数值响应猎物迁徙水鸟的分布在一个大温带干旱的湿地,中国

文摘

沉湖为水鸟提供了重要的育种和停留的栖息地。这个湿地生态系统的健康状况迅速恶化是由于污染和富营养化和水环境管理是急需的。探索生态系统健康之间的联系,猎物密度、人口及资料,我们进行了调查的底栖大型无脊椎动物和水鸟的滨鸟的栖息地,湿地在2011年秋天迁徙的季节。丰富的水鸟和底栖大型无脊椎动物在空间和时间之间存在着显著的差异。我们的数据显示一个明确的滨鸟种群和底栖大型无脊椎动物的密度之间的联系,能够解释53.63%的变异及资料丰富。猎物密度强烈受到环境因素的影响,包括水和沉积物质量。Chironomidae主要是在网站找到更高的总磷,但沉积物较低浓度的铜。Lymnaeidae主要是在网站找到更高的pH值,低盐度、低浓度的总磷和铜。栖息地与总磷的浓度很高,重金属,或盐度不适合底栖大型无脊椎动物。我们的研究结果表明,减少养分和重金属载荷是至关重要的维持的生态功能沉停留候鸟的栖息地。

1。介绍

众所周知,水鸟觅食广泛在底栖大型无脊椎动物1,2)和丰富的底栖大型无脊椎动物可能是水鸟的短期和长期生存的关键考虑到他们在迁移过程中能源需求高,繁殖季节(3- - - - - -5]。水鸟因此预测显示数值和功能性反应的变化丰富的猎物(6,7]。候鸟取决于停留地点沿着迁徙路线休息和补充他们的能源储备8,9]。许多因素影响猎物物种的分布,包括水和沉积物质量和水生植物(10,11),这反过来会影响水鸟觅食的聚合模式。

沉湖湿地是一个关键的巨大,中国西北干旱地区,提供了重要的育种和分期的水鸟栖息地-大洋洲东部迁徙路线(12]。然而,作为水储存的主要领域和农业排水的放电在黄河弯曲地区(13),湿地是高度富营养化(14]。随后,这个湿地的结构和功能已逐渐改变了例子,迅速扩张芦苇进入开放水域已经被很好地记录下来了(15,16]。植物的结构变化可能修改底栖大型无脊椎动物的分布和丰富17),并最终影响湿地的功能作为水鸟的觅食地。然而,水鸟和猎物之间的关系还没有调查在沉湖在任何规模和水鸟的数值响应变化的底栖大型无脊椎动物仍然是未知的。

这项研究调查了水鸟和食物资源的空间协会在沉湖。我们进行了定期的调查及资料三个主要觅食地点沿环境梯度在2011年秋天迁徙的季节和底栖大型无脊椎动物和收集的数据采样环境变量沿着鸟横断面调查。我们旨在回答两个具体问题:(1)什么是底栖大型无脊椎动物的重要环境因素和(2)水鸟如何回应的变化(即他们的食物来源。、底栖大型无脊椎动物密度)?这些信息在湿地的管理是至关重要的,尤其是作为迁徙水鸟的栖息地。

2。材料和方法

2.1。研究网站

沉湖位于内蒙古,中国(40°46′-41°05′N, 108°42′-108°58′E)(图1),面积293公里²和平均水深约1米17]。大陆的气候与低年平均降雨量(220毫米),高年度蒸发(1502毫米),年平均温度为7.0°C (18]。湿地是冷冻从11月到3月,无霜期平均152天(19]。主要水源从河套灌区农业排水。最近的研究表明,的浓度总氮(TN)和总磷(TP)范围从1.44到19.31和0.024 - 0.057 mg / L,分别表明湿地是高度富营养的20.,21]。

大约50.9%的湿地面积被紧急植物和43.7%覆盖淹没植物;剩下的5.4%由沙洲和浅滩(22]。湿地被公认为最重要的一个小鸟在广阔的领域,中国西北的干旱地区。总共有241种鸟类已经从17个订单记录和49的家人,包括黑鹳(Ciconia质)海鸥,残遗(Larus relictus),疣鼻天鹅(天鹅座olor)(23]。全球保护重要性包括远东麻鹬的水鸟(Numenius madagascariensis),亚洲dowitcher(Limnodromus semipalmatus),黒(Limosa Limosa),和欧亚麻鹬(Numenius arquata)(12]。

