基于鳥(niǎo)類(lèi)生物完整性指數(shù)的蘇州濕地健康評(píng)價(jià)?

肖科沂 朱 穎 周敏軍 范如宇

1 蘇州科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 江蘇蘇州 215011

2 高新區(qū)獅山綠羽生態(tài)環(huán)境咨詢(xún)工作室 江蘇蘇州 215000

美國(guó)學(xué)者Karr[1]最早提出生物完整性指數(shù)(Index of biotic integrity,IBI),主要利用魚(yú)作為指示物種構(gòu)建IBI體系,對(duì)河流的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。我國(guó)學(xué)者王備新[2]首次對(duì)水生生物指數(shù)進(jìn)行篩選,構(gòu)建評(píng)價(jià)水體健康標(biāo)準(zhǔn),評(píng)價(jià)黃山溪流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。蔡琨等[3]應(yīng)用藻類(lèi)IBI對(duì)太湖水體進(jìn)行評(píng)價(jià),完善大型湖泊生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系。隨著研究的深入,IBI的指示生物種類(lèi)有了廣泛擴(kuò)展。水鳥(niǎo)作為濕地生態(tài)系統(tǒng)中的頂級(jí)消費(fèi)者,其生活史與濕地密切相關(guān)[4－5],且對(duì)濕地狀況的變化較為敏感,較強(qiáng)的移動(dòng)能力使水鳥(niǎo)對(duì)濕地水環(huán)境的改變有快速的反應(yīng)[6－7],因而成為濕地最敏感的指示物種。以鳥(niǎo)類(lèi)完整性指數(shù)進(jìn)行濕地健康水平評(píng)價(jià),對(duì)完善濕地評(píng)價(jià)體系具有積極作用,也可為濕地保護(hù)與管理提供依據(jù)。

國(guó)內(nèi)學(xué)者于1981年開(kāi)展水鳥(niǎo)與濕地環(huán)境關(guān)系的研究,王勇軍等[8]針對(duì)東方白鸛越冬生態(tài)的研究發(fā)現(xiàn),東方白鸛的棲息與濕地狀況密切相關(guān)。賈亦飛等[9]通過(guò)建立GAM模型進(jìn)行水鳥(niǎo)和水位變化的分析發(fā)現(xiàn),水位波動(dòng)對(duì)鄱陽(yáng)湖濕地不同水鳥(niǎo)的棲息地選擇有不同影響。這些研究表明,水鳥(niǎo)對(duì)濕地有積極的響應(yīng)關(guān)系。當(dāng)前以鳥(niǎo)類(lèi)作為IBI的指示生物評(píng)價(jià)濕地健康的研究尚不多見(jiàn)。本文以蘇州市濕地為研究對(duì)象,選擇9處典型濕地,分別于2019年5月和10月進(jìn)行鳥(niǎo)類(lèi)調(diào)查,分析不同樣地的水鳥(niǎo)群落結(jié)構(gòu)特征變化狀況與差異,運(yùn)用鳥(niǎo)類(lèi)完整性指數(shù)(Bird-IBI)構(gòu)建蘇州濕地健康評(píng)價(jià)體系對(duì)其健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),為濕地的管理及生態(tài)修復(fù)提供數(shù)據(jù)支持。

1 研究材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

蘇州(119°55′~121°20′E,30°47′~32°02′N(xiāo))地處江蘇省東南部、長(zhǎng)江三角洲中部,總面積8 488.42 km2；境內(nèi)河湖眾多,水域面積占全市總面積的42.5%,是蘇州健康發(fā)展的重要生態(tài)資源。蘇州濕地資源豐富、類(lèi)型多樣,為水鳥(niǎo)提供多樣的棲息地,是東亞至澳大利西亞水鳥(niǎo)遷徙的重要中轉(zhuǎn)站。2019年蘇州濕地共記錄鳥(niǎo)類(lèi)11目38科215種,占江蘇省鳥(niǎo)類(lèi)種數(shù)的48.10%,其中包括國(guó)家二級(jí)保護(hù)鳥(niǎo)類(lèi)24種,世界自然保護(hù)聯(lián)盟(International Union for Conservation of Nature,IUCN)紅色名錄15種。鳥(niǎo)類(lèi)的多樣性體現(xiàn)了蘇州濕地保護(hù)建設(shè)成效顯著。為探明蘇州濕地健康狀況,在蘇州不同區(qū)域設(shè)置9處濕地樣地進(jìn)行鳥(niǎo)類(lèi)調(diào)查(表1),并對(duì)其濕地現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

