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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 神農(nóng)架燕子埡短嘴金絲燕的種群動(dòng)態(tài)及回聲定位機(jī)制研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品根據(jù)嘴金絲燕出入洞行為的周期性和動(dòng)態(tài)平衡特征，提出了出入洞曲線平移模型（SCIO），利用出入洞數(shù)量統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)、數(shù)巢實(shí)驗(yàn)和巢樣方實(shí)驗(yàn)得到的多年數(shù)據(jù)，計(jì)算出1983-2010年神農(nóng)架燕子埡燕子洞內(nèi)短嘴金絲燕的種群數(shù)量，并分析了其種群動(dòng)態(tài)、年齡構(gòu)成及棲息環(huán)境變化。本作品還采用歸巢實(shí)驗(yàn)和錄音實(shí)驗(yàn)研究了短嘴金絲燕回聲定位精度與巖壁地貌，定位聲波頻譜與飛行速度間關(guān)系。
- 詳細(xì)介紹：
- 根據(jù)1983-2010年多年觀察，神農(nóng)架燕子埡短嘴金絲燕具有白日活動(dòng)，夜間歸巢，出入洞覓食行為具有周期性，且在中午前后存在動(dòng)態(tài)平衡等特征。由此，提出出入洞曲線平移模型（SCIO），認(rèn)為在出入洞數(shù)量動(dòng)態(tài)平衡時(shí)期，洞內(nèi)外金絲燕數(shù)量分布保持相對(duì)穩(wěn)定，種群數(shù)量由洞內(nèi)外覓食鳥(niǎo)數(shù)，洞內(nèi)坐巢鳥(niǎo)數(shù)和巢中幼雛及鳥(niǎo)卵數(shù)三部分構(gòu)成。 模型的創(chuàng)新之處在于： （1）利用動(dòng)態(tài)平衡時(shí)期的分布穩(wěn)定性，將金絲燕成鳥(niǎo)和亞成鳥(niǎo)分為坐巢鳥(niǎo)和覓食鳥(niǎo)兩部分，分別計(jì)算；（2）根據(jù)金絲燕出入洞行為的周期性，將入洞曲線沿時(shí)間軸向后平移，補(bǔ)償在洞內(nèi)分布的覓食鳥(niǎo)數(shù)。其中，平移時(shí)間T即為覓食鳥(niǎo)在洞內(nèi)的平均滯留時(shí)間——滯值，是模型的關(guān)鍵。 根據(jù)出入洞數(shù)量統(tǒng)計(jì)，繪出過(guò)采樣處理后的出入洞頻率曲線后，以0.2min為單位，逐漸平移入洞曲線，并利用最小二乘原理求出洞內(nèi)滯留時(shí)間T。進(jìn)而將入洞曲線平移時(shí)間T得到等效入洞曲線，在動(dòng)態(tài)平衡時(shí)段，求出洞外覓食鳥(niǎo)數(shù)。與此同時(shí)，通過(guò)數(shù)巢實(shí)驗(yàn)和巢樣方實(shí)驗(yàn)，求得洞內(nèi)坐巢鳥(niǎo)數(shù)和巢中幼雛及鳥(niǎo)卵數(shù)兩部分。最后，算得種群數(shù)量，比較了1983-2010年數(shù)據(jù)，分析了金絲燕種群動(dòng)態(tài)、年齡構(gòu)成及棲息環(huán)境變化。 另外，從回聲定位聲波特性和巖壁地貌兩個(gè)不同角度探究了其回聲定位機(jī)制。采用移巢及改變巢周?chē)孛玻l(fā)現(xiàn)其先用回聲定位波獲取洞內(nèi)巖壁的地形信息，實(shí)現(xiàn)精確定位；采用錄音實(shí)驗(yàn)，在時(shí)域和頻域角度，分析金絲燕定位聲波，結(jié)合洞內(nèi)飛行速度，定位脈沖受飛行速度的影響，與飛行路線形狀無(wú)明顯關(guān)系。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 1.目的。分析1983-2010年金絲燕種群動(dòng)態(tài)，研究其回聲定位機(jī)制及其棲息環(huán)境，為其保護(hù)提供對(duì)策和依據(jù)。2.基本思路。分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，詳細(xì)撰寫(xiě)了“出入洞曲線平移模型（SCIO）”計(jì)算種群數(shù)量的原理及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，并以2009年數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和誤差分析；撰寫(xiě)了歸巢和錄音實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法，并從地貌和頻譜角度進(jìn)行了分析；分析了1983-2010年的種群動(dòng)態(tài)，年齡構(gòu)成及棲息環(huán)境的變化，并提出了相應(yīng)保護(hù)對(duì)策。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1.科學(xué)性?？偨Y(jié)前人研究經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)研究思路及方法，設(shè)計(jì)種群動(dòng)態(tài)SCIO模型，用數(shù)據(jù)論證，獲得具有一定科學(xué)價(jià)值的成果。2.先進(jìn)性。種群動(dòng)態(tài)和回聲定位機(jī)制研究是提出保護(hù)對(duì)策，發(fā)掘?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵。3.獨(dú)特性。根據(jù)金絲燕雙峰態(tài)日漸活動(dòng)規(guī)律，提出了自主設(shè)計(jì)的種群動(dòng)態(tài)SCIO模型；通過(guò)歸巢和錄音實(shí)驗(yàn)，從定位聲波特性和巖壁地貌不同角度探究了回聲定位機(jī)制；結(jié)合歷年跟蹤考察數(shù)據(jù)進(jìn)行了系列分析；課題具有延續(xù)性。