样线法和网捕法在机场鸟情调查中的应用比较

金麟雨, 李舒萌, 刘艳艳, 张 菁, 刘泰杉, 周 聪, 赵小英, 李东来,*

1 辽宁大学生命科学院, 沈阳 110036

2 四川省机场集团有限公司成都天府国际机场分公司, 成都 641419

3 沈阳桃仙国际机场股份有限公司, 沈阳 100043

4 中国科学院大学, 北京 100049

鸟击,泛指鸟类及蝙蝠与航空器发生撞击,导致航空器损伤超标甚至坠毁的重大安全事件[1—2]。随着全球民航运输业的发展,鸟击事件的发生频次呈逐年上升趋势,目前已被国际航空联合会列为“A”类航空灾难[3]。鸟击事件也成为民航运输机场最主要的一类安全事故征候[4—5]。鸟击事件主要发生在机场及周边区域,飞机爬升及近进期是鸟击事件发生的主要时期[6—7]。并且鸟击威胁与季节也存在一定的联系,在春、秋季鸟类迁徙期,鸟击事件的发生几率要明显高于其他时期[8]。了解机场周边鸟类群落组成是制定有效鸟击防范措施的重要依据,通过对机场周边鸟类及生态环境的调查,排除吸引鸟类的环境因素及生态因子,再从群落、食物、栖息环境治理等角度开展针对性的驱鸟作业,如针对重点威胁鸟类选取有效的音频驱鸟措施、减少机场周边生活垃圾及植被面积、开展机场内除草灭虫灭鼠工作等[9—11]。这些都体现了在机场系统开展鸟类群落调查的重要性。

虽然国内许多民航机场已经开展了机场周边的鸟类群落调查,如合肥新桥国际机场[12]、西安咸阳国际机场[13]、重庆江北国际机场等[14],但是,在对鸟类群落调查方法的选择上却存在较大差异。针对不同调查区域的鸟情特点,选取合适的鸟类调查方法,是更好开展机场鸟情调查工作的重要前提。关于不同鸟类调查方法的效果对比已经在草地[15]及林地[16]等生态系统开展过相关研究,并且发现不同的调研方法对鸟类调查结果有较大影响,且和调查生境差异也存在关系。这使得进一步评估各种鸟类调研方法在不同调查区域的调查效果显得尤为重要。目前,关于机场区域鸟情调研方法的效果评估还未见相关报道,选择单一的鸟类调查方法是否可以较好获得机场鸟情信息,采用不同的调研方法是否对调研结果有较大影响还是一个值得探讨的科学问题。

目前,机场鸟类群落调查主要采用以观测为主的样线法和样点法[17]。而网捕法、鸣声回放法等鸟类调查方法在机场鸟情调研中的应用还不是十分普遍。其中样线法指调查人员以恒定的步速按之前预设的样线行进,记录样线两侧观察和听到的鸟类种类及数量。网捕法指在调查区域内架设鸟网,并且在固定的时间对鸟网进行巡查,记录挂网的鸟类种类及数量。

本文将利用样线法和网捕法两种鸟类调研方法对沈阳桃仙国际机场周边鸟类群落进行调查,通过对比两种方法在鸟类组成的调研效果以及调查鸟类群落之间的差异,对两种调查方法的效果进行综合评估。了解不同调查方法对机场鸟类调查结果的影响,可为之后机场鸟类调查方法的优化提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 实验地概况

沈阳桃仙国际机场始建于1986年,地处沈阳市东陵区桃仙镇(41°38′20″N,123°23′45″E),是国家一级干线机场、4E级民用运输机场,建设占地约为275 hm2,建有T1、T2、T3三座航站楼。沈阳桃仙国际机场位于辽河平原和辽东平原的过渡地带,属温带湿润季风性气候,极端最高气温35.7℃,极端最低气温-30.5℃,年平均气温7.8℃,年平均降水量685.1 mm,雨量集中在6—9月份,占总降水量的70%。冬季多西北风和北风,夏季多南风,最大风速12—15 m/s[18]。机场周边生境较为复杂,西北侧包括大面积的林地、农田和居民区等生境,机场西南侧有较大的水体生境。机场鸟类群落结构复杂,特别是在鸟类的迁徙季节,机场鸟击风险较高[19]。

