基本信息
- 项目名称：
- 神农架燕子垭短嘴金丝燕的种群动态及回声定位机制研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品根据嘴金丝燕出入洞行为的周期性和动态平衡特征，提出了出入洞曲线平移模型（SCIO），利用出入洞数量统计实验、数巢实验和巢样方实验得到的多年数据，计算出1983-2010年神农架燕子垭燕子洞内短嘴金丝燕的种群数量，并分析了其种群动态、年龄构成及栖息环境变化。本作品还采用归巢实验和录音实验研究了短嘴金丝燕回声定位精度与岩壁地貌，定位声波频谱与飞行速度间关系。
- 详细介绍：
- 根据1983-2010年多年观察，神农架燕子垭短嘴金丝燕具有白日活动，夜间归巢，出入洞觅食行为具有周期性，且在中午前后存在动态平衡等特征。由此，提出出入洞曲线平移模型（SCIO），认为在出入洞数量动态平衡时期，洞内外金丝燕数量分布保持相对稳定，种群数量由洞内外觅食鸟数，洞内坐巢鸟数和巢中幼雏及鸟卵数三部分构成。 模型的创新之处在于： （1）利用动态平衡时期的分布稳定性，将金丝燕成鸟和亚成鸟分为坐巢鸟和觅食鸟两部分，分别计算；（2）根据金丝燕出入洞行为的周期性，将入洞曲线沿时间轴向后平移，补偿在洞内分布的觅食鸟数。其中，平移时间T即为觅食鸟在洞内的平均滞留时间——滞值，是模型的关键。 根据出入洞数量统计，绘出过采样处理后的出入洞频率曲线后，以0.2min为单位，逐渐平移入洞曲线，并利用最小二乘原理求出洞内滞留时间T。进而将入洞曲线平移时间T得到等效入洞曲线，在动态平衡时段，求出洞外觅食鸟数。与此同时，通过数巢实验和巢样方实验，求得洞内坐巢鸟数和巢中幼雏及鸟卵数两部分。最后，算得种群数量，比较了1983-2010年数据，分析了金丝燕种群动态、年龄构成及栖息环境变化。 另外，从回声定位声波特性和岩壁地貌两个不同角度探究了其回声定位机制。采用移巢及改变巢周围地貌，发现其先用回声定位波获取洞内岩壁的地形信息，实现精确定位；采用录音实验，在时域和频域角度，分析金丝燕定位声波，结合洞内飞行速度，定位脉冲受飞行速度的影响，与飞行路线形状无明显关系。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1.目的。分析1983-2010年金丝燕种群动态，研究其回声定位机制及其栖息环境，为其保护提供对策和依据。2.基本思路。分析国内外研究现状，详细撰写了“出入洞曲线平移模型（SCIO）”计算种群数量的原理及相应实验，并以2009年数据进行验证和误差分析；撰写了归巢和录音实验的实验方法，并从地貌和频谱角度进行了分析；分析了1983-2010年的种群动态，年龄构成及栖息环境的变化，并提出了相应保护对策。
科学性、先进性及独特之处
- 1.科学性。总结前人研究经验，改进研究思路及方法，设计种群动态SCIO模型，用数据论证，获得具有一定科学价值的成果。2.先进性。种群动态和回声定位机制研究是提出保护对策，发掘实际应用价值的关键。3.独特性。根据金丝燕双峰态日渐活动规律，提出了自主设计的种群动态SCIO模型；通过归巢和录音实验，从定位声波特性和岩壁地貌不同角度探究了回声定位机制；结合历年跟踪考察数据进行了系列分析；课题具有延续性。
应用价值和现实意义
- 2000年，金丝燕被列入《国家保护的有益的或者有重要经济、科学研究价值的陆生野生动物名录》，具有重要研究价值。金丝燕具有声光双重定位机制，研究其定位机制具有一定仿生学应用价值；其筑巢时的唾液分泌物具有较高经济价值和生态价值；本作品建立的SCIO模型在洞内居住型鸟类种群动态研究中具有一定推广价值。国内外对其研究较少，本作品研究内容对了解其生活习性，生物特征，以及提供保护对策方面具有一定现实意义。
学术论文摘要
