盐城自然保护区典型农田不同作物期的鸟类群落及其对生境的利用

张芳, 王淼, 钟稚昉, 鲁长虎, 王健翮, 张燕



盐城自然保护区典型农田不同作物期的鸟类群落及其对生境的利用

张芳, 王淼, 钟稚昉, 鲁长虎*, 王健翮, 张燕

南京林业大学南方现代林业协同创新中心, 生物与环境学院, 江苏 南京 210037

盐城滨海滩涂湿地存在较大范围的围垦, 围垦后农田的利用方式与鸟类群落的关系研究对土地的科学管理和鸟类保护具有重要意义。2014年12月至2015年11月期间, 在盐城湿地珍禽国家级自然保护区缓冲区中路港区域面积为600 hm2的典型农田生境设置了4条鸟类调查样带, 总面积26.3 hm2, 逐月对不同作物期的鸟类群落及生境利用方式进行了研究。结果表明, 在农田栖息的鸟类种数共70种, 隶属11目33科, 优势种有豆雁()、灰鹤()等。中路港农田在一年中的两种不同作物时期吸引到的鸟类种数基本相同, 但组成存在显著差异, 两种时期吸引的水鸟的数量均大于林鸟数量。采用MOSAIC PLOT模型分析鸟类对农田的利用方式, 鸟类在油菜期对农田的利用方式主要为觅食, 主要种类为豆雁、灰鹤等, 在水稻期, 则为觅食、栖息, 主要种类为鸻鹬类。从栖息地管理的角度看, 农田土地的利用类型和食物的丰富程度对鸟类的选择有重要影响作用, 在农田不同作物期保留一定的谷物或降低人类干扰程度, 有利于提高鸟类多样性。

盐城自然保护区; 农田; 鸟类群落; MOSAIC PLOT模型

0 前言

滨海湿地是迁徙候鸟重要的栖息地, 但沿海地区同时存在土地需求紧迫的状况, 这导致了对滨海湿地持续不断的围垦。长期以来的围垦和湿地改造, 使得滨海自然湿地面积迅速减少[1-2]。鸟类能否利用围垦后的湿地、围垦后土地的利用方式与鸟类群落的关系等研究一直受到重视, 这对土地的科学管理和鸟类保护具有重要意义[3-4]。在我国沿海地区, 湿地围垦的初期通常用作水产养殖塘, 作为一种人工湿地类型, 可能吸引鸟类的栖息与利用[5-6]。水产养殖塘的管理方式、环境因子等与鸟类的利用有密切关系[7]。随着围垦时间的推移, 沿海滩涂淤涨后高程的变化、经济效益变化等多种原因, 很多围垦的养殖塘常被改作种植作物的农田, 这种土地利用方式的改变必然导致鸟类群落组成演替与变化。

农田生境的人类活动干扰较大, 但作为一种广泛分布的栖息地, 能够吸引种类和数量众多的鸟类停歇、觅食、繁殖[8]。在冬季, 淡水湖泊周边集中连片的农田可吸引灰鹤()、豆雁()等大型鸟类在此觅食和栖息[9-10]。农田的不同管理方式影响鸟类群落的组成, 如传统模式水稻田对水鸟的招引效果显著优于机械化模式水稻田[11]。国外一些研究表明, 减少了除草剂的使用后, 农田边缘有多样化的植物和无脊椎动物, 可为野生鸟类提供了较多的食物资源[12]。不过, 总体上看, 集约化生产等高强度的干扰下, 农田鸟类整体呈下降趋势[13-15], 农田鸟类多样性常常低于林地等其他生境[16]。

盐城湿地珍禽国家级自然保护区拥有我国面积最大的沿海滩涂湿地, 是迁徙候鸟重要的栖息地。盐城滨海滩涂湿地存在较大范围的围垦, 形成了由陆向海的生境梯度分布, 分别为农田、水产养殖塘、芦苇湿地、滩涂[6], 农田面积所占比例近占盐城滨海湿地总面积的三分之一[17]。保护区内的农田一年两熟, 冬春季种植油菜或小麦, 夏秋季种植水稻。典型的保护区农田有两个特点, 一是大面积连片, 机械化生产, 一年中的人类活动时间较少; 二是其经过湿地改造而来, 保留了一些小型的自然沟渠, 并且栽种了一些防护林带。作为保护区内重要的生境组成, 农田是否能作为鸟类的栖息地？一年中水稻和油菜不同耕作期的鸟类群落组成有何差异？本研究试图通过对保护区典型农田生境内的鸟类群落进行为期一年的研究, 探讨鸟类群落多样性与农田不同土地利用方式之间的关系。