表1 蘇州9處濕地概況

1.2 調(diào)查方法

本研究于2019年5月(春)和10月(秋)晴朗無(wú)風(fēng)天氣,采用樣線法和樣點(diǎn)法相結(jié)合的方式[10],對(duì)樣地內(nèi)鳥(niǎo)類(lèi)的數(shù)量和種類(lèi)進(jìn)行調(diào)查與統(tǒng)計(jì),每月調(diào)查2次。選擇鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)頻繁的時(shí)間段,即日出后2 h或日落前2 h內(nèi),應(yīng)用“精確計(jì)數(shù)”與“集團(tuán)統(tǒng)計(jì)法”記錄當(dāng)月觀測(cè)到的鳥(niǎo)類(lèi)種類(lèi)和最大值。調(diào)查時(shí)使用8×42倍的雙筒望遠(yuǎn)鏡和單筒望遠(yuǎn)鏡(SWAROVSKI ATX 30－70×95)對(duì)樣地內(nèi)的野生鳥(niǎo)類(lèi)進(jìn)行觀察,使用100~400 mm長(zhǎng)焦鏡頭的單反相機(jī)(Canon 7D MarkII)對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)進(jìn)行拍攝,無(wú)法觀測(cè)的鳥(niǎo)類(lèi)通過(guò)辨別叫聲確認(rèn)其種類(lèi)。鳥(niǎo)類(lèi)鑒定以?中國(guó)鳥(niǎo)類(lèi)分類(lèi)與分布名錄? ?中國(guó)鳥(niǎo)類(lèi)野外手冊(cè)??Birds of East Asia?為依據(jù)。

1.3 Bird-IBI評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

Bird-IBI評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建包括以下3部分內(nèi)容[11－12]。

1)參照點(diǎn)及受損點(diǎn)的選擇。參照點(diǎn)指未受人類(lèi)干擾或干擾程度較低處,受損點(diǎn)指受到人類(lèi)活動(dòng)干擾較強(qiáng)處。由于鳥(niǎo)類(lèi)遷飛能力較強(qiáng),活動(dòng)范圍較大,因此將每1處濕地視為1個(gè)點(diǎn)。參照2019蘇州市濕地保護(hù)年報(bào)調(diào)查結(jié)果,以及各樣地環(huán)境因素等條件,以濕地年報(bào)綜合評(píng)分高于70分、人類(lèi)干擾較少、水質(zhì)在Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)及以上的濕地[13]作為參照點(diǎn),其余為受損點(diǎn)。

2)確定候選生物參數(shù)指標(biāo)。為體現(xiàn)鳥(niǎo)類(lèi)群落結(jié)構(gòu)特征,選擇能夠綜合反映濕地鳥(niǎo)類(lèi)物種豐富度、物種多樣性、鳥(niǎo)類(lèi)敏感性作為候選生物指標(biāo),并對(duì)選取的指標(biāo)進(jìn)行分布范圍和判別能力分析,去除不適宜參與構(gòu)建Bird-IBI的候選指標(biāo)。判別能力分析參照Barbour[14]提出的方法,運(yùn)用箱線圖檢測(cè)25%~75%內(nèi)參照點(diǎn)和受損點(diǎn)是否存在箱體重疊。

3)構(gòu)建Bird-IBI評(píng)價(jià)體系。運(yùn)用比值法[15]計(jì)算生物參數(shù)指數(shù)。隨干擾程度增強(qiáng)而降低的生物指標(biāo)值的最佳值設(shè)為95%分位數(shù),隨干擾增強(qiáng)而升高的生物指數(shù)值的最佳值設(shè)為5%分位數(shù)。參照各參數(shù)指標(biāo)值的分布情況,選擇合適的公式計(jì)算生物指標(biāo)值。要求限定計(jì)算后結(jié)果范圍為[0,1],若計(jì)算結(jié)果大于1表明已優(yōu)于最佳值,記為1。

累加篩選出生物指標(biāo)值,得到每個(gè)樣地的Bird-IBI值。將參照點(diǎn)75%分位數(shù)作為“健康”等級(jí),小于75%分位數(shù)四等分為“亞健康” “一般”“差”“極差”4個(gè)等級(jí)。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕地鳥(niǎo)類(lèi)群落結(jié)構(gòu)

蘇州市9處濕地共記錄到鳥(niǎo)類(lèi)183種,隸屬15目37科。春季記錄到鳥(niǎo)類(lèi)124種,隸屬14目34科；秋季記錄到鳥(niǎo)類(lèi)145種,隸屬14目34科。雀形目鳥(niǎo)類(lèi)的種類(lèi)最多,占鳥(niǎo)類(lèi)總種數(shù)的49.18%；雁鴨類(lèi)占鳥(niǎo)類(lèi)總種數(shù)的8.20%,鸻鷸類(lèi)占10.38%。

