无锡太湖地区4种白色人工林行为生态学及其生境研究

无锡太湖地区4种白色人工林行为生态学及其生境研究

1湿地黄土鸟类环境环境质量现状研究20世纪初，自有机杀虫剂被广泛使用以来，世界环境逐渐形成，鸟类栖息地受到严重威胁。山羊鸟类依赖的湿地污染更为严重。20世纪80年代以来，太湖的富营养化程度不断增加。现在太湖五湖区已经变成了一个富营养化的水体。通过研究苍鹭鸟类的行为生态、食物链中污染物的丰富状况以及环境因素，我们希望观察太湖的环境质量。2000年，作者在无锡石头渚村研究了苍鹭的繁殖，并研究了污染对鸟类生物学的影响，以及苍鹭是否可以被用作湿地环境的指标。2研究领域和方法2.1头水湿地的分布和栖息地太湖位于119°21′1～22°00′E、30°19′～32°00′N,总面积2×106km2,为我国五大淡水湖之一.研究地区无锡鼋头渚位于120°11′E,31°33′N,地处长江三角洲江苏东南部,属于亚热带季风海洋性气候,常年平均气温15.5C°,无霜期250d,年降水量1056mm.栖息地由4个小山头组成,山顶周围筑巢树较矮(1～4m),每棵树上的巢数较少(1～10个巢·棵树-1),山下筑巢树较高(5～10m),每棵树上的巢数相对较多(3～40个巢·棵树-1).栖息地四周为太湖和大片的鱼塘,为白鹭繁殖期主要觅食地.2.2鸟类的人工诱导繁殖行为采用GPS沿着栖息地边缘走一圈来测出总面积.随机选取20个样方,大小分别为10m×10m,采用直接观察和望远镜观察相结合的方法,统计每个样方内每一棵树上的各种鹭鸟巢数、树种和巢高.2000年标记了100个白鹭巢,在每个样巢旁的树枝系上标有系列序号的乙烯条,采用顶端带有反射镜的长杆和活动梯观察鸟巢,每周观察3次,到第1只孵出的雏鸟开始离巢为止.在做以上工作的同时采集鸟卵样,一般每巢内采1枚卵,用游标卡尺(精确度为0.02mm)测其大小并用弹簧秤(瑞士生产,感量1g)称其重量,用Hoyt公式V=KvLB2(Kv=0.51)计算卵的体积.对标记巢中的白鹭雏鸟(9～21日龄)进行测量,用游标卡尺随机测量白鹭雏鸟的左右跗长度(每边交叉各测3次,以查看雏鸟跗发育是否存在不对称性),用弹簧秤测其体重,测量和采集完以后把雏鸟放回原巢内.白鹭雏鸟在15～30日龄时,受到观察者的惊吓会出现反吐,利用这种现象在白鹭育雏高峰期收集食物并进行鉴定和污染物分析.另外,在育雏期,采集白鹭不同觅食生境内底泥样.白鹭繁殖后期,调查其栖息地周围半径为10km内可能的觅食生境.在生境内用望远镜观察白鹭捕食过程,记录生境名称、生境内觅食的白鹭数量、捕食状态及生境植被等.2.3测量项目2.3.1卵体的样品处理和农药分析有机氯和PCBs分析采用气相色谱分析法(NNA).底泥和食物样的提取与净化采取传统的索氏提取法:将样品在无水硫酸钠中研磨成粉状(2∶3),用索氏提取器提取并浓缩.卵样处理方法:取卵内含物于洁净的玻璃培养皿中,用玻璃棒搅匀,然后将样品放入恒温烘箱中在40±5℃下烘至恒重,在玛瑙研钵中研磨至粉末状,存放于50ml的聚乙烯瓶中,置于干燥器中待测.待测液分析使用HP-5890气相色谱仪,配Ni63电子捕获检测器(ECD),色谱柱为HP-5型石英毛管色谱柱,标准样为美国ChemService公司的有机氯农药标准品.样品净化所用Florisil为日本和光公司生产,60～100目,PR标准.分析中对所测农药采用保留时间定性,外标法峰高定量.2.3.2样品的制备和测定重金属分析采用原子吸收光谱法(AAS).食物样处理用1∶1的硝酸溶液浸泡洗涤,再用去离子水清洗2遍,之后用双蒸馏水清洗2遍.