1 研究地与研究方法

1.1 研究地概况

研究地位于盐城珍禽自然保护区北一缓冲区, 地理位置位于大丰区境内中路港区域东侧(33° 31′13″—33°33′26″N, 120°31′13″—120°33′26″E), 农田总面积600 hm2。中路港区域农田生境主要由农田和沟渠组成, 农田中密布用于灌溉排水的进水沟或排水沟, 沟渠等, 周边为防护林。研究期间的2014年12月至次年5月, 播种油菜(称为油菜期), 农田中无水, 只有部分排水沟和沟渠内有少量积水; 2015年6月至同年11月, 种植水稻(称为水稻期), 在放水灌浆期中, 农田内明水面积大幅度增加。中路港农田由机械化统一管理, 除了播种和收割工作期间, 其他时间人工干扰强度较低。

1.2 研究方法

1.2.1 样带设置与生境因子测定

鸟类群落调查采用样带法, 根据农田中地形和田埂走向, 共设置四条样带(图1), 长度分别为540 m、760 m、720 m、610 m, 调查时观察并记录两侧50 m的鸟类种类和数量, 调查面积共26.3 hm2。

中路港农田为标准化农田, 地势较平坦, 除统一收割、翻地、播种外, 人为干扰较小, 结合这种特点, 选择了三种生境因子, 分别是水深、植被高度、植被盖度(表1)。水深采用实地勘察、测量, 在进行放水作业农田有积水时, 站在田埂上, 手持钢卷尺直接测得。植被高度为作物露出土地以上的高度, 由于播种时期一致, 生长速度也大致相近, 在测量时用钢卷尺测得植被高度。植被盖度指每片农田中作物的地上部分的垂直投影面积与农田面积的百分比。

图1 盐城自然保护区中路港农田鸟类调查样带示意图

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

表1 盐城自然保护区中路港农田生境植被群落特征值

1.2.2 鸟类调查方法

农田鸟类调查在2014年12月至2015年11月进行, 每月调查全部样带。调查时间为早晚两次, 选择以当地日出前1 h至上午9时和日落前2 h为主。调查时行走速度维持在1.5—2km·h-1, 借助双筒望远镜(10×), 记录所观察到的鸟类种类和数量、鸟类行为、栖息物类型及所在的生境特征, 并用相机拍照。为避免重复记录, 只记录由前向后飞的鸟类, 穿过样线和由后向前飞的鸟类不予计数。

鸟类调查使用仪器有: STEINER10×26双筒望远镜、GARMIN手持GPS、NEWCON激光测距仪、Canon EOS7D相机外接100—400mm镜头拍照、《中国鸟类野外手册》作为鉴别鸟类参考。

1.2.3 鸟类群落参数处理

均匀度指标采用Pielou指数()进行计算, 计算公式为:

优势度指标()采用Simpson指数计算, 计算公式为:

密度的计公式为:

=/

式中,为鸟类密度,为样带内记录的鸟类数量,为测得的样带面积。

根据记录到的个体数占整个调查中统计到鸟类总数的百分比确定水鸟的多度等级, 其中, 大于10%定义为优势种, 1%—10%定义为常见种, 小于1%定义为少见种。

使用Microsoft Excel 2007软件进行数据处理和制表。文中数据均采用平均值±标准误(Mean±SE)表示,＜0.05视为差异显著,＜0.01视为差异极显著。

1.2.4 鸟类利用农田MOSAIC PLOT模型

MOSAIC PLOT是用图像的方式来展示分类数据(Categorical data)。当变量为分类型变量(Cate­gorical variable), 且数目多于三个时, 根据维度, 将数据进行映射, 用MOSAIC PLOT实现多维数据的比例展示, 达到信息可视化。MOSAIC PLOT中嵌套矩阵面积正比于单元格频率, 颜色和阴影可表示拟合模型的残差值[18-20]。

