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北師大張正旺教授團(tuán)隊研究揭示鳥類遷徙策略的可塑性與種群動態(tài)之間的反饋聯(lián)結(jié)
表型可塑性是生物快速響應(yīng)環(huán)境變化的一種方式，同時，也能夠通過改變個體與其環(huán)境之間的相互作用從而影響種群動態(tài)。遷徙是鳥類在季節(jié)性變化的環(huán)境中演化出的一種資源追蹤型策略，然而有關(guān)遷徙策略可塑性與遷徙鳥類種群動態(tài)之間的反饋過程尚不清楚。盡管世界范圍內(nèi)很多候鳥的遷徙中途停歇地在急劇減少，中途停歇地的質(zhì)量是否可以通過遷徙過程中時間與能量權(quán)衡從而影響其種群動態(tài)仍然存在研究不足。
圖1 渤海灣灘涂濕地的遷徙水鳥集群（鄭文忠攝）
渤海灣位于東亞-澳大利西亞候鳥遷徙路線（East Asian–Australasian Flyway）上，支持著二百多種上千萬只遷徙水鳥的生存和發(fā)展，每年春秋季都能記錄到大量水鳥在此停歇。北京師范大學(xué)張正旺教授團(tuán)隊長期致力于渤海灣水鳥的研究，不僅率先發(fā)現(xiàn)了國家一級重點(diǎn)保護(hù)鳥類遺鷗（Ichthyaetus relictus）的主要越冬地[1]、世界瀕危物種東方白鸛（Ciconia boyciana）在天津的關(guān)鍵棲息地[2]，而且還發(fā)表了一種長距離遷徙候鳥黑尾塍鷸的新亞種（Limosa limosa bohaii）[3]。相關(guān)研究成果推動了天津北大港、河北灤南以及黃河三角洲等具有國際意義的重要濕地的保護(hù)管理與生態(tài)恢復(fù)，并為中國黃渤海候鳥棲息地申報世界自然遺產(chǎn)提供了科技支撐。最近，該團(tuán)隊利用十多年的水鳥監(jiān)測數(shù)據(jù)，從候鳥遷徙中途停歇地喪失入手，首次揭示了鳥類的遷徙策略與種群動態(tài)之間的反饋聯(lián)結(jié)[4]。
圖2 渤海灣北大港濕地的遷徙水鳥及其棲息地（年愛軍攝）
該研究通過構(gòu)建一個包含程式化遷徙種群的基于個體的模型（individual-based model），首次提出了一個關(guān)于遷徙中途停歇地棲息地變化如何驅(qū)動候鳥個體停留時間和種群動態(tài)發(fā)生改變的假說，通過分析我國渤海灣地區(qū)遷徙中停水鳥的調(diào)查數(shù)據(jù)對該假說進(jìn)行了驗證。研究結(jié)果顯示，中途停歇地的喪失會導(dǎo)致鳥類遷徙策略的改變，由于候鳥個體在中途停歇地可獲得的食物資源有所減少，它們會延長在中途停歇地的停留時間以補(bǔ)充能量，由此引發(fā)中途停歇地內(nèi)候鳥種群密度的增長，從而對生活史周期內(nèi)繁殖階段和越冬階段的種群動態(tài)產(chǎn)生了連鎖反應(yīng)。研究結(jié)果也暗示，中途停歇地的喪失不僅導(dǎo)致了整條遷徙路線上環(huán)境承載力的下降，也使得中途停歇地成為遷徙路線上密度制約效應(yīng)最強(qiáng)的階段。
圖3 聯(lián)結(jié)個體遷徙策略與種群動態(tài)的反饋機(jī)制（圖來源于文章）。(a) 環(huán)境承載力與種群日均密度隨中途停歇地大小改變的變化。圓圈大小代表每個棲息地的環(huán)境承載力，灰色矩形代表整個年度周期內(nèi)可承載的最大種群數(shù)量。在(a1)中，越冬地和繁殖地的面積大小決定了整條遷徙路線上的環(huán)境承載力，而在(a2)中，遷徙中途停歇地的大小決定了遷徙路線的環(huán)境承載力。曲線圖分別顯示了在(a1)和(a2)情況下，剩余遷徙中途停歇地(即S1區(qū)域)內(nèi)中停期的日均種群密度變化。(b)候鳥個體中停時間與種群密度之間的反饋機(jī)制。
研究結(jié)果表明了，環(huán)境變化對候鳥生活史中某一個階段的作用，會通過其表型可塑性對整個生活史周期的種群動態(tài)產(chǎn)生巨大影響。因此只有對候鳥整個生命周期的各個階段開展研究，才能深入地了解候鳥的種群動態(tài)。如果只專注于某一個棲息地或候鳥某個生命周期階段的研究，忽略其他方面的信息，會使得我們無法準(zhǔn)確地預(yù)測候鳥種群的動態(tài)變化，甚至導(dǎo)致錯誤的結(jié)論，從而錯過對候鳥實施保護(hù)措施的最佳時機(jī)。該研究不僅能夠解釋東亞-澳大利西亞遷飛區(qū)的候鳥種群動態(tài)，而且也能夠為研究其他類群和遷徙系統(tǒng)提供一種通用理論框架。
該研究成果以“Unravelling the processes between phenotypicplasticity and population dynamics in migratory birds”為題，發(fā)表在國際動物生態(tài)學(xué)的旗艦期刊Journal of Animal Ecology上。北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院在讀博士生劉金為論文第一作者，導(dǎo)師張正旺教授為通訊作者，合作者中還有北京師范大學(xué)的雷維蟠博士、天津師范大學(xué)莫訓(xùn)強(qiáng)副教授以及英國牛津大學(xué)的Tim Coulson教授、澳大利亞的水鳥專家Chris Hassell先生。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、國家留學(xué)基金委、中央高?；A(chǔ)研究基金、阿拉善SEE任鳥飛項目、保爾森基金會等機(jī)構(gòu)的支持。
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