- 短嘴金丝燕是典型的溶洞型候鸟，具有光定位和回声定位双重定位机制，对其种群动态和定位机制的研究具有十分重要的意义。根据短嘴金丝燕出入洞行为的周期性和动态平衡特征，本文提出出入洞曲线平移（SCIO, Shift Curve of Into and Out of hole）模型，利用出入洞数量统计实验、数巢实验和巢样方实验得到的多年数据，计算出1983-2010年神农架燕子垭燕子洞内短嘴金丝燕的种群数量。结果表明：短嘴金丝燕种群数量稳定在7000只左右，有小范围波动，其中幼雏鸟、鸟卵比例从1983年的31.5%下降到近年来的22.6%。燕子洞主洞温度升高约3.5℃，主洞内鸟巢密集区向温度相对较低的洞内深处迁移约56m。采用归巢实验和录音实验研究短嘴金丝燕的回声定位机制，发现其利用“di-di”声的定位脉冲，获取洞内岩壁的地形信息，实现精确定位。且定位脉冲受飞行速度的影响，与飞行路线形状无明显关系。
获奖情况
- 张云俊，徐敏政，胡鸿兴等. 神农架燕子垭短嘴金丝燕的种群动态及回声定位机制研究（已投“长江流域资源与环境”，在外审）
鉴定结果
- 湖北省林业局野生动植物保护处意见：神农架及长江流域生态考察队自1999年创办至今，每年赴神农架进行一系列生态考察研究，推动林区生态环境优化和生物多样性富集，提高公众对林区森林资源的有形和无形认识。
参考文献
- [1]胡鸿兴,万晖.湖北鸟兽多样性及保护研究[M].武汉:武汉大学出版社,1995:155~160. [2]李鹏,陈发军. 短嘴金丝燕的回声定位机制与其归巢行为的探究[J].四川动物,2007,26(1): 38~40. [3]冯江,李振新.南蝠回声定位叫声的分析[J].动物学研究,2001,22(3):250~252. [4]J.R.Roberts,D.M.Smyth,A.V.Spain.Preliminary studies on acoustic orientation in Collocalia spodiopygia[J].Search,1976,7(3):97~98 [5]J.J.Price,K.P.Johnson,D.H.Clayton.The evolution of echolocation in swiftlets[J].JOURNAL OF AVIAN BIOLOGY.2004,Vol.35:135~143 [6]P.L.Lee,D.H.Clayton,R.Griffiths.Does behavior reflect phylogeny in swiftlets (Aves: Apodidae) A test using cytochrome b mitochondrial DNA sequences[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.1996,93(14):7091-7096. [7]James H.Fullard,Robert M.R.Barclay,Donald W.Thomas.Echolocation in Free-Flying Atiu Swiftlets (Aerodramus sawtelli)[J].Biotropica, 1993,25(3):334~339.
同类课题研究水平概述
- 短嘴金丝燕国内外研究都比较少，研究领域也主要是在金丝燕的回声定位机制，而对于金丝燕长时间跟踪调查，研究其种群动态的工作更少。从整体研究发展状况来说，大部分研究成果是在2000年以前，而且是阶段性的，基本每10年左右才会出现一些研究成果，而且研究人员也仅局限于少数鸟类专家学者。 在国内，1983年胡鸿兴等初步计算了神农架燕子垭燕子洞的短嘴金丝燕(Aerodramus brevirostris innominatata)种群数量，对其日生活习性与孵化育雏行为进行了细致的观察和研究；1995年李鹏等曾分组采用遮挡放飞的方法验证了金丝燕能够进行回声定位，并认为金丝燕只有在完全黑暗中飞行时才会依靠回声定位。 在国外，也有不同学者对回声定位机制进行了研究，1976年Roberts等通过实验证明了短嘴金丝燕能够进行回声定位；1993年Fullard等发现库岛金丝燕(Aerodramus Swatelli)定位声波为短促的脉冲，脉冲间隔在进洞时减小、出洞时增大；2004年Price、Lee等从DNA角度证明了金丝燕能够进行回声定位；Griffin研究了同样具有回声定位机制的油鸱(Steatornis caripensis)，发现其声波频率随着与障碍物距离的减小而增大，但都未对短嘴金丝燕回声定位的信息内容进行研究，对影响定位脉冲时域、频域特征的因素也知之甚少。