本研究采用MOSAIC PLOT模型在多尺度上比较鸟类在不同作物期对农田生境的利用情况。选择了4个参数: 鸟类(birds)、季节(seasons)、行为(behavior)、方位(position), 每个参数定义了不同变量: 林鸟(forestbirds)、水鸟(waterfowl)、春季(spring)、夏季(summer)、秋季(autumn)、冬季(winter)、觅食(foraging)、其他(others)、沟渠(balk)、田间(fields)。为方便计算, 每个季节作为一个处理节点, 冬春季为油菜期, 夏秋季为水稻期。用R软件对上述变量进行处理, 以可视化的方式, 绘制鸟类利用农田MOSAIC PLOT模型。

2 结果与分析

2.1 鸟类群落种类组成与密度

野外调查共记录到鸟类3527只, 隶属于11目33科70种(表2)。其中, 国家I级保护鸟类1种, 为丹顶鹤(); 国家II级保护鸟类7种, 分别为白尾鹞()、短耳鸮()、红隼()、燕隼()、灰背隼()、灰鹤()、小杓鹬()。优势种仅两种, 豆雁()和灰鹤()。常见种有白鹭()、牛背鹭()、珠颈斑鸠()、家燕()、白鹡鸰()、灰椋鸟()、喜鹊()、棕头鸦雀()、麻雀()、小鹀()。

由表2可知, 中路港农田在一年中的两种不同作物时期吸引到的鸟类种数基本相同, 但组成存在差异。从种类上看, 油菜期(冬季和春季)吸引的林鸟更多, 水稻期(夏季和秋季)鹭类和鸻鹬类较为集中, 其他林鸟水鸟的种数差异不明显; 从数量上看, 水稻期吸引的鸟类数量远远多于油菜期, 两种时期吸引的水鸟的数量均大于林鸟数量。

2.2 鸟类群落多样性及不同作物期的变化

中路港农田生境鸟类种数月际变化较明显(图2), 最高为12月, 记录鸟类30种, 最低为2月和5月, 分别记录鸟类14种。鸟类的密度有两个高峰期(图2), 分别为2月(1.105只·hm-2)、11月(1.385只·hm-2); 两个低谷期, 分别为4月(0.129只·hm-2)、8月(0.212只·hm-2)。

对中路港农田全年两种不同土地利用方式下的鸟类群落结构进行分析发现, 油菜期和水稻期鸟类群落的多样性指数()、均匀度指数()和优势度指数()均无显著差异, 油菜期鸟类群落的各项指数值均略高于水稻期鸟类群落的各项指数值(表3)。

2.3 鸟类利用农田MOSAIC PLOT模型

根据中路港农田鸟类种数的记录情况和当地气候, 将全年分为春、夏、秋、冬, 四个季节。冬季与春季种植油菜, 夏季与秋季种植水稻。记录的鸟类分为水鸟与林鸟, 以数量和种类为实体, 绘制在油菜期和水稻期这两种不同土地利用方式中, 鸟类利用农田模型MOSAIC PLOT, 在各变量相互独立的情况下, 对多个分类变量进行可视化分析。

