湿地水鸟栖息水位测量方法探析——以涉禽为例

吴庆明何富英苏立英朱井丽邹红菲*

(1.东北林业大学野生动物资源学院，哈尔滨，150040；2.International Crane Foundation，Baraboo，WI5391，USA)

湿地水鸟栖息水位测量方法探析
——以涉禽为例

吴庆明1何富英苏立英朱井丽邹红菲1*

(1.东北林业大学野生动物资源学院，哈尔滨，150040；2.International Crane Foundation，Baraboo，WI5391，USA)

湿地水鸟；

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

湿地水鸟是湿地生态系统的重要组成部分，处于食物链的顶级，调节和参与着湿地生态系统内的能量平衡、物质平衡和信息平衡，能指示湿地环境质量的波动[1-2]，湿地水鸟及其赖以栖息的湿地资源在维持自然界的湿地生态平衡与和谐共存有着重要的功能与作用[3]。

近年来，随着科技的快速发展和城市化、工业化、农业化的迅速扩散，湿地面积及其湿地质量呈现出大幅度的破碎化与片段化变化状态[4]，湿地生态系统内的湿地水鸟也在种类、数量、栖息地空间分布、繁殖成功率等方面表现出相应的连锁反应[5]，所有这些变化都与水位有着密切的关系。为了保护水鸟及其赖以栖息的湿地生态系统，了解湿地水鸟与栖息水位之间的关系至关重要，这不仅关系着湿地水鸟的繁殖、停歇、觅食等生活史行为，而且关系着湿地的可持续存在，更关系着相关管理政策的科学制定与有效管理[6-11]。

关于湿地水鸟栖息水位的测量方面，许多专家学者采用了各种传统的经典方法和现代的科技方法进行了多维度的探索[12-15]。其中，李言阔等采用了国家地面气候资料中的水文水位数据；黎磊等和陈冰等通过水位标杆进行了相对水位测量；吴建东等以照片的形式通过白鹤(Grusleucogeranus)身体部位对水位进行了估测，该方法避免了对鸟类干扰、以具有自重的鸟体进行估计，但鸟体部位存在性别、成幼等个体间的区别，该方法有一定的实用性和推广性，在湿地水鸟栖息水位测量精度方面有了较大的进步，但数据精度方面还有提高的空间。目前的这些研究中的水位数据多为相对水位测量所得或水文水位数据，这些数据只能相对反映水位情况，无法反映湿地水鸟对水底具有自身重力情况下其栖息水位的真实情况。因此，如何在对湿地水鸟不产生干扰的前提下了解其对水位深度的选择与利用，是目前急需解决的问题，这不仅直接关系目前相关部门各种管理政策的科学制定，更关系着长远的湿地水鸟及湿地生态系统的良性的健康的维护与管理。这种情况下，探讨试用一种可行的操作性高的方法，对于掌握湿地水鸟与栖息水位深度之间的关系迫在眉睫。基于此，本文对鸟体形态指标法和水文水位法进行了介绍。

1 材料与方法

1.1 数据来源

考虑研究内容为湿地水鸟栖息水位，本文选取湿地涉禽为分析对象。

全世界有八类鸟类生态类群，中国有6类即涉禽、游禽、鸣禽、猛禽、陆禽、攀禽[16]。在湿地环境中，6类生态类群也均有分布，但在种类、种群数量及对水位环境的利用方式方面存在明显的差异；其中，游禽和涉禽具有种类和数量上的绝对优势[17]，涉禽偏好选择符合其形态特征的一定水位范围内的各种生境类型，在生活史的大部分时间内偏好利用不超过其胫部的适合涉水活动的水位环境，但在某些环境条件满足的前提下也不排斥超过其胫部的水位环境，如白鹤[15]；游禽偏好利用适合其游泳的超过其胫部的深水位环境，春秋迁徙季节除了偏好浅水草甸外，也利用具有食物资源的农田；湿地鸣禽不回避任何水位的任何生境类型，突出偏好于具有深水位的优势挺水植物，但其活动范围多限于水面之上的植被或空中范围，仅即时性地快速地接触有水环境进行取食行为等，与水环境的直接接触常以秒为单位；湿地攀禽的活动范围与鸣禽类似，不直接接触水面，活动区域多为挺水植物的茎部或有水环境中的孤树或疏林或空中；湿地猛禽也不排斥任何水位的任何生境类型，但在湿地生态系统中，活动范围多为空中，对疏林和优势植被沼泽比较偏好；陆禽回避湖泡和深水位的湿地沼泽，但不回避湖心岛上的陆地区域，也可以容忍具有少量地表水的环境。