2.2。鸟的调查

调查可能的水鸟和底栖大型无脊椎动物和测试之间的联系是否有变化在时间和空间丰富的水鸟,水鸟数据收集来自两周一次的调查在2011年秋天迁移(2011年11月初8月下旬;八个观察时间)12]。水鸟,我们专注于家庭Scolopacidae鸻科,因为这些水鸟的主要团体访问沉湖(每年12,24]。调查进行了三个主要的滨鸟觅食地点在湿地:Xiaohaizi (XHZ) Gesuer (GSE),和《河口(香港)(图1)。被选出的网站包括一系列的环境梯度(例如,水和沉积物质量),虽然网站的选择也影响了可访问性和安全注意事项。XHZ位于北湿地的一部分,排水水流入湖附近。这个领域在很大程度上是受新兴植物,小补丁的浅水和沙洲。GSE位于东部海岸,主要由紧急和水下植物;它最大比例的浅水深度(< 1米)在三个采样地点。香港位于最南端的一部分湿地的水流入黄河。它由一个大面积的开放水域面积浅水海岸附近。所有三个抽样地点为水鸟提供觅食和休息的栖息地(12,22]。样一个固定长度的变量建立了在每个采样站点。基于栖息地的大小(约5公里²在GSE, 4公里²在香港,2公里²XHZ)、横断面的长度是4、3、1公里GSE,香港,和XHZ分别。每个调查步行湖岸平行样的长度以恒定速度;垂直搜索距离为0.6公里。使用双筒望远镜(8×42)和望远镜(施华洛世奇at 80 HD 20−60×80),我们清点并记录所有的水鸟(在看到或听到)。提高检测能力,调查进行了在白天晴天,至少有两个训练有素的观察者每样。观察误差的变化最小化通过使用相同的观察员在整个研究期间只要有可能。为避免重复计数,同时三个横断面调查。视觉和/或口头的交流使我们能够避免重复记录同一群水鸟的至少两个观察员。水鸟飞向前被排除在外,所有在场的水鸟被确定物种水平。

2.3。底栖大型无脊椎动物的调查

底栖大型无脊椎动物样本收集的浅水区湖(沿横断面调查及资料)使用PVC管(直径7.14厘米)9月17日至19日和2011年10月16 - 17。抽样日期选择反映滨物候学和代表“峰”和“postpeak”枣在秋天迁移。因为大多数滨物种在沉湖无法觅食的猎物,在沉积物分布深度超过10厘米(24),只收集和分析沉积物层顶部。这个深度足以捕捉大多数(如果不是全部的话)底栖大型无脊椎动物作为滨鸟的猎物在沉湖。沉积物被平行于横断面有100米的间隔和取样重复每1公里(图1)。沉积物岩心收集的数量在每个采样周期为三个抽样地点是6、15和12 XHZ, GSE,和香港,分别给予66样品。重复样本收集和沉积物被切到顶部(5 - 10厘米)(0 - 5厘米)和底部层,水洗,使用63和排序米筛(25]。剩下的材料保存在95%乙醇和显微镜下检查。生物个体都清点,因为其他底栖大型无脊椎动物物种的数量比Chironomidae和Lymnaeidae(例如,虻科的幼虫)非常低,他们组合在一起,标记为“他人”给三个主要组底栖大型无脊椎动物:Chironomidae, Lymnaeidae等等。我们跟着决定的方法来识别chironomid幼虫(26]。梅里特的方法等。27和刘et al。28)被用来确定其他物种。

2.4。底物质量和水质

我们在每个底栖生物基质样品收集采样位置使用PVC管直径相同的作为大型无脊椎动物取样管。底物进行了抽样从2011年9月17日至19日,共有66个衬底样本收集,相同数量的样品底栖大型无脊椎动物。基板芯也分为前(0 - 5厘米)和底部(5 - 10厘米)层。样本分析实验室的地理科学和自然资源研究所,中国科学院(中国,北京)氮(N)、磷(P)、有机质(OM)和重金属(李,Co,铜、镍、汞)。N决定使用一个元素分析仪(不同的宏观数据集,Elementar,德国)。OM是由滴定法和K₂Cr₂O₇。P的浓度、Co、铜,李,倪电感耦合等离子体光学发射光谱法测定使用最适条件5300 DV光谱仪(美国优秀)的浓度和Hg电感耦合等离子体质谱法测定(美国Elan DRC-e)。基质是基于粒子直径分为三种类型:沙子,sand-mud和泥浆。