調(diào)查發(fā)現(xiàn),蘇州濕地春秋兩季鳥(niǎo)類(lèi)停歇過(guò)境活動(dòng)頻繁,其種類(lèi)和數(shù)目有較大的變化(表2)。總體而言,蘇州濕地秋季所觀測(cè)到的鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)量大于春季,主要是由于秋季雁鴨類(lèi)和鸻鷸類(lèi)水鳥(niǎo)較春季大幅增加,此類(lèi)水鳥(niǎo)在長(zhǎng)江以南大部分為冬候鳥(niǎo),秋冬季節(jié)來(lái)此短暫停留或越冬。沙家浜濕地秋季觀測(cè)到鳥(niǎo)的種類(lèi)與數(shù)量遠(yuǎn)小于春季,是因?yàn)榍锛敬罅堪?Egretta garzetta)聚集于此,其他水鳥(niǎo)的生存空間少,多樣性降低。

表2 9處濕地鳥(niǎo)類(lèi)觀測(cè)結(jié)果

從圖1和圖2可知,春秋兩季雀形目鳥(niǎo)類(lèi)均大量出現(xiàn)在蘇州各濕地,構(gòu)成濕地最主要的鳥(niǎo)類(lèi)群體。蘇州濕地常年棲息有鸛形目水鳥(niǎo),表明濕地是其理想的生存環(huán)境。隼形目鳥(niǎo)類(lèi)較多分布于太湖湖濱和三山島,其中太湖湖濱湖面開(kāi)闊,擁有豐富的食物資源且人為干擾較少；三山島以次生林地和丘陵地貌吸引隼形目停留。鸻形目水鳥(niǎo)多出現(xiàn)在太湖綠洲、天福和秋季的同里濕地,這幾處濕地?fù)碛虚_(kāi)闊平坦的淺水區(qū)為鸻形目提供良好的棲息覓食之處。

圖1 春季蘇州各濕地水鳥(niǎo)種類(lèi)數(shù)

圖2 秋季蘇州各濕地水鳥(niǎo)種類(lèi)數(shù)

2.2 鳥(niǎo)類(lèi)完整性評(píng)價(jià)

2.2.1 參照點(diǎn)及受損點(diǎn)分布

在9處濕地中確定太湖綠洲、沙家浜和天福濕地3處作為參照點(diǎn)(主要分布于太湖沿岸或中小型湖泊旁),其余6處(陽(yáng)澄湖、三山島、天福、金倉(cāng)湖、太湖湖濱和太湖濕地)為受損點(diǎn)。

2.2.2 Bird-IBI體系構(gòu)建

參照國(guó)內(nèi)外生物完整性研究[16－18],結(jié)合本次調(diào)查情況,選擇以下12個(gè)指標(biāo)作為候選參數(shù)(表3)；運(yùn)用箱線圖對(duì)這12個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析,確定M2、M7、M8、M9和M11這5個(gè)指標(biāo)符合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),保留以上指標(biāo)進(jìn)一步分析。

表3 Bird-IBI的候選參數(shù)及其描述

對(duì)篩選的指標(biāo)進(jìn)行Spearman分析,結(jié)果(表4)表明,M7與M8呈顯著正相關(guān)(r>0.9),去除Simpson指數(shù),其余4個(gè)參數(shù)均予以保留。因此蘇州濕地鳥(niǎo)類(lèi)完整性評(píng)估的最終指標(biāo)為M2、M7、M9和M11。

表4 Bird-IBI候選生物參數(shù)Spearman相關(guān)分析矩陣

2.2.3 Bird－IBI評(píng)價(jià)

根據(jù)指標(biāo)對(duì)干擾的反應(yīng),確定各指標(biāo)計(jì)算方法(表5)；累加選定參數(shù)的計(jì)算值得到蘇州各濕地Bird－IBI結(jié)果。以參照點(diǎn)75%百分位數(shù)為健康等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),確定蘇州濕地Bird－IBI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):健康(Bird－IBI≥3.95)、亞健康(2.56≤Bird－IBI<3.95)、一般(1.97≤Bird－IBI<2.56)、差(0.98≤Bird－IBI<1.97)、極差(Bird－IBI<0.98)。