清洗后放入恒温烘箱中在40±5℃下烘至恒重,称取干重后待测.底泥样在恒温烘箱中于105℃下烘至恒重,取出后在玛瑙研钵中研磨至粉末状,存放方法同上.样品在分析前采用OrientMDS-900型微波消化系统微波消化40min.样品中重金属Cd、Pb和Cr的测定采用VarianGTA-95原子吸收光谱仪,Hg和Se的测定采用AF-610A原子荧光光谱仪.3结果与分析3.1引物和巢数分布调查地区主要分布4种鹭鸟:白鹭(Egrettagarzetta)、夜鹭(Nycticoraxnycticorax)、池鹭(Ardeolabacchus)和牛背鹭(Bubulcusibis).白鹭、夜鹭和牛背鹭三者之间常混合栖息或营巢于同一棵树上,夜鹭一般位于树的近顶层,白鹭和牛背鹭位于下部,池鹭一般栖息于整个栖息地的边缘,且不与前者混居.马尾松是白鹭的主要筑巢树种,栖息地概况和巢高度分布见表1.栖息地总面积约7hm2,样方总面积2000m2,平均每棵树上的鹭鸟巢数和栖息地内各种鹭鸟巢数见表2.3.2窝卵数4.4.9mm鹭科鸟类每隔1～2d产1枚卵,孵化期为19～24d,其中白鹭为19～21d.白鹭雏鸟孵化出来15d后开始离巢,再过约4周幼鸟开始试飞,这些与周立志和Ashkenazi等研究结果一致.平均卵重量为23.9±4.0g(n=41),平均卵大小为44.5±4.1mm×32.6±4.9mm(n=41),卵平均体积为23.7cm3(18.6～25.9cm3,n=41),孵化成功率为84.25%(n=447).调查期间跟踪观察白鹭巢100个,最后得到89个巢的完整数据,平均窝卵数为5.02(2～8)枚,平均窝雏数为3.86(2～7)只,与1999年研究结果比较,平均窝雏数减少(1999年平均窝卵数为4.89枚,平均窝雏数为3.96只).由图1可见,当窝卵数增加到6枚以上时,孵化幼鸟数尽管也相应上升,但成活幼鸟数几乎趋于稳定,甚至开始下降;另外,白鹭窝卵数为5枚的频率最高,占白鹭总调查窝数的42.6%,最少2枚,最多8枚.通过与相对无污染的江西鄱阳湖地区的白鹭繁殖情况进行比较可以看出(表3),两地白鹭卵的孵化率和雏鸟成活率差异不显著(P卵=0.18,P雏=0.25),说明太湖污染尚未对白鹭的繁殖成功率造成影响.3.3鸟类体重、日龄、体重和蝌蚪的变化由图2可见,10日龄前白鹭跗和体重发育较为迅速,10日龄后开始减慢(n=126).选择窝雏数为6～7只(n=4)的白鹭雏鸟,利用公式W=(wn-wn+1)/wn(第n只雏鸟和第n+1只雏鸟相差1～2日龄,wn表示一窝内第n只孵化出来的雏鸟的体重,n=1,2,3…6)作图,来比较雏鸟的体重发育情况.图3表明,第1～5雏鸟与第6和7只雏鸟的体重相差很大(图中‘1-2’表示(w1-w2)/w1,‘2-3’表示(w2-w3)/w2,…),主要原因是窝雏数较大时,最后孵化出来的雏鸟竞争力相对较差(比第1只孵化出来的雏鸟小10日龄以上),由于食物的相对不足和雏鸟的窝内竞争导致最后2只雏鸟发育不良.对白鹭(n=126)左右跗的测量分析表明,跗发育的不对称性不显著(P>0.05,),这表明太湖地区环境污染物对白鹭的跗发育不对称性无明显影响.对白鹭雏鸟日龄、体重和跗的相关分析(表4)表明,雏鸟日龄与体重、日龄与跗长及体重与跗长间相关极显著,偏相关性Ry1.2和Ry2.1不显著,R12.y极显著,复相关性极显著,说明白鹭雏鸟日龄、体重和跗长三者间显著相关.3.4关于认为夜鹭食物较小从10km觅食半径范围来看,白鹭的觅食生境以鱼塘为主,这与当地的自然资源状况有关.