1.2 鸟类样线调查法

本研究于2017年9月—2019年5月在沈阳桃仙国际机场周边进行了16次鸟类样线调查,调查时间为每年4—5月和9—10月,每月进行两次调查,每次调查间隔两周左右。此时间为鸟类的迁徙期,也是机场鸟击风险较高的时期。样线设置分布于以桃仙国际机场为圆心,半径8km的范围内,共设置有8条样线,每条样线长度为2km,均匀分布在机场周边农田、林地、灌丛、水体湿地等多种生境(图1)。样线调查时间在上午8：00—12：00和下午15：00—17：00之间,选择无风的晴朗天气进行。为了减少观察距离对调查结果的影响,样线调查采用固定距离样线法(Fixed-distance line transects)。进行调查时,每组有两名调查人员,均沿样线以2.0km/h的速度行进,同时借助双筒望远镜(BOSMA 8×42)对样线左右两侧各50m范围内的鸟类进行观察,依据《中国野外鸟类手册》[20]对野外鸟类种类进行鉴别,记录鸟类物种及数量。参与调查的人员均为经过专业训练的鸟类学研究生,熟悉当地的鸟类组成。

图1 桃仙机场周边生态环境及样线分布示意图

1.3 鸟类网捕调查法

本研究分别于2015年和2017—2018年的4—5月和9—10月在沈阳桃仙国际机场进行了网捕法调查,以半个月时间为一次调查周期,共调查16次。网捕区域设置在沈阳桃仙国际机场飞行区西北侧草坪,雾网的规格为：长20 m、高6 m、孔径36 mm,数量共计120片。架设雾网后,每日6：00—18：00之间,每隔2h巡网一次,检查挂网鸟类,依据《中国野外鸟类手册》对野外鸟类种类进行鉴别,并记录鸟的种类和数量。之后,将网捕鸟类放入鸟笼中,驾车将其带离飞行管制区后放生。本调查主要有1名鸟类学专业的研究生完成,每个调查周期需要12h的工作。

1.4 数据分析

收集的鸟类数据依据《中国鸟类分类与分布名录》第三版[21]进行系统分类。鸟类丰富度采用累积物种数。计算通过样线法和网捕法每个调查周期所记录到的鸟类物种数,以及春季、秋季通过两种方法每周期各记录到的鸟类总物种数,利用单样本K-S检验(One-Sample Kolmogorow-Smirnov test)对物种数进行正态检验。所有数据均符合正态分布,进一步利用配对样本T检验对两种方法每次调查记录到的鸟类种类差异进行检验。之后利用Wilcoxon signed-rank非参数检验对不同调查数量和不同调查次数时记录的鸟类物种数差异进行对比。鸟类优势度指数采用Berger-Parker指数：D=Nmax/N,式中D为优势度指数,Nmax为优势种的个体数,N为群落全部物种的个体数,优势度指数大于0.1为优势鸟类物种[22]。鸟类群落相似性采用Jaccard指数：Cj=j/(a+b-j),式中Cj为相似性系数,a为群落A的种数,b为群落B中的种数,j为A、B两者共有种数[23]。鸟类的群落结构利用非度量多维尺度标度法(NMDS)进行分析。使用NMDS碎石图表示两种调查方法获得的群落结构差异及季节性变化。群落结构的NMDS分析借助RStudio-v1.2.1335(RStudio, Inc, Boston, MA)的vegan R软件包完成,绘图使用ggplot2包[24]。其他统计分析在SPSS 21.0软件上进行。统计显著性设置为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 鸟类群落组成

两种鸟类调查方法共记录到鸟类15目36科97种(表1),其中样线法记录到鸟类11目27科57种,占总物种数的58.76%；网捕法记录到鸟类14目32科83种,占总物种数的85.57%。两种方法均记录到的鸟类有43种,占总物种数的44.33%。样线法单独记录到的鸟类种类有14种,网捕法单独记录到鸟类有40种。样线法每周期记录到的鸟类为(16.06±5)种,而网捕法每周期记录的鸟类为(17±7.01)种,两者不存在显著性差异(t=-0.435,df=30,P=0.666)。

