濕地鳥類調查方法概述

周雯慧朱京海劉合鑫劉冬燁問鼎

(1.沈陽航空航天大學能源與環境學院，沈陽，110136；2.中國醫科大學公共衛生學院，遼寧省環境與健康研究所，沈陽，110122；3.中國科學院沈陽應用生態研究所，中國科學院森林生態與管理重點實驗室，沈陽，110016)

濕地是地球上生物多樣性最豐富的生態系統之一，有著巨大的生態服務功能。濕地鳥類以濕地為棲息空間，又處于濕地生態系統食物鏈頂端，接近于人類所處的營養級。鳥類數量調查又是鳥類生態學和野生動物管理學中的重要內容之一，而且鳥類可以作為指示生物，不僅適于快速的生態系統水平的評價，也適合為人類所面臨的環境風險提供參考價值[1]。濕地鳥類依賴于濕地生態系統，是濕地生態系統的重要組成部分，以濕地為棲息空間，其某一生活階段依賴于濕地，且在形態和行為上對濕地形成適應特征的鳥類。無論濕地鳥類以任何方式停留在濕地上，濕地鳥類的喙、腿、腳、羽毛、體形和行為方式等方面均會顯示出其長期的適應特征。根據濕地鳥類的生活習性和分布特征，常見的濕地鳥類有：涉禽(鷺科Ardeidae、鸛科 Ciconiidae、鶴科Gruidae和鷸科Scoiopacidae 等)、游禽(鴨科Anatidae、鸊鷉科Podicipedidae、鸕鶿科Phalacrocoracidae)，還有部分鳴禽(黃鸝科Oriolidae、鴉科Corvidae等)、部分陸禽(雞形目Galliformes和鴿形目Columbiformes)，以及城市濕地公園中比較少見的猛禽(鷹科Accipitridae、隼科Falconidae等)[2]。濕地鳥類作為濕地生態系統監測與評價的指標，其數量對濕地植被、濕地水環境、濕地生物多樣性、濕地污染、濕地生態系統監測與評價幾方面起到指示生物的作用[3]。因此，本文對濕地鳥類調查方法展開研究。

在鳥類生態學研究中，濕地質量影響著鳥類的分布、數量、繁殖等特征，同時，鳥類的分布、數量等特征也影響著濕地環境。因此，鳥類數量調查是研究中必不可少的內容之一，它對鳥類的資源評價、有效保護與合理利用都具有重要的指導意義[4]。逐漸開展鳥類資源的調查和監測工作，了解種群數量、群落組成及其變化趨勢，是制定鳥類保護對策以及評價保護對策有效性的重要依據[5-7]

1 濕地鳥類調查方法

19 世紀末，人們對鳥類數量的研究還只是局限在豐富度、野外遇見率等方面。20 世紀初，隨著生物統計學的發展，鳥類數量的調查方法才逐漸發展起來[8-9]。在我國鳥類調查中，李新平等曾對目前最常見的陸地鳥類數量的調查方法進行了探討，論述了調查方法及樣區的選擇、調查時間和影響調查的因素和需要注意的問題，以期降低調查誤差，為鳥類學研究和野生動物資源管理提供了理論參考[8]。朱琦等對鄱陽湖2011 年越冬水鳥的種群數量進行調查，記錄到越冬水鳥 51 種 59 萬余只，其中有 14種達到了全球種群數量 1%的標準，同時鴻雁(Ansercygnoides)、白鶴(Grusleucogeranus)、東方白鸛(Ciconiaboyciana)的數量超過全球種群數量的估計值[10]。

1.1 地面調查

在鳥類的調查方法中，通常調查人員通過光學儀器，使用雙筒望遠鏡或瞄準鏡通過樣線法和樣點法來對地面鳥類進行調查；在調查的過程中，對于鳥巢內的狀態，需要直接爬上樹調查鳥巢內鳥類數量等信息[11]。在研究過程中，無論是記數工作或集中研究，鳥類調查數據都可以反映鳥類當時的種群和預測密度，這些都是鳥類種群研究的重要部分。