该地区鱼塘较多,而白鹭繁殖期间稻田尚未灌水,故其食物来源主要分布于太湖周围的大小鱼塘.通过观察发现,白鹭的觅食生境水位通常不会达到股骨处,而夜鹭的觅食生境常为深水位,这与白鹭多以岸边走动、巡视、搅动等方式觅食,而夜鹭则多以飞行俯冲方式捕食有关.白鹭的食物较小,平均体长为40mm(20～80mm),主要以鱼类中的鲫鱼(Carassiusauratus)、鲢鱼(Hypophthalmichthysmolitrix)和鳊鱼(Parabramispekinesis)为主.2000年白鹭食物比1999年食物明显小得多.鹭科鸟类取食的差异主要是食物大小,与食物种类关系不大,因此在雏鸟食物中虽有一定数量的极小型无脊椎动物,但在重量上却可以忽略不计.在太湖地区2000年白鹭和夜鹭食物比1999少,这从另一方面也说明了2000年食物的不足.从2000年5月5日到6月16日,在鹭鸟栖息地周围半径10km范围内共调查了44个鹭科鸟类觅食生境,其中鱼塘面积162.4hm2、湖泊208.1hm2、池塘1.7hm2、稻田12.6hm2、河流65.4hm2.调查结果表明,在鱼塘和湖泊中觅食的白鹭(n=153)占所观察到的99%,为白鹭的主要觅食生境,河流占1%,在池塘和稻田中没有发现白鹭觅食.3.5底泥-食物-保肝作用鄱阳湖地区底泥中的有机杀虫剂(HCH除外)浓度明显比太湖地区高,而在白鹭的卵中有机杀虫剂浓度总体上太湖地区比鄱阳湖地区高,说明历史上太湖地区使用有机杀虫剂较多,尽管近年来已经减少或杜绝使用.大部分有机杀虫剂通过底泥-食物-白鹭卵食物链呈逐级富集趋势.由于大多数重金属是以不溶于水的形式沉淀于底泥中,因此重金属在底泥中的浓度一般高于雏鸟食物和卵中的浓度(太湖底泥中Cr和Hg的浓度分别达到55和34μg·g-1,而卵样中分别只有0.12和0.10μg·g-1.4窝卵中hcb和hcb的变化夜鹭、牛背鹭和白鹭共同筑巢于同一棵树上的情况很普遍,夜鹭总是筑巢最高处,白鹭一般居于最底层.白鹭在选择筑巢高度上的这种特点,可能有3个原因:1)迁入繁殖地时间的早晚,大部分夜鹭迁入栖息地的时间最早,它们选择最有利的筑巢空间,这样它们在较高巢位上形成了一个排斥其它种的集群,小部分较晚迁入的夜鹭由于种内聚居性,与大部分早迁入的夜鹭筑巢高度相同或更高;大部分白鹭迁入较晚,它们选择了位于夜鹭下方的空间或者较小和较矮的树木筑巢;2)为了避免生态位的过分重叠,减少竞争,使鹭科鸟类能够共同生存;3)鹭科鸟类筑巢高度与它们的体重呈线性相关,也就是体重越大的鹭鸟占据较高的空间,体重较小的就占据较低的空间,这可能一开始存在选择巢空间的竞争,最后体重较大的鸟占据了最为有利的空间.白鹭窝卵数(2～8枚)差别很大,窝卵数较少的,其孵化率和雏鸟成活率都较高,而窝卵数高的孵化率和雏鸟成活率相对低.这种现象可能是由白鹭亲鸟年龄差异引起的.年龄大些的亲鸟经验丰富,产卵较少,而孵化率和雏鸟成活率较高,且可以减少对亲鸟造成繁殖损伤;而年龄相对小些的亲鸟由于经验不足,产卵较多,成活率却较低.在调查过程中,我们发现窝卵数6枚以上的很少,1999年最大窝卵数为7枚,而2000年发现了窝卵数为8的白鹭(n=1),以往对白鹭的研究中未见有此报道.作者认为这极有可能是两只雌性白鹭的卵产在同一窝内的结果.鹭鸟繁殖季节,在江西地区正好是水稻成熟季节,因此江西地区的鹭鸟主要觅食生境为稻田,而太湖地区稻田还未开始插秧,鹭鸟很少到稻田中捕食,鹭鸟则以湖泊和鱼塘为主要觅食生境,这样稻田中浓度较大的有机杀虫剂对鹭鸟雏鸟几乎没有影响,因此使用鹭鸟作为太湖地区湿地环境中杀虫剂污染的指示在太湖对生物将有一定的偏差.