两种方法均记录的鸟类类群有10目,分别是鸽形目、鹤形目、鸻形目、鸡形目、鹃形目、雀形目、隼形目、鹈形目、啄木鸟目、犀鸟目。雁形目鸟类只在样线法中记录到,如斑嘴鸭(Anaszonorhyncha)、绿头鸭(Anasluzonica)；而鸮形目鸟类如纵纹腹小鸮(Athenenoctua)、夜鹰目鸟类如普通夜鹰(Caprimulgusjotaka)、佛法僧目鸟类如普通翠鸟(Alcedoatthis)、鹰形目鸟类如日本松雀鹰(Accipitergularis)仅在网捕法中记录到。样线法每周期记录到的鸟类有(6.18±2.23)目,网捕法每周期记录到的鸟类有(6.88±2.28)目,两者之间也不存在显著性差异(t=-0.863,df=30,P=0.395)。

样线法记录到4种鸟类优势物种,分别是麻雀(Passermontanus)、家燕(Hirundorustica)、喜鹊(Picapica)、家鸽(Columbadomestica)；网捕法记录到12种鸟类优势物种,分别是鹌鹑(Coturnixjaponica)、灰背鸫(Turdushortulorum)、红尾伯劳(Laniuscristatus)、布氏鹨(Anthusgodlewskii)、斑鸫(Turduseunomus)、纵纹腹小鸮、喜鹊、扇尾沙锥(Gallinagogallinago)、红角鸮(Otussunia)、栗耳鹀(Emberizafucata)、山斑鸠(Streptopeliaorientalis)、家燕(表1)。由此可见,通过网捕法和样线法调查的鸟类群落优势物种具有较大的差别。并且在样线调查中,其单独记录物种的鸟类的数量为208只次,仅占记录鸟类总数的3.89%；而在网捕调查中,其单独记录物种的鸟类的数量为422只次,占记录鸟类总数的45.87%,两者记录到独特物种的鸟类数量也具有较大差异。由以上数量特征分析比较可见,两种方法调查到的鸟类组成存在较大的区别。

表1 桃仙机场鸟类物种组成和数量等级

2.2 群落组成的季节差异

春季共记录到鸟类14目31科76种,其中样线法记录到11目25科46种,网捕法记录到11目23科53种。样线法每周期记录到的鸟类种数为(18.75±5.04)种,网捕法记录到的鸟类种数为(16.25±7.4)种,两者不存在显著性的差异(t=0.79,df=14,P=0.443),同时,在鸟类的类群指标上,样线法记录到的鸟类类群为(7.625±2.13)目,网捕法记录到的鸟类类群为(6.875±2.7)目,两者也不存在显著性的差异(t=0.617,df=14,P=0.547)。

秋季记录到鸟类14目34科78种,样线法记录到7目20科32种,网捕法记录到13目30科68种。样线法每周期记录到的鸟类种数为(13.375±3.42)种,网捕法记录到的鸟类种数为(17.75±7.03)种,两者不存在显著性的差异(t=-1.353,df=14,P=0.197),但是,在鸟类的类群指标上,网捕法记录到鸟类类群数(6.88±1.96)目显著高于样线法((4.75±1.17) 目;t=-2.637,df=14,P=0.02)。

2.3 鸟类丰富度与调查强度及鸟类数量组成的关系

随着调查频次的增加,两种调查方法记录到的鸟类物种数均是先上升,后达到相对稳定的状态。样线法每增加1次调查强度,新增加记录鸟种数为(3.56±3.67)种,当调查次数达到11次时,样线法记录到鸟类物种数增加的数量小于平均值,逐渐达到渐近曲线(图2)；而网捕法随调查次数的增加,平均记录鸟种增加数量为(5.25±5.07)种,在调查次数达到13次时,网捕法调查的鸟类物种数的增加数量小于平均值,逐渐达到渐近曲线。另外,网捕法记录到的鸟类丰富度极显著地高于样线法(Z=-3.52,P<0.01)。

随记录鸟类数量比例的上升,网捕法记录到的物种数也显著高于样线法(Z=-3.928,P<0.01)。样线法每增加5%的鸟类数量比例,平均记录鸟种增加数量为(2.85±3.54)种,当鸟类数量比例达到50%时,样线法记录到的鸟类物种数增加数量小于平均值,逐渐达到渐近曲线(图2)；而网捕法每增加5%的鸟类数量比例,平均记录鸟种增加数量为(4.1±4.91)种,在鸟类数量比例达到55%时,网捕法记录到的鸟类物种数增加量小于平均值,逐渐达到渐近曲线。

