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向海自然保护区水鸟多样性分布与水草、水位及人为干扰之间关系的研究
向海自然保护区水鸟多样性分布与水草、水位及人为干扰之间关系的研究 媒体：原创 作者：林宝庆
发布：林宝庆 2011-1-14 8:54:51 摘要：向海自然保护区是典型的湿地类型的自然保护区，区内生境复杂多样，鸟类资源十分丰富。近年来，由于持续的干旱，湿地面积锐减，水鸟栖息地严重丧失或缺乏，水鸟种类、数量变化明显。作者于2004至2008年间，采用样点法和样线法在不同季节对研究区域内的水鸟种类、数量及生境因子进行了调查，并应用逐步向后回归分析的方法，建立不同季节的水鸟多样性指数（Shannon-Weiner index）与水草、水位、人为干扰关系回归模型，并利用计算结果进行系统分析，为制定向海湿地保护计划提供基础数据。
关键词: 向海自然保护区；水鸟多样性；逐步回归模型
Abstract：Xianghai Nation Nature Reserve is a tipical wetland reserve. The habitats of it are complete and multiform, and the bird’s resources are very abundant. Because of the drought, the wetland area decreased sharply, and then the waterfowls' habitat loseed seriously. We used the methds of sapling plots and route survey to observe the birds to collect the species ,population numbers and habit factors of the waterbirds in the research region from 2004-2008. Based on the collected datas, we analysis population structure. Besides,we adopted stepwise regression analysis to establish waterbirds diversity (Shannon-Weiner index) with the elements of aquatic grass, water level and human disturbance in different seasons.The results of our study could provide basic data to formulate the Xianghai wetland protection plan .
Keywords: Xianghai Nature Reserve, Waterbird Diversity， Stepwise Regression Model
湿地是自然界高生产力的生态系统类型，是物种的基因库，为大批野生动物提供了生境，被誉为“生物超市”[1]。湿地的研究也受到了大家的广泛关注[2-7]，而水鸟是野生动物的重要组成部分，在生态系统的营养级中处于顶位，对环境的改变极为敏感，因此水鸟可以作为环境变化的良好指示种和监测种[8]。水鸟多样性能通过食物链影响生态系统的功能，对维持生态系统的平衡有不可替代的作用，且一些鸟类的种群数量少，生境一旦被破坏很难恢复。因此，鸟类多样性的研究是考察生态系统是否平衡的重要指标，能为本地区的野生动物保护工作提供第一手的资料。向海自然保护区成立以来，许多学者对该地区的动植物进行了大量的调查，多集中在单一因子对鸟类多样性的影响[9]，或者只针对某一物种种群数量的研究。有关湿地恢复、湿地生态管理方面的研究多停留在定性分析。本研究全面调查了向海自然保护区水鸟的组成、数量、分布规律，揭示了水鸟多样性的季节变化与水位变化、植被异质性、人为干扰强度等因子之间的关系，为保护区规划设计、保护管理和资源的合理开发利用提供重要资料和理论依据。
