鳥對人類的貢獻是眾所周知的。鳥類還有壹種特殊的作用,這就是它啟發了人類的智慧,為人類探求理想的技術裝置或交通工具,提供了原理和藍圖。可以說,在結構、功能、通訊等方面,鳥類是人類的老師,許多現代科學技術問題,科學家常常需要去請教鳥類。
鷹擊長空,鴿翔千裏,鳥類可以在空中自由飛行,這對人類是多麽大的吸引和激勵啊!傳說,在2000多年前,我國的著名工匠魯班,曾研究和制造過木鳥。據歷史文獻記載,1900多年前,我國就有人把鳥羽綁在壹起,做成翅膀,能夠滑翔百步以外。400多年以前,意大利人達·芬奇根據對鳥類的觀察和研究,設計了撲翼機,試圖用腳蹬的動來撲動飛行。後來,經過許多科學家的試驗,人們才弄清鳥類定翼滑翔的機理,認識到機翼必須像鳥翼那樣前緣厚,後緣薄,構成曲面才能產生升力,再加上工業提供了輕質的金屬材料和大功率發動機,終於在1903年發明了飛機,實現了幾千年來人類渴望飛上天空的理想。
人類自從發明了飛機,飛上天空以後,就在不斷地對飛機進行革新改造,不論是體積、載重、速度,都很快超過了鳥類。現代飛機已經比任何鳥類都飛得更快、更遠、更高,尤其是近年來出現的各種飛行器,可以到星際間航行,更是鳥類所望塵莫及的。盡管這樣,在某些飛行技術和飛行器的結構上,人造的飛機仍然不如鳥類那麽完善而且精致,更不要說消耗能源方面了。例如,金鸻可以連續在海洋上空飛行4000多公裏,而體重只減少60克,如果飛機能用這種效率飛行,那將會節省許多燃料。
鳥類的翅膀具有許多特殊功能和結構,使得它們不僅善於飛行,而且會表演許多“特技”,這些特技還是目前人類的技術難以達到的。小小的蜂鳥是鳥中的“直升機”,它既可以垂直起落,又可以退著飛。在吮吸花蜜時,它不像蜜蜂那樣停落在花上,而是懸停於空中。這是多麽巧妙的飛行啊。制造具有蜂鳥飛行特性的垂直起落飛機,已經成為許多飛機設計師夢寐以求的願望。
鷹的眼睛是異常敏銳的。翺翔在兩三千米高空的雄鷹,兩眼掃視地面,它能夠從許多相對運動著的景物中發現兔子、老鼠,並且敏捷地俯沖而下,壹舉捕獲。鷹眼還具有對運動目標敏感、調節迅速等特點,它能準確無誤地識別目標。現代電子光學技術的發展,使我們有可能研究壹種類似鷹眼的系統,幫助飛行員識別地面目標,同時可以控制導彈。
候鳥的遷徙路程,短則幾百公裏,長則幾千公裏。但是,它們總能準確地到達世世代代選定的目的地。這說明候鳥有極好的導航本領。科學家們早已對這些現象展開了研究,認為鳥類所以有很好的導航本領,是因為它們都有各自的特殊感覺器官,能夠感覺和分析自然界不同地域環境因素的變化,從而辨認方向,尋找遷徙路線。有的靠辨認太陽的位置,利用太陽作定向標;有的靠辨認星星的方位,利用星象導航;有的靠感覺地球磁場的變化,利用地磁導航;還有的利用地球的重力場導航。弄清鳥類導航的原理之後,仿生學家和設計師就可以模仿制造各種小巧可靠的導航儀器,為發展航空、航海事業做出貢獻。
在企鵝的啟示下,人們設計了壹種新型汽車——“企鵝牌極地越野汽車”。這種汽車用寬闊的底部貼在雪面上,用輪勺推動前進,這樣不僅解決了極地運輸問題,而且也可以在泥濘地帶行駛。
此外,鳥類所特有的生理結構和功能,還為機械系統、儀器設備、建築結構和工藝流程的創新,提供了許多仿生學上的課題。所以,鳥既是人類的朋友,又是人類的老師。為了科學的未來和人類的幸福,我們也應當好好保護鳥類。