基于上述考量，本文选取涉禽作为栖息水位方法探讨的案例，对鸟体形态指标法和水文水位法进行介绍。

1.2 分析方法

关于湿地水鸟栖息水位的测量，最简单的就是通过米尺测量其真实的栖息点。这种方法最为直接，但存在几个弊端：一是对栖息的水鸟有干扰，影响其日常的行为；二是时间不允许，比如样线法调查水鸟，由于鸟类对人类的敏感，观察到的水鸟均与观测者保持一定的距离，若对每次观测到的水鸟均测量其真实栖息点的水位，首先是很难准确找到其栖息落脚的精准位置，且经多次类似的测量后，将会大幅度偏离原来的样线，而且浪费时间，更破坏了水鸟真实的空间分布及栖息利用等生物学信息，调查的鸟类数据也不科学；三是即使找到了其真实的栖息点，测量的数据也存在精度上的偏差，仅是水的自然深度即水文水位深度，而非鸟体质量对水基底施压后的水位深度。此外，多数情况下，鸟类种群栖息的水位数据多取自观测者所在位置的水位数据或国家地面气候资料中的水文水位数据，而非鸟类栖息位置的真实数据，这本身又存在进一步的原始数据偏差。因此，这种直接测量的方法已难以满足目前的科研和湿地水鸟及其栖息地保护的深层次需求。

关于湿地水鸟栖息水位深度的测量，目前已有多位学者采用了3S技术和遥感影像等高科技手段[18-20]。这种方法的优点比较明显，避免了对水鸟栖息行为的干扰，也节省了时间，但精度问题仍有待探讨，其测量的数据仍偏向于水文水位深度，难以体现鸟体质量对水底施压后的真实水位深度，同时如何定位鸟类活动的栖息点仍是一个难题。

基于上述分析，本文拟对鸟体形态指标法和水文水位法进行介绍。

2 结果与分析

2.1 鸟体形态指标法

该方法中，涉禽栖息水位的测量，以涉禽野外活动的实际个体水面之下的身体部位作为其实际栖息水位深度的测量参考，水位可能位于涉禽跗蹠之下、也可能位于其跗蹠与胫部之间的某个位置。

该方法采用涉禽鸟种模式标本或实际标本或活体的身体某一形态指标长度A与另一形态指标长度B的比率R作为衡量标准，该方法的前提假设为：该形态指标比率适用于种内所有个体或某一条件下的所有个体。其中，选涉禽躯干长度作为形态指标A；另一形态指标B根据实际情况，可选用跗蹠长度B1、或跗蹠与胫部长度之和B2。该过程的数据演算需要两步：形态指标比率R标准数据的制定和野外测算数据的推算。

然而据调查发现，去年以来，受部分粮食品种价格下跌、缺乏国家标准等影响，“粮食银行”运行中暴露出多重风险，有的存在“跑路”“冒进”风险，有的甚至可能导致“系统”风险，威胁储粮农户利益。

第一步，形态指标比率R标准数据的制定。首先，需要收集不同涉禽的躯干、跗蹠、胫部等长度方面的基础数据。然后，根据计算规则，分别测算出不同涉禽躯干长度A与跗蹠长度B1、跗蹠与胫部长度之和B2的比率R(R1=A/B1或R2=A/B2)。同一鸟种的形态指标比率R可因亚种、性别、成幼、生活史、分布区域等而有不同的数值，这种情况下的详细数据更能体现出某一涉禽的真实形态指标比率信息。因此，基础数据收集过程中，应分别制定出亚种、性别、成幼、生活史、分布区域等条件下的标准数据。

