湿地鸟类调查方法概述

周雯慧朱京海刘合鑫刘冬烨问鼎

(1.沈阳航空航天大学能源与环境学院，沈阳，110136；2.中国医科大学公共卫生学院，辽宁省环境与健康研究所，沈阳，110122；3.中国科学院沈阳应用生态研究所，中国科学院森林生态与管理重点实验室，沈阳，110016)

湿地是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，有着巨大的生态服务功能。湿地鸟类以湿地为栖息空间，又处于湿地生态系统食物链顶端，接近于人类所处的营养级。鸟类数量调查又是鸟类生态学和野生动物管理学中的重要内容之一，而且鸟类可以作为指示生物，不仅适于快速的生态系统水平的评价，也适合为人类所面临的环境风险提供参考价值[1]。湿地鸟类依赖于湿地生态系统，是湿地生态系统的重要组成部分，以湿地为栖息空间，其某一生活阶段依赖于湿地，且在形态和行为上对湿地形成适应特征的鸟类。无论湿地鸟类以任何方式停留在湿地上，湿地鸟类的喙、腿、脚、羽毛、体形和行为方式等方面均会显示出其长期的适应特征。根据湿地鸟类的生活习性和分布特征，常见的湿地鸟类有：涉禽(鹭科Ardeidae、鹳科 Ciconiidae、鹤科Gruidae和鹬科Scoiopacidae 等)、游禽(鸭科Anatidae、鸊鷉科Podicipedidae、鸬鹚科Phalacrocoracidae)，还有部分鸣禽(黄鹂科Oriolidae、鸦科Corvidae等)、部分陆禽(鸡形目Galliformes和鸽形目Columbiformes)，以及城市湿地公园中比较少见的猛禽(鹰科Accipitridae、隼科Falconidae等)[2]。湿地鸟类作为湿地生态系统监测与评价的指标，其数量对湿地植被、湿地水环境、湿地生物多样性、湿地污染、湿地生态系统监测与评价几方面起到指示生物的作用[3]。因此，本文对湿地鸟类调查方法展开研究。

在鸟类生态学研究中，湿地质量影响着鸟类的分布、数量、繁殖等特征，同时，鸟类的分布、数量等特征也影响着湿地环境。因此，鸟类数量调查是研究中必不可少的内容之一，它对鸟类的资源评价、有效保护与合理利用都具有重要的指导意义[4]。逐渐开展鸟类资源的调查和监测工作，了解种群数量、群落组成及其变化趋势，是制定鸟类保护对策以及评价保护对策有效性的重要依据[5-7]

1 湿地鸟类调查方法

19 世纪末，人们对鸟类数量的研究还只是局限在丰富度、野外遇见率等方面。20 世纪初，随着生物统计学的发展，鸟类数量的调查方法才逐渐发展起来[8-9]。在我国鸟类调查中，李新平等曾对目前最常见的陆地鸟类数量的调查方法进行了探讨，论述了调查方法及样区的选择、调查时间和影响调查的因素和需要注意的问题，以期降低调查误差，为鸟类学研究和野生动物资源管理提供了理论参考[8]。朱琦等对鄱阳湖2011 年越冬水鸟的种群数量进行调查，记录到越冬水鸟 51 种 59 万余只，其中有 14种达到了全球种群数量 1%的标准，同时鸿雁(Ansercygnoides)、白鹤(Grusleucogeranus)、东方白鹳(Ciconiaboyciana)的数量超过全球种群数量的估计值[10]。

1.1 地面调查

在鸟类的调查方法中，通常调查人员通过光学仪器，使用双筒望远镜或瞄准镜通过样线法和样点法来对地面鸟类进行调查；在调查的过程中，对于鸟巢内的状态，需要直接爬上树调查鸟巢内鸟类数量等信息[11]。在研究过程中，无论是记数工作或集中研究，鸟类调查数据都可以反映鸟类当时的种群和预测密度，这些都是鸟类种群研究的重要部分。

地面鸟类调查方法有样线法、样点法、标图法、标记重捕法、鸣声回放法、聚集地调查法等[9，12]，其中标图法是最精确的一种方法，但是由于需要众多经验丰富的观察者进行大量的工作，同时也不适用于复杂的生境条件，而且投入巨大，故此种方法只在欧美少数国家得到应用。标记重捕法、鸣声回放法、聚集地调查法应用也比较少。在我国样线法和样点法是目前鸟类调查中最常使用的方法[13]。因此，本文首先对此两种地面调查方法进行讨论。

1.1.1 样线法

样线法：在调查地点选择多条样带线，肉眼或借助10倍双筒望远镜和60倍单筒望远镜在开阔湿地生境中，记录鸟类的种类及数量分布，并通过GPS定位，在地图纸上标记出样带位置。

