濕地水鳥棲息水位測量方法探析
——以涉禽為例

吳慶明何富英蘇立英朱井麗鄒紅菲*

(1.東北林業(yè)大學(xué)野生動物資源學(xué)院，哈爾濱，150040；2.International Crane Foundation，Baraboo，WI5391，USA)

濕地水鳥棲息水位測量方法探析
——以涉禽為例

吳慶明1何富英蘇立英朱井麗鄒紅菲1*

(1.東北林業(yè)大學(xué)野生動物資源學(xué)院，哈爾濱，150040；2.International Crane Foundation，Baraboo，WI5391，USA)

濕地水鳥；

(1.College of Wildlife Resources，Northeast Forestry University，Harbin， 150040，China； 2.International Crane Foundation，Baraboo，WI5391，USA)

濕地水鳥是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，處于食物鏈的頂級，調(diào)節(jié)和參與著濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的能量平衡、物質(zhì)平衡和信息平衡，能指示濕地環(huán)境質(zhì)量的波動[1-2]，濕地水鳥及其賴以棲息的濕地資源在維持自然界的濕地生態(tài)平衡與和諧共存有著重要的功能與作用[3]。

近年來，隨著科技的快速發(fā)展和城市化、工業(yè)化、農(nóng)業(yè)化的迅速擴散，濕地面積及其濕地質(zhì)量呈現(xiàn)出大幅度的破碎化與片段化變化狀態(tài)[4]，濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的濕地水鳥也在種類、數(shù)量、棲息地空間分布、繁殖成功率等方面表現(xiàn)出相應(yīng)的連鎖反應(yīng)[5]，所有這些變化都與水位有著密切的關(guān)系。為了保護水鳥及其賴以棲息的濕地生態(tài)系統(tǒng)，了解濕地水鳥與棲息水位之間的關(guān)系至關(guān)重要，這不僅關(guān)系著濕地水鳥的繁殖、停歇、覓食等生活史行為，而且關(guān)系著濕地的可持續(xù)存在，更關(guān)系著相關(guān)管理政策的科學(xué)制定與有效管理[6-11]。

關(guān)于濕地水鳥棲息水位的測量方面，許多專家學(xué)者采用了各種傳統(tǒng)的經(jīng)典方法和現(xiàn)代的科技方法進行了多維度的探索[12-15]。其中，李言闊等采用了國家地面氣候資料中的水文水位數(shù)據(jù)；黎磊等和陳冰等通過水位標桿進行了相對水位測量；吳建東等以照片的形式通過白鶴(Grusleucogeranus)身體部位對水位進行了估測，該方法避免了對鳥類干擾、以具有自重的鳥體進行估計，但鳥體部位存在性別、成幼等個體間的區(qū)別，該方法有一定的實用性和推廣性，在濕地水鳥棲息水位測量精度方面有了較大的進步，但數(shù)據(jù)精度方面還有提高的空間。目前的這些研究中的水位數(shù)據(jù)多為相對水位測量所得或水文水位數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)只能相對反映水位情況，無法反映濕地水鳥對水底具有自身重力情況下其棲息水位的真實情況。因此，如何在對濕地水鳥不產(chǎn)生干擾的前提下了解其對水位深度的選擇與利用，是目前急需解決的問題，這不僅直接關(guān)系目前相關(guān)部門各種管理政策的科學(xué)制定，更關(guān)系著長遠的濕地水鳥及濕地生態(tài)系統(tǒng)的良性的健康的維護與管理。這種情況下，探討試用一種可行的操作性高的方法，對于掌握濕地水鳥與棲息水位深度之間的關(guān)系迫在眉睫。基于此，本文對鳥體形態(tài)指標法和水文水位法進行了介紹。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