第二步，野外测算数据的推算。(1)收集不同涉禽野外活动时的原始素材。该原始素材可以通过电子或纸质形式的照片进行收集，收集时要注意以正侧位的非趴卧角度照片为收集的标准；因为是涉禽，正常活动情况下其躯干部位不会被水体遮盖，照片中该部分数据能完全体现。(2)形态指标测量。测量照片中某一涉禽个体躯干的相对长度a，同时测量照片中涉禽个体水面之上的相对长度b，可为跗蹠长度、也可为跗蹠与胫部的长度之和。(3)计算水中栖息的涉禽个体跗蹠相对长度b1、或跗蹠与胫部相对长度之和b2，这包括水面之上和水面之下的部分。基于已有的形态指标比率R和收集的原始素材中的躯干长度数据a，通过公式R=a/b1或R=a/b2进行计算。(4)计算涉禽个体水面之下部分的比例r。基于照片中的涉禽个体水面之上的相对长度b，可推算出该水鸟个体水面之下的部分所占的比例r[r1=(b1-b)/b1或r2=(b2-b)/b2]。(5)涉禽栖息水位深度的推算WD。该涉禽栖息时的水位就是其水面之下的身体部位长度。基于上述分析，该长度等于收集的制定标准数据B1或B2与水面之下比例r1或r2的乘积，即WD1=B1×r1或WD2=B2×r2。

2.2 水文水位法

水文水位法的计算中参考了土木工程学科的概念。

该方法中，湿地水鸟栖息水位理论上等于该栖息点的水文水位，加上鸟体在水环境中的下陷水位即鸟体质量对水基底施压后的下陷深度。其中，水文水位不同于栖息水位，水文水位是相对于水基底的自然水位；栖息水位是在水基底的平台上，存在鸟体质量对基底压力产生的压强的情形下，所体现的水位，该水位大于水文水位。该水位，与水基底的支撑力和水体的浮力密切相关。

其中，水文水位因湿地类型而有差异。对于江河湖泊、水库、鱼塘、沟渠等明水面而言，水基底的海拔差异和水平面的位置决定着水文水位的差异，一般来讲，明水面周边的海拔稍高而水文水位相对稍浅，明水面中间位置的海拔稍低而水文水位稍深，整个明水面不同区域的基底均存在海拔方面的微小差异而产生水文水位的细微变化。对于非明水面的有水环境而言，水文水位与水基底的海拔差异有较大的相关性，水文水位的厘米级差异均会对湿地水鸟的栖息利用产生巨大影响，如小型涉禽。

关于鸟体在水环境中的下陷深度，可以通过物理学中的力学公式进行探析。理论上，鸟体质量产生的向下重力应等于水体对鸟类涉水时产生的向上浮力、水基质对鸟爪的侧端摩擦阻力和对鸟爪底端的阻力三者之和。其中，(1)鸟体重力可参考某一鸟种模式标本的质量，该参数可以获取到。鸟种的模式标本质量存有性别上的差异，前提假设认为该鸟种模式标本的质量等同于种内不同个体的鸟体质量，该假设忽略了鸟种内不同个体间的亚种、成幼、生活史、地理分布等方面的差异。(2)水体浮力与鸟体排开水的体积和水体密度的乘积紧密相关。其中，鸟体排开水的体积与鸟体的体型、腿长、爪型、水基底的硬度性质均相关；水体密度应不同于纯水的密度，应与水溶物有较大相关性。该参数可实地获取模拟。(3)水基质对鸟爪的侧端摩擦阻力和对鸟爪底端的阻力，与水中鸟爪的类型、爪侧总面积、爪侧基质的类型及强度性质、爪底基质的类型及强度性质以及进入基质的深度密切相关[21]。其中，爪底、爪侧基质的类型及强度可以通过资料或实地调查获取；爪底、爪侧总面积，可以通过模式标本或其他样本或实地采取相应办法进行测量获取，获取有一定难度，进入基质的深度是需要计算的未知数。

3 讨论

3.1 鸟体形态指标法

关于鸟体形态指标法，其结果测算精度主要取决于形态指标比率标准数据的制定和野外测算数据的演算两个因素。其中，前一个因素可以通过单样本多次测量和多样本测量以最大程度减小形态指标数据收集时产生的误差，样本量越大、测量次数越多、测量工具越精细、测量技术越熟练，精度就越大，这方面完全可以进行人为操作来降低或避免。

