黑龍江南部林區(qū)雀形目鳥(niǎo)類春季遷徙時(shí)間與氣溫和北極濤動(dòng)的聯(lián)系

安玉鑫 吳 偉 王毅鴻 鄭 雯 許 青

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

近年來(lái)氣候的異常變化引起了人們的高度重視，全球變暖毋庸置疑。目前更多研究顯示北大西洋濤動(dòng)(NAO)、厄爾尼諾-南極濤動(dòng)(ENSO)以及北極濤動(dòng)(AO)等大氣環(huán)流模態(tài)對(duì)這種氣候的變化影響存在較大影響[1-4]。生物學(xué)家和生態(tài)學(xué)家越來(lái)越關(guān)注全球氣候變化如何影響動(dòng)植物的分布、物候和生活史特征。北極濤動(dòng)(AO)是一種異常大氣環(huán)流型，它的影響尺度能夠跨越整個(gè)半球，對(duì)北半球的高維度地區(qū)尤為重要[5]。Kellner等對(duì)美國(guó)玉米帶與氣候變化之間進(jìn)行了研究，并認(rèn)為ENSO和AO在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和規(guī)劃存在潛在影響[6]；Cleary等發(fā)現(xiàn)受ENSO誘導(dǎo)的婆羅洲森林火災(zāi)和生境隔離影響蝴蝶物種豐富度和群落組成[7]；張海勝等研究了北冰洋浮游植物、浮游動(dòng)物和葉綠素a的年際變化及其與ENSO和AO的關(guān)系[8]；包光在海拉爾地區(qū)樟子松(PinussylvestrisVar.mongolica)年輪生長(zhǎng)的研究中發(fā)現(xiàn)，10年尺度上AO能夠通過(guò)溫度和降水顯著影響蒙古海拉爾地區(qū)樟子松的徑向生長(zhǎng)[9]。這些研究均表明生物對(duì)AO的變化會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)。

AO的變化對(duì)我國(guó)的氣溫有重要影響，導(dǎo)致很多極端天氣現(xiàn)象。張自銀、龔道溢等在AO與東亞氣候之間進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)AO與東亞冬季風(fēng)之間存在顯著的相關(guān)性，并且對(duì)我國(guó)的降水也有個(gè)一定影響[10-11]；張麗等對(duì)吉林省冬季氣溫異常研究中指出，冬季氣溫與AO關(guān)系極其密切[12]；陳建宇等對(duì)內(nèi)蒙古極端天氣事件研究中指出，AO與極端指數(shù)有顯著相關(guān)，其中冷指數(shù)尤其明顯[13]；孟鑫等發(fā)現(xiàn)東北冬季氣溫變化異常與AO相關(guān)性顯著，并且11 月 AO 是可預(yù)測(cè)東北冬季氣溫變化的一項(xiàng)重要因子[14]。大部分研究表明AO能夠顯著影響我國(guó)北方地區(qū)冬季氣溫和降水[15-16]。

鳥(niǎo)類對(duì)環(huán)境和氣候變化非常敏感，鳥(niǎo)類的飛行能力極強(qiáng)，所以鳥(niǎo)類常被看作氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的先鋒指示物種，而氣候變化被認(rèn)為是鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間變化的主要驅(qū)動(dòng)力[17]。本文研究了1998—2018年間的黑龍江省帽兒山鳥(niǎo)類環(huán)志站春季10種雀形目(Passeriformes)候鳥(niǎo)遷徙時(shí)間的變化，通過(guò)對(duì)春季遷徙的首到日、峰值日、結(jié)束日與相應(yīng)階段氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)以及北極濤動(dòng)指數(shù)(Arctic Oscillation Index，AOI)進(jìn)行相關(guān)分析，探討了當(dāng)?shù)卮杭绝B(niǎo)類遷徙時(shí)間與氣溫和AOI的關(guān)系。

1 資料來(lái)源與方法

所使用的鳥(niǎo)類環(huán)志資料取自東北林業(yè)大學(xué)帽兒山鳥(niǎo)類環(huán)志站(45°24′N，127°39′E)，該站地處張廣才嶺西北部，原始林為溫帶針闊混交林，現(xiàn)主要植被類型為天然次生闊葉林。該區(qū)域處于北半球溫帶大陸性東部季風(fēng)區(qū)，常年受到東亞季風(fēng)的影響，年均溫為2.9℃，年均降雨723 mm，年均蒸發(fā)1 094 mm。