考慮研究內(nèi)容為濕地水鳥棲息水位，本文選取濕地涉禽為分析對象。

全世界有八類鳥類生態(tài)類群，中國有6類即涉禽、游禽、鳴禽、猛禽、陸禽、攀禽[16]。在濕地環(huán)境中，6類生態(tài)類群也均有分布，但在種類、種群數(shù)量及對水位環(huán)境的利用方式方面存在明顯的差異；其中，游禽和涉禽具有種類和數(shù)量上的絕對優(yōu)勢[17]，涉禽偏好選擇符合其形態(tài)特征的一定水位范圍內(nèi)的各種生境類型，在生活史的大部分時間內(nèi)偏好利用不超過其脛部的適合涉水活動的水位環(huán)境，但在某些環(huán)境條件滿足的前提下也不排斥超過其脛部的水位環(huán)境，如白鶴[15]；游禽偏好利用適合其游泳的超過其脛部的深水位環(huán)境，春秋遷徙季節(jié)除了偏好淺水草甸外，也利用具有食物資源的農(nóng)田；濕地鳴禽不回避任何水位的任何生境類型，突出偏好于具有深水位的優(yōu)勢挺水植物，但其活動范圍多限于水面之上的植被或空中范圍，僅即時性地快速地接觸有水環(huán)境進行取食行為等，與水環(huán)境的直接接觸常以秒為單位；濕地攀禽的活動范圍與鳴禽類似，不直接接觸水面，活動區(qū)域多為挺水植物的莖部或有水環(huán)境中的孤樹或疏林或空中；濕地猛禽也不排斥任何水位的任何生境類型，但在濕地生態(tài)系統(tǒng)中，活動范圍多為空中，對疏林和優(yōu)勢植被沼澤比較偏好；陸禽回避湖泡和深水位的濕地沼澤，但不回避湖心島上的陸地區(qū)域，也可以容忍具有少量地表水的環(huán)境。

基于上述考量，本文選取涉禽作為棲息水位方法探討的案例，對鳥體形態(tài)指標法和水文水位法進行介紹。

1.2 分析方法

關(guān)于濕地水鳥棲息水位的測量，最簡單的就是通過米尺測量其真實的棲息點。這種方法最為直接，但存在幾個弊端：一是對棲息的水鳥有干擾，影響其日常的行為；二是時間不允許，比如樣線法調(diào)查水鳥，由于鳥類對人類的敏感，觀察到的水鳥均與觀測者保持一定的距離，若對每次觀測到的水鳥均測量其真實棲息點的水位，首先是很難準確找到其棲息落腳的精準位置，且經(jīng)多次類似的測量后，將會大幅度偏離原來的樣線，而且浪費時間，更破壞了水鳥真實的空間分布及棲息利用等生物學(xué)信息，調(diào)查的鳥類數(shù)據(jù)也不科學(xué)；三是即使找到了其真實的棲息點，測量的數(shù)據(jù)也存在精度上的偏差，僅是水的自然深度即水文水位深度，而非鳥體質(zhì)量對水基底施壓后的水位深度。此外，多數(shù)情況下，鳥類種群棲息的水位數(shù)據(jù)多取自觀測者所在位置的水位數(shù)據(jù)或國家地面氣候資料中的水文水位數(shù)據(jù)，而非鳥類棲息位置的真實數(shù)據(jù)，這本身又存在進一步的原始數(shù)據(jù)偏差。因此，這種直接測量的方法已難以滿足目前的科研和濕地水鳥及其棲息地保護的深層次需求。

關(guān)于濕地水鳥棲息水位深度的測量，目前已有多位學(xué)者采用了3S技術(shù)和遙感影像等高科技手段[18-20]。這種方法的優(yōu)點比較明顯，避免了對水鳥棲息行為的干擾，也節(jié)省了時間，但精度問題仍有待探討，其測量的數(shù)據(jù)仍偏向于水文水位深度，難以體現(xiàn)鳥體質(zhì)量對水底施壓后的真實水位深度，同時如何定位鳥類活動的棲息點仍是一個難題。

基于上述分析，本文擬對鳥體形態(tài)指標法和水文水位法進行介紹。

2 結(jié)果與分析

2.1 鳥體形態(tài)指標法

該方法中，涉禽棲息水位的測量，以涉禽野外活動的實際個體水面之下的身體部位作為其實際棲息水位深度的測量參考，水位可能位于涉禽跗蹠之下、也可能位于其跗蹠與脛部之間的某個位置。

該方法采用涉禽鳥種模式標本或?qū)嶋H標本或活體的身體某一形態(tài)指標長度A與另一形態(tài)指標長度B的比率R作為衡量標準，該方法的前提假設(shè)為：該形態(tài)指標比率適用于種內(nèi)所有個體或某一條件下的所有個體。其中，選涉禽軀干長度作為形態(tài)指標A；另一形態(tài)指標B根據(jù)實際情況，可選用跗蹠長度B1、或跗蹠與脛部長度之和B2。該過程的數(shù)據(jù)演算需要兩步：形態(tài)指標比率R標準數(shù)據(jù)的制定和野外測算數(shù)據(jù)的推算。