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 2000年，金絲燕被列入《國(guó)家保護(hù)的有益的或者有重要經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究?jī)r(jià)值的陸生野生動(dòng)物名錄》，具有重要研究?jī)r(jià)值。金絲燕具有聲光雙重定位機(jī)制，研究其定位機(jī)制具有一定仿生學(xué)應(yīng)用價(jià)值；其筑巢時(shí)的唾液分泌物具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值；本作品建立的SCIO模型在洞內(nèi)居住型鳥(niǎo)類(lèi)種群動(dòng)態(tài)研究中具有一定推廣價(jià)值。國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究較少，本作品研究?jī)?nèi)容對(duì)了解其生活習(xí)性，生物特征，以及提供保護(hù)對(duì)策方面具有一定現(xiàn)實(shí)意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 短嘴金絲燕是典型的溶洞型候鳥(niǎo)，具有光定位和回聲定位雙重定位機(jī)制，對(duì)其種群動(dòng)態(tài)和定位機(jī)制的研究具有十分重要的意義。根據(jù)短嘴金絲燕出入洞行為的周期性和動(dòng)態(tài)平衡特征，本文提出出入洞曲線平移（SCIO, Shift Curve of Into and Out of hole）模型，利用出入洞數(shù)量統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)、數(shù)巢實(shí)驗(yàn)和巢樣方實(shí)驗(yàn)得到的多年數(shù)據(jù)，計(jì)算出1983-2010年神農(nóng)架燕子埡燕子洞內(nèi)短嘴金絲燕的種群數(shù)量。結(jié)果表明：短嘴金絲燕種群數(shù)量穩(wěn)定在7000只左右，有小范圍波動(dòng)，其中幼雛鳥(niǎo)、鳥(niǎo)卵比例從1983年的31.5%下降到近年來(lái)的22.6%。燕子洞主洞溫度升高約3.5℃，主洞內(nèi)鳥(niǎo)巢密集區(qū)向溫度相對(duì)較低的洞內(nèi)深處遷移約56m。采用歸巢實(shí)驗(yàn)和錄音實(shí)驗(yàn)研究短嘴金絲燕的回聲定位機(jī)制，發(fā)現(xiàn)其利用“di-di”聲的定位脈沖，獲取洞內(nèi)巖壁的地形信息，實(shí)現(xiàn)精確定位。且定位脈沖受飛行速度的影響，與飛行路線形狀無(wú)明顯關(guān)系。
獲獎(jiǎng)情況
- 張?jiān)瓶?，徐敏政，胡鴻興等. 神農(nóng)架燕子埡短嘴金絲燕的種群動(dòng)態(tài)及回聲定位機(jī)制研究（已投“長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境”，在外審）
鑒定結(jié)果
- 湖北省林業(yè)局野生動(dòng)植物保護(hù)處意見(jiàn)：神農(nóng)架及長(zhǎng)江流域生態(tài)考察隊(duì)自1999年創(chuàng)辦至今，每年赴神農(nóng)架進(jìn)行一系列生態(tài)考察研究，推動(dòng)林區(qū)生態(tài)環(huán)境優(yōu)化和生物多樣性富集，提高公眾對(duì)林區(qū)森林資源的有形和無(wú)形認(rèn)識(shí)。
參考文獻(xiàn)
- [1]胡鴻興,萬(wàn)暉.湖北鳥(niǎo)獸多樣性及保護(hù)研究[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,1995:155~160. [2]李鵬,陳發(fā)軍. 短嘴金絲燕的回聲定位機(jī)制與其歸巢行為的探究[J].四川動(dòng)物,2007,26(1): 38~40. [3]馮江,李振新.南蝠回聲定位叫聲的分析[J].動(dòng)物學(xué)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.
同類(lèi)課題研究水平概述
- 短嘴金絲燕國(guó)內(nèi)外研究都比較少，研究領(lǐng)域也主要是在金絲燕的回聲定位機(jī)制，而對(duì)于金絲燕長(zhǎng)時(shí)間跟蹤調(diào)查，研究其種群動(dòng)態(tài)的工作更少。從整體研究發(fā)展?fàn)顩r來(lái)說(shuō)，大部分研究成果是在2000年以前，而且是階段性的，基本每10年左右才會(huì)出現(xiàn)一些研究成果，而且研究人員也僅局限于少數(shù)鳥(niǎo)類(lèi)專(zhuān)家學(xué)者。 在國(guó)內(nèi)，1983年胡鴻興等初步計(jì)算了神農(nóng)架燕子埡燕子洞的短嘴金絲燕(Aerodramus brevirostris innominatata)種群數(shù)量，對(duì)其日生活習(xí)性與孵化育雛行為進(jìn)行了細(xì)致的觀察和研究；1995年李鵬等曾分組采用遮擋放飛的方法驗(yàn)證了金絲燕能夠進(jìn)行回聲定位，并認(rèn)為金絲燕只有在完全黑暗中飛行時(shí)才會(huì)依靠回聲定位。 在國(guó)外，也有不同學(xué)者對(duì)回聲定位機(jī)制進(jìn)行了研究，1976年Roberts等通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了短嘴金絲燕能夠進(jìn)行回聲定位；1993年Fullard等發(fā)現(xiàn)庫(kù)島金絲燕(Aerodramus Swatelli)定位聲波為短促的脈沖，脈沖間隔在進(jìn)洞時(shí)減小、出洞時(shí)增大；2004年P(guān)rice、Lee等從DNA角度證明了金絲燕能夠進(jìn)行回聲定位；Griffin研究了同樣具有回聲定位機(jī)制的油鴟(Steatornis caripensis)，發(fā)現(xiàn)其聲波頻率隨著與障礙物距離的減小而增大，但都未對(duì)短嘴金絲燕回聲定位的信息內(nèi)容進(jìn)行研究，對(duì)影響定位脈沖時(shí)域、頻域特征的因素也知之甚少。
