三门峡黄河公园越冬大天鹅栖息地构建与适应性评价

司世杰 杜博 谢文燕 员百江 张建忠 洪剑明*

（1 首都师范大学生命科学学院，北京 100048；2 首都师范大学北京湿地研究中心，北京 100048；3 三门峡市天鹅湖国家城市湿地公园管理处，河南 三门峡 472000；4 三门峡市黄河公园管理处，河南 三门峡 472000）

大天鹅Cygnus cygnus在我国的主要越冬地包括新疆、青海湖、山东荣成、黄河中下游湿地等地（马鸣等,1993），其中地处黄河流域中段的三门峡库区是重要的越冬栖息地之一（张国钢等, 2016）。几年来，经过三门峡市政府、天鹅湖国家城市湿地公园管理处与科研院所的合作，在三门峡越冬的大天鹅数量不断增加，2014年天鹅湖国家城市湿地公园内天鹅的数量达到了6 317只，占三门峡库区的80%以上。

随着天鹅数量和聚集程度的不断提高，大天鹅对资源的需求越来越大，同时增加了疾病发生的风 险 (Chen et al,2005；Liu et al,2005;Webster et al,2002)。2014年12月黄河三门峡库区发生高致病性禽流感疫情。为降低大天鹅的聚集程度，实现大天鹅的合理分布，降低禽流感再次发生的风险，通过查阅国内外大天鹅越冬栖息地文献，结合前期在天鹅湖国家湿地公园的生态修复实践(杜博等,2018)，本实验选择三门峡市黄河公园进行大天鹅栖息地的重建，并对重建后大天鹅栖息地的适应性进行了评价。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

实验区域属于三门峡市北部黄河公园的景点芦荡烟雨的一部分，面积20.6 878 hm2，其中水域面积 10.3 307 hm2, 地处 111°11'55"～ 111°12'20"E,34°47'42"～34°47'58"N,紧邻黄河三门峡库区,公园属于黄河季节性滩涂湿地（陆健健等，2006）。实验设计之前，该区域地形平缓，是以枫杨Pterocarya stenoptera为主的护岸林地，生物多样性单一，池塘生态系统结构简单，仅供游客观赏水景，缺少滩涂和小岛，系统稳定性较差。

1.2 研究方法

1.2.1 地形整理与生境重建 越冬期大天鹅需要与人有约100 m的安全距离(于新建等,1997)，且面积一定的湖面进行飞行或降落、游泳或觅食等活动，故对原有的人工湖进行地形整理，在湖中心构建一个小岛，面积为0.5 106 hm2，周围形成浅水区，有利于天鹅休息和觅食。

考虑到生态护岸的观赏性原则，护岸采用以下设计，乔木种植在人行道旁，在湖边岸坡配置灌木和草本；水边配置千屈菜Lythrum salicaria、黄菖蒲Iris pseudacorus、小香蒲Typha minima和部分野生湿地植物，便于大天鹅取食，同时增加观赏性。

1.2.2 水文调控 实验区紧邻黄河河道，修建水闸将黄河河道和实验区相连。在黄河丰水期打开水闸，将实验区湖水与黄河水进行对流交换，提升湖水的水质。在黄河枯水期关闭水闸，保证湖区一定的水量，浅水区高程为316.7 m，深水区高程为315.5～316 m，通过与河水交换，为鸟类、两栖类、鱼类等生物提供适宜的水环境与部分天然食物（丁小谨等, 2014）。

1.2.3 食物链构建与景观设计 对大天鹅的食物习性研究发现，不同的越冬地大天鹅的食物存在差异（赵闪闪等, 2018; 闫建国等,2003），不同时期大天鹅的食物也不尽相同（闫建国等, 2003;Watanabe et al, 2005）。大天鹅是杂食性动物，不仅喜欢吃水生植物或湿生植物的嫩芽和嫩茎（董翠玲等, 2007; 刘利等, 2014; 闫建国等, 2003;Watanabe et al, 2005），繁殖季也吃一定量的动物性食物（闫建国等, 2003）。考虑到公园的景观效果和大天鹅的食物需求，在湖边种植千屈菜Lythrum salicaria、黄菖蒲Iris pseudacorus、小香蒲Typha minima等植物，小岛上种植冬小麦Triticum aestivum，少量乔木为旱柳Salix matsudana、水杉Metasequoia glyptostroboides、枫杨；其余为草地覆盖地面。