1.研究地概况吉林向海国家级自然保护区是以保护丹顶鹤等珍稀水禽为主要目的的内陆湿地和水域生态系统类型自然保护区。保护区位于吉林省西部通榆县境内，西与内蒙古科尔沁国家级自然保护区相毗邻，全区总面积105467公顷，其中湿地面积36100公顷，占总面积的34%。区内地形复杂，生境多样，沙丘、草原、沼泽、湖泊相间分布，纵横交错，多种生物区系与复杂的生态环境相互渗透，构成了较为典型的向海湿地生态系统。1992年作为中国较典型的七大湿地类型自然保护区之一首批加入《国际重要湿地名录》，同年被国际野生生物基金会评审为“具有国际意义的A级自然保护区”；1993年被中国人与生物圈委员会批准纳入“生物圈保护区网络”[10]；
2. 研究方法在研究区域内设置固定监测样点及样线，确定统一的监测方法，对水鸟及其相关生态因子及人为干扰因子等进行监测，以获取监测数据；同时收集相关的气象、水文资料、汇总、建立水鸟物种多样性模型并进行回归分析。
根据丹顶鹤、白枕鹤历史繁殖地及其他重要水鸟统迁徙停歇地历史资料，向海湿地及水鸟分布现状，于不同季节布设固定样点、样线进行监测，较全面地收集向海湿地水鸟多样性分布与生境因子动态数据。
本次研究共布设春季固定样点8个，样线3条；秋季样点9个，样线4条；繁殖季节样点6个，样线2条。每个样点用GPS定位，固定样线以GPS定位起始点和终点。
监测方法：样点调查时选择制高点，2人同时直数记数取平均值；样线调查采用越野车沿线路行使，根据尽量不遗漏、不重复统计的原则，选择观测点，再按照样点调查的方法观测；观测距离以望远镜视野能够辨别种类为准，约1500-3000m（依天气、水鸟个体大小及可视程度）；种类鉴别采用8#双筒望远镜和10#-60#单筒望远镜观测，参考《东北鸟类图鉴》和《中国鸟类野外手册》进行确认。
监测时间与监测频度：每年春季在3月25日至5月10日期进行3期，每期每个监测点观测2次，每期间隔5-7天；秋季自9月15日-10月31日3期，每期每个监测点观测2次，每期间隔5-7天；繁殖季节5月10日-7月30日进行，每个点观测2次。
观测时间：自凌晨3:30时至傍晚19:30时之间（根据水鸟活动时间）。
按季节对主要监测样点、样线水位因子，水草生境因子和人为干扰因子进行统计分析。主要观测因子见表1。其中：水深因子按照15cm为基本单位分成若干等级，当水深超过150cm后，级差增大（见表2）。春、夏和秋季水库水位（深）分别选择4月21日、5月21日和9月21日数据。
表1 向海水鸟多样性与水位、水草及干扰因子相关性分析因子 | |||||||||||||||||||
水位因子特征 | 水草生境特征 | 干扰因素 | |||||||||||||||||
调查点水深 | 向海水库二场水深 | 春季降水量 | 夏季降水量 | 秋季降水量 | 年总降水量 | 苇塘水域 | 蒲草水域 | 疏苇水域 | 近岸浅水域 | 岸边滩涂 | 明水域 | 芦苇盖度 | 芦苇密度 | 蒲草盖度 | 蒲草密度 | 农田 | 放牧 | 捕鱼 | |
深水 | 浅水 | ||||||||||||||||||
表2 向海保护区水位、水草、水鸟三者关系研究主要水鸟监测点水位因子分级 | ||||||||||||
水深范围 (cm) | 0 | 1-15 | 16-30 | 31-45 | 46-60 | 61-75 | 76-90 | |||||
水位等级 | 0 | I | II | III | IV | V | VI | |||||
水深范围 (cm) | 91-105 | 106-120 | 121-135 | 136-150 | 151-200 | 201-300 | >300 | |||||
水位等级 | VII | VIII | IX | X | XI | XII | XIII | |||||
在5年的监测中共记录到水鸟106种214153只，分别隶属于7目17科。2004年秋季至2008年春季监测记录水鸟种类见表3。
表3 项目期间各年份不同季节监测记录到水鸟种类及数量 | ||||||
| 2004年 | 2005年 | 2006年 | 2007年 | 2008年 | |
春季 | 种类 | — | 54 | 53 | 63 | 63 |
