基于GMS+GPS技术对白琵鹭幼鸟扩散的研究

张余广 马一丹 李晓民

(东北林业大学野生动物资源学院，哈尔滨，150040)

扩散(dispersal)是物种的一种运动形式，是生物的基本特征之一，也是生态学、行为学和进化生物学等学科的一项重要研究内容。扩散使种群扩大了分布区，调整了种群的年龄结构与性别结构，改变了遗传结构。扩散还避免了近交、种内竞争以及近缘个体之间的竞争。扩散有出生扩散和繁殖扩散等主要形式。扩散的程度往往用迁移的直线距离来表示 。与鸟类迁徙活动相比，扩散一般没有确定的距离和方向，此外扩散个体也不一定要返回其出发地。白琵鹭幼鸟扩散属出生扩散，其目的是为了获得更适宜的栖息生境，获得更多的食物，促进身体的生长发育[1-8]。

白琵鹭(Platalealeucorodia)属鹳形目(Ciconiiformes)鹮科(Threskiornithidae)琵鹭属的中型涉禽。在中国北方为夏候鸟。每年4月初从南方越冬地迁到北方繁殖地，9月末开始南迁。迁徙时常呈40～50只的小群，排成一纵列或呈波浪式的斜行队列飞行。中国白琵鹭的夏季繁殖种群主要在中国东北，但生境的变化和丧失导致部分白琵鹭繁殖群体出现南移的现象，其繁殖群体开始出现在山东省黄河三角洲。全球白琵鹭种群数量约有31000～34000只，但各地的种群数量普遍不高，多数国家都只有几百对繁殖种群，并且呈逐年下降趋势[9-11]。

我国对白琵鹭研究较少，主要集中在数量分布、繁殖习性、生境选择、人工养殖和行为研究等方面，对雏鸟白琵鹭扩散研究尚无报道[12-18]。

卫星跟踪技术实际上是全球定位技术的应用。20世纪80年代末卫星遥测技术的发展，使得人们首次可以深度研究动物的运动模式。1995～2005年，日本的科学研究者利用这一技术跟踪了白枕鹤(Grusvipio)、黑鹳(Ciconianigra)等鸟类的迁徙。我国最早使用卫星跟踪技术的是对黑颈鹤(Grusnigricollis)的迁徙跟踪。虽然卫星跟踪技术定位精确，信号覆盖全球，但因租用卫星频道费用高，因而在国内应用并不广泛[19-25]。

GMS+GPS跟踪技术发展于21世纪初，被广泛地应用于交通设备的定位、追踪。现在的发射装置一般都集成了GPS模块，能定位动物的地理坐标，并且发射装置还配备了太阳能锂电池，能使用更长的时间。这种跟踪技术的优点费用低、跟踪距离远，但是要求发射装置和接收装置能接收到移动信号。如今移动信号基站的密度大大提高，信号覆盖范围广阔，GMS+GPS跟踪技术能较为完美地替代卫星跟踪技术[26-27]。本研究利用GMS+GPS跟踪技术，对白琵鹭幼鸟的扩散进行了准确的追踪定位，实时点位的传送使得本研究更具科学性。

1 研究地概况

泰湖国家湿地公园位于黑龙江省泰来县城东侧，地理坐标为E123°25′14.17″～123°29′00.97″，N46°24′12.10″～46°21′15.10″，总面积13.65 km2，是黑龙江省为数不多的毗邻城区、生态环保的国家湿地公园。

泰湖国家湿地公园属温带大陆性季风气候，年平均温度为4.2℃，气候较为干燥。公园以沼泽、草甸、湖泊、林地等景观组成，并融合人文景观。湿地公园野生动植物资源丰富，有鱼类7科31种，兽类13科25种，鸟类34科170种，其中有国家Ⅰ、Ⅱ级重点保护鸟类21种，如丹顶鹤(Grusjaponensis)、东方白鹳(Ciconiaboyciana)、大天鹅(Cygnuscygnus)。湿地公园每年繁殖白琵鹭达70余巢，是我国重要的白琵鹭繁殖地[28-29]。

2 研究方法

2.1 白琵鹭幼鸟追踪器的佩戴

为了研究白琵鹭幼鸟的扩散，2016年6月13日在对泰湖国家湿地公园繁殖的白琵鹭幼鸟进行了环志并给1只幼鸟佩戴了无线电跟踪器。跟踪器为背负式，型号为HQBP3527，规格60 mm×32 mm×35 mm，重量为27 g，由中国湖南环球信士有限公司提供。

