基于鸟类生物完整性指数的苏州湿地健康评价∗

肖科沂 朱 颖 周敏军 范如宇

1 苏州科技大学建筑与城市规划学院 江苏苏州 215011

2 高新区狮山绿羽生态环境咨询工作室 江苏苏州 215000

美国学者Karr[1]最早提出生物完整性指数(Index of biotic integrity,IBI),主要利用鱼作为指示物种构建IBI体系,对河流的健康状况进行评价。我国学者王备新[2]首次对水生生物指数进行筛选,构建评价水体健康标准,评价黄山溪流生态系统的健康状况。蔡琨等[3]应用藻类IBI对太湖水体进行评价,完善大型湖泊生态系统评价体系。随着研究的深入,IBI的指示生物种类有了广泛扩展。水鸟作为湿地生态系统中的顶级消费者,其生活史与湿地密切相关[4－5],且对湿地状况的变化较为敏感,较强的移动能力使水鸟对湿地水环境的改变有快速的反应[6－7],因而成为湿地最敏感的指示物种。以鸟类完整性指数进行湿地健康水平评价,对完善湿地评价体系具有积极作用,也可为湿地保护与管理提供依据。

国内学者于1981年开展水鸟与湿地环境关系的研究,王勇军等[8]针对东方白鹳越冬生态的研究发现,东方白鹳的栖息与湿地状况密切相关。贾亦飞等[9]通过建立GAM模型进行水鸟和水位变化的分析发现,水位波动对鄱阳湖湿地不同水鸟的栖息地选择有不同影响。这些研究表明,水鸟对湿地有积极的响应关系。当前以鸟类作为IBI的指示生物评价湿地健康的研究尚不多见。本文以苏州市湿地为研究对象,选择9处典型湿地,分别于2019年5月和10月进行鸟类调查,分析不同样地的水鸟群落结构特征变化状况与差异,运用鸟类完整性指数(Bird-IBI)构建苏州湿地健康评价体系对其健康状况进行评价,为湿地的管理及生态修复提供数据支持。

1 研究材料与方法

1.1 研究区概况

苏州(119°55′~121°20′E,30°47′~32°02′N)地处江苏省东南部、长江三角洲中部,总面积8 488.42 km2；境内河湖众多,水域面积占全市总面积的42.5%,是苏州健康发展的重要生态资源。苏州湿地资源丰富、类型多样,为水鸟提供多样的栖息地,是东亚至澳大利西亚水鸟迁徙的重要中转站。2019年苏州湿地共记录鸟类11目38科215种,占江苏省鸟类种数的48.10%,其中包括国家二级保护鸟类24种,世界自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature,IUCN)红色名录15种。鸟类的多样性体现了苏州湿地保护建设成效显著。为探明苏州湿地健康状况,在苏州不同区域设置9处湿地样地进行鸟类调查(表1),并对其湿地现状进行分析。

表1 苏州9处湿地概况

1.2 调查方法

本研究于2019年5月(春)和10月(秋)晴朗无风天气,采用样线法和样点法相结合的方式[10],对样地内鸟类的数量和种类进行调查与统计,每月调查2次。选择鸟类活动频繁的时间段,即日出后2 h或日落前2 h内,应用“精确计数”与“集团统计法”记录当月观测到的鸟类种类和最大值。调查时使用8×42倍的双筒望远镜和单筒望远镜(SWAROVSKI ATX 30－70×95)对样地内的野生鸟类进行观察,使用100~400 mm长焦镜头的单反相机(Canon 7D MarkII)对鸟类进行拍摄,无法观测的鸟类通过辨别叫声确认其种类。鸟类鉴定以«中国鸟类分类与分布名录» «中国鸟类野外手册»«Birds of East Asia»为依据。

1.3 Bird-IBI评价体系构建

Bird-IBI评价体系的构建包括以下3部分内容[11－12]。

1)参照点及受损点的选择。参照点指未受人类干扰或干扰程度较低处,受损点指受到人类活动干扰较强处。由于鸟类迁飞能力较强,活动范围较大,因此将每1处湿地视为1个点。参照2019苏州市湿地保护年报调查结果,以及各样地环境因素等条件,以湿地年报综合评分高于70分、人类干扰较少、水质在Ⅲ类标准及以上的湿地[13]作为参照点,其余为受损点。