地面鳥類調查方法有樣線法、樣點法、標圖法、標記重捕法、鳴聲回放法、聚集地調查法等[9，12]，其中標圖法是最精確的一種方法，但是由于需要眾多經驗豐富的觀察者進行大量的工作，同時也不適用于復雜的生境條件，而且投入巨大，故此種方法只在歐美少數國家得到應用。標記重捕法、鳴聲回放法、聚集地調查法應用也比較少。在我國樣線法和樣點法是目前鳥類調查中最常使用的方法[13]。因此，本文首先對此兩種地面調查方法進行討論。

1.1.1 樣線法

樣線法：在調查地點選擇多條樣帶線，肉眼或借助10倍雙筒望遠鏡和60倍單筒望遠鏡在開闊濕地生境中，記錄鳥類的種類及數量分布，并通過GPS定位，在地圖紙上標記出樣帶位置。

具體調查方法如下：(1)一般步行調查路線的長度設為2～3 km。(2)對于小型和雀形目(Passeriformes)鳥類樣帶寬度根據生境特點一般設置為100 m，對大型鳥類如鶴類、鷺類等，樣帶寬度可以設為1 km。(3)調查最好選擇晴朗、三級風以下的天氣進行，最佳調查時間在清晨或傍晚，步行速度2～3 km/h。(4)在樣線法調查時，調查人員同時沿樣線記錄前方及兩側的鳥類，包括飛過樣地的個體種類和數量，飛出者計入，飛入者不計。在繁殖期調查時聽到或看到1只雄鳥可記做1對，在只見到1只雌鳥或1窩卵或雛時可應視為1對。(5)記錄所見個體到樣帶中線的垂直距離。對集群鳥類，每一群體視為一點，記錄群體中心點到樣帶中線的垂直距離。根據調查情況，必要時觀察的記錄對象還應包括樣帶以外的個體或群體，并記錄下它們到中線的垂直距離[14]。樣線法在濕地鳥類調查中需要考慮：樣線的長度、數量、寬度、調查時間等因素，盡可能減少調查誤差。

許龍等[4]對樣線法的發展歷史、基本原理和主要類型進行過簡要介紹，并對4種常用的種群密度計算方法，即Gates截線法、條帶最大記數法、Fourier截線法以及距離取樣法進行比較，得到使用距離取樣法計算鳥類的種群密度，得到更為準確的結果。郭佳[15]采用樣線法、樣點法對鳥類進行調查，調查記錄鳥類117種，隸屬18目43科。通過對鳥類生態類群研究發現，樣線法比樣點法更適合于鳥類調查。朱奇等通過樣線法對2011 年冬鄱陽湖水鳥數量與分布進行調查，記錄越冬水鳥51種59萬余只，其中有14個物種達到了全球種群數量 1%的標準，同時鴻雁、白鶴、東方白鸛的數量超過全球種群數量的估計值[10]。羅子君等[16]采用樣帶法對阜陽市4個重點濕地的夏季鳥類資源進行了調查，共記錄阜陽市重要濕地鳥類11目25科43種，雀形目鳥類種數最多，共19 種，占全部種類數的44.1%。邱觀華[17]對于甘肅敦煌西湖濕地明水面和開闊地的鳥類采用直接計數法進行數算，而對于蘆葦等植被群落內的鳥類采取無距離估計樣線法調查。宮蕾等[18]采用樣線法對長江中下游安慶沿江7個湖泊濕地的夏季鳥類資源進行了調查，為湖泊濕地資源管理提供依據，共記錄安慶沿江湖泊濕地鳥類14目35科82種。目前樣線法在鳥類數量調查中的應用越來越廣泛，調查結果的精確度也明顯提高。