2.2 数据的采集及分析

对编号为HQ035的幼鸟活动及扩散行为进行了监测。追踪器定时数据周期1 h，实时追踪周期5 min。追踪时间为2016年6月14日至10月17日。获取白琵鹭幼鸟离巢前及离巢后活动范围的数据，包括时间、经度、纬度、飞行速度、飞行高度、温度以及精度来进行相关研究。总共追踪时间为125 d，获得的传回信号点2984个，定位精度分别为A、B、C、D和无效5个等级，精度依次递减。其中A、B、C类有效数据较高的点有1917个，占总位点数的64.2%，本研究使用精度在50 m内的等级A、B、C来分析白琵鹭幼鸟的活动区域。白琵鹭幼鸟活动区域、日活动半径我们采用ArcGIS中的home range tools 模块最小多边形法(minimum convex polygon，MCP)法进行分析，总飞行距离、日飞行距离、栖息地与取食地距离以及温度、飞行高度与年龄变化运用SPSS20.0和MATLAB 7.0进行处理，计算研究白琵鹭离巢后不同阶段的行为特征。

2.3 雏鸟扩散范围

以白琵鹭巢址100 m半径为其巢址范围，超过100 m的范围则认为白琵鹭已经具备初步飞行能力，白琵鹭为半晚成鸟，离巢前会进行试飞活动，但是晚上仍然飞回巢址。通过研究不同日龄的白琵鹭幼鸟活动范围，了解幼鸟的活动及扩散能力。

根据白琵鹭幼鸟离巢后的扩散时间可以分为4个阶段：近巢扩散(near nest spread，2016年6月14日～6月28日，计15 d，NNS)，雏鸟刚具飞行能力，只能进行短距离的滑翔不离开繁殖地，飞行距离仅300 m内；近距离扩散(short distance spread，2016年6月29日～8月5日，计38 d，SDS)，雏鸟具有一定的飞行能力，但不能进行长距离飞行，到繁殖地附近的湿地活动，离巢距离不超过50 km；中距离扩散(middle distance spread，2016年8月6日～9月11日，计37 d，MDS)，雏鸟可以进行较长时间飞行，离巢距离不超过70 km；远距离扩散(long distance spread，2016 年9月12日～10月16日，计35 d，LDS)：雏鸟已经具备长距离飞行能力，离巢距离超过100 km。

2.4 扩散行为定义

2.4.1 日活动半径(km)：以零时(00：00)监测位点为圆点，白琵鹭幼鸟24 h活动的最远距离；2.4.2 日活动距离(km)：以零时(00：00)为起始点，白琵鹭幼鸟24 h活动距离之和；2.4.3 日活动面积(km2)：以零时(00：00)为起点，白琵鹭幼鸟24 h活动记录最外侧位点连线所包含的面积；2.4.4 最大活动面积(km2)：某一时期内，白琵鹭幼鸟日活动的最大面积；2.4.5 飞行高度(m)：白琵鹭幼鸟飞行的海拔高度；2.4.6 飞行速度(km/h)：白琵鹭幼鸟每小时飞行的距离。

3 研究结果

3.1 白琵鹭离巢后扩散范围变化

白琵鹭雏鸟在30日龄时，羽毛丰满，开始在巢附近进行试飞活动，活动最大半径为300 m。离巢前期共收到329个位点记录，有效点位260个，占总点位的79.0%。根据位点记录，利用MCP法计算，雏鸟离巢前期最大活动面积为0.09 km2。离巢初期共记录到数据点906个，其中有效点位618个，占总点位的68.2%，根据点位计算出最大活动面积为11.60 km2。离巢中期共记录到点位887个，其中有效点位431个，占总点位的48.6%，根据数据计算出最大活动面积为15.70 km2。离巢后期共记录到点位889个，其中有效点位621个，占总点位的69.8%，通过数据得出最大活动面积为24.80 km2。通过对以上不同时期数据点的研究，得出不同时期扩散距离、扩散面积、日活动半径、日活动总距离(表1)。