具体调查方法如下：(1)一般步行调查路线的长度设为2～3 km。(2)对于小型和雀形目(Passeriformes)鸟类样带宽度根据生境特点一般设置为100 m，对大型鸟类如鹤类、鹭类等，样带宽度可以设为1 km。(3)调查最好选择晴朗、三级风以下的天气进行，最佳调查时间在清晨或傍晚，步行速度2～3 km/h。(4)在样线法调查时，调查人员同时沿样线记录前方及两侧的鸟类，包括飞过样地的个体种类和数量，飞出者计入，飞入者不计。在繁殖期调查时听到或看到1只雄鸟可记做1对，在只见到1只雌鸟或1窝卵或雏时可应视为1对。(5)记录所见个体到样带中线的垂直距离。对集群鸟类，每一群体视为一点，记录群体中心点到样带中线的垂直距离。根据调查情况，必要时观察的记录对象还应包括样带以外的个体或群体，并记录下它们到中线的垂直距离[14]。样线法在湿地鸟类调查中需要考虑：样线的长度、数量、宽度、调查时间等因素，尽可能减少调查误差。

许龙等[4]对样线法的发展历史、基本原理和主要类型进行过简要介绍，并对4种常用的种群密度计算方法，即Gates截线法、条带最大记数法、Fourier截线法以及距离取样法进行比较，得到使用距离取样法计算鸟类的种群密度，得到更为准确的结果。郭佳[15]采用样线法、样点法对鸟类进行调查，调查记录鸟类117种，隶属18目43科。通过对鸟类生态类群研究发现，样线法比样点法更适合于鸟类调查。朱奇等通过样线法对2011 年冬鄱阳湖水鸟数量与分布进行调查，记录越冬水鸟51种59万余只，其中有14个物种达到了全球种群数量 1%的标准，同时鸿雁、白鹤、东方白鹳的数量超过全球种群数量的估计值[10]。罗子君等[16]采用样带法对阜阳市4个重点湿地的夏季鸟类资源进行了调查，共记录阜阳市重要湿地鸟类11目25科43种，雀形目鸟类种数最多，共19 种，占全部种类数的44.1%。邱观华[17]对于甘肃敦煌西湖湿地明水面和开阔地的鸟类采用直接计数法进行数算，而对于芦苇等植被群落内的鸟类采取无距离估计样线法调查。宫蕾等[18]采用样线法对长江中下游安庆沿江7个湖泊湿地的夏季鸟类资源进行了调查，为湖泊湿地资源管理提供依据，共记录安庆沿江湖泊湿地鸟类14目35科82种。目前样线法在鸟类数量调查中的应用越来越广泛，调查结果的精确度也明显提高。

1.1.2 样点法

样点法：在保护区内选择数个样点，借助10倍双筒望远镜和60倍单筒望远镜，以点为中心形成一个圆直接计数一定面积内的鸟类种类数量(图1)。

具体调查方法如下：(1)根据生境情况及鸟类大小，以一定长度为半径做圆，对于小型和雀形目鸟类半径一般设置为100 m，对大型鸟类如鹤类、鹭类等设置500～1000 m，记录其中的鸟类种类数量，每个点观察约10 min。(2)记录种类、数量、时间、发现目标与样点的距离等。(3)计数时，精确计数与估算相结合，通过直接计数法对数量较小的群体计数，采取“集团统计法”对数量较大的群体计数，即把水禽分成不同的小集团，根据群数大小，每个集团可以为10个、100个、1000个水禽，根据对集团数的统计推算鸟类的总数以及群体中各种类所占百分比。繁殖期的鸟类，对听到或看到1只雄鸟记做1对，若只见到1只雌鸟，1窝卵或雏也视为1对[14]。样点法在湿地鸟类调查中需要考虑：样本数量、样点的布设、调查时间的选择、每个样点停留的时间等因素。

图1 样点法计数鸟类[31]Fig.1 Count birds by sample point method

吴飞等重点介绍了样点法在调查森林鸟类需要考虑的样本大小、样点布设、每点的停留时间等因素，并分析样点法的不足，提出样点法与网捕法结合是提高调查结果准确性的有效途径[19]。蔡音亭等在2008年3～5月采用固定距离样线法和固定半径样点法对崇明东滩盐沼鸟类进行调查，探讨了样线法和样点法对盐沼湿地鸟类调查的有效性及适用性。2种方法对盐沼鸟类种类的发现能力相似，除了记录到的种类相似，样点法调查得到的每种鸟类密度和鸟类总密度均高于样线法的调查结果[13]。刘化金等采用样线法和样点法，对富锦市沿江湿地的水域、沼泽、草甸、防护林和农田的鸟类种类、数量、迁徙时间和多样性规律进行调查分析，得到富锦沿江湿地常见鸟类有雁鸭类、鸻鹬类和雀形目，共56种鸟类[20]。刘子祥等对湖南省洋湖湿地公园鸟类资源进行了样线法和样点法调查，共记录鸟类116种，隶属于13 目44科，其中非雀形目鸟类占全部鸟类种数的49.14%，雀形目鸟类占50.86%[21]。