選擇褐柳鶯(Phylloscopusfuscatus)、紅喉歌鴝(Calliopecalliope)、黃喉鹀(Emberizaelegans)、黃眉柳鶯(Phylloscopusinornatus)、灰背鶇(Turdushortulorum)、灰頭鹀(Emberizaspodocephala)、巨嘴柳鶯(Phylloscopusschwarzi)、田鹀(Emberizarustica)、燕雀(Fringillamontifringilla)、棕眉山巖鷚(Prunellamontanella)10種雀形目鳥(niǎo)類，它們的環(huán)志量大且為當(dāng)?shù)叵暮蝤B(niǎo)或旅鳥(niǎo)?；?998—2018年環(huán)志記錄(2013年春季缺乏數(shù)據(jù)未統(tǒng)計(jì)，燕雀和巨嘴柳鶯缺1998年數(shù)據(jù))，對(duì)其遷徙時(shí)間進(jìn)行整理；每種鳥(niǎo)類使用首到日、峰值日和結(jié)束日共3組數(shù)據(jù)來(lái)反映其遷徙時(shí)間特點(diǎn)，10種候鳥(niǎo)共得到30組數(shù)據(jù)。首到日取值為環(huán)志數(shù)量累加到環(huán)志總數(shù)的5%時(shí)所對(duì)應(yīng)的日期；峰值日取值為指環(huán)志數(shù)量累加到環(huán)志總數(shù)的50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的日期；結(jié)束日取值為環(huán)志數(shù)量累加到環(huán)志總數(shù)的95%時(shí)所對(duì)應(yīng)的日期[18-19]。

由于10種雀形目鳥(niǎo)類的首到日、峰值日、結(jié)束日均發(fā)生在3—5月，因此截取與相對(duì)應(yīng)的20年間1—5月AOI進(jìn)行相關(guān)性分析。使用 1998—2018 年間1—5月AOI月平均值，在美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局網(wǎng)站(http：//www.cpc.ncep.noaa.gov)取得。

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)中國(guó)地面國(guó)際交換站氣候資料月值數(shù)據(jù)集，選取距離帽兒山環(huán)志站較近的哈爾濱市氣象站(編號(hào)N50953，45°56′ N，126°34′ E)、尚志市氣象站(編號(hào)N50968，45°13′N，127°58′E)、通河市氣象站(編號(hào)N50963，45°58′N，128°44′E)3站的1998—2018年逐月平均氣溫和降水量資料。

對(duì)AOI、鳥(niǎo)類遷到時(shí)間、3站的月平均溫度和月降水量相互的關(guān)系使用Pearson相關(guān)性分析并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，P<0.05為顯著相關(guān)，P<0.01為極顯著相關(guān)。

所有的相關(guān)性分析均在SPSS 19.0上完成。

2 結(jié)果

2.1 鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間與AOI之間相關(guān)分析

通過(guò)對(duì)10種候鳥(niǎo)春季遷徙首到日、峰值日和結(jié)束日與1—5月月平均AOI之間進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表1)。

1月、4月、5月AOI與10種候鳥(niǎo)的遷徙時(shí)間均無(wú)顯著相關(guān)。而2、3月AOI對(duì)其存在影響較為明顯。2月AOI數(shù)值增加幾乎使所有鳥(niǎo)類春季遷徙時(shí)間提前，10種候鳥(niǎo)的首到日、峰值日和結(jié)束日共30組數(shù)據(jù)中，有29組(占96.67%)與2月AOI呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(表1)，其中有10組(占33.3%)候鳥(niǎo)的遷徙時(shí)間呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。而3月AOI對(duì)候鳥(niǎo)遷徙時(shí)間影響不如2月影響明顯，10種候鳥(niǎo)的30組遷徙時(shí)間數(shù)據(jù)中，有20組(占66.67%)與3月AOI呈負(fù)相關(guān)，僅有3組(占10%)鳥(niǎo)類的時(shí)間特征值呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。由于這些鳥(niǎo)類春季平均遷徙時(shí)間均發(fā)生在3月以后，可見(jiàn)它們對(duì)AOI變化所產(chǎn)生的反應(yīng)具有明顯的滯后效應(yīng)。

表1 鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間與AOI之間相關(guān)分析Tab.1 Correlation analysis between migration time of birds and AOI