水质的同时测量底栖大型无脊椎动物样本从2011年9月17日至19日。原位水温度、pH值和溶解氧测定YSI专业+手持多个参数表(美国YSI)。叶绿素(背影)测量现场的宇宙女士5仪器(美国哈希)。现场水样采集和预处理对其他参数,包括盐度、TN和TP。所有水样本处理的实验室Urat面前横幅环境保护监测站(内蒙古,中国)采样当天使用tu - 1810紫外可见分光光度计(Persee合并,中国)。

2.5。统计分析

我们使用了非参数克鲁斯卡尔-沃利斯检验比较不同的丰富的水鸟,底栖大型无脊椎动物和环境变量采样站点之间。的Mann-WhitneyU测试是应用于底栖大型无脊椎动物和基质质量收集来自不同层次比较变量的分布在不同的深度。

我们应用多个排列线性回归探讨之间的关系丰富的水鸟和底栖大型无脊椎动物。模型的选择是基于合成p价值和Akaike信息准则(29日]。一个一个示例Kolmogorov-Smirnov测试用来测试及资料丰富的常态。测试表明,数据稍微违反常态()。考虑到小样本大小和可能的异常值,我们使用置换试验,而不是正常的测试统计推断理论(30.]。

底栖大型无脊椎动物的分布变化与环境梯度检测使用典范对应分析(CCA) (31日)改变了底栖大型无脊椎动物密度,因为这允许快速鉴定的社区组成随环境梯度。三组底栖大型无脊椎动物的密度在GSE,香港,XHZ与环境数据被包含在分析。我们汇集的底栖大型无脊椎动物密度数据三个沉积物样在一个采样和使用它的密度CCA的网站分析。因此,我们总共有5个网站在GSE,两个网站在XHZ,和四个地点在香港。CCA之前,我们测试了这些变量之间的相关性使用皮尔逊相关系数和强烈相关变量(即。皮尔森的)被排除在外,包括溶解氧,背影,TN, OM, N,,,李,倪,Hg。排列测试是用于调查底栖大型无脊椎动物和环境变量之间的相关性。所有统计分析R3.2.2 [32]。

3所示。结果

3.1。空间和时间分布的水鸟

总共27个滨物种超过3300个人被记录在2011年秋天迁徙的季节在沉湖。三个最丰富的物种,黒,发现红脚鹬(Tringa erythropus),和太平洋黄金千鸟(Pluvialis叶)由滨鸟人口的83%;北田凫(Vanellus Vanellus),肯特人的千鸟(Charadrius alexandrinus),black-winged高跷(Himantopus Himantopus)由另一个13%的水鸟。水鸟的总数大幅下降后,然后逐渐下降,直到2011年11月6日迁移赛季结束(图2)。

三个采样点的水鸟数量明显不同(克鲁斯卡尔-沃利斯检验,)。在研究的早期阶段(9月),GSE的观察水鸟数量最高,其次是XHZ和香港,68.57,16.65,和总数的14.78%。在鸟类统计GSE和XHZ比在香港2011年10月10日之前,之后观察相反的分布格局(图2)。

3.2。底栖大型无脊椎动物的空间和时间分布

最丰富的猎物在湿地峰值和postpeak滨鸟迁移是Chironomidae(表1)。

有大的空间(横向和纵向)和颞底栖大型无脊椎动物的分布的变化。空间,克鲁斯卡尔-沃利斯检验表明,底栖大型无脊椎动物的密度之间的三个抽样地点(之间存在着显著的差异),香港拥有最高的密度和XHZ最低(图3)。的Mann-WhitneyU测试显示出显著的垂直差异,更高密度的底栖大型无脊椎动物的表层沉积物比底部层()(图4)。暂时,底栖大型无脊椎动物的平均密度在2011年9月中旬(5460 indiv. / m²)是大大高于2011年10月中旬(1000 indiv. / m²)()。虽然Lymnaeidae很大程度上在粗粒沉积物(砂),发现Chironomidae主要是细沉积物中发现(泥)。Sandy-mud仍然可以支持一定数量的Chironomidae(图5)。

3.3。回应的水鸟底栖大型无脊椎动物的分布

排列三组之间的线性回归分析表明,底栖大型无脊椎动物,只有Chironomidae显示正相关与丰度及资料()。模型选择过程需要使用Akaike信息准则表明Lymnaeidae回归,虽然排列测试表明其效果是不重要的()。Chironomidae的密度和Lymnaeidae一起解释53.63%的变异丰富的滨鸟沉在秋天迁移(,)。