2)确定候选生物参数指标。为体现鸟类群落结构特征,选择能够综合反映湿地鸟类物种丰富度、物种多样性、鸟类敏感性作为候选生物指标,并对选取的指标进行分布范围和判别能力分析,去除不适宜参与构建Bird-IBI的候选指标。判别能力分析参照Barbour[14]提出的方法,运用箱线图检测25%~75%内参照点和受损点是否存在箱体重叠。

3)构建Bird-IBI评价体系。运用比值法[15]计算生物参数指数。随干扰程度增强而降低的生物指标值的最佳值设为95%分位数,随干扰增强而升高的生物指数值的最佳值设为5%分位数。参照各参数指标值的分布情况,选择合适的公式计算生物指标值。要求限定计算后结果范围为[0,1],若计算结果大于1表明已优于最佳值,记为1。

累加筛选出生物指标值,得到每个样地的Bird-IBI值。将参照点75%分位数作为“健康”等级,小于75%分位数四等分为“亚健康” “一般”“差”“极差”4个等级。

2 结果与分析

2.1 湿地鸟类群落结构

苏州市9处湿地共记录到鸟类183种,隶属15目37科。春季记录到鸟类124种,隶属14目34科；秋季记录到鸟类145种,隶属14目34科。雀形目鸟类的种类最多,占鸟类总种数的49.18%；雁鸭类占鸟类总种数的8.20%,鸻鹬类占10.38%。

调查发现,苏州湿地春秋两季鸟类停歇过境活动频繁,其种类和数目有较大的变化(表2)。总体而言,苏州湿地秋季所观测到的鸟类数量大于春季,主要是由于秋季雁鸭类和鸻鹬类水鸟较春季大幅增加,此类水鸟在长江以南大部分为冬候鸟,秋冬季节来此短暂停留或越冬。沙家浜湿地秋季观测到鸟的种类与数量远小于春季,是因为秋季大量白鹭(Egretta garzetta)聚集于此,其他水鸟的生存空间少,多样性降低。

表2 9处湿地鸟类观测结果

从图1和图2可知,春秋两季雀形目鸟类均大量出现在苏州各湿地,构成湿地最主要的鸟类群体。苏州湿地常年栖息有鹳形目水鸟,表明湿地是其理想的生存环境。隼形目鸟类较多分布于太湖湖滨和三山岛,其中太湖湖滨湖面开阔,拥有丰富的食物资源且人为干扰较少；三山岛以次生林地和丘陵地貌吸引隼形目停留。鸻形目水鸟多出现在太湖绿洲、天福和秋季的同里湿地,这几处湿地拥有开阔平坦的浅水区为鸻形目提供良好的栖息觅食之处。

图1 春季苏州各湿地水鸟种类数

图2 秋季苏州各湿地水鸟种类数

2.2 鸟类完整性评价

2.2.1 参照点及受损点分布

在9处湿地中确定太湖绿洲、沙家浜和天福湿地3处作为参照点(主要分布于太湖沿岸或中小型湖泊旁),其余6处(阳澄湖、三山岛、天福、金仓湖、太湖湖滨和太湖湿地)为受损点。

2.2.2 Bird-IBI体系构建

参照国内外生物完整性研究[16－18],结合本次调查情况,选择以下12个指标作为候选参数(表3)；运用箱线图对这12个指标进行分析,确定M2、M7、M8、M9和M11这5个指标符合评价标准,保留以上指标进一步分析。

表3 Bird-IBI的候选参数及其描述

对筛选的指标进行Spearman分析,结果(表4)表明,M7与M8呈显著正相关(r>0.9),去除Simpson指数,其余4个参数均予以保留。因此苏州湿地鸟类完整性评估的最终指标为M2、M7、M9和M11。