表2 盐城自然保护区中路港农田鸟类群落组成及密度季变化

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

种类密度(只·hm-2) 冬季春季夏季秋季 1. 苍鹭Ardea cinerea-0.4180.1520.342 2. 大白鹭Casmerodius albus---0.190 3. 白鹭Egretta garzetta-0.4942.3190.989 4. 牛背鹭Bubulcus ibis--4.7530.038 5. 池鹭Ardeola bacchus-0.1520.6080.228 6. 夜鹭Nycticorax nycticorax-0.0380.1140.114 7. 豆雁Anser fabalis20.799--41.711 8. 绿头鸭Anas platyrhynchos-0.114-- 9. 白尾鹞Circus cyaneus0.038--0.038 10. 红隼Falco tinnunculus0.114-0.0720.038 11. 灰背隼Falco columbarius0.0380.038-- 12. 燕隼Falco subbuteo0.038--0.038 13. 雉鸡Phasianus colchicus0.0760.0720.0380.076 14. 灰鹤Grus grus9.962--4.981 15. 丹顶鹤Grus japonensis0.152--- 16. 黑水鸡Gallinula chloropus-0.1900.2280.152 17. 黑翅长脚鹬Himantopushimantopus--1.140- 18. 凤头麦鸡Vanellus vanellus0.380--0.304 19. 灰头麦鸡Vanellus cinereus-0.0760.912- 20. 扇尾沙锥Gallinago gallinago--0.114- 21. 小杓鹬Numenius minutus-0.0380.0380.228 22. 白腰杓鹬Numenius arquata--0.0380.114 23. 鹤鹬Tringa erythropus---0.076 24. 红脚鹬Tringa totanus--0.076- 25. 泽鹬Tringa stagnatilis--0.0380.076 26. 青脚鹬Tringa nebularia--0.228- 27. 白腰草鹬Tringa ochropus---0.304 28. 林鹬Tringa glareola--0.9500.266 29. 矶鹬Actitis hypoleucos--0.1520.190 30. 织女银鸥Larus vegae0.114--- 31. 红嘴鸥Larus ridibundus0.266--- 32. 普通燕鸥Sterna hirundo-0.038-- 33. 白翅浮鸥Chlidonias leucoptera--0.076- 34. 山斑鸠Streptopelia orientalis0.1900.1140.076- 35. 珠颈斑鸠Streptopelia chinensis1.3460.1900.3040.342 36. 大杜鹃Cuculus canorus-0.0760.890- 37. 噪鹃Eudynamys scolopaceus-0.0380.228- 38. 短耳鸮Asio flammeus0.076--- 39. 普通翠鸟Alcedo atthis-0.038-0.038 40. 戴胜Upupa epops0.076-0.228- 41. 云雀Alauda arvensis0.0380.038-- 42. 小云雀Alauda gulgula0.1900.038-0.038

续表

种类密度(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. 黄鹡鸰Motacilla flava-0.038-0.076 47. 黄腹鹨Anthus rubescens-0.038-0.152 48. 白头鹎Pycnonotus sinensis0.3420.1520.3420.228 49. 红尾伯劳Lanius cristatus-0.076-- 50. 棕背伯劳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. 灰椋鸟Sturnia cineraceus-0.1522.2440.152 54. 喜鹊Pica pica1.2160.9880.8740.836 55. 北红尾鸲Phoenicurus auroreus0.2660.114-0.228 56. 乌鸫Turdus merula0.570--0.380 57. 棕头鸦雀Paradoxornis webbianus0.6840.4560.5320.836 58. 棕扇尾莺Cisticola juncidis0.038--- 59. 纯色山鹪莺Prinia inornata0.1140.038-0.380 60. 强脚树莺Cettia fortipes-0.1140.076- 61. 黑眉苇莺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. 黑尾蜡嘴雀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. 灰头鹀Emberiza spodocephala0.304--- 69. 苇鹀Emberiza pallasi0.6460.646-- 70. 芦鹀Emberiza schoeniclus0.190---

图2 盐城自然保护区中路港农田鸟类种数和密度月际变化

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

中路港农田鸟类种类及利用方位方式MOSAIC PLOT模型表明(图3), 春季林鸟多在农田的沟渠中活动, 记录到的其他行为(如游水、行走、打斗等)最多。整体看来, 油菜期的林鸟种数明显多于水鸟种数, 利用生境多为沟渠; 水稻期, 林鸟和水鸟在沟渠的行为较为相似, 但是在田间有所不同, 秋季林鸟的取食行为明显高于其他行为, 这可能与时间处于秋收季节有关。在利用农田方面, 各个时段中, 沟渠的鸟类种数都多于田间的鸟类种数。

表3 盐城自然保护区中路港农田不同作物期鸟类群落多重比较

中路港农田鸟类数量及利用方位方式MOSAIC PLOT模型表明(图4), 水稻期吸引的鸟类数量远远多于油菜期, 且水鸟数量高于林鸟数量。油菜期, 利用农田的鸟类数量较少, 但分布比较均匀, 水稻期, 利用农田的鸟类数量较多, 且林鸟多在沟渠中活动, 水鸟则集中在田间活动, 这可能与水稻灌浆期的特殊时间相对应。从利用农田方位来看, 林鸟和水鸟在秋季和冬季对于农田的选择有明显的区别, 林鸟在秋冬两季偏好在沟渠中活动, 少量分布在田间, 水鸟则相反, 集中大量在田间分布。