数量 | — | 12,584 | 31331 | 25754 | 15323 | |
夏季 | 种类 | 50 | 57 | 55 | 51 | 53 |
数量 | 2450 | 7144 | 3980 | 5494 | 10829 | |
秋季 | 种类 | 42 | 51 | 55 | 53 | — |
数量 | 17095 | 16632 | 32975 | 32562 | — | |
合计 | 种类 | 61 | 70 | 76 | 78 | 67 |
数量 | 19545 | 36360 | 68286 | 63810 | 26152 | |
从水鸟类群分析，在观察到的106种水鸟中，游禽类36种，涉禽类59种（见表4），此3类构成该区域水鸟种群的主体，占本次监测该内区域水鸟种类总数的92.0%（春季93.0%，夏季91.8%，秋季91.2%）。在不同季节，水鸟类群组成差异明显。
表4 向海湿地2004年春至2008年夏不同类群水鸟在各年度不同季节比例 | ||||||
季节 | 年份 | 游 禽 | 涉 禽 | 种类总数 | ||
种数 | % | 种数 | % | 种数 | ||
春季 | 05年 | 29 | 53.7 | 21 | 38.94 | 54 |
06年 | 31 | 58.5 | 17 | 32.1 | 53 | |
07年 | 31 | 49.2 | 28 | 44.5 | 63 | |
08年 | 29 | 46.8 | 30 | 48.4 | 62 | |
平均 | 30.0 | 52.0 | 25.0 | 30.9 | 58.0 | |
夏季 | 04年 | 21 | 41.2 | 26 | 51.0 | 51 |
05年 | 21 | 35.6 | 34 | 57.7 | 59 | |
06年 | 20 | 36.4 | 29 | 52.7 | 55 | |
07年 | 20 | 38.5 | 28 | 53.8 | 52 | |
08年 | 21 | 40.4 | 27 | 51.9 | 52 | |
平均 | 20.6 | 38.4 | 28.8 | 53.4 | 53.8 | |
秋季 | 04年 | 19 | 43.2 | 21 | 47.7 | 44 |
05年 | 20 | 39.2 | 27 | 52．9 | 51 | |
06年 | 24 | 45.3 | 25 | 47.2 | 53 | |
07年 | 25 | 45.5 | 24 | 43.7 | 55 | |
平均 | 22.0 | 43.3 | 24.3 | 47.8 | 50.8 | |
从表中可见：① 在春季游禽占种类总数的比例明显高于涉禽类；② 在繁殖季节则相反，涉禽所占比例明显高于游禽类；③ 秋季则涉禽种类所占的比例略高于游禽类。
监测表明，由于湿地沼泽水域面积缩小、放牧活动频繁等因素的影响，鹤类种群数量相对较少。
3.2水鸟多样性与水草、水位及人为干扰因子的关系回归分析将2005年-2008年3个整年滚水坝、盐铺、尖底泡、大肚泡、雁鸭湖、福泰泡和长龙坨子7个主要水鸟监测固定样点和向海水库一场、二场2条全年监测的监测样线的水鸟种类、数量与水位因子、生境植被因子，以及人为干扰因子进行水鸟物种多样性回归分析，建立相关模型。
表5. 向海自然保护区春季水鸟多样性（Shannon-Weiner index）与水草、水位、人为干扰因子关系的逐步向后回归模型（Backward Stepwise Regression Model）分析结果
（df = 24, R2 = 0.905，F= 13.3598, P < 0.001）（2005 -2007年）
生境变量 (Habitat variable) | 系数（β） | 标准误（SE） | t 值 | P值 |
常数项 （Constant） | 5.864 | 2.239 | 2.619 | 0.020 |
水草因子 |
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芦苇盖度 | -0.025 | 0.007 | -3.576 | 0.003 |
水位因子 |