續(xù)表1

注：P<0.05，顯著相關(guān)*；P<0.01，極顯著相關(guān)**
Notes：P<0.05，significant correlation*.P<0.01，Very significant correlation**

田鹀、棕眉山巖鷚、黃喉鹀、燕雀和灰頭鹀5種鳥(niǎo)類的其首到日與2月AOI呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，占所研究10種候鳥(niǎo)的50%；3月AOI僅與黃喉鹀和灰背鶇的首到日呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。與AOI具有顯著相關(guān)的鳥(niǎo)類平均首到日均發(fā)生在4月18日之前。

2月AOI與棕眉山巖鷚、黃喉鹀和田鹀3種候鳥(niǎo)遷徙峰值日存在顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，占所研究10種候鳥(niǎo)的30%；而且它們的平均峰值日均在4月9日之前。3月AOI與黃喉鹀遷徙峰值日也存在顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.506，P=0.023)。燕雀的平均峰值日發(fā)生在4月23日，其與2月AOI盡管相關(guān)性不顯著，但相關(guān)系數(shù)較高(r=-0.400，P=0.090)，說(shuō)明其遷徙受到2月AOI仍然較大。

AOI變化對(duì)候鳥(niǎo)遷徙結(jié)束日的影響明顯不如對(duì)首到日和峰值日的影響大。2月AOI變化僅與棕眉山巖鷚和田鹀的結(jié)束日呈顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.05)。它們的結(jié)束日發(fā)生在4月22日之前，是遷徙結(jié)束較早的前2種鳥(niǎo)類。3月AOI與所有鳥(niǎo)類遷徙結(jié)束日均不存在顯著相關(guān)性(P>0.05)。

由此可見(jiàn)，2月AOI與早春鳥(niǎo)類的遷到時(shí)間之間存在相關(guān)性，并且2月AOI越大，鳥(niǎo)類遷徙到來(lái)的時(shí)間越早。遷徙首到日、峰值日或結(jié)束日若發(fā)生在4月下旬以前，2月AOI波動(dòng)幾乎對(duì)其都有顯著的影響。

2.2 氣溫、降水與鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間之間相關(guān)性分析

鳥(niǎo)類的遷徙時(shí)間受不同氣候因子的影響，而氣溫和降水是其中較為關(guān)鍵的因素。為了確定這兩個(gè)因素對(duì)春季候鳥(niǎo)影響所發(fā)揮的作用的不同，使用同期氣溫和降水對(duì)春季候鳥(niǎo)的遷徙時(shí)間波動(dòng)的影響進(jìn)行了分析。哈爾濱、尚志、通河3個(gè)氣象站與研究鳥(niǎo)類的遷徙時(shí)間同期氣溫與降水的月平均值進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果(表2)顯示，幾乎所有鳥(niǎo)類春季遷徙時(shí)間會(huì)隨著同期氣溫的增加而提前，僅紅喉歌鴝的峰值日(r=0.119，P=0.618)和結(jié)束日(r=0.147，P=0.537)與同期氣溫變化呈正相關(guān)，但相關(guān)性不顯著，但其遷到日與同期氣溫顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.639**，P=0.002)。首到日與同期氣溫呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)鳥(niǎo)類有田鹀、棕眉山巖鷚、黃喉鹀、燕雀、灰頭鹀和紅喉歌鴝等6種；峰值日與同期氣溫呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)鳥(niǎo)類有棕眉山巖鷚、黃喉鹀、田鹀、灰頭鹀和巨嘴柳鶯等5種；結(jié)束日與同期氣溫呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)鳥(niǎo)類有田鹀、黃喉鹀、燕雀、棕眉山巖鷚等4種。遷徙期前5種候鳥(niǎo)，氣溫對(duì)其均有顯著的影響。而4月下旬以后，氣溫對(duì)鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間的影響逐漸減弱。

表2 氣溫、降水與鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間之間相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis between air temperature，precipitation and migration time of birds

注：P<0.05，顯著相關(guān)*；P<0.01，極顯著相關(guān)**
Notes：P<0.05，significant correlation*.P<0.01，very significant correlation**