然而據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，去年以來，受部分糧食品種價格下跌、缺乏國家標準等影響，“糧食銀行”運行中暴露出多重風險，有的存在“跑路”“冒進”風險，有的甚至可能導(dǎo)致“系統(tǒng)”風險，威脅儲糧農(nóng)戶利益。

第一步，形態(tài)指標比率R標準數(shù)據(jù)的制定。首先，需要收集不同涉禽的軀干、跗蹠、脛部等長度方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)計算規(guī)則，分別測算出不同涉禽軀干長度A與跗蹠長度B1、跗蹠與脛部長度之和B2的比率R(R1=A/B1或R2=A/B2)。同一鳥種的形態(tài)指標比率R可因亞種、性別、成幼、生活史、分布區(qū)域等而有不同的數(shù)值，這種情況下的詳細數(shù)據(jù)更能體現(xiàn)出某一涉禽的真實形態(tài)指標比率信息。因此，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集過程中，應(yīng)分別制定出亞種、性別、成幼、生活史、分布區(qū)域等條件下的標準數(shù)據(jù)。

第二步，野外測算數(shù)據(jù)的推算。(1)收集不同涉禽野外活動時的原始素材。該原始素材可以通過電子或紙質(zhì)形式的照片進行收集，收集時要注意以正側(cè)位的非趴臥角度照片為收集的標準；因為是涉禽，正?；顒忧闆r下其軀干部位不會被水體遮蓋，照片中該部分數(shù)據(jù)能完全體現(xiàn)。(2)形態(tài)指標測量。測量照片中某一涉禽個體軀干的相對長度a，同時測量照片中涉禽個體水面之上的相對長度b，可為跗蹠長度、也可為跗蹠與脛部的長度之和。(3)計算水中棲息的涉禽個體跗蹠相對長度b1、或跗蹠與脛部相對長度之和b2，這包括水面之上和水面之下的部分?；谝延械男螒B(tài)指標比率R和收集的原始素材中的軀干長度數(shù)據(jù)a，通過公式R=a/b1或R=a/b2進行計算。(4)計算涉禽個體水面之下部分的比例r。基于照片中的涉禽個體水面之上的相對長度b，可推算出該水鳥個體水面之下的部分所占的比例r[r1=(b1-b)/b1或r2=(b2-b)/b2]。(5)涉禽棲息水位深度的推算WD。該涉禽棲息時的水位就是其水面之下的身體部位長度?；谏鲜龇治?，該長度等于收集的制定標準數(shù)據(jù)B1或B2與水面之下比例r1或r2的乘積，即WD1=B1×r1或WD2=B2×r2。

2.2 水文水位法

水文水位法的計算中參考了土木工程學(xué)科的概念。

該方法中，濕地水鳥棲息水位理論上等于該棲息點的水文水位，加上鳥體在水環(huán)境中的下陷水位即鳥體質(zhì)量對水基底施壓后的下陷深度。其中，水文水位不同于棲息水位，水文水位是相對于水基底的自然水位；棲息水位是在水基底的平臺上，存在鳥體質(zhì)量對基底壓力產(chǎn)生的壓強的情形下，所體現(xiàn)的水位，該水位大于水文水位。該水位，與水基底的支撐力和水體的浮力密切相關(guān)。

其中，水文水位因濕地類型而有差異。對于江河湖泊、水庫、魚塘、溝渠等明水面而言，水基底的海拔差異和水平面的位置決定著水文水位的差異，一般來講，明水面周邊的海拔稍高而水文水位相對稍淺，明水面中間位置的海拔稍低而水文水位稍深，整個明水面不同區(qū)域的基底均存在海拔方面的微小差異而產(chǎn)生水文水位的細微變化。對于非明水面的有水環(huán)境而言，水文水位與水基底的海拔差異有較大的相關(guān)性，水文水位的厘米級差異均會對濕地水鳥的棲息利用產(chǎn)生巨大影響，如小型涉禽。