鳥給人類了許多無價的啟示:人們看到天空中的飛鳥,想到了壹種能把我們帶到天空中飛的機器…飛機;山雕飛落地剎那間的堅定和穩重,讓人覺得自己也可以從天空中飛下,安全落地;飛翔中的蜻蜓,給人類創造直升飛機帶來了靈感;貓頭鷹靈巧無聲的飛行,改造了飛機的性能;天鵝在水面上撩飛的優雅,使水上飛機問世,。研究金翅鳥能改善飛機功能、研究鴿子可預測地震等那些肯思考的人,通過觀察天空中飛行的鳥類,獲得了靈感,而創造出來的奇跡,讓我們受益無窮
鳥類在自然界的作用
鳥類在自然界的作用系指鳥類在不同生態系統(如森林生態系統,草原生態系統及農田、湖泊、海洋等生態系統)的地位和作用。鳥類是生態系統的重要成員,雖然對生產力可能沒有重大影響,但對所食獵物有密度制約作用。此外,鳥類擔負著種子及營養物的輸送,參與系統內能量流動和無機物質循環,維持生態系統的穩定性。
鳥類捕食昆蟲和小型嚙齒類動物,在維持自然界生態平衡中的作用並不是直接能感知的,因為所涉及的環境因子十分復雜,必須通過嚴密的實驗設計、繁重的野外調查和實驗室工作以及細致的分析,才能得到較為正確的結果。近年國內外有關鳥類捕食作用的定量研究及有關鳥類捕食作用特點的研究,較為恰當地揭示了鳥類在生態系統中的作用,尤其是食蟲鳥在森林生態系統中的地位和作用。
壹、鳥類的捕食作用
鳥類飛行力強,速度快,活動範圍大,而且鳥類的遷徙性,繁殖季節的領域性及繁殖季節後的集群性使鳥類群落結構十分復雜,種類和數量均有很大的波動。鳥類種群的這種集聚及移動可使其數量猛增,並在局部地區“清理”或“消滅”某些獵物。
由於鳥類食量大,代謝速度快,多數食蟲鳥類又不像食谷鳥那樣具有嗉囔,食物通過消化管的速率也很不相同,與生理需要、取食方式、取食季節、鳥的年齡、鳥的狀態及食物本身的性質等都有密切關系。食物消化率的不同,會使在剖胃檢查時對某些食物的比率可能估計得過度或過低。為了補償這些差別,在估計食物組成時要應用校正因子(表1)。要根據蟲體殘部特征、幼蟲頭部的被膜、胸及臀部的盾、胸足和腹足殘塊及上顎殘留物來識別種類和數量。
表1 20天幼蟲期及15天蛹期內鳥類對5~6齡雲杉卷中葉蛾的估計消費量(只/公頃)
(自Crawford等,1983)
任何壹種鳥類,即使在同壹時期,絕不會只以同壹種昆蟲為食。其食物組成不僅有有害昆蟲,也有有益昆蟲以及壹些已被其它昆早寄生的昆蟲,從而增加了分析鳥類對有害昆蟲抑制作用的復雜性。然而,最近的壹些研究結果表明,鳥類傾向於避開被寄生的昆蟲。這樣,鳥類與寄生性昆蟲可能是互補而不是競爭。還有壹些鳥類表現出嗜食某些害蟲或蟲態,如杜鵑嗜食各種大小的毛蟲。某些鳥類喜食成蟲,這壹點在控制蟲害方面很重要,因為成蟲階段的死亡,常對下壹世代的種群數量起重要影響
鳥類所食食物有明顯的季節性變化。當冬季食物短缺時,許多食蟲鳥改吃植物性食物。鳥類生活史的不同階段中所食食物種類也有變化。雛期階段,即使是食谷鳥類也必須以昆蟲等動物性食物餵養雛鳥,以保證雛鳥正常發育及存活。壹般說來,鳥類捕食的食物種類、狀態及時期,與自然界能提供的食物資源相壹致,這是鳥類與環境之間長期演化適應的結果