1.1.2 樣點法

樣點法：在保護區內選擇數個樣點，借助10倍雙筒望遠鏡和60倍單筒望遠鏡，以點為中心形成一個圓直接計數一定面積內的鳥類種類數量(圖1)。

具體調查方法如下：(1)根據生境情況及鳥類大小，以一定長度為半徑做圓，對于小型和雀形目鳥類半徑一般設置為100 m，對大型鳥類如鶴類、鷺類等設置500～1000 m，記錄其中的鳥類種類數量，每個點觀察約10 min。(2)記錄種類、數量、時間、發現目標與樣點的距離等。(3)計數時，精確計數與估算相結合，通過直接計數法對數量較小的群體計數，采取“集團統計法”對數量較大的群體計數，即把水禽分成不同的小集團，根據群數大小，每個集團可以為10個、100個、1000個水禽，根據對集團數的統計推算鳥類的總數以及群體中各種類所占百分比。繁殖期的鳥類，對聽到或看到1只雄鳥記做1對，若只見到1只雌鳥，1窩卵或雛也視為1對[14]。樣點法在濕地鳥類調查中需要考慮：樣本數量、樣點的布設、調查時間的選擇、每個樣點停留的時間等因素。

圖1 樣點法計數鳥類[31]Fig.1 Count birds by sample point method

吳飛等重點介紹了樣點法在調查森林鳥類需要考慮的樣本大小、樣點布設、每點的停留時間等因素，并分析樣點法的不足，提出樣點法與網捕法結合是提高調查結果準確性的有效途徑[19]。蔡音亭等在2008年3～5月采用固定距離樣線法和固定半徑樣點法對崇明東灘鹽沼鳥類進行調查，探討了樣線法和樣點法對鹽沼濕地鳥類調查的有效性及適用性。2種方法對鹽沼鳥類種類的發現能力相似，除了記錄到的種類相似，樣點法調查得到的每種鳥類密度和鳥類總密度均高于樣線法的調查結果[13]。劉化金等采用樣線法和樣點法，對富錦市沿江濕地的水域、沼澤、草甸、防護林和農田的鳥類種類、數量、遷徙時間和多樣性規律進行調查分析，得到富錦沿江濕地常見鳥類有雁鴨類、鸻鷸類和雀形目，共56種鳥類[20]。劉子祥等對湖南省洋湖濕地公園鳥類資源進行了樣線法和樣點法調查，共記錄鳥類116種，隸屬于13 目44科，其中非雀形目鳥類占全部鳥類種數的49.14%，雀形目鳥類占50.86%[21]。

1.1.3 兩種方法對比

樣線法和樣點法在調查過程中存在一定區別，樣線法是觀察者按照一定的速度沿著樣線前進，同時記錄樣線兩側一定范圍內的(包括看到的和聽到的)鳥類個體。在地面調查過程中樣線法主要適用于地勢較為平坦，生境較為簡單的濕地地區，生境復雜的森林或濕地地區，可行性差相對較差。樣線法調查過程中，觀察者在步行過程中花費大量時間和精力，前進速率不易維持穩定，在應用上會受到一定限制。樣點法是指觀察者在事先選取一定間隔的地點停留5～10 min左右，計數周圍一定范圍內所發現的鳥類，樣點法易于實施，容易做到隨機或系統化，適合復雜及斑塊化生境，是目前使用最廣泛的鳥類調查方法。與其他鳥類調查方法相比，在對相同面積的區域進行調查時，樣線法和樣點法所用的調查時間較少，樣線法適合調查密度低、移動的、體型較大的鳥類，對少量物種的調查；樣點法則適合對移動范圍小、體型小且難以辨認的鳥類調查[22-23]。大多數的鹽沼濕地的植物群落呈帶狀分布，樣線法比樣點法更適合于鳥類調查。調查方法對比詳見表1。