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样点水深 | 0.150 | 0.040 | 3.739 | 0.002 |
水库水位 | -0.660 | 0.199 | -3.315 | 0.005 |
春季降水量 | 0.119 | 0.046 | 2.566 | 0.022 |
苇塘水域 | -0.342 | 0.188 | -1.817 | 0.091 |
疏苇水域 | 1.303 | 0.420 | 3.100 | 0.008 |
近岸浅水域 | -1.485 | 0.598 | -2.482 | 0.026 |
人为干扰因子 |
|
|
|
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农 田 | -0.833 | 0.261 | -3.187 | 0.007 |
放 牧 | 1.090 | 0.329 | 3.318 | 0.005 |
捕 鱼 | 1.474 | 0.330 | 4.474 | 0.001 |
表5表明，保护区春季水鸟多样性与“样点水深”、“春季降水量”、“疏苇水域”、“放牧”和“捕鱼”因子成正相关，而与“芦苇盖度”、“水库水位”、“苇塘水域”、“近岸浅水域”和“农田”因子成负相关。结果中疏苇水域、放牧和捕鱼3个因子与向海保护区春季水鸟多样性系数大于1，说明该3个因子对春季水鸟多样性影响较大，其中疏苇水域面积增大，水鸟分布种类相应增加，同时个体数量也随之增加，既在增加物种丰富度和异质性2个方面产生影响；而捕鱼因子虽然反映的是人为干扰情况，但同时从另一个角度反映出水鸟食物条件及栖息环境；放牧场所一般地植被条件相对较好，且很多情况下距离水源较近，也是比较适宜水鸟栖息的环境。水鸟多的区域往往是捕鱼及放牧活动频繁的区域，反映出人类与水鸟对湿地生境利用的矛盾。样点水深直接影响水鸟种类分布，在增加种类丰富度方面产生影响；近岸浅水域、农田2个因子与春季水鸟多样性成负相关，说明越靠近岸边，与人为干扰源距离越近，而农田既为主要人为干扰源。因此，水鸟采取回避而减少在此类微生境中活动。
表6. 向海自然保护区夏季水鸟物种多样性（Shannon-Weiner index）与水草、水位、人为干扰因子关系的逐步向后回归模型（Backward Stepwise Regression Model）分析结果
（df = 24, R2 = 0.886, F= 10.622, P<0.001）（2005 -2007年）
生境变量(Habitat variable) | 系数（β） | 标准误（SE） | t 值 | P值 |
常数项 （Constant） | 6.663 | 9.818 | 0.679 | 0.508 |
水草因子 |
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|
芦苇盖度 | -0.143 | 0.041 | -3.465 | 0.003 |
芦苇密度 | 0.049 | 0.015 | 3.287 | 0.005 |
水位因子 |
|
|
|
|
水库水位 | -2.157 | 0.747 | -2.887 | 0.011 |
夏季降水量 | 0.048 | 0.015 | 3.187 | 0.006 |
明水域深水 | 11.940 | 2.052 | 5.818 | 0.000 |
疏苇水域 | 16.812 | 3.514 | 4.785 | 0.000 |
近岸浅水域 | -20.550 | 4.931 | -4.168 | 0.001 |
人为干扰因子 |
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农 田 | -4.660 | 2.060 | -2.262 | 0.039 |
放 牧 | 10.360 | 2.592 | 3.996 | 0.001 |
捕 鱼 | 6.774 | 2.577 | 2.629 | 0.019 |