3.4。环境因素影响底栖大型无脊椎动物的丰度和分布

3.4.1。水的质量

广泛的环境梯度明显跨三个抽样地点,盐度(最明显、表2),从咸水超咸的(5887 - 42600 mg / L)。一系列浓度的背影()、TN (),TP (在GSE)也明显,浓度(12.41,4.36,和0.282 mg / L的背影,对TN、TP,分别)和XHZ(7.80, 12.4,和0.356 mg / L的背影,对TN、TP,分别)明显高于那些在香港(4.04,1.47,和0.070 mg / L的背影,对TN、TP,分别)。水温在GSE XHZ 3.00°C高于香港()。溶解氧浓度的范围没有明显不同的三个抽样网站(76.8 - -96.92%,),也不是pH值(8.87 - -9.34,)(表2)。

3.4.2。底物质量

N, P的浓度,OM的沉积物中三个抽样地点(之间存在着显著的差异,,分别),在香港与N和OM的浓度最高,在GSE P的浓度最高。所有的重金属的浓度(),除了Hg (三国),明显不同采样地点,与浓度在XHZ GSE高于香港。李的浓度的上层沉积物明显高于底层(),而Co和镍的浓度更高更深的沉积物()(表3)。

3.4.3。环境变量对底栖大型无脊椎动物的影响

六个环境变量包含在最终的CCA(图6)。前两个标准轴共同解释87.5%的底栖大型无脊椎动物分布的方差(轴1和2 27.3%和60.2,分别)。水温、盐度、TP和铜2轴(表呈极显著的正相关关系4)和轴2 Chironomidae呈正相关(图6)。从图6,很明显,Chironomidae主要是发现水温较高的采样地点和更高的水TP浓度和泥沙P,但较低的铜浓度和较低的水博士相比之下,Lymnaeidae主要是在网站找到更高水pH值,但水温较低,低水TP和盐度、泥沙P .其他大型无脊椎动物物种(例如,虻科的幼虫和Tubificidae)主要发生在网站更高浓度的铜和高盐度(图6)。排列测试还表示,有一个重要的大型无脊椎动物密度和水/沉积物质量之间的关系)。

4所示。讨论

4.1。影响底栖大型无脊椎动物的丰度和分布的因素

丰富的底栖大型无脊椎动物普遍较低的水和沉积物质量较差的网站,与香港的数量减少(出口附近的水和沉积物质量高于其他网站),到XHZ(附近的排水进气浓度最高的营养和污染物)。类似的趋势已报道在湿地内,大型无脊椎动物密度和生物量的增加与污染的主要来源(距离增加33]。记录中底栖大型无脊椎动物,Chironomidae Lymnaeidae丰度较高的网站接近出口的湿地盐度、TN、TP和重金属(尤其是铜)的浓度比在XHZ GSE低得多。Lymnaeidae模式尤为明显,这是缺席大部分采样XHZ情节。这表明Lymnaeidae有较高要求的水和底物质量比Chironomidae和高水平的盐度和TP或重金属可能会限制Lymnaeidae[的生存34]。一些种类的Chironomidae幼虫可以容忍非常高水平的污染35,36),他们经常成为占主导地位的集团的底栖无脊椎动物在受污染的水体如沉。

底栖无脊椎动物强烈受到环境压力的影响,如无机污染物(37)——例如,沉积物中重金属的积累会导致底栖无脊椎动物的死亡38]。一些金属污染对底栖生物群落的影响已经记录,包括降低密度(39,40),减少敏感类群的数量(41),和物种的分布模式的变化(42]。我们的研究表明,水温、盐度、TP、铜浓度在沉积物中最重要的变量确定底栖大型无脊椎动物的密度和分布。其它的变量,比如水pH值和沉积物中的P浓度,对底栖大型无脊椎动物可能不那么重要在沉湖。pH值不扮演重要角色在决定Lymnaeidae在自然水体的分布34]。虽然CCA表明,沉积物P浓度没有积极与底栖大型无脊椎动物的密度之间的关系,这一结果进行解释时应特别谨慎。因为水和沉积物P TP高度呈正相关,这是符合研究太阳et al。43之间的负相关关系,水柱TP和丰富的底栖大型无脊椎动物可能意味着沉积物之间的负相关关系P和底栖大型无脊椎动物的丰度。之前的研究表明,P在沉湖沉积物总量的底栖生物群落可能是一个威胁,可能加剧了水体的富营养的水平(44]。

