浙江省綠頭鴨分布與遷徙規(guī)律

劉志立，方陸明*，寧學(xué)芳

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林業(yè)智能監(jiān)測(cè)與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300）

浙江省綠頭鴨分布與遷徙規(guī)律

劉志立1,2，方陸明1,2*，寧學(xué)芳1,2

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林業(yè)智能監(jiān)測(cè)與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300）

選取浙江省2009-2014年56個(gè)監(jiān)測(cè)站的綠頭鴨（Anas platyrhynchos）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其數(shù)量分布和活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析。結(jié)果表明，綠頭鴨主要在臨安、三門(mén)、亞林所監(jiān)測(cè)站周邊區(qū)域越冬，在不同監(jiān)測(cè)站遷徙時(shí)間有所不同。在浙江省內(nèi)越冬期為10月8日至翌年6月23日。春季在浙江省從南到北遷徙時(shí)間為3月27日至5月22日，秋季從北向南遷徙時(shí)間為10月8日至11月18日。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘，建立了臨安監(jiān)測(cè)站綠頭鴨數(shù)量變化預(yù)測(cè)模型。關(guān)鍵字：綠頭鴨；遷徙規(guī)律；數(shù)據(jù)挖掘；時(shí)間序列建模

禽流感病毒存在于世界范圍內(nèi)的許多家禽和野禽（包括野鴨、天鵝等）中，涉及22科88種。研究表明全球高致病性禽流感疫情的發(fā)生和流行與野生遷徙鳥(niǎo)類(lèi)有關(guān)[1～4]。隨著高致病性禽流感在世界各地的發(fā)生，世界各國(guó)加強(qiáng)了對(duì)野生鳥(niǎo)類(lèi)的監(jiān)測(cè)工作。在北美、歐洲以及亞洲的日本，鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)家在鳥(niǎo)類(lèi)遷徙路線、定位定向、遷徙生理生態(tài)、遷徙的關(guān)聯(lián)、遷徙對(duì)種群動(dòng)態(tài)的影響等方面做了大量研究[5～7]。除了傳統(tǒng)的環(huán)志，跟蹤和傳感裝置技術(shù)、穩(wěn)定同位素技術(shù)、分子遺傳技術(shù)等也已逐漸運(yùn)用在鳥(niǎo)類(lèi)遷徙研究中[8～16]。截止2010年末，全國(guó)共設(shè)立了350處國(guó)家級(jí)、768處省級(jí)和一大批市縣級(jí)野生動(dòng)物疫源疫病監(jiān)測(cè)站，布設(shè)巡查路線和監(jiān)測(cè)樣地上萬(wàn)處，初步搭建了點(diǎn)線面結(jié)合、布局合理、運(yùn)轉(zhuǎn)有序的全國(guó)野生動(dòng)物疫源疫病監(jiān)測(cè)防控體系主體框架，也積累了大量的數(shù)據(jù)。綠頭鴨（Anas platyrhynchos），鴨科（Anatidae）鴨屬（Anans）游禽。主要棲息于水生植物豐富的湖泊、河流、池塘、沼澤等水域中，冬季和遷徙期間也出現(xiàn)于開(kāi)闊的湖泊、水庫(kù)、江河、沙洲和海岸附近沼澤和草地[17]。在曾發(fā)現(xiàn)攜帶禽流感病毒的鳥(niǎo)類(lèi)中，浙江省分布有29種，雁形目11種，占比達(dá)37.9%。其中綠頭鴨曾在加拿大和羅馬尼亞檢測(cè)到攜帶禽流感病毒。浙江省野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)已開(kāi)展多年，積累的大量數(shù)據(jù)顯示綠頭鴨數(shù)量在雁形目中占比高達(dá)30%。因此，本文以綠頭鴨為研究對(duì)象[18]，利用野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以大數(shù)據(jù)的視角進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，研究綠頭鴨在浙江區(qū)域的活動(dòng)規(guī)律和遷徙路線，預(yù)測(cè)其遷徙方向和范圍，有助于對(duì)綠頭鴨疫源疫病預(yù)測(cè)與防控。