从表6可知，向海自然保护区夏季水鸟物种多样性与“芦苇密度”、“夏季降水量”、“明水域深水”、“疏苇水域”、“放牧”和“捕鱼”因子成正相关；而与“芦苇盖度”、“水库水位”、“近岸浅水域”和“农田”因子成负相关。这一结果说明影响向海夏季水鸟物种多样性的主要因子是包括明水域深水、夏季降水量、疏苇水域、水库水位和近岸浅水域在内的水位因子，其中后2者由于迁徙种类的离去，使得在主要在深水域活动的游禽类水鸟及在岸边活动的鸻鹬类的种类和数量明显减少，因此呈现出负相关。与芦苇密度成正相关，说明由于夏季观测到的水鸟基本为繁殖种类，其巢址选择主要为隐蔽条件好的芦苇水域。与农田因子成负相关，反映出夏季农田内人为活动增加，水鸟多此做回避。放牧和捕鱼因子与水鸟物种多样性成负相关，是因为在靠近水域的地方往往是牧草长势好的区域，也是放牧的最佳场所，观察到的水鸟多，放牧活动也多；同样地，由于适合捕鱼（插陷网和下地笼）的区域是水域，有较充足的食物资源和活动场所。
表7 向海自然保护区秋季水鸟多样性（Shannon-Weiner index）与水草、水位、人为干扰因子关系的逐步向后回归模型（Backward Stepwise Regression Model）分析结果
（df = 24, R2 = 0.886, F= 4.682, P =0.005）（2005 -2007年）
生境变量(Habitat variable) | 系数（β） | 标准误（SE） | t 值 | P值 |
常数项 （Constant） | 4.180 | 2.972 | 1.406 | 0.177 |
水位因子 |
|
|
|
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明水域深水 | 4.999 | 1.952 | 2.561 | 0.020 |
明水域浅水 | 5.095 | 2.215 | 2.300 | 0.034 |
苇塘水域 | 4.208 | 1.638 | 2.570 | 0.019 |
蒲草水域 | -6.163 | 2.534 | -2.432 | 0.026 |
人为干扰因子 |
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放 牧 | -5.960 | 2.344 | -2.543 | 0.020 |
由表7可知向海自然保护区秋季水鸟多样性与“明水域深水”、“明水域浅水”、“苇塘水域”因子成正相关，而与“蒲草水域”和“放牧”因子成负相关。从结果分析，水位因子是影响向海保护区秋季水鸟多样性的主要因子，尤其是明水域，这与监测结果一致的是，有约35%以上的水鸟种类被观测在明水域，在苇塘水域虽然见到的种类和数量不是最多，但它往往与明水域相连而从另一个角度反映出水域的重要性；而蒲草水域总的面积就相对小，且密度、盖度都很大，所以该微生境中分布的种类和数量都非常少。
4. 讨论 4.1 水鸟种类及数量在3个监测季节中游禽类占种类总数的比例均高于其他类群水鸟；而以鸟类迁徙的春秋季节最为显著，反映出明水域在迁徙水鸟中的重要性。夏季岸边鸟类所占比例最高，与游禽类共同构成该区域繁殖水鸟的主体。
4.2 水鸟的空间分布由于沼泽水域变化，各个年度水鸟分布重点区域差异显著，春季水鸟分布相对集中，夏秋季节分布比较分散。当库区面积小，而各个监测点沼泽水域面积相对较高，水鸟主要分布在几块沼泽水域；水库水位高，库区面积大，对水鸟多集中在水库分布，说明湿地水文生态状况的改变，影响了水鸟栖息地的质量和面积，进而影响了栖息水鸟的数量和分布[11]。
4.3 鹤类种群数量与分布研究期间监测到在向海保护区繁殖的鹤类主要有丹顶鹤和白枕鹤，鹤巢主要分布在芦苇沼泽生境，并发现野生丹顶鹤和家养丹顶鹤配对繁殖的现象。迁徙的鹤类春季以白鹤、丹顶鹤和灰鹤数量相对多，秋季则以灰鹤数量最大，并有逐年增加的趋势。
4.4 水位的影响调查点水深和春季水鸟多样性成正相关，
水库水深和春夏水鸟多样性成负相关。由于夏季湿地水位下降快，沼泽水域面积缩小明显，而水库水位往往直接关系到其下游附近沼泽水域的水位和面积，所以水库水位因子影响显著。
夏季降水量和夏季水鸟多样性成正相关。夏季平均降水量占全年平均降水量的80.0%。因此，对湿地水位及沼泽水域面积影响非常明显，特别是保持适宜珍稀濒危水鸟栖息的水位和秫苇水域意义较大。