表1 不同时期白琵鹭活动距离及面积

Tab.1 The active distance and areas of young bird in different period

通过以上数据分析可以看出白琵鹭在离巢前期活动范围较小，日活动半径为100 m，日活动面积为0.03 km2，这是因为离巢前期白琵鹭在进行试飞活动，还不能进行长时间飞行。以后，随着日龄增加，雏鸟已经具备基本的飞行能力，日活动半径和日活动面积逐渐增大，扩散能力增强。

3.2 白琵鹭离巢后飞行能力变化

通过MATLAB对白琵鹭不同阶段飞行速度、飞行高度和日活动总距离数据分析，研究白琵鹭的飞行能力；共获得数据点2984个，其中有效数据点1917个，占总位点数的64.2%，通过计算，获得了白琵鹭幼鸟不同阶段飞行速度与高度的数据(表2)。

表2 白琵鹭不同时期飞行高度与速度的变化

Tab.2 The flight duration and flight speed of the young in different period

通过MATLAB分析(数据相关性值为1，则为极大正相关，-1为极大负相关)，得到高度、飞行速度、飞行距离与离巢时间的相关性分别为0.9898、0.9304、0.9656，为强相关系。

通过分析可以得出白琵鹭不同时期，飞行高度逐渐提高，由离巢前期的105 m逐渐增加到离巢后期的121 m；同样随着离巢时间的增长，飞行速度也逐渐变快，由离巢前期的2.12 km/h增加到离巢后期的24.22 km/h，日活动总距离由离巢前期的1.58 km增加到离巢后期的86.63 km。从而得出白琵鹭离巢前期与离巢后期的飞行高度、飞行速度以及日活动距离都逐渐增强。可见随着时间的增长白琵鹭的飞行能力逐渐增强，飞行能力与时间成正相关。

3.3 白琵鹭离巢后夜栖地与觅食地的变化

白琵鹭离巢后，每天5：00开始觅食活动，20：00后开始休息，通过对离巢前期、离巢初期、离巢中期、离巢后期4个阶段200个数据点进行分析，得出觅食地与栖息地的平均距离(表3)。

表3 白琵鹭夜栖地与觅食地平均距离

Tab.4 The distance between night site and feed site of white spoonbill

从以上数据分析可以看出白琵鹭夜栖地与觅食地有一定距离，说明白琵鹭夜栖地与觅食地不在同一地点，在离巢前期由于幼鸟活动能力弱，夜晚还要回巢过夜，因而觅食均围绕巢周进行，觅食地距巢在0.13 km。在离巢初期和离巢中期幼鸟具备一定的飞行能力，夜晚也不再归巢，此时夜栖地多选择芦苇深处，人迹罕至之处；夜栖地与觅食地距离达1 km以上。而在离巢后期，雏鸟飞行能力更强，可以到更广阔的区域活动，每日活动面积增大，夜栖地与觅食地距离也就更远，达到3.21 km。从表3也可以看出，白琵鹭觅食生境多在湖泊或河流等明水区域，而夜栖地多选择芦苇塘。由此可以看出，白琵鹭觅食地都在水面附近，周围食物丰富；夜栖地则在芦苇深处，人为干扰较小，相对安全的环境中。

4 结论

通过研究发现随着白琵鹭雏鸟日龄的增加，身体各器官发育完善，其飞行能力不断增强，其扩散范围也逐渐扩大，当体能和飞行能力达到可以进行长距离飞行时，则随白琵鹭种群一起迁往越冬地。

4.1 随着日龄增长，白琵鹭雏鸟活动半径、活动距离和活动面积不断增大。在离巢前期，白琵鹭雏鸟刚具有飞行能力，飞行能力弱，每日的活动半径、活动距离和活动面积均较小，仅为0.1 km、1.58 km和0.03 km2；随着雏鸟不断生长发育，活动能力也越来越强，到离巢后期体型与成鸟相近，具有长距离飞行的能力，每日的活动半径、活动距离和活动面积达到了2.25 km、86.63 km和15.90 km2，基本上达到了成鸟的日活动水平。

4.2 随着年龄的增长，雏鸟飞行速度由离巢前期的2.12 km/h增加到离巢后期的24.22 km/h。雏鸟飞行速度增加较快，但飞行高度变化不大，仅由离巢初期的105 m增加到离巢后期的121 m。

4.3 白琵鹭夜栖地与觅食地之间存在一定的距离，白琵鹭夜栖地的选择比较严格，大都在人为干扰较小的芦苇塘深处，而觅食地多在食物丰富的开阔水面附近。