表1 調查方法對比

Tab.1 Comparison of investigation methods

鄭煒等在鳥類種群密度調查中討論了無距離樣線法、固定距離樣線法以及可變距離樣線法的差異，并調查了云南省昆明市嵩明縣嘉麗澤地區常見的4種鳥，通過對豐富度、種群密度等相關信息的比較，說明3種樣線方法在鳥類數量估計方面的差異[24]。郭佳等應用樣線法、樣點法進行了鳥類調查，調查記錄鳥類117種，隸屬18目43科[15]。鐘福生等通過固定樣帶法和樣點法對東洞庭湖濕地鳥類297種，包括鷺科、鴨科、鷸科和鷗科(Laridae)等鳥類進行統計，設置4條樣帶、5個樣點，取樣帶長3 km，樣帶寬單側150 m，調查行走速度為1.5 km/h；每1個樣點以0.5 km為半徑觀察固定范圍內的鳥類種類和數量，借助單筒、雙筒望遠鏡采用直接記數法記錄所觀察到的固定范圍內的鳥類種類和數量[25]。

1.2 航空調查

鳥類調查，除了通過光學儀器使用單、雙筒望遠鏡或瞄準鏡，通過樣線法、樣點法來對地面鳥類進行調查之外，還可以應用無人機(UAV)進行航空鳥類調查，它是以上調查方法的有力替代。過去，航空調查技術尚未完全成熟，往往要進行地面核實調查，來驗證航空調查的準確性，同時補充航空調查中的遺漏數量和高空無法解決的問題[26]。隨著航空技術的不斷改進和提高，無人機能夠解決很多過去不能解決的問題。通過航拍無人機對濕地鳥類數量、種類等進行調查。

航空調查主要是通過無人駕駛飛機(UAV)，它是一種以無線電遙控或由自身程序控制為主的不載人飛機，無人機可以分為旋翼無人機和固定翼無人機。對于固定翼無人機在氣動設計良好的狀態下，多載油可以持續飛行數小時，甚至可以達到30 h的續航時間。相比之下，多旋翼無人機的續航時間相對會短些，不適合長時間續航飛行。無人機的類型有很多種，比如測繪無人機、微型無人機、預警無人機、航拍無人機等，隨著經濟的發展和社會的進步，無人機的應用領域也越來越廣泛。本文主要應用航拍無人機，采集遙感影像獲取數據。

UAV低空飛行，高分辨率(<10 cm/像素)的航空成像能力，可以達到地面調查的精度。根據航空調查的目的及高空可識別程度，劃分重點航調物種和一般航調物種。對重點調查物種的統計要做到：種類、個體數量、分布位置(GPS定位)、巢址(GPS定位)，并用GIS系統軟件繪出繁殖數量分布圖；而對于一般航調種類只要記錄其種類和數量及大致位置而不要求GPS定位。近些年來，航空調查應用越來越廣泛，越來越多的人使用小型無人機系統(UAV)對鳥類進行調查[27-30]。

Chabot等使用小型無人機系統(UAV)進行了空中測量，通過一個2.1 m翼展，4 kg手推式電動無人機對沿海常見燕鷗(Sternaspp.)群落進行高精度、低干擾的水鳥調查；并將群落地面計數與第2天進行的UAV調查的計數進行比較。燕鷗被開始飛過頭頂的UAV打擾，但慢慢適應并沒有發現UAV對鳥類群落持續干擾的證據[31]。史慧靈等以昆明城區4個大學校園、15個公園、19塊綠地為研究對象，通過樣線法在2014年3月、6月、9月、12月對鳥類種類和數量進行調查，結合遙感影像和現場調查，使用ArcGIS分析綠地生境結構，研究了城市綠地與鳥類的關系[32]。McEvoy等在2015年3～5月期間在澳大利亞東部兩個地點評估了一系列UAV飛行器形狀和尺寸對自由生活、非繁殖水鳥的干擾情況，以提高水鳥調查精度。結果表明，通過適當規劃起飛和著陸點，無人機飛行路徑和UAV模型的選擇，能夠為準確地測量野生水鳥群落數量提供有效依據[33]。