關(guān)于鳥體在水環(huán)境中的下陷深度，可以通過物理學(xué)中的力學(xué)公式進行探析。理論上，鳥體質(zhì)量產(chǎn)生的向下重力應(yīng)等于水體對鳥類涉水時產(chǎn)生的向上浮力、水基質(zhì)對鳥爪的側(cè)端摩擦阻力和對鳥爪底端的阻力三者之和。其中，(1)鳥體重力可參考某一鳥種模式標本的質(zhì)量，該參數(shù)可以獲取到。鳥種的模式標本質(zhì)量存有性別上的差異，前提假設(shè)認為該鳥種模式標本的質(zhì)量等同于種內(nèi)不同個體的鳥體質(zhì)量，該假設(shè)忽略了鳥種內(nèi)不同個體間的亞種、成幼、生活史、地理分布等方面的差異。(2)水體浮力與鳥體排開水的體積和水體密度的乘積緊密相關(guān)。其中，鳥體排開水的體積與鳥體的體型、腿長、爪型、水基底的硬度性質(zhì)均相關(guān)；水體密度應(yīng)不同于純水的密度，應(yīng)與水溶物有較大相關(guān)性。該參數(shù)可實地獲取模擬。(3)水基質(zhì)對鳥爪的側(cè)端摩擦阻力和對鳥爪底端的阻力，與水中鳥爪的類型、爪側(cè)總面積、爪側(cè)基質(zhì)的類型及強度性質(zhì)、爪底基質(zhì)的類型及強度性質(zhì)以及進入基質(zhì)的深度密切相關(guān)[21]。其中，爪底、爪側(cè)基質(zhì)的類型及強度可以通過資料或?qū)嵉卣{(diào)查獲??；爪底、爪側(cè)總面積，可以通過模式標本或其他樣本或?qū)嵉夭扇∠鄳?yīng)辦法進行測量獲取，獲取有一定難度，進入基質(zhì)的深度是需要計算的未知數(shù)。

3 討論

3.1 鳥體形態(tài)指標法

關(guān)于鳥體形態(tài)指標法，其結(jié)果測算精度主要取決于形態(tài)指標比率標準數(shù)據(jù)的制定和野外測算數(shù)據(jù)的演算兩個因素。其中，前一個因素可以通過單樣本多次測量和多樣本測量以最大程度減小形態(tài)指標數(shù)據(jù)收集時產(chǎn)生的誤差，樣本量越大、測量次數(shù)越多、測量工具越精細、測量技術(shù)越熟練，精度就越大，這方面完全可以進行人為操作來降低或避免。

后一個因素則直接關(guān)系著野外監(jiān)測個體棲息水位的估算值，照片效果越好、估測值的精度就越高，反之則越低。野生鳥類均具有對干擾敏感、以遠離的形式進行回避的自我保護行為；這種自我保護行為與鳥體型大小成正比，體型越大，回避距離就越大，距觀測者就越遠，拍攝難度就越大，照片數(shù)據(jù)收集的誤差就越大。針對此，可以采取兩種解決方式。一種是觀測者采用隱蔽的方式向鳥類靠近，在不干擾鳥類日常行為的前提下進行操作，這種方法是否可取，取決于對鳥類的棲息活動是否有直接干擾和其他的潛在干擾效應(yīng)，若沒有則可以采取，否則不可采用。另一種方法是提高硬件設(shè)施的配置，只要硬件配置足夠，就能在一定程度上解決照片效果的問題，缺點是需要耗費一定的財力。

同樣，該方法也有缺點與優(yōu)點。相比之下，優(yōu)點較多，首先是計算簡單，僅為簡單的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)比例算法；其次，數(shù)據(jù)收集相對省力、相對容易，通過照片或?qū)嶋H測量或標本等多途徑均可獲取數(shù)據(jù)；還有，該方法體現(xiàn)出了涉禽野外實際情況下的個體差異，能反映亞種、性別、成幼、生活史、分布區(qū)域等情況下棲息水位的實際深度，避免了各類難度高的復(fù)雜數(shù)據(jù)的收集；最為關(guān)鍵的是該方法的操作對鳥類的棲息與行為不產(chǎn)生任何干擾和損害。缺點就是體尺比率參考數(shù)據(jù)的制定需要耗費一定的時間精力。

此外，鳥體形態(tài)指標法也能為保護區(qū)水位監(jiān)測管理提供一定的參考，這對那些有涉禽分布的且沒有水位監(jiān)測管理的保護區(qū)有一定積極作用，既能節(jié)省人力、物力、財力、精力，也更為科學(xué)精準，還能借此掌握涉禽與水位環(huán)境要素之間的關(guān)系[22]。