1.1.3 两种方法对比

样线法和样点法在调查过程中存在一定区别，样线法是观察者按照一定的速度沿着样线前进，同时记录样线两侧一定范围内的(包括看到的和听到的)鸟类个体。在地面调查过程中样线法主要适用于地势较为平坦，生境较为简单的湿地地区，生境复杂的森林或湿地地区，可行性差相对较差。样线法调查过程中，观察者在步行过程中花费大量时间和精力，前进速率不易维持稳定，在应用上会受到一定限制。样点法是指观察者在事先选取一定间隔的地点停留5～10 min左右，计数周围一定范围内所发现的鸟类，样点法易于实施，容易做到随机或系统化，适合复杂及斑块化生境，是目前使用最广泛的鸟类调查方法。与其他鸟类调查方法相比，在对相同面积的区域进行调查时，样线法和样点法所用的调查时间较少，样线法适合调查密度低、移动的、体型较大的鸟类，对少量物种的调查；样点法则适合对移动范围小、体型小且难以辨认的鸟类调查[22-23]。大多数的盐沼湿地的植物群落呈带状分布，样线法比样点法更适合于鸟类调查。调查方法对比详见表1。

表1 调查方法对比

Tab.1 Comparison of investigation methods

郑炜等在鸟类种群密度调查中讨论了无距离样线法、固定距离样线法以及可变距离样线法的差异，并调查了云南省昆明市嵩明县嘉丽泽地区常见的4种鸟，通过对丰富度、种群密度等相关信息的比较，说明3种样线方法在鸟类数量估计方面的差异[24]。郭佳等应用样线法、样点法进行了鸟类调查，调查记录鸟类117种，隶属18目43科[15]。钟福生等通过固定样带法和样点法对东洞庭湖湿地鸟类297种，包括鹭科、鸭科、鹬科和鸥科(Laridae)等鸟类进行统计，设置4条样带、5个样点，取样带长3 km，样带宽单侧150 m，调查行走速度为1.5 km/h；每1个样点以0.5 km为半径观察固定范围内的鸟类种类和数量，借助单筒、双筒望远镜采用直接记数法记录所观察到的固定范围内的鸟类种类和数量[25]。

1.2 航空调查

鸟类调查，除了通过光学仪器使用单、双筒望远镜或瞄准镜，通过样线法、样点法来对地面鸟类进行调查之外，还可以应用无人机(UAV)进行航空鸟类调查，它是以上调查方法的有力替代。过去，航空调查技术尚未完全成熟，往往要进行地面核实调查，来验证航空调查的准确性，同时补充航空调查中的遗漏数量和高空无法解决的问题[26]。随着航空技术的不断改进和提高，无人机能够解决很多过去不能解决的问题。通过航拍无人机对湿地鸟类数量、种类等进行调查。

航空调查主要是通过无人驾驶飞机(UAV)，它是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机，无人机可以分为旋翼无人机和固定翼无人机。对于固定翼无人机在气动设计良好的状态下，多载油可以持续飞行数小时，甚至可以达到30 h的续航时间。相比之下，多旋翼无人机的续航时间相对会短些，不适合长时间续航飞行。无人机的类型有很多种，比如测绘无人机、微型无人机、预警无人机、航拍无人机等，随着经济的发展和社会的进步，无人机的应用领域也越来越广泛。本文主要应用航拍无人机，采集遥感影像获取数据。

UAV低空飞行，高分辨率(<10 cm/像素)的航空成像能力，可以达到地面调查的精度。根据航空调查的目的及高空可识别程度，划分重点航调物种和一般航调物种。对重点调查物种的统计要做到：种类、个体数量、分布位置(GPS定位)、巢址(GPS定位)，并用GIS系统软件绘出繁殖数量分布图；而对于一般航调种类只要记录其种类和数量及大致位置而不要求GPS定位。近些年来，航空调查应用越来越广泛，越来越多的人使用小型无人机系统(UAV)对鸟类进行调查[27-30]。