1.3 适宜性评价

生态学传统实验数据的获取方法往往是通过实地考察、野外测量,记录所得到的实验数据（杨勇等,2011）。这种方式不仅费时费力，有时无法保证数据的准确性和精准度，具有一定的局限性（高瑞莲等,2000）。相对于传统的方法，3S技术的发展不仅提供了科学、准确和更广尺度的数据来源，可应用于生物的分布预测（刘冬平等,2006; Hepinstall et al,1997;Véronique et al,2006），而且与逻辑斯蒂方程回归分析模型相结合可以作为一种栖息地适宜性评估的重要工具（江红星等,2009; 王学志等,2008; 王志强等,2006; 张艳红2006; Hirzelet al,2001; Iván et al,2004）。故采用上述方法对大天鹅越冬早期的栖息地情况进行适应性评价分析。1.3.1 评价因子的选取 孔博等（2008）认为研究中对评价因子的选择，不仅应考虑到自然条件的影响，而且应考虑人为活动的干扰。根据栾晓峰等（2003）对鸟类栖息地环境因子的分析，人为干扰对城市鸟类的栖息往往起主导作用。

本研究中，评价因子分为自然因子和人为因子两类：自然因子包括土地利用类型、草地距离、 林 地 距 离、NDVI（Normalized Difference Vegetation Index，归一化植被指数）、水体距离和滩地距离；人为因子包括食物距离和道路距离。草地距离、林地距离、水体距离、滩地距离和道路距离分别为实验点距草地、林地、水体、滩地、道路边缘的最近距离值。食物距离表示实验点距人为种植植物或投食点的距离。NDVI（归一化植被指数）反映了实验点的整体植被情况。

依据实际情况将整个研究区分成了林地、水体、滩地（含岛）、草地和道路(图1)。大天鹅食物资源分布（红色表示分布区域）见图2。根据前人对大天鹅习性的研究观察（董翠玲等,2007; 姜杨等,2006; 傅承判等,1987），在越冬前期（11-12月）大天鹅吃岸边或栈道边的菖蒲的嫩茎、香蒲的根茎、酸模叶蓼和岛上种植的小麦嫩芽以及岛上投喂的玉米等食物（牛童等,2015）。NDVI是检测植被生长状态、盖度和消除部分辐射误差等，体现了整体的植被情况(图3)。NDVI值越大，表示植物越丰富，水禽食物来源越充足（蕫张玉等,2014）。

1.3.2 评价模型的建立 根据中国资源卫星中心获取的地理数据，与从黄河公园获取的植物性食物和投食点的实际数据相结合，利用软件Arc GIS对研究区进行数据矢量化。

图1 土地利用类型Fig.1 land use type

图2 食物分布Fig.2 Food distribution

图3 NDVIFig.3 NDVI

图4 栖息地平面图Fig.4 Habitat plan

软件中利用Create random point工具试验区内随机生成300位置点，将实际观测天鹅出现过觅食行为的位置赋值“1”，未出现天鹅觅食行为的位置赋值为“0”。通过ArcGIS软件的Extract Multi value to point工具提取位置点处各影响因子图层属性值，然后导出表格，将数据构建逻辑斯蒂方程进行分析。将食物距离、道路距离、水体距离、土地利用类型、草地距离、林地距离、NDVI和滩地距离共8个因子带入逻辑斯蒂方程（邹丽丽等，2012）。

2 结果与分析

2.1 栖息地构建结果

在原来地形的基础上，通过规划设计得到的实际地形整理平面图（图4），可见新修的湖心岛、距小岛70 m外的栈道和浅水区以及沿岸新种植的植物带等。

2.2 大天鹅数量变化

图5 越冬前期大天鹅数量变化Fig.5 Changes in the number of swans in the winter

表 1 Logistic回归模型评价因子系数指标Table 1 Logistic regression model evaluation factor coeきcient index

大天鹅的数量变化如图5所示。在越冬前期（11-12月），随着迁徙的大天鹅到来，大天鹅的数量不断增加；在越冬中期（1月），由于食物的短缺，大天鹅数量开始下降。在越冬后期（2-3月），随着天气的逐渐升温，大天鹅开始向繁殖地回迁，导致大天鹅的数量进一步降低；但人为投食吸引附近的大天鹅前来觅食，大天鹅数量短暂增多。由于黄河公园高频度的游人影响，大天鹅的数量有时会出现波动性变化。

2.3 大天鹅栖息地适应性评价

采用前LR逐步筛选策略，经过逻辑斯蒂方程的筛选，道路距离、水体距离、土地利用类型、草地距离和林地距离的Wald观测值差异性不显著（P＞0.05），说明道路距离、水体距离、土地利用类型、草地距离和林地距离并不会影响大天鹅的栖息地选择，因此在筛选过程中被剔除。滩地距离、NDVI和食物距离的Wald观测值差异性显著（P＜0.05），表明滩地距离、NDVI和食物距离对大天鹅栖息地的选择有影响作用，应保留在方程中构建回归模型(表1)。最后经模型检验Nagelkerke R2为0.725，接近1，表明回归直线对观测值的拟合程度较好。

2.3.1 大天鹅的适宜性分布 将得到滩地距离、NDVI和食物距离的权重值带入Arc GIS软件中计算大天鹅的适宜性分布图（图6）。以颜色来表示该区域大天鹅出现的概率，由绿到红，颜色越深表示天鹅出现的概率越大。对比土地利用类型可知，绿色表示道路、草地、部分水体和浅滩，红色表示的湖中岛及部分浅滩、水体区域。由图6可知，离湖岸边距离越远越安全，并且食物越丰富的地方，其环境越适宜大天鹅的生存，大天鹅出现的几率越大。