鳥類能夠影響昆蟲種群的數量和動態,同樣,昆蟲的種類和密度對鳥類的捕食作用也有重要影響。大多數鳥類對獵物種群密度有功能反應和數量反應。前者指當獵物密度增加時,捕食者企圖攻擊更多的獵物而產生的行為上的變化。後者是由於獵物密度增加致使捕食者在數量上引起的變動。數量上的變化可因繁殖引起,也可因“侵入”而引起。鳥類對昆蟲密度的功能反應和數量反應的***同影響可歸結為“鳥類對昆蟲的直接影響”。鳥類也可以間接影響昆蟲種群,這主要是通過改變獵物的微生境,使其對天氣、寄生及可能的疾病和病毒更敏感。
查明鳥類的捕食特性以及鳥類與獵物種群的相互作用,對於了解鳥類在生態系統中的地位和作用十分重要。通過鳥類的捕食作用,主要獵物的密度是否被抑制或抑制到何種程度,也是有害昆蟲綜合治理十分需要的參數。
二、鳥類對森林害蟲的控制作用
鳥類對許多森林害蟲有重要的捕食作用。限於篇幅,我們僅舉壹些比較顯著的例子,借以說明鳥類對控制各個領域內的森林害蟲的作用。
(壹)鳥類對食葉性害蟲的直接影響
松毛蟲(Dendrolimus spp.)是我國主要的食葉性害蟲。浙江安吉的調查表明,不同時期和不同地塊的鳥類對松毛蟲的捕食作用很不相同(表4)。鳥類繁殖季節及林緣,捕食作用可達18.5%和22.2%,而其它地塊僅為4.7%。繁殖季節過後,同為林緣,捕食作用下降到8.7%,約為繁殖季節的1/3。在福建漳浦縣,食蟲鳥對4齡以上松毛蟲幼蟲的捕食率分別為19.73%(第3代)和48.75%(第4代)。在各種天敵捕食效應中,食蟲鳥對松毛蟲種群的控制作用最大。通過研究大山雀的生育力、雛鳥食物組成及食物中松毛蟲食塊的比率,發現隨著松毛蟲種群密度由高(1985年)到低(1987年),然後又逐漸回升(1988年)的周期性變化,雛鳥食物中松毛蟲食塊的比率也相應變化(表5),平均窩卵數和窩雛數有不斷增加的趨勢且繁殖季節開始時間明顯提前(表6),表現出明顯的功能反應和數量反應。值得註意的是,當松毛蟲種群密度低時,盡管大山雀繁殖種群的密度、窩雛數以及雛鳥食中松毛蟲食塊的比率也相應減少,但捕食作用卻比松毛蟲種群密度高時增加 11.24倍。
表4 防鳥圍網內外松毛蟲數量(自楚國忠,1987)
表5 大山雀第壹批雛鳥階段,日平均食物中松毛蟲比率
(自楚國忠,1989)
表6 大山雀第壹批雛鳥階段生育力參數的年變化
(自楚國忠,1989)
雲杉卷葉蛾(Choristoneura burnijerana)是北美北方雲杉- 冷杉森林中最主要的食葉害蟲。有人估計在卷葉蛾大發生後的衰落階段,鳥類約消費13%幼蟲。當每公頃卷葉蛾為1235000~2 471 000條時,鳥類的控制程度為3.5~7%。還有人通過胃容物分析,發現在卷葉蛾大發生條件下,鳥胃食物中40%為卷葉蛾。4年分析結果,卷葉蛾在鳥胃中的比率為7~46%。當卷葉蛾大發生時,鳥類既有功能上的反應也有數量上的反應。原來在地面、樹幹取食和食草籽的鳥類改變食性,如橙頂竈鶇、草鹀(Junco spp.)、啄木鳥及交嘴雀開始吃卷葉蛾的卵和蛹。幾種林鶯表現出最大的數量反應,雖然有的林鶯數量下降,但栗胸林鶯(Dendroica castanea)數量增長12倍,橙胸林鶯(D.fusca)9倍。當然,數量大發生時卷葉蛾的密度增加 8000倍。