图3 盐城自然保护区中路港农田鸟类种类及利用方位方式

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

图4 盐城自然保护区中路港农田鸟类数量及利用方位方式

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

3 讨论

盐城自然保护区农田生境多由湿地围垦而来, 农田面积一般具有较大规模, 在生境组成上通常保留一些自然沟渠, 栽种有防护林; 在农耕方式上多为机械化, 全年人类活动时间相对较少; 在作物种植上, 明显可分为水稻期和小麦期(或油菜期)两个阶段。本研究表明, 中路港农田全年可吸引许多鸟类利用, 鸟类的种类和数量在月份之间的变化较明显。11月、2月为鸟类冬、春季迁徙高峰, 密度变化较为剧烈。在一年中, 农田的水深、植被高度、植被盖度三种生境因子均发生了不同程度的变化, 吸引到的鸟类也有较大差异。中路港农田栖息的鸟类优势种有豆雁和灰鹤, 常见种有白鹭、牛背鹭、珠颈斑鸠、家燕、白鹡鸰、灰椋鸟、喜鹊、棕头鸦雀、麻雀、小鹀, 上海地域农田鸟类群落的优势种多为麻雀、家燕[21-22], 造成这种差异的主要原因可能是由于上海人口密度较大, 流动人口多, 工业化的发展也影响了农田生境, 所以优势鸟种多为典型的伴人鸟类。在群落多样性组成上, 两个不同土地利用方式时期并未体现出较明显的差异性, 这是因为, 不同时期的土地利用类型吸引到的鸟类种类组成有明显差异, 但在种数上几乎是相等的。

鸟类利用农田MOSAIC PLOT模型表明, 冬季和春季的油菜期, 鸟类对农田的主要利用方式为觅食, 以便顺利度过越冬期, 且之前收割水稻后农田中还有遗留的稻茬和稻穗, 吸引了大量的豆雁和灰鹤栖息其中, 但是在翻地后的农田中未发现有灰鹤活动, 这可能因为翻地会把遗留在地表的谷物翻到地下, 增加了灰鹤寻找食物的难度[23]。夏季和秋季的水稻期, 在收割完油菜进行翻地期间, 吸引了大量的白鹭和牛背鹭前来觅食, 在水稻生长初期, 由于水稻刚刚长高, 田埂的排水沟里有浅水区和少量植被, 适合鸻鹬类在此栖息觅食。对比发现, 鸻形目鸟类的种类和数量在两种不同土地利用方式下均表现出极显著的差异性。沿海鸻鹬类喜潮间带光滩觅食[24], 但在涨潮期需要到内陆湿地栖息。水稻生长期间农田通过沟渠放水, 恰好模拟了鸻鹬类偏好选择的湿地生境, 且此时农田的植被高度并不影响鸻鹬类觅食, 又能提供较高的遮蔽作用[25]。沿海围垦改变了滨海潮滩的自然生境, 影响鸻形目鸟类的食物来源[26], 从MOSAIC PLOT模型可以看出, 许多鸟类集中分布在农田沟渠, 水稻期农田某种程度上能弥补这一点。

盐城自然保护区农田面积分布广泛, 除了本研究中的北一缓冲区外, 实验区的农田更为普遍, 因此, 科学管理保护区内农田, 采用合理的耕作方式将有利于农业与鸟类保护的协调发展。本研究得到的启示有: 水稻收割后不要马上翻地, 在田里多遗留些谷穗, 并可以考虑在鸟类经常取食的农田人工投喂一些玉米等谷物, 为迁徙越冬鸟类提供食物补充; 适当减少植被覆盖过密区域的面积, 为鸟类的活动提供更多空间; 在农田排水后, 可在周围沟渠中保留适当水位, 并保持较低的干扰程度, 满足不同类群鸟类对不同环境因子的需求。通过对不同土地利用类型时期的管理, 农田生境也能够作为大多数鸟类选择觅食、栖息地的补充, 在发挥经济效益的同时进一步发挥其生态功能。

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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

国家自然科学基金项目(31670432); 国家重点研发计划(2016YFC0502704)资助

张芳(1991—), 女, 安徽淮北人, 硕士研究生, 主要从事湿地鸟类生态学研究, E-mail: 461079548@qq.com

鲁长虎, 男, 博士, 教授, E-mail: luchanghu@njfu.com.cn

张芳, 王淼, 钟稚昉, 等. 盐城自然保护区典型农田不同作物期的鸟类群落及其对生境的利用[J]. 生态科学, 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.