面積增加導(dǎo)致紅嘴鷗依賴人工投喂現(xiàn)象更加明顯；③從水鳥生境適宜度級別上看，差異主要來自于未考慮到人類偶然行為(如打魚、驚飛等行為)將導(dǎo)致人為干擾程度增加，從而生境適宜度指數(shù)降低.

與其他研究動物生境適宜度的文獻(xiàn)相比[1,40-42]，更多的是以單個或同種動物的生境適宜度作為研究對象，這樣獲得的生境準(zhǔn)確度會較為精準(zhǔn).但同一個生境并不只是為單個或同種動物提供生存空間，而是同時為多種動物共同使用.本文所計(jì)算的生境適宜度主要用于評價多種水鳥共同生存的棲息地的適宜性.

5 結(jié)論及建議

結(jié)論：(1)涪江綿陽城區(qū)段水鳥生境適宜性良好，82.21%的區(qū)域均適合鳥類生存.(2)水鳥Shannon-Wiener指數(shù)為2.62，水鳥多樣性較豐富；(3)水鳥分布情況與水鳥生境適宜度分析能較好擬合；(4)水鳥生境適宜度與景觀多樣性豐富度有關(guān)，景觀多樣性指數(shù)高的區(qū)域水鳥生境適宜度相對較高.

建議：減少對塘汛橋上下游水鳥生境適宜區(qū)的干擾，禁止電魚等非法活動，避免對河岸的建設(shè)和改造；對已改造的河段增加灘涂，植被等景觀，提高景觀多樣性，從而給水鳥提供更適宜的生存環(huán)境；針對不適宜生境中的東原大橋—東方紅大橋區(qū)域可以適當(dāng)增加人為濕地面積，例如：種植水生植物，以保護(hù)現(xiàn)有的水鳥資源和吸引更多的水鳥.科學(xué)管理游船和游樂活動，在水鳥越冬期，嚴(yán)禁游船駛?cè)耄瑖?yán)禁在江邊開展對水鳥干擾大的游樂活動.