航空調查方法在應用上有它的優缺點，優點在于：(1)調查過程快，根據飛機的性能和續航能力，可以長時間在空中拍攝影像，調查所覆蓋的面積是用其他方法調查的幾倍，甚至幾十倍；(2)調查范圍廣，濕地鳥類的調查涉及許多層次，包括水鳥的種類、數量和分布，鳥類分布與濕地類型的關系等。但同樣它還存在一些不足：(1)水鳥種類識別難，由于航空調查時，飛機飛行速度較快，鳥類識別難度大，即使飛機懸空定點，也會因機身抖動較大，不易識別；(2)飛機發動噪聲較大，會驚飛覓食或棲息的水鳥；(3)航空調查所花費的資金相對較高，包括飛機的租金、燃料費、機師費用等[34]。

航空調查技術的不斷改進和提高，都能達到預期目的，在實際調查過程中，由于航空調查技術的存在，不必再作地面補充調查。航空調查與地面調查相比，航空調查的優越性是不可否認的。但在航空調查中仍然存在一些問題，其中，最值得討論的是數量問題，航空調查中能夠準確地查清大面積范圍內鳥類數量，但通常航空調查的結果高于地面調查，原因是由于地面調查的時間不足、面積小，導致遺漏現象高，在以后實際應用中需要盡量避免；應用航空調查方法研究濕地鳥類時，要注意在調查過程中調查時間和日期、航線設計、航機選擇、飛行高度等參數的確定，這些都將影響航空調查的質量和精度；在航空調查過程中要進行全程攝像，以提高航空調查的調查精度，以免在某一段的飛行距離是空白記錄。這些難點問題有待于在以后的研究中進一步解決。

2 3S技術在鳥類調查中的應用

3S技術是對地觀測的3種空間高新技術，包括遙感(RS)、全球定位系統(GPS)和地理信息系統(GIS)[35]，將RS大面積獲取地物信息，GPS快速定位和準確獲取數據，GIS的空間查詢、分析和綜合處理的能力有機結合形成一個系統，實現技術的綜合利用[36]。隨著計算機技術的迅速發展，3S技術在鳥類調查學研究中的應用越來越廣泛。在國內外研究中，3S技術在鳥類生態學研究中主要用于鳥類的遷徙、棲息地、分布格局及數量、密度和種群大小的預測、建立鳥類資源數據庫等方面[37-41]。GIS 可以自動繪制動物的分布圖進而確定物種的豐富度，GIS 自動繪圖功能的應用尤為普遍，如Scott 等通過GIS 得到了夏威夷島幾種雀形目瀕危鳥類的分布圖和豐富度[42]。Palmeirim利用遙感(RS)確定了調查地點并獲得了樣地鳥類生境信息，利用GIS功能得出了鳥類分布，并結合調查的生境特征，進行生境適宜性分析，得出鳥類適合的生境分布圖，并以此計算出鳥類的密度和數量，預測出研究區各種鳥類的種群動態[43]。生態學家應用“3S”技術來對鳥類進行調查，既減少了調查時間又提高了調查精度。

3 結束語

鳥類數量調查是鳥類生態學和野生動物管理學中的重要內容之一。鳥類的數量與鳥類瀕危物種狀態評價、資源保護與開發利用功能有關，還可作為評價環境質量的指標之一[8]。

隨著鳥類學家和生態學家對鳥類調查方法的關注以及遙感技術水平的不斷提高，“3S”技術在現代鳥類調查研究中正在發揮越來越重要的作用。特別是對于一些偏遠的、面積較大的濕地地區，能夠有效地展示、預測和監測鳥類，還能給予環境質量評價，促進實現物種保護管理。為了充分展現遙感技術在鳥類調查研究和保護中的作用和價值，集合多學科的知識和研究方法是十分必要的。

截至目前，并不是所有的遙感技術在鳥類學中的應用都已成熟，如影像數據源、影像時相、遙感信息提取方法、鳥類野外調查方法等均存在很多缺陷和不足。在今后的研究中，還有待進一步的總結、提高和完善，使遙感技術在水鳥調查方面發揮越來越重要的作用。