表5 核心參數(shù)及計(jì)算公式

蘇州市9處濕地健康等級(jí)評(píng)價(jià)(表6)結(jié)果表明:空間分布上,蘇州濕地健康狀況沒(méi)有呈現(xiàn)明顯規(guī)律；時(shí)間尺度上,春、秋兩季9處樣地18個(gè)Bird-IBI值中,同里和沙家浜濕地春季Bird-IBI高于秋季,其余濕地秋季Bird-IBI值均高于春季,原因是大量雁鴨類(lèi)水鳥(niǎo)在9、10月份來(lái)此越冬,鳥(niǎo)類(lèi)種類(lèi)和數(shù)量增多。處于“健康”狀態(tài)的為太湖綠洲和天福濕地, “亞健康”為三山島、同里和沙家浜濕地, “一般”為金倉(cāng)湖、太湖和太湖湖濱濕地,僅有陽(yáng)澄湖濕地為“差”。

表6 基于Bird-IBI的蘇州濕地健康評(píng)價(jià)結(jié)果

觀察參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的Bird-IBI值,參照點(diǎn)均為“健康”和“亞健康”,受損點(diǎn)無(wú)“健康”,均為“亞健康” “一般”和“差”。說(shuō)明構(gòu)建的Bird-IBI評(píng)價(jià)區(qū)分度較好。

3 討論

本研究中9處樣地的鳥(niǎo)類(lèi)完整性指數(shù)差異較大,表明9處樣地處于不同的濕地健康水平,主要受濕地棲息地類(lèi)型的豐富性和周邊土地利用開(kāi)發(fā)強(qiáng)度的影響。濕地棲息地類(lèi)型豐富,周邊開(kāi)發(fā)程度較低,人為干擾較少的濕地Bird-IBI得分較高,健康狀況較好；反之則得分低,健康狀況較差。

太湖綠洲濕地Bird-IBI得分最高,是因?yàn)樵摑竦鼐嚯x城市較遠(yuǎn),人為干擾相對(duì)較少,且有大面積受保護(hù)水域、濱水蘆葦植被帶、魚(yú)塘淺灘、人工林地等類(lèi)型豐富的棲息空間,能為多種鳥(niǎo)類(lèi)提供棲息地和遷徒中轉(zhuǎn)站。三山島和同里濕地健康狀況均為“亞健康”,原因在于這2處濕地棲息地類(lèi)型豐富,含有小型湖泊、水塘、淺灘、水稻田及人工林地等,為雁鴨類(lèi)、鸻鷸類(lèi)、鷺類(lèi)以及林鳥(niǎo)等提供豐富的棲息環(huán)境。陽(yáng)澄湖濕地Bird-IBI得分最低,原因在于陽(yáng)澄湖濕地距離城市較近、周邊水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)、建設(shè)開(kāi)發(fā)程度較高,嚴(yán)重影響鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng),因此鳥(niǎo)類(lèi)多樣性整體偏低[19－20]。

IBI是應(yīng)用廣泛的濕地健康評(píng)價(jià)方法之一,本研究基于鳥(niǎo)類(lèi)對(duì)濕地健康的表征作用,以Bird-IBI評(píng)價(jià)蘇州濕地的健康水平。研究發(fā)現(xiàn),按照IBI方法構(gòu)建的指標(biāo)體系更多地關(guān)注物種的多樣性與豐富度,而對(duì)于物種棲息環(huán)境的指標(biāo)表達(dá)不足。就水鳥(niǎo)而言,它們不僅受食物的影響,更受棲息地類(lèi)型的影響,如果僅存在單一類(lèi)型的棲息地,即便食物極為豐富,也只能觀測(cè)到對(duì)此類(lèi)棲息地具有偏好的鳥(niǎo)類(lèi)。因此,在選擇特定物種構(gòu)建IBI指標(biāo)體系時(shí),需要對(duì)物種進(jìn)行分析,進(jìn)一步完善指標(biāo)體系,使其更具有科學(xué)性和全面性。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)濕地鳥(niǎo)類(lèi)觀測(cè)與鑒定,本研究共記錄到鳥(niǎo)類(lèi)183種,隸屬于15目37科,其中雀形目鳥(niǎo)類(lèi)種數(shù)最多；蘇州濕地春秋兩季鳥(niǎo)類(lèi)停歇過(guò)境活動(dòng)頻繁,其種類(lèi)和數(shù)目變化較大。

構(gòu)建Bird-IBI評(píng)價(jià)體系對(duì)蘇州濕地健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果表明,太湖綠洲、天福濕地處于“健康”狀態(tài),陽(yáng)澄湖濕地處于“差”狀態(tài),其余均處于“亞健康”和“一般”狀態(tài)。

從時(shí)間尺度看,2019年春、秋季9處樣地18個(gè)IBI值中,除同里和沙家浜以外,其余濕地秋季Bird-IBI得分均高于春季,健康狀況也較春季好；從空間尺度看,蘇州濕地的Bird-IBI得分沒(méi)有呈現(xiàn)明顯規(guī)律。