Chabot等使用小型无人机系统(UAV)进行了空中测量，通过一个2.1 m翼展，4 kg手推式电动无人机对沿海常见燕鸥(Sternaspp.)群落进行高精度、低干扰的水鸟调查；并将群落地面计数与第2天进行的UAV调查的计数进行比较。燕鸥被开始飞过头顶的UAV打扰，但慢慢适应并没有发现UAV对鸟类群落持续干扰的证据[31]。史慧灵等以昆明城区4个大学校园、15个公园、19块绿地为研究对象，通过样线法在2014年3月、6月、9月、12月对鸟类种类和数量进行调查，结合遥感影像和现场调查，使用ArcGIS分析绿地生境结构，研究了城市绿地与鸟类的关系[32]。McEvoy等在2015年3～5月期间在澳大利亚东部两个地点评估了一系列UAV飞行器形状和尺寸对自由生活、非繁殖水鸟的干扰情况，以提高水鸟调查精度。结果表明，通过适当规划起飞和着陆点，无人机飞行路径和UAV模型的选择，能够为准确地测量野生水鸟群落数量提供有效依据[33]。

航空调查方法在应用上有它的优缺点，优点在于：(1)调查过程快，根据飞机的性能和续航能力，可以长时间在空中拍摄影像，调查所覆盖的面积是用其他方法调查的几倍，甚至几十倍；(2)调查范围广，湿地鸟类的调查涉及许多层次，包括水鸟的种类、数量和分布，鸟类分布与湿地类型的关系等。但同样它还存在一些不足：(1)水鸟种类识别难，由于航空调查时，飞机飞行速度较快，鸟类识别难度大，即使飞机悬空定点，也会因机身抖动较大，不易识别；(2)飞机发动噪声较大，会惊飞觅食或栖息的水鸟；(3)航空调查所花费的资金相对较高，包括飞机的租金、燃料费、机师费用等[34]。

航空调查技术的不断改进和提高，都能达到预期目的，在实际调查过程中，由于航空调查技术的存在，不必再作地面补充调查。航空调查与地面调查相比，航空调查的优越性是不可否认的。但在航空调查中仍然存在一些问题，其中，最值得讨论的是数量问题，航空调查中能够准确地查清大面积范围内鸟类数量，但通常航空调查的结果高于地面调查，原因是由于地面调查的时间不足、面积小，导致遗漏现象高，在以后实际应用中需要尽量避免；应用航空调查方法研究湿地鸟类时，要注意在调查过程中调查时间和日期、航线设计、航机选择、飞行高度等参数的确定，这些都将影响航空调查的质量和精度；在航空调查过程中要进行全程摄像，以提高航空调查的调查精度，以免在某一段的飞行距离是空白记录。这些难点问题有待于在以后的研究中进一步解决。

2 3S技术在鸟类调查中的应用

3S技术是对地观测的3种空间高新技术，包括遥感(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)[35]，将RS大面积获取地物信息，GPS快速定位和准确获取数据，GIS的空间查询、分析和综合处理的能力有机结合形成一个系统，实现技术的综合利用[36]。随着计算机技术的迅速发展，3S技术在鸟类调查学研究中的应用越来越广泛。在国内外研究中，3S技术在鸟类生态学研究中主要用于鸟类的迁徙、栖息地、分布格局及数量、密度和种群大小的预测、建立鸟类资源数据库等方面[37-41]。GIS 可以自动绘制动物的分布图进而确定物种的丰富度，GIS 自动绘图功能的应用尤为普遍，如Scott 等通过GIS 得到了夏威夷岛几种雀形目濒危鸟类的分布图和丰富度[42]。Palmeirim利用遥感(RS)确定了调查地点并获得了样地鸟类生境信息，利用GIS功能得出了鸟类分布，并结合调查的生境特征，进行生境适宜性分析，得出鸟类适合的生境分布图，并以此计算出鸟类的密度和数量，预测出研究区各种鸟类的种群动态[43]。生态学家应用“3S”技术来对鸟类进行调查，既减少了调查时间又提高了调查精度。

3 结束语

鸟类数量调查是鸟类生态学和野生动物管理学中的重要内容之一。鸟类的数量与鸟类濒危物种状态评价、资源保护与开发利用功能有关，还可作为评价环境质量的指标之一[8]。

随着鸟类学家和生态学家对鸟类调查方法的关注以及遥感技术水平的不断提高，“3S”技术在现代鸟类调查研究中正在发挥越来越重要的作用。特别是对于一些偏远的、面积较大的湿地地区，能够有效地展示、预测和监测鸟类，还能给予环境质量评价，促进实现物种保护管理。为了充分展现遥感技术在鸟类调查研究和保护中的作用和价值，集合多学科的知识和研究方法是十分必要的。

截至目前，并不是所有的遥感技术在鸟类学中的应用都已成熟，如影像数据源、影像时相、遥感信息提取方法、鸟类野外调查方法等均存在很多缺陷和不足。在今后的研究中，还有待进一步的总结、提高和完善，使遥感技术在水鸟调查方面发挥越来越重要的作用。