1 研究區(qū)域

研究區(qū)域?yàn)檎憬?，位?18°00'～123°00' E，27°12'～31°31' N，地處亞熱帶中部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，平均氣溫15～18℃，極端最高氣溫40.7℃，極端最低氣溫-10.2℃，年平均日照時(shí)數(shù)1 710-2 100 h，全省年平均降水量在980～2 000 mm，雨水豐沛，空氣濕潤(rùn)，雨熱季節(jié)變化同步。浙江地理特征非常豐富，西南多為海拔1 000 m以上的崇山峻嶺，最高海拔1 929 m；北部為水網(wǎng)密集的沖積平原；東部面臨東海，丘陵地帶，舟山海島眾多[19]。浙江位于東南亞到俄羅斯、澳大利亞到俄羅斯庫(kù)頁(yè)島2條遷徙路線上，是鳥(niǎo)類(lèi)沿海岸線遷徙離開(kāi)大陸前重要的能量補(bǔ)充點(diǎn)，濕地水鳥(niǎo)遷徙繁殖的重要棲息地。浙江候鳥(niǎo)中多數(shù)水鳥(niǎo)，特別是雁鴨類(lèi)、鷸類(lèi)和鷗類(lèi)、鷺類(lèi)等構(gòu)成歐亞鳥(niǎo)類(lèi)東部?jī)蓷l遷徙路線的主要成分[18]。綠頭鴨屬于雁鴨類(lèi)，也是構(gòu)成歐亞鳥(niǎo)類(lèi)東部遷徙路線的組成成分。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

浙江省野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)工作從2005年起步并逐步完善，2009年，浙江省野生動(dòng)物疫源疫病系統(tǒng)上線運(yùn)行。截至2014年底，全省陸續(xù)建立24個(gè)監(jiān)測(cè)站、56點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別設(shè)置在野生動(dòng)物物種集中分布區(qū)或集中馴養(yǎng)繁殖場(chǎng)所、野生動(dòng)物重要棲息地、野生動(dòng)物遷徙通道中重要的食物補(bǔ)充地、人口密集分布區(qū)和野生動(dòng)物重要棲息地的結(jié)合區(qū)[18]。采取點(diǎn)面結(jié)合的監(jiān)測(cè)方式，分線路巡查和定點(diǎn)觀測(cè)兩種方法開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)測(cè)人員在野外監(jiān)測(cè)過(guò)程中通過(guò)帶GPS功能的移動(dòng)終端實(shí)施數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集，并自動(dòng)傳輸?shù)秸憬∫吧鷦?dòng)物疫病疫源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2 研究方法

從浙江省野生動(dòng)物疫病疫源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取2009-2014年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)站坐標(biāo)、鳥(niǎo)類(lèi)名稱、鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)量、溫度數(shù)據(jù)，剔除異常值，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗。使用EXCEL軟件和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)分析綠頭鴨數(shù)量分布、遷徙時(shí)間、溫度和時(shí)間對(duì)綠頭鴨數(shù)量變化影響。利用ArcGIS軟件繪制綠頭鴨在浙江區(qū)域的遷徙理論路線，建立溫度與數(shù)量的相關(guān)回歸模型以及時(shí)間序列模型。隨著監(jiān)測(cè)站數(shù)量增多，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的累積，鳥(niǎo)類(lèi)的遷徙理論路線與實(shí)際路徑會(huì)擬合的更好，預(yù)測(cè)模型精度也會(huì)提高。