鹭科鸟类多属候鸟,大部分鹭鸟每年春季由较南地区飞回原繁殖地.太湖地区的白鹭在秋季和春季进行迁徙,这样白鹭体内和卵中的污染物还会受到越冬地环境污染状况的影响.一般情况下,白鹭第一枚卵中的污染物浓度应代表雌鸟越冬地的环境状况,最后1～2枚卵代表亲鸟繁殖地的环境污染状况.然而1999年窝内污染物统计分析结果表明,窝内差异性不显著(P>0.05),表明白鹭的迁徙行为对太湖地区环境污染的预测结果影响不大.HCB(六氯代苯,包括α-HCB,β-HCB和γ-HCB)很难进行生物降解,它是一种工业和农业污染物.分析结果表明,太湖地区白鹭卵中HCB浓度为0.0063μg·g-1,鄱阳湖地区为0.0033μg·g-1.日本鹌鹑(Coturnixjaponica)卵中HCB达到6.2μg·g-1(湿重)时,孵化率不受影响.对鹭科鸟类繁殖成功率产生影响的HCB阈值还未见报道.由于太湖和鄱阳湖地区的白鹭孵化率和雏鸟成活率无显著差异,且卵中HCB浓度远小于这个阈值,因此可推断该浓度对白鹭繁殖成功率没有影响.太湖地区白鹭卵中六六六(HCH)浓度为0.0192μg·g-1,鄱阳湖地区为0.0096μg·g-1.Henny发现美洲隼(Falcosparverius)卵中HCH达到5.5μg·g-1(湿重)时并不影响其繁殖.当环颈稚(Phasianuscolchicus)卵中HCH达到10μg·g-1时,孵化率没有发生变化.由于太湖地区和鄱阳湖地区的白鹭孵化率和雏鸟成活率无明显差异,且HCH浓度相对很小,可以认为两地HCH浓度都没有达到影响白鹭繁殖的阈值.Cyclodience(环二烯类)农药的毒性极大,且很难分解,其存在的主要5种形式为艾氏剂(Aldrin)、狄氏剂(Dieldrin)、异狄氏剂(Endrin)、异艾氏剂(Isodrin)和碳灵氯(Telodrin),这些污染物主要通过使卵壳变薄和胚胎致死影响繁殖.太湖地区白鹭卵中Cyclodience浓度为0.0152μg·g-1,鄱阳湖地区为0.0003μg·g-1.Walker等在实验室内对日本鹌鹑研究表明,当卵中Dieldrin达到23.2μg·g-1(湿重)时,对其繁殖无影响,只有大于45.2μg·g-1(湿重)时才产生影响.因此认为,无锡和鄱阳湖地区的Cyclodience浓度均未达到影响繁殖的阈值.DDTs(包括DDT、DDE和DDD)是农业污染的主要指示剂,其中DDE是DDT最重要的环境代谢物,它导致卵壳变薄和孵化率下降,而卵壳变薄被认为是导致鸟类繁殖失败的主要原因.太湖地区白鹭卵中DDE浓度为0.4084μg·g-1,鄱阳湖地区为0.5453μg·g-1.1999年对太湖地区和鄱阳湖地区的夜鹭卵壳厚度进行了方差分析(F=2.593,P=0.119),结果表明差异不显著,这与两地白鹭卵中DDE浓度差异不显著(P>0.05)相一致.对于影响鹭科鸟类繁殖成功率下降的卵中DDE浓度,Switzer和Custer的研究结果为>4μg·g-1,Henny的研究结果为>8μg·g-1,Blus的研究结果则为>12μg·g-1.因此,可以认为太湖地区和鄱阳湖地区的DDE浓度未达到对白鹭繁殖成功率产生影响的水平.PCBs是工业污染的主要指示剂,太湖地区白鹭卵中PCBs浓度为0.0790μg·g-1,鄱阳湖地区为0.0037μg·g-1.Hoffman等研究发现,夜鹭卵中PCBs浓度与孵化出来的雏鸟体重呈负相关,而卵中DDE与雏鸟体重间相关性不明显.PCBs主要影响雏鸟的成活率.太湖地区白鹭卵中PCBs浓度比鄱阳湖地区大得多,但雏鸟成活率差异不显著(P>0.05),由此推测,