图2 桃仙机场样线法和网捕法记录到鸟类的物种数与调查次数和鸟类数量组成的关系

2.4 鸟类群落结构的差异

对鸟类群落组成数据进行NMDS分析,结果如图3所示(图3中鸟类代称见表1所示)。在二维的NMDS图上,两种方法记录到的鸟类群落结构存在明显区别。样线法调查到的鸟类群落比较集中,主要分布于NMDS的左侧,季节间存在一定重叠,春、秋季物种相似性系数为0.51。同时,季节间也存在一定的差别,如灰喜鹊(Cyanopicacyanus)、家燕、棕头鸦雀(Sinosuthorawebbiana)、云雀(Alaudaarvensis)、白鹡鸰(Motacillaalba)等鸟类对春季鸟类群落的贡献较大,而麻雀、喜鹊、家鸽、山斑鸠、环颈雉(Phasianuscolchicus)、斑嘴鸭、绿头鸭等鸟类对秋季鸟类群落的贡献较大,说明这些物种是样线法调查可记录到的典型鸟类；相反,通过网捕法调查到的鸟类群落比较分散,主要分布在NMDS的右侧,这说明该方法记录到的鸟类群落构成波动较大,并明显区别于样线法。网捕法调查到鸟类群落组成在春、秋季间重叠较大,相似性系数为0.55。季节间也有一定的差别,如斑鸫、灰背鸫、纵纹腹小鸮、丘鹬(Scolopaxrusticola)、小田鸡(Zaporniapusilla)、燕雀(Fringillamontifringilla)等鸟类对春季鸟类群落构成的贡献较大,而鹌鹑、普通夜鹰、红角鸮、黄脚三趾鹑(Gallinagogallinago)、蓝喉歌鸲(Lusciniasvecica)小蝗莺(Locustellacerthiola)等对秋季鸟类群落构成的贡献较大,说明这些鸟类也是网捕法调查可记录到的典型物种。

图3 桃仙机场样线法和网捕法记录到鸟类群落构成的NMDS分析的权重图

3 讨论

3.1 两种鸟类调查方法的效果评估

沈阳桃仙国际机场处于东亚-澳大利亚西亚候鸟迁徙通道上,每年迁徙期有大量迁徙鸟类途径机场区域。本研究记录到的鸟类主要为迁徙鸟类(见表1)。对两种调查方法调研结果的比较发现,除使用网捕法调查的秋季鸟类物种类群数高于样线法外,两种方法每次调查的鸟类物种数和类群数量没有显著的差别。这说明两种调研方法都适合机场的鸟情调研,可以较好地获得当地的鸟情信息。但是,进一步比较两种方法记录的鸟类组成,网捕法记录的总物种数(83种vs 57种)和单独记录到物种数(比例：85.57%)均明显高于样线法(58.76%),这说明两种调研方法获得的鸟类组成信息(见图3)存在较大的差异。这主要是与两种方法的调查原理不同有关,样线法是通过观察鸟类的活动来记录鸟类的组成,不同鸟类在野外被发现的概率受很多因素的影响,如鸟类的活跃程度、活动时间及不同生境之间观察难度的差异等[25]。有些研究证实一些活动隐秘、胆怯的鸟类被发现的概率远低于一些常见物种[26—27],特别是在林地或湿生沼泽湿地中[28]。同时,本研究中的样线调查主要集中在白天鸟类活动频繁的时间开展,而网捕法可以监测昼夜的鸟类活动,如记录到的普通夜鹰、红角鸮和纵纹腹小鸮等是典型的夜间活动鸟类。并且,本机场的前期研究发现,迁徙期机场内存在大量的夜间迁徙鸟类,这些旅鸟仅夜间迁飞或短暂停留,导致这些鸟类在样线调查中很难被发现。另外,不同鸟类对人为干扰的响应也有所不同[29]。在样线调查中,某些鸟类可能受调查者等人为因素的影响,调查时已经逃离样线的观察区(两侧各50m),使得这些鸟类无法被记录,从而低估了鸟类多样性。然而,样线调查涵盖的区域更大和生境更为多样,并且,调查时也可以通过鸟类的鸣声识别鸟类,这些因素均有利于样线法记录更丰富的鸟类,而网捕法仅在机场草坪区附近采样,理论上记录到的鸟类多样性应该低于其他方法,但结果相反[30]。关于这两种方法在鸟类调查中记录物种数量的效率还需要更多的研究来验证。