2.3 時(shí)間序列建模

時(shí)間序列是按時(shí)間次序排列的隨機(jī)變量序列，一般反映三種實(shí)際變化規(guī)律：趨勢(shì)變化、周期性變化、隨機(jī)性變化。時(shí)間序列分析常用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)宏觀控制、氣象預(yù)報(bào)、水文預(yù)報(bào)、農(nóng)作物病蟲(chóng)災(zāi)害預(yù)報(bào)、環(huán)境污染控制、生態(tài)平衡、天文學(xué)和海洋學(xué)等方面[20]。時(shí)間序列建模要觀察數(shù)據(jù)趨勢(shì)，初步檢查數(shù)據(jù)是否平穩(wěn)，以及數(shù)據(jù)波動(dòng)的大概規(guī)律。根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)作自相關(guān)圖，進(jìn)行自相關(guān)分析，求自相關(guān)函數(shù)。選擇合適的隨機(jī)模型，進(jìn)行曲線擬合。在模型建立后，需要通過(guò)白噪聲檢驗(yàn)，判斷判斷數(shù)據(jù)建立的模型是否合理，殘差通過(guò)檢驗(yàn)，建立的模型合理[21]。常用的時(shí)間序列模型包括：p階自回歸AR（p）模型、q階滑動(dòng)平均MA（q）模型、自回歸滑動(dòng)平均ARMA（p，q）模型、自回歸求和移動(dòng)平均ARIMA模型。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 監(jiān)測(cè)站數(shù)量分析

春秋兩季由于候鳥(niǎo)和旅鳥(niǎo)季節(jié)性的遷徙和過(guò)境，全省濕地鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)量出現(xiàn)較大變化，春末夏初和秋末冬初時(shí)，形成兩個(gè)季節(jié)性高峰，旅鳥(niǎo)特別繁盛，雁鴨類(lèi)等因遷徙旅經(jīng)而常成為優(yōu)勢(shì)種或常見(jiàn)種，種群數(shù)量達(dá)數(shù)萬(wàn)甚至數(shù)十萬(wàn)只[18]。表1是監(jiān)測(cè)站在2009-2014年對(duì)綠頭鴨監(jiān)測(cè)到的數(shù)量分布情況。

綠頭鴨在浙江過(guò)境越冬，野外共監(jiān)測(cè)到綠頭鴨集群7 133群，主要分布在臨安監(jiān)測(cè)站、三門(mén)監(jiān)測(cè)站、亞林所監(jiān)測(cè)站。西溪濕地、余杭監(jiān)測(cè)站綠頭鴨監(jiān)測(cè)數(shù)均較為離散。海鹽監(jiān)測(cè)站，綠頭鴨10－11月遷入，數(shù)量增多，4月數(shù)量減少，逐漸遷離。松陽(yáng)監(jiān)測(cè)站10－11月數(shù)量變多，開(kāi)始遷入，5月數(shù)量減少，逐漸遷離。綠頭鴨在每年10月數(shù)量變多，開(kāi)始遷入三門(mén)監(jiān)測(cè)站，11－12月數(shù)量達(dá)到高峰，遷徙高峰，5－6月遷離。開(kāi)始遷入，在12月到次年1月迎來(lái)遷徙高峰，3－4月遷離。在臨安監(jiān)測(cè)站，每年10月數(shù)量增多，開(kāi)始遷入，11－12月或晚至1－3月遷徙高峰，4月全部遷離。海鹽、三門(mén)、亞林所、臨安監(jiān)測(cè)站的綠頭鴨數(shù)量變化呈現(xiàn)候鳥(niǎo)遷徙的規(guī)律性。西溪濕地、余杭監(jiān)測(cè)站數(shù)量變化沒(méi)有候鳥(niǎo)遷徙的規(guī)律性，在候鳥(niǎo)遷往臨安范圍時(shí)，有部分飛向西溪濕地、余杭監(jiān)測(cè)。根據(jù)各個(gè)監(jiān)測(cè)站的數(shù)量變化，初步分析表明：三門(mén)、松陽(yáng)、臨安、亞林所、海鹽監(jiān)測(cè)站是綠頭鴨的主要越冬地，西溪濕地、余杭監(jiān)測(cè)站區(qū)域是遷徙中途停歇地。

3.2 綠頭鴨遷徙時(shí)間規(guī)律分析

浙江省候鳥(niǎo)春季遷徙北上過(guò)境時(shí)間從3月下旬到5月上旬，秋季遷徙過(guò)境時(shí)間從9月上旬到10月下旬[22]?，F(xiàn)有各監(jiān)測(cè)站的地理位置不同，候鳥(niǎo)的數(shù)量和遷徙時(shí)間也不一樣。對(duì)監(jiān)測(cè)的日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析得，綠頭鴨遷徙時(shí)間表，如表2。