苇塘水域和秋季水鸟多样性成正相关，和春季水鸟多样性成负相关。这主要是因为春季芦苇盖度甚小，基本没有大面积的苇塘，而夏季则是由于芦苇密度增加，盖度增大，不便于水鸟活动，或是取食条件等的限制。
疏苇水域与春夏水鸟多样性成正相关，但对水鸟多样性意义不同，春季由于芦苇密度、面积都小而主要反映出水域情况；而秋季除了反映出水域外，还反映出隐蔽条件因素。同时，实际调查显示在5月末、6月初仍有非繁殖的鸻鹬类等未迁离向海湿地，而这些水鸟多出现在明水域浅水和疏苇水域，这也是其成明显正相关的原因之一。
湿地自然生态环境改变，尤其水文生态状况的改变，对水鸟的数量及分布影响非常大。水文状况的改变，影响了水鸟栖息地的质量和面积，进而影响了栖息水鸟的数量和分布[11-15]。广阔的水域环境可以为提供了优良的栖息空间，水中生长的芦苇等水生植物和昆虫、鱼类等为水鸟提供了赖以生存的食物，又为其提供了良好的隐蔽条件和筑巢材料。因此，向海自然保护区管理局迫切需要调度水源的权利，以便根据不同的季节的不同情势合理调节需水量，确保最大限度的保护水鸟多样性。
4.5水草的影响芦苇密度与夏季水鸟多样性和珍稀濒危水鸟丰富度成正相关。芦苇盖度与春季水鸟多样性成负相关。夏季芦苇可能有利于繁殖水鸟隐蔽，而秋季密集的芦苇会影响大型水鸟的视野，不利于它们观察周边情况和危险，难以在遇险时迅速逃跑。另外一个可能的原因是密集的芦苇对其觅食有很大的干扰[16]。
蒲草密度和春季水鸟物种多丰富度及珍稀濒危水鸟丰富度成正相关。虽然蒲草密度是水草因子，但春季均为上年的蒲草，密度大小更多地反映出地势相对低洼，与水位有关，所以影响春季珍稀濒危水鸟物种丰富度的主要是水位因子。
4.6人为干扰的影响农田和春夏水鸟多样性成负相关。虽然春季当地农业生产活动尚未开始，但农田特别是湿地开垦已经直接影响到水鸟的栖息。人们或砍伐大批的林术，或对湿地进行挖沟排水，开垦耕地。耕地面积的扩大，使丹顶鹤的栖息生境相对减少，同时也降低了森林的防风固沙能力，使风沙很容易侵袭向海湿地，湿地面积又太大缩小，更加减少了水鸟的生存空间[11]。
放牧与春夏水鸟多样性成正相关，和秋季水鸟多样性成负相关。近些年向海人口增加，放牧牛羊的数量随之增长，大量的牛羊，在浅水区、泥滩地、芦苇地、草甸等丹顶鹤栖居的地方四处游荡、践踏，侵占了丹顶鹤等水禽的空间生态位，严重干扰了丹顶鹤及其他水禽的栖息繁殖，使它们不得不迁移它地[11]。
捕鱼与春夏水鸟多样性和水鸟物种多丰富度均成正相关。捕鱼活动虽然是干扰因子，但活动完全在有水的区域，因此食物条件优越，从另一个侧面反映出水鸟种类的丰富程度，同时也反映出人为活动的已在很大程度上深入到适宜水鸟分布的区域。
5. 结论1、此项研究表明，向海自然保护区共记录鸟类7目17科106种，3个监测季节中游禽类占种类总数的比例均高于其他类群水鸟。
2、向海湿地鸟类数量随季节变化和年份波动较大，且各个年度水鸟分布重点区域差异显著。
3、湿地自然生态环境改变，尤其水文生态状况的改变，对水鸟的数量及分布影响非常大。水文状况的改变，影响了水鸟栖息地的质量和面积，进而影响了栖息水鸟的数量和分布。
4、水草在夏季有利于水鸟繁殖的隐蔽和取食，但是秋季因为不利于大型水鸟活动，水草茂密的地方鸟类多样性反而较小。
5、放牧、开垦农田等人为活动使鸟类多样性减少，捕鱼活动和水鸟取食发生冲突，也对水鸟造成一定负面影响。
6. 向海保护区水鸟多样性保护建议 6.1 开展持续的水鸟监测工作水鸟多样性与生态因子、人为干扰因子相关性分析表明，从分析结果中获得了有益的信息，但由于监测时间短，可利用的数据有限，一些变化趋势和规律尚不够明显。因此应强化水鸟及其生境的科学监测工作，按照统一的方法，开展长期监测，以获得连续的数据，为完善回归模型提供数据保障；根据保护区不同年份和季节湿地现状调整、完善监测方法，确保监测数据的科学性和有效性。
6.2 向海保护区重点保护种类优先保护区域建议在目前保护区管理模式及经济能力条件下，通过大规模引水等技术、工程措施完全恢复湿地，是很难实现的，但可以根据区内湿地现状及重点保护水鸟保护的需要，确定重点保护区域，采取优先行动[17-19]。
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