铜的浓度有更重要的影响比其它重金属底栖大型无脊椎动物。底栖动物和污染物的研究水平在挪威峡湾,布拉吉(45]还发现,铜有最高的有害影响。高铜水平在前5厘米的沉积物取样GSE和XHZ轻微到中度的重金属污染的证据(46]。基质类型也扮演了一个重要的角色在决定物种丰度和分布的底栖无脊椎动物(47]。Chironomidae幼虫首选泥泞的基质,而Lymnaeidae首选在沉沙基质。

装运的营养(尤其是TP)和重金属(尤其是铜)到水生环境与人类活动的强度增加。营养物质的输入到沉湖主要从灌溉排水水20.)和重金属的来源主要来自工业废水和生活污水在湿地(48]。因此,底栖大型无脊椎动物的多样性和分布可能已经改变了。有些物种甚至可能消失在当地当污染超过公差的水平。例如,从大多数取样地块在XHZ Lymnaeidae缺席。许多先前的研究中说明(49- - - - - -51),水鸟积极遵循底栖大型无脊椎动物的分布格局,因此底栖大型无脊椎动物群落的变化可能最终导致功能丧失沉湖为候鸟停留站点。减少养分载荷和控制水污染在沉湖的waterbird保护至关重要。

4.2。水鸟的分布,与底栖大型无脊椎动物的关系

我们的研究结果表明,水鸟的分布在沉湖并不是随机的,最丰富的水鸟在GSE,主要觅食生境迁移高峰。然而,在2011年10月中旬,旺季后大多数水鸟离开时,香港提供后期移民的主要觅食生境(12)(图2)。这两个主要觅食领域也有丰富的底栖大型无脊椎动物(图最高3)。众多研究表明积极的水鸟和猎物丰富或生物量之间的关系,但不同研究之间的关系的强度(52,53]。我们的研究证实了数值在沉湖水鸟和底栖大型无脊椎动物之间的关系,即使不是很强(的关系多元线性回归的价值是温和的53.63%),这可能是由于样本量相对较小(只在秋天迁移)。猎物密度就可能占到所有的鸟类密度的变化(54)——例如,GSE平均滨密度最高,但不平均的猎物密度最高。其他变量,如植被(55)和猎物的可用性,这与水深(56),应该被纳入未来的研究。决心水鸟之间的动态交互和底栖大型无脊椎动物的密度(例如,网站提供更加丰富的大型无脊椎动物会吸引更多的水鸟,,反过来,可以抑制大型无脊椎动物的丰度)会给一个更好的洞察的生态社区,帮助保护湿地生态系统。

许多滨物种长途移民和需要高质量的网站停留休息和加油为自己的下一个旅程。最重要的因素之一是食物停留在网站的可用性(57]。也知道水鸟之间的交互,他们的猎物,环境是很重要的(6,58- - - - - -61年),并提供基本信息管理滨鸟的栖息地。世界各地的长途迁徙水鸟的数量减少(62年)和一些最大和最广泛的下降已经在东-大洋洲迁徙路线的观察(63年]。最早期的研究只关注水鸟和它们的栖息地在沿海地区的迁徙路线5,64年,65年)和内陆湿地几乎没有可用的信息。我们的研究主要集中在数值水鸟和底栖大型无脊椎动物之间的关系在温带干旱的湿地,为未来的研究提供重要的数据。

5。结论

丰富的水鸟和底栖大型无脊椎动物都沉在时间和空间之间存在着显著的差异。环境因素,包括水和底物质量,具有很强的对底栖大型无脊椎动物的丰度和分布的影响。水鸟积极跟着底栖大型无脊椎动物的分布模式。因此,水鸟和底栖大型无脊椎动物之间的数值关系在沉湖被确认。我们的研究表明,减少养分和重金属载荷保持沉湖的生态功能是至关重要的觅食和停留候鸟的栖息地。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

在这项研究中,第一作者是支持的特殊基础基础科学和技术研究项目(2013 fy111800)。作者欣然承认提供的帮助Wuliangushai自然保护区管理局网站的访问研究,提供设施调查。他们尤其感谢YingshouXu先生,YifeiJia博士和刘Yunzhu援助在田野调查和孟杨和李奶奶实验室援助。

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