關(guān)于鳥體形態(tài)指標法，目前尚未見直接的文獻報道，筆者也尚在數(shù)據(jù)累積、分析模擬中，但有學(xué)者間接地通過鳥類身體部位進行了水位監(jiān)測方面的嘗試[15]。

3.2 水文水位法

該方法有優(yōu)點也有缺點。優(yōu)點為精度高，更能真實反映不同濕地涉禽鳥種棲息水位的深度。缺點較為明顯且多：首先，計算上較為復(fù)雜，需要重力、浮力、爪側(cè)摩擦阻力、爪底阻力4個力的轉(zhuǎn)換計算；其次，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集不僅費時費力甚至難以收集，主要有水文水位、鳥體質(zhì)量、鳥體排開水的體積、水體密度、水底基質(zhì)類型及強度性質(zhì)、鳥爪底與爪側(cè)總面積等；而且該方法無法體現(xiàn)種內(nèi)個體間的差異，如鳥體質(zhì)量、鳥爪等方面的數(shù)據(jù)。該方法更適合于科技高度發(fā)達下的模型研究，需要一些模糊數(shù)學(xué)的概念。

關(guān)于上述兩種方法的分析論述，本文認為：水文水位法更適合濕地涉禽棲息水位理論模型方面的模擬，鳥體形態(tài)指標法更適合目前濕地涉禽棲息水位方面的估測。目前尚難定論兩者誰優(yōu)誰劣，需在實際應(yīng)用中完善和發(fā)展，建議相關(guān)專家學(xué)者或保護區(qū)人員同時嘗試兩種方法對實地的鳥類棲息水位進行測量和分析。

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Wetland waterfowl；

The Effect of Measurement Method on Recorded WaterDepths Used by Wetland Grallatores

Wu Qingming1He Fuying1Su Liying2Zhu Jingli1Zou Hongfei1*

Water level is not only the key factor for wetland existence，but also directly influences habitat utilization of wetland waterfowl.The water depths used by wetland waterfowl are typically difficult to accurately and precisely measure.Contemporary researchers have recorded relative water level measurements.These results often fail to convey real information on wetland waterfowl habitat and have only indirect bearing on resource management and policy-making.In an effort to record more applicable information on wetland waterfowl and water levels in their habitats，we applied the bird body morphological index method and hydrology water level method.We quantitatively compared the advantages and disadvantages of these methods.Our results showed that birdbody morphological index method proved suitable for monitoring habitat water levels of wetland waterfowl based on current scientific technology.We recommend that bird body morphological index method should be applied in field research.

稿件運行過程

2016-04-18

修回日期：2016-07-21

發(fā)表日期：2016-11-10

棲息水位；

鳥體形態(tài)指標法；

水文水位法；

涉禽

Water level depth；

Bird body morphological index method；

Hydrology water level method；

Grallatores

Q31

A

2310-1490(2016)04-346-05

水位不僅直接關(guān)系著濕地的存在，更關(guān)系著濕地水鳥的棲息利用。關(guān)于濕地水鳥棲息水位的測量，一直是難以解決的關(guān)鍵問題。目前在科研中普遍采用相對水位測量，但多難以反映水鳥所在位置的真實水位和真實的科研成果。為了更為深入地掌握濕地水鳥棲息水位的真實數(shù)據(jù)，對鳥體形態(tài)指標法和水文水位法進行了方法步驟、優(yōu)缺點等方面的詳細介紹，并初步認為：鳥體形態(tài)指標法理論上更適合濕地水鳥棲息水位的測量，且是可行的，建議嘗試使用鳥體形態(tài)指標法進行實踐驗證和推廣。

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(2572014CA05)；江西省主要學(xué)科學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人培養(yǎng)計劃項目(20153BCB22007)；國家林業(yè)局野生動物保護管理項目；黑龍江省博士后科研啟動金(LBH-Q14009)；國家自然科學(xué)基金(31470016，31401978)

吳慶明，男，36歲，工程師，博士，碩士生導(dǎo)師；從事濕地鳥類生態(tài)學(xué)方面的研究工作。

*通訊作者：鄒紅菲，E-mail：hongfeizou@163.com