當松色卷蛾(Choristoneura pinus)發育到4~5齡時,許多鳥類改變食性,開始取食這種豐富的食物,捕食作用發生在老熟幼蟲以後,壹直到蛹和成蟲階段。第二年,大量烏鶇進入240公頃地塊內,當時的松色卷蛾每公頃約24700條,鳥類的捕食作用從第壹年的 40~45%增加到第二年的 60~65%。幾種山雀取食冬尺蠖(Operophtera brumata)幼蟲的數量較低,只有 0.3~2.6%,但取食約10%的羽化的成蟲,且主要是雌蟲,這樣,相當20%的成蟲被捕食。在匈牙利,家麻雀和樹麻雀可殺死98%以上的成蟲,可能對美國白蛾(Hyphantria cunea)起重要控制作用。在日本,樹麻雀和灰椋鳥(Sturnus cineraceus)約殺死 40~50%黃昏前出沒的美國白蛾,由於這種蛾子的交尾活動發生在日落到日出這段時間,鳥類捕食引起的死亡對該種昆蟲的種群動態可能有重要影響。有人在研究山雀和戴菊(Regulus regulus)時發現,大山雀有規律地取食幼林球果小卷蛾幼蟲(Ernarmonia conicolana),捕食強度隨球果內幼蟲密度不同而不同,似乎有壹個臨界值(每50個球果10只幼蟲)。超過此臨界值,有利於鳥類捕食。雖然大山雀可能消滅50%以上的越冬老熟幼蟲,第二年的種群數量仍然增長。
(二)鳥類對樹皮小蠹蟲的直接影響和間接影響
啄木鳥是樹皮小蠹蟲的主要捕食者。主要有毛發啄木鳥(Dendrocopos villosus)、絨啄木鳥(D.pubescens)和三趾啄木鳥(Picoides tridactylus)。它們既表現出功能反應,也表現出數量反應。數量上的反應尤為重要,特別是在局部地區。曾記錄到壹塊火燒過的林地,啄木鳥密度增 加50倍,這種聚集有時在小塊林地超過小蠹蟲增加的倍數。當紅翅小蠹蟲(Dendroctonus,ru-fipennis)壹般發生時,啄木鳥的取食量為20~29%,由中等密度到高密度時,通過啄木鳥自己取食及其它方式(如樹皮幹燥)可消滅小蠹蟲的24~98%。啄木鳥取食活動可以促進樹皮幹燥。除啄木鳥外,另有8種鳥類捕食10%的紅翅小蠹成蟲。啄木鳥捕食瘤額大小蠹(D.frontalis)的數量從5~86%。不同地區報道的結果如此差異,可能是由於氣候、暴發程度及過程、每年發生的世代數不同,因而啄木鳥取食活動後所引起的影響也不同。外表樹皮啄掉後,剩下的樹皮幹得快,更容易受到不良氣候及疾病的影響,這種死亡率往往比啄木鳥吃掉的還要大。
取食西松大小蠹(D.brevicomis)的鳥類***有4科11種。6種鳥(不包括啄木鳥)捕食成蟲,3年中的捕食率在8~26%之間。毛發啄木鳥、絨啄木鳥、北美黑啄木鳥(Dryocopus pileatus)、白頭啄木鳥(Picoides albolervatys)是加利福尼亞塞拉中部的西松大小蠹幼蟲的最主要捕食者。在大發生的初期,捕食率為32%。在大發生區,啄木鳥種群數量增加。最初是由於遷入,隨後則是由於樹木死亡增加了啄木鳥巢址和棲居地的可利用性。啄木鳥尋找小蠹蟲時,需剝落、刺透或在樹皮上鑿孔,被啄木鳥剝落的樹皮中,有相當數量的小蠹蟲卵及約58%的幼蟲,它們在冬季都要死亡。啄木鳥啄過後,樹皮變薄,溫度與濕度都與原來樹皮很不相同,減少了樹皮對殘留小蠹蟲的保護作用,也給具短產卵器的寄生者造成產卵機會,所有這些間接影響都增加了小蠹蟲的死亡(見圖)。
(三)鳥類對蛀幹害蟲及象鼻蟲的直接影響
啄木鳥也是蛀幹害蟲的主要捕食者。對虎橡天牛(