表4 Bird-IBI候选生物参数Spearman相关分析矩阵

2.2.3 Bird－IBI评价

根据指标对干扰的反应,确定各指标计算方法(表5)；累加选定参数的计算值得到苏州各湿地Bird－IBI结果。以参照点75%百分位数为健康等级标准,确定苏州湿地Bird－IBI评价标准:健康(Bird－IBI≥3.95)、亚健康(2.56≤Bird－IBI<3.95)、一般(1.97≤Bird－IBI<2.56)、差(0.98≤Bird－IBI<1.97)、极差(Bird－IBI<0.98)。

表5 核心参数及计算公式

苏州市9处湿地健康等级评价(表6)结果表明:空间分布上,苏州湿地健康状况没有呈现明显规律；时间尺度上,春、秋两季9处样地18个Bird-IBI值中,同里和沙家浜湿地春季Bird-IBI高于秋季,其余湿地秋季Bird-IBI值均高于春季,原因是大量雁鸭类水鸟在9、10月份来此越冬,鸟类种类和数量增多。处于“健康”状态的为太湖绿洲和天福湿地, “亚健康”为三山岛、同里和沙家浜湿地, “一般”为金仓湖、太湖和太湖湖滨湿地,仅有阳澄湖湿地为“差”。

表6 基于Bird-IBI的苏州湿地健康评价结果

观察参照点和受损点的Bird-IBI值,参照点均为“健康”和“亚健康”,受损点无“健康”,均为“亚健康” “一般”和“差”。说明构建的Bird-IBI评价区分度较好。

3 讨论

本研究中9处样地的鸟类完整性指数差异较大,表明9处样地处于不同的湿地健康水平,主要受湿地栖息地类型的丰富性和周边土地利用开发强度的影响。湿地栖息地类型丰富,周边开发程度较低,人为干扰较少的湿地Bird-IBI得分较高,健康状况较好；反之则得分低,健康状况较差。

太湖绿洲湿地Bird-IBI得分最高,是因为该湿地距离城市较远,人为干扰相对较少,且有大面积受保护水域、滨水芦苇植被带、鱼塘浅滩、人工林地等类型丰富的栖息空间,能为多种鸟类提供栖息地和迁徒中转站。三山岛和同里湿地健康状况均为“亚健康”,原因在于这2处湿地栖息地类型丰富,含有小型湖泊、水塘、浅滩、水稻田及人工林地等,为雁鸭类、鸻鹬类、鹭类以及林鸟等提供丰富的栖息环境。阳澄湖湿地Bird-IBI得分最低,原因在于阳澄湖湿地距离城市较近、周边水产养殖业发达、建设开发程度较高,严重影响鸟类活动,因此鸟类多样性整体偏低[19－20]。

IBI是应用广泛的湿地健康评价方法之一,本研究基于鸟类对湿地健康的表征作用,以Bird-IBI评价苏州湿地的健康水平。研究发现,按照IBI方法构建的指标体系更多地关注物种的多样性与丰富度,而对于物种栖息环境的指标表达不足。就水鸟而言,它们不仅受食物的影响,更受栖息地类型的影响,如果仅存在单一类型的栖息地,即便食物极为丰富,也只能观测到对此类栖息地具有偏好的鸟类。因此,在选择特定物种构建IBI指标体系时,需要对物种进行分析,进一步完善指标体系,使其更具有科学性和全面性。

4 结论

通过对湿地鸟类观测与鉴定,本研究共记录到鸟类183种,隶属于15目37科,其中雀形目鸟类种数最多；苏州湿地春秋两季鸟类停歇过境活动频繁,其种类和数目变化较大。

构建Bird-IBI评价体系对苏州湿地健康状况进行评价的结果表明,太湖绿洲、天福湿地处于“健康”状态,阳澄湖湿地处于“差”状态,其余均处于“亚健康”和“一般”状态。

从时间尺度看,2019年春、秋季9处样地18个IBI值中,除同里和沙家浜以外,其余湿地秋季Bird-IBI得分均高于春季,健康状况也较春季好；从空间尺度看,苏州湿地的Bird-IBI得分没有呈现明显规律。