图6 大天鹅概率分布图Fig.6 Probability distribution of swans

表2 适应性分级表Table 2 Adaptation rating table

图7 适应性分级图Fig.7 Adaptation leveling diagrams（注：图中图例编号即表2中级别编号）

2.3.2 大天鹅的适应性分级 将300个研究区大天鹅的发生概率值进行K-值聚类分析，结果分为不可用地、不适宜栖息、基本适宜栖息、适宜栖息、最适宜栖息5个等级，大天鹅栖息地的适宜性级别及评价特征如表2所示。大天鹅出现概率较大的区域集中在湖中岛及其部分浅滩和水面，而越靠近人类活动区域或者植物高大密集的地方，大天鹅出现的概率越低。聚类点数表示了每一个分级所含实验点的数量，一定程度上表明适宜区域占整个实验区的比例较小。

将聚类分析的数据结果输入Arc GIS软件中，得到大天鹅栖息地适应性分级图（图7）。由适应性分级图与土地类型对比可知，大天鹅适宜区域聚集在湖中小岛及周围水面区域（图中绿色表示），水面和近岸边区域为较适宜性区域，岸边和草地、林地为不适宜和不可利用区域。

3 讨论

以大天鹅生态习性为依据，在三门峡库区采用地形整理、水系连通、食物构建与景观设计技术，重建了大天鹅栖息地，在大天鹅越冬前期满足了大天鹅对食物、安全等生存要素的需求，成功招引到了大天鹅，并且大天鹅的数量逐年增加。通过湿地恢复技术的应用重建了人与自然和谐的生态环境，对实现大天鹅越冬期在三门峡库区的合理分布有着十分重要的意义。

由于黄河公园紧邻三门峡市居住区，节假日游人如织，高频度的游人对大天鹅有一定的干扰，造成了在越冬期大天鹅数量的变化。研究发现，随着人类干扰的不断出现，大天鹅产生了对人类干扰的适应性，但这还需要进一步的实验验证。在越冬中后期，由于食物的缺乏（小麦被吃光、岸边食物死亡和降雪影响投食等）和湖面的部分结冰，大天鹅数量呈下降的趋势，这与张进江等（2002）的研究结果一致。

采用GIS技术和二元逻辑斯蒂的统计学分析方法对大天鹅栖息地的评价结果与观测到的实际情况相吻合，表明在黄河公园人工构建的大天鹅栖息地对于越冬期大天鹅而言是比较适宜的。在8个评价因子中，只有滩地距离、NDVI和食物距离对大天鹅栖息地的选择具有影响。对大天鹅越冬早期栖息地评价贡献率由大到小依次是滩地距离、NDVI、食物距离。滩地距离的偏回归系数为负值，但绝对值较小，说明大天鹅在越冬早期喜好选择靠近滩地的区域作为栖息地，原因是食物主要分布在滩地区域，特别是湖心岛和栈道边的滩地区域。湖心岛距人的距离最远，且岛上有投食的玉米和冬小麦作为食物，但其他滩地离人行栈道较近，对大天鹅栖息产生影响：栈道上有人的时候，大天鹅不敢靠近，栈道上没有人的时候，大天鹅才去滩地上休息或觅食。NDVI的偏回归系数为负值，表明大天鹅适宜区域的植物生长较为稀疏，说明大天鹅在越冬期早期不易生活在林地等植物较茂密的区域；食物距离的偏回归系数为很小的正值，表明大天鹅在越冬早期喜欢生活在靠近食物的区域。

为了更好地保护大天鹅，提出以下建议：①保证大天鹅与人类的安全距离，避免市民近距离接触大天鹅，防止禽流感病毒等对人造成危害；②加大保护大天鹅的宣传力度，完善公园管理制度。观测期间，仍有不少市民高声喊叫或有宠物的狂吠等对大天鹅的栖息造成了干扰；③根据三门峡水库大天鹅越冬栖息地选择等研究（杜博等2018），结合本案例，虽然黄河公园的栖息地构建满足了大天鹅越冬期的栖息条件，实现了成功招引和分流，但该公园适宜大天鹅栖息地面积仍然有限。几十年前黄河三门峡段河滩、库湾有多处区域适宜大天鹅越冬，因为开垦、种树等人类活动使栖息地丧失。通过天然栖息地的保护和修复，实施退耕退林还湿，黄河流域可为大天鹅提供更多远离人类干扰，安全、适宜的栖息地，实现人与自然的和谐共存。

本研究着重于大天鹅的招引，未充分考虑到其他鸟类对大天鹅的影响和对环境的要求以及大天鹅之间的相互作用，也未对觅食量进行定量分析，今后可结合不同时期、不同食物资源数量与大天鹅的觅食量分析，进一步开展大天鹅数量变化规律的研究。