3站同期月平均降水量對(duì)不同候鳥(niǎo)遷徙期的影響差別較大。10種候鳥(niǎo)的首到日、峰值日和結(jié)束日共30組數(shù)據(jù)，有18組數(shù)據(jù)(占40%)顯示隨著同期降雨量的增加而遷徙期提前，其中灰背鶇的峰值日和褐柳鶯的結(jié)束日與同期降雨量呈顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.05)。而其余數(shù)據(jù)顯示遷徙時(shí)間會(huì)因?yàn)橥诮涤炅康脑黾佣w徙期滯后，其中田鹀、棕眉山巖鷚、黃喉鹀和巨嘴柳鶯的首到日與同期降雨量呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)?？梢?jiàn)，與氣溫變化比較，降水對(duì)鳥(niǎo)類春季遷徙時(shí)間的影響缺乏一致性。東北地區(qū)春季氣溫持續(xù)上升較為穩(wěn)定，而降水受局地因素影響大且短期變化影響因素復(fù)雜。因此可以推測(cè)降水因素對(duì)鳥(niǎo)類遷到時(shí)間的影響不及對(duì)溫度因素的影響穩(wěn)定。

2.3 AOI與氣溫、降水之間相關(guān)性分析

東北地區(qū)冬季和初春的氣溫和降水受AOI影響極為明顯[10-16]。本研究對(duì)1998—2018年3站春季逐月平均氣溫和平均降水量與AOI進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果與上述研究相一致(表3)。

2月AOI與2、3月3站平均降水量顯著呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與3月3站平均氣溫呈極顯著正相關(guān)(P=0.007)，同時(shí)4月氣溫也受到2月AOI的顯著影響(r=0.479，P=0.033)；3月AOI與同期3站平均氣溫呈顯著正相關(guān)(r=0.502，P=0.024)。3月以后AOI對(duì)3站平均氣溫和降水的影響明顯減弱(P>0.05)?？梢?jiàn)2月AOI對(duì)本地氣溫的影響明顯存在滯后效應(yīng)，而且比對(duì)降水的滯后效應(yīng)影響表現(xiàn)更明顯(表3)。

表3 AOI與氣溫、降水之間相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of AOI with air temperature and precipitation

注：P<0.05，顯著相關(guān)*；P<0.01，極顯著相關(guān)**
Notes：P<0.05，significant correlation*.P<0.01，very significant correlation**

3 討論

光周期對(duì)候鳥(niǎo)的遷徙時(shí)間起到了決定性作用[20]，這使得在大尺度年周期范圍內(nèi)各種候鳥(niǎo)的遷徙時(shí)間保持相對(duì)穩(wěn)定。同時(shí)氣溫和降水在不同年份也會(huì)對(duì)春季候鳥(niǎo)的遷徙時(shí)間波動(dòng)產(chǎn)生一定的影響。研究顯示，春季候鳥(niǎo)的遷到時(shí)間會(huì)由于氣溫的上升而提前，如Butler發(fā)現(xiàn)在北美地區(qū)，氣溫變化對(duì)部分鳥(niǎo)類的春季遷回期產(chǎn)生影響[21]；Kullberg等研究發(fā)現(xiàn)，在瑞典氣候變暖的背景下，春季中短距離遷徙鳥(niǎo)類出現(xiàn)了早到現(xiàn)象，并且這種現(xiàn)象大于長(zhǎng)距離遷徙鳥(niǎo)類早到現(xiàn)象，此外這種現(xiàn)象在瑞典南部大于中部[22]；楊麗慧等發(fā)現(xiàn)在家燕(Hirundorustica)、四聲杜鵑(Cuculusmicropterus)到達(dá)江蘇大豐市的時(shí)間隨城市溫度的上升而會(huì)出現(xiàn)提早的現(xiàn)象[23]；李顯達(dá)等通過(guò)對(duì)黑龍江省高峰鳥(niǎo)類環(huán)志站鳥(niǎo)類遷徙數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，春季紅脅藍(lán)尾鴝的環(huán)志數(shù)量會(huì)隨著氣溫增高而環(huán)志量越大[24-25]。研究結(jié)果證實(shí)，研究地雀形目鳥(niǎo)類的遷徙時(shí)間會(huì)隨著春季氣溫的上升而顯著提前，這在早春(4月下旬以前)對(duì)北遷的鳥(niǎo)類影響極為明顯。4月下旬以后，盡管氣溫變化會(huì)對(duì)鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間產(chǎn)生影響，但這種影響會(huì)逐漸減弱。而降水的發(fā)生會(huì)使得鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間提前或滯后，這是由于北方春季降雨并不能持續(xù)而穩(wěn)定地對(duì)春季鳥(niǎo)類遷徙產(chǎn)生影響導(dǎo)致的。東北地區(qū)早春氣溫變化較為劇烈，4月中旬以后，隨著氣溫的回升，氣溫的波動(dòng)逐漸相對(duì)開(kāi)始平穩(wěn)[26]，氣溫變化對(duì)鳥(niǎo)類的春季遷徙期影響逐漸變得不明顯。

鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間的變化會(huì)對(duì)北大西洋濤動(dòng)(NAO)、南方濤動(dòng)(SO)、北極濤動(dòng)(AO)等一些大氣環(huán)流的變化做出敏銳地反應(yīng)[27-28]，如Kim等研究北大西洋濤動(dòng)(NAO)與寬翅鷹(Buteoplatypterus)春季遷移時(shí)間之間的關(guān)系中表明二者呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)[29]；Miller-Rushing等的發(fā)現(xiàn)所研究的32種鳥(niǎo)類中有6種鳥(niǎo)類的平均到達(dá)時(shí)間與南極濤動(dòng)指數(shù)(SOI)呈正相關(guān)、2種鳥(niǎo)類與北大西洋濤動(dòng)指數(shù)(NAOI)呈正相關(guān)[2]。研究發(fā)現(xiàn)，10種雀形目鳥(niǎo)類中有5種鳥(niǎo)類的遷徙時(shí)間特征會(huì)受到2月AOI的上升而顯著提前，并且這些鳥(niǎo)類的遷徙時(shí)間均發(fā)生在4月下旬以前，4月下旬以后遷到的鳥(niǎo)類盡管也受到AOI的這種影響，但這種影響會(huì)逐漸變得不顯著。

AO的變化對(duì)我國(guó)東北地區(qū)冬季和春季的氣溫和降水有明顯的影響[30]，對(duì)研究地春季逐月平均氣溫和平均降水量與AOI進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果與上述研究結(jié)果相一致。研究證實(shí)，2月AOI對(duì)4月下旬以前候鳥(niǎo)遷徙時(shí)間的影響極為明顯，并且遷徙時(shí)間對(duì)AOI的反應(yīng)具有明顯的滯后現(xiàn)象，所以可以根據(jù)AOI的變化提前預(yù)測(cè)當(dāng)年早春候鳥(niǎo)的遷徙時(shí)間。它們之間的聯(lián)系，是由于氣溫波動(dòng)在中間起到了關(guān)鍵的連接作用。

4 結(jié)論

綜上所述，得出以下結(jié)論：(1)20年間數(shù)據(jù)分析顯示，東北地區(qū)早春雀形目候鳥(niǎo)遷徙時(shí)間的變化能夠反映出AOI的波動(dòng)，AOI上升會(huì)使春季候鳥(niǎo)遷徙時(shí)間提前。但春季遷徙時(shí)間較晚的鳥(niǎo)類對(duì)這種反應(yīng)會(huì)逐漸減弱。(2)雀形目鳥(niǎo)類春季候鳥(niǎo)遷徙時(shí)間受當(dāng)?shù)赝诘臍鉁刈兓徒邓挠绊戄^為明顯。遷徙時(shí)間較早的鳥(niǎo)類與氣溫變化呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)，早春氣溫的波動(dòng)會(huì)使遷徙時(shí)間較早(4月下旬以前)的鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間發(fā)生明顯變化。遷到較晚的鳥(niǎo)類(4月下旬以后)會(huì)對(duì)氣溫變化反應(yīng)不明顯。降水對(duì)候鳥(niǎo)遷徙時(shí)間變化存在影響但不穩(wěn)定。(3)AOI和早春候鳥(niǎo)遷徙時(shí)間的變化的聯(lián)系，是由于氣溫波動(dòng)在它們之間起到了關(guān)鍵的連接作用。(4)春季遷徙時(shí)間較早的鳥(niǎo)類遷徙時(shí)間對(duì)AOI的反應(yīng)具有明顯的滯后現(xiàn)象，2月AOI對(duì)3、4月春季候鳥(niǎo)遷徙時(shí)間的影響極為明顯，所以根據(jù)AOI的變化可以預(yù)測(cè)當(dāng)年早春候鳥(niǎo)的遷徙時(shí)間。