表1 綠頭鴨數(shù)量分布Table 1 Quantitative distribution of A.platyrhynchos in Zhejiang

表2 綠頭鴨遷徙時(shí)間Table 2 Migration of A. platyrhynchos in the province

候鳥(niǎo)的遷徙路線以南北向?yàn)橹?。由?初步推斷綠頭鴨在浙江區(qū)域過(guò)境越冬的時(shí)間在10月8日至翌年6月10日，在秋季遷徙期，綠頭鴨從北往南遷徙時(shí)間在10月8日至11月18日。10月8日至10月11日，綠頭鴨從臨安遷入松陽(yáng)、三門(mén)監(jiān)測(cè)站。11月3日至11月18日，綠頭鴨從海上或外省遷入亞林所監(jiān)測(cè)站。在春季遷徙期，綠頭鴨在浙江區(qū)域從南往北遷徙時(shí)間在3月27日至5月22日，監(jiān)測(cè)站間遷徙規(guī)律不明顯。根據(jù)監(jiān)測(cè)站綠頭鴨秋季遷入時(shí)間先后和監(jiān)測(cè)站地理位置，結(jié)合東部候鳥(niǎo)遷徙路線，繪制了綠頭鴨秋季遷徙理論路線圖（圖1），圖中虛線代表綠頭鴨可能會(huì)遷徙的路線。

在ArcGIS 10.1軟件中使用距離量算功能，量算各監(jiān)測(cè)站之間距離。利用距離、時(shí)間和速度的關(guān)系，計(jì)算得到臨安往松陽(yáng)和三門(mén)的遷徙速度為66.91 km/d。以66.91 km為半徑，進(jìn)行綠頭鴨遷徙路線緩沖區(qū)分析，得出綠頭鴨遷徙經(jīng)過(guò)浙江及在浙江越冬時(shí)可能停留的范圍。臨安監(jiān)測(cè)站和西溪監(jiān)測(cè)站間距離為33.17 km，臨安監(jiān)測(cè)站和余杭監(jiān)測(cè)站間距離為59.23 km，根據(jù)上述分析，綠頭鴨可能在臨安監(jiān)測(cè)站、西溪濕地監(jiān)測(cè)站和余杭監(jiān)測(cè)站穿越活動(dòng)，以臨安監(jiān)測(cè)站到西溪監(jiān)測(cè)站和余杭監(jiān)測(cè)站的距離平均值為半徑，進(jìn)行監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的緩沖區(qū)分析，最后得到綠頭鴨分布圖（圖2）。一旦發(fā)現(xiàn)綠頭鴨禽流感疫情，可以按圖中各地區(qū)的重要程度，結(jié)合綠頭鴨在浙江省過(guò)境越冬時(shí)間，對(duì)疫情進(jìn)行及時(shí)遏制，并對(duì)潛在疫情高發(fā)地區(qū)進(jìn)行預(yù)防。

3.3 綠頭鴨數(shù)量變化分析

選取綠頭鴨數(shù)量最多的臨安監(jiān)測(cè)站為主要研究區(qū)域，建立溫度與數(shù)量的相關(guān)回歸模型以及時(shí)間序列模型，以預(yù)測(cè)綠頭鴨的數(shù)量變化。經(jīng)過(guò)方差齊次性檢驗(yàn)和單因素方差分析，F(xiàn)檢驗(yàn)的數(shù)值為2.813，P=0.000<0.05，不同溫度對(duì)于綠頭鴨數(shù)量的變化，具有顯著性的影響。對(duì)同一溫度的數(shù)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得不同溫度下的平均數(shù)量。隨著溫度的增加，綠頭鴨的數(shù)量呈現(xiàn)總體下降趨勢(shì)，溫度和數(shù)量呈負(fù)顯著相關(guān)。對(duì)數(shù)量與溫度的關(guān)系進(jìn)行擬合，建立臨安監(jiān)測(cè)站綠頭鴨數(shù)量與溫度回歸方程，設(shè)y為數(shù)量，x為溫度，y = -2.9797x + 170 （R2= 0.735，sig=0.000<0.05）。