后一个因素则直接关系着野外监测个体栖息水位的估算值，照片效果越好、估测值的精度就越高，反之则越低。野生鸟类均具有对干扰敏感、以远离的形式进行回避的自我保护行为；这种自我保护行为与鸟体型大小成正比，体型越大，回避距离就越大，距观测者就越远，拍摄难度就越大，照片数据收集的误差就越大。针对此，可以采取两种解决方式。一种是观测者采用隐蔽的方式向鸟类靠近，在不干扰鸟类日常行为的前提下进行操作，这种方法是否可取，取决于对鸟类的栖息活动是否有直接干扰和其他的潜在干扰效应，若没有则可以采取，否则不可采用。另一种方法是提高硬件设施的配置，只要硬件配置足够，就能在一定程度上解决照片效果的问题，缺点是需要耗费一定的财力。

同样，该方法也有缺点与优点。相比之下，优点较多，首先是计算简单，仅为简单的基础数学比例算法；其次，数据收集相对省力、相对容易，通过照片或实际测量或标本等多途径均可获取数据；还有，该方法体现出了涉禽野外实际情况下的个体差异，能反映亚种、性别、成幼、生活史、分布区域等情况下栖息水位的实际深度，避免了各类难度高的复杂数据的收集；最为关键的是该方法的操作对鸟类的栖息与行为不产生任何干扰和损害。缺点就是体尺比率参考数据的制定需要耗费一定的时间精力。

此外，鸟体形态指标法也能为保护区水位监测管理提供一定的参考，这对那些有涉禽分布的且没有水位监测管理的保护区有一定积极作用，既能节省人力、物力、财力、精力，也更为科学精准，还能借此掌握涉禽与水位环境要素之间的关系[22]。

关于鸟体形态指标法，目前尚未见直接的文献报道，笔者也尚在数据累积、分析模拟中，但有学者间接地通过鸟类身体部位进行了水位监测方面的尝试[15]。

3.2 水文水位法

该方法有优点也有缺点。优点为精度高，更能真实反映不同湿地涉禽鸟种栖息水位的深度。缺点较为明显且多：首先，计算上较为复杂，需要重力、浮力、爪侧摩擦阻力、爪底阻力4个力的转换计算；其次，基础数据收集不仅费时费力甚至难以收集，主要有水文水位、鸟体质量、鸟体排开水的体积、水体密度、水底基质类型及强度性质、鸟爪底与爪侧总面积等；而且该方法无法体现种内个体间的差异，如鸟体质量、鸟爪等方面的数据。该方法更适合于科技高度发达下的模型研究，需要一些模糊数学的概念。

关于上述两种方法的分析论述，本文认为：水文水位法更适合湿地涉禽栖息水位理论模型方面的模拟，鸟体形态指标法更适合目前湿地涉禽栖息水位方面的估测。目前尚难定论两者谁优谁劣，需在实际应用中完善和发展，建议相关专家学者或保护区人员同时尝试两种方法对实地的鸟类栖息水位进行测量和分析。

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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.

稿件运行过程

2016-04-18

修回日期：2016-07-21

发表日期：2016-11-10

栖息水位；

鸟体形态指标法；

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

水位不仅直接关系着湿地的存在，更关系着湿地水鸟的栖息利用。关于湿地水鸟栖息水位的测量，一直是难以解决的关键问题。目前在科研中普遍采用相对水位测量，但多难以反映水鸟所在位置的真实水位和真实的科研成果。为了更为深入地掌握湿地水鸟栖息水位的真实数据，对鸟体形态指标法和水文水位法进行了方法步骤、优缺点等方面的详细介绍，并初步认为：鸟体形态指标法理论上更适合湿地水鸟栖息水位的测量，且是可行的，建议尝试使用鸟体形态指标法进行实践验证和推广。

中央高校基本科研业务费(2572014CA05)；江西省主要学科学术和技术带头人培养计划项目(20153BCB22007)；国家林业局野生动物保护管理项目；黑龙江省博士后科研启动金(LBH-Q14009)；国家自然科学基金(31470016，31401978)

吴庆明，男，36岁，工程师，博士，硕士生导师；从事湿地鸟类生态学方面的研究工作。

*通讯作者：邹红菲，E-mail：hongfeizou@163.com