从调查效果来看,随调查频次和鸟类数量组成增加,样线法相较于网捕法能更快地达到记录物种的渐近线。此外,网捕法记录到的鸟类优势度物种数要明显多于样线法,这都说明样线法作为一个有效的鸟情调研方法,可以较快获得调查区的基本鸟情信息,尽管得到的鸟情信息并不能完全反映当地的实际鸟类多样性；而网捕法记录的鸟类群落的分散性更高,物种多样性显著高于样线法,这也使得网捕法记录的鸟类物种数量峰值高于样线法,能够更全面地反映当地的鸟类组成。

并且,两种方法共同记录到的鸟类物种数量比例也具有较大的差异,在样线法中占96.11%,网捕法占54.13%,进一步说明样线法更偏向于记录较为常见的鸟类。两种方法各自记录的鸟类物种数量同样具有差异,在样线法中仅占3.89%,网捕法占45.87%,也进一步支持了上述观点。总而言之,从鸟类数量组成特征上看,本研究认为样线法记录常见物种的概率更高,而网捕法可以记录更多的不常见物种。

3.2 两种方法调查的鸟类群落组成差异

从群落结构分析发现,不仅两种方法调查的鸟类群落结构存在巨大差异,季节间也有一定差别。网捕法记录到较高比例的鸮形目鸟类,如长耳鸮、短耳鸮、红角鸮、日本鹰鸮、纵纹腹小鸮等,而在本研究样线调查中却没有被记录到。大多数的鸮形目鸟类作为夜行性鸟类,主要在夜间活动觅食,不太容易在样线法中被记录到[31—33]。另外,网捕法记录到较大数量的鹌鹑、丘鹬、小田鸡、黄脚三趾鹑等陆栖鸟类和水鸟。这些鸟类尽管活动隐秘,但对机场鸟撞的风险也较高,采用常用的样线调查很难进行有效评估。同样,样线法记录到的斑嘴鸭、绿头鸭等雁鸭类鸟类和苍鹭、池鹭、大白鹭等水鸟在网捕法中几乎未被记录到。而这些物种由于个体较大,是机场鸟击防范的重点物种。因此,通过群落组成分析表明任何一种调研方法均很难全面了解当地机场的鸟情状况,综合采用两种调研方法可更好地反映实际的鸟情信息。

3.3 对民航机场鸟情调研方法的启示

本研究表明,虽然样线法和网捕法在鸟类种类及类群水平的调查效率类似,但在调查能力以及调查的鸟类群落组成上也有着较大的差别。根据中国民用航空局发布的机场鸟情调研指南[34],目前国内已经开展的机场鸟类调查主要采用样线法、样点法,调查方法较为局限。本研究认为,在之后对机场周边鸟类群落的调查设计中,调查人员应依据调查区域的情况,有选择性的选取合适的调查方法,在条件允许的情况下,采用多种调查方法进行综合鸟类调查将是一个更好的选择。

此外,网捕法与样线法对鸟类数量的调查能力也有显著差异。利用样线法计算鸟类密度相对简单,也在很多研究中有所提及[35],而网捕法可采用标记重捕法计算鸟类密度。但是,该方法工作量大,效率低,受鸟情影响较大,不适合机场开展鸟类密度的估算。因此,本研究认为,在进行机场鸟情调查时,应以样线法为主,其他多种方法为辅,综合进行机场周边的鸟类群落调查。例如,在鸟情复杂的时期,如鸟类迁徙季节或繁殖期,应补充网捕法调查,针对夜行性鸟类及夜间迁徙鸟类等,也可以利用网捕法或鸣声回放法进行调查。此外,对于需要估算鸟类密度的调查,应该使用样线法,并且样线设置应覆盖样区内各种生境。

本文作为国内首先对机场两种常见鸟类调查方法进行对比的工作,对于机场选择合理的鸟情调查方法有着重要的指导意义。目前仅对样线法和网捕法两种方法进行了比较研究,建议进一步开展样点法等调查方法的效果评估,完善各种调研方法使用指南制定,进一步为机场鸟情调查提供科学指导。