對(duì)綠頭鴨的月平均數(shù)量進(jìn)行數(shù)據(jù)的波動(dòng)性和趨勢(shì)性分析，數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)分析，自相關(guān)函數(shù)二步截尾，自相關(guān)函數(shù)通過(guò)白噪聲檢驗(yàn)。根據(jù)變換數(shù)列的自相關(guān)函數(shù)和偏自相關(guān)函數(shù)的特點(diǎn)以及參數(shù)估計(jì)，建立q階滑動(dòng)平均MA（2）模型，Xt=47.697-0.582Xt-2+εt，t為時(shí)間。模型擬合統(tǒng)計(jì)量R2=0.664，sig=0.000<0.05，相應(yīng)模型參數(shù)如表3所示通過(guò)檢驗(yàn)，模型殘差序列通過(guò)檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，模型預(yù)測(cè)誤差不穩(wěn)定，但大部分落入誤差范圍之內(nèi)，模型具有一定預(yù)測(cè)意義。

圖1 綠頭鴨秋季遷徙路線Figure 1 Migration road of A. platyrhynchos in autumn

圖2 綠頭鴨分布圖Figure 2 The distribution map of Anas platyrhynchos

表3 模型參數(shù)Table 3 The model parameters

4 結(jié)果與討論

采用浙江省陸生野生動(dòng)物疫病疫源監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)站2009－2014年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以大數(shù)據(jù)視角對(duì)綠頭鴨遷徙規(guī)律進(jìn)行研究，初步掌握了其在浙江區(qū)域分布的情況和遷徙規(guī)律，初步實(shí)現(xiàn)了相關(guān)監(jiān)測(cè)區(qū)域綠頭鴨數(shù)量變化的預(yù)測(cè)。

綠頭鴨主要在臨安、三門(mén)、亞林所監(jiān)測(cè)站周邊區(qū)域越冬，在不同監(jiān)測(cè)站遷徙時(shí)間有所不同，在浙江區(qū)域內(nèi)越冬期為10月8日至翌年6月23日。春季在浙江區(qū)域全部遷離，從南到北遷徙時(shí)間為3月27日至5月22日。秋季在浙江區(qū)域從北向南遷徙時(shí)間為10月8日至11月18日。

利用溫度、時(shí)間可以大致預(yù)測(cè)相應(yīng)監(jiān)測(cè)站鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)量變化，但并不能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)量變化還受諸多因素影響，包括繁殖、棲息地環(huán)境、天氣等，在下一步的研究中，需要更多地考慮鳥(niǎo)類(lèi)的生理因素及環(huán)境因素，使預(yù)測(cè)更近實(shí)際，以便更有效地防控禽流感病毒的傳播。

浙江省野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展多年，積累較多的數(shù)據(jù)，但要揭示野生動(dòng)物特別是鳥(niǎo)類(lèi)這一復(fù)雜群體的遷徙規(guī)律，達(dá)到較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)還需進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受人為主觀的限制較多，都需要從技術(shù)和方法上加以研究和改進(jìn)。

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Distribution and Migration Rhythm of Anas platyrhynchos in Zhejiang

LIU Zhi-li1,2，F(xiàn)ANG Lu-ming1,2*，NING Xue-fang1,2
（1. School of Information Engineering, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Forestry Intelligent Monitoring and Information Technology, Lin’an 311300, China）

Analysis were made on quantitative distribution and migration rhythm of Anas platyrhynchos in Zhejiang province by monitoring data from 2009-2014 of 56 monitoring stations. The results showed that A. platyrhynchos overwintered around station of Lin'an, Sanmen, Yalinsuo with migration times from October 8th to next June 23rd in Zhejiang province. It moved from south to north during March 27 and May 22 and from north to south during October 8 to November 18. Forecasting model for quantitative variation of A. platyrhynchos in Zhejaing province was established by data mining.

Anas platyrhynchos; migration rhythm; data mining; time series modeling

S718.63

A

1001-3776（2016）04-0024-05

2016-01-18；

2016-05-09

浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目（2014C33045），浙江省林業(yè)智能監(jiān)測(cè)與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金

劉志立（1992-），女，河南省信陽(yáng)人，碩士研究生在讀，從事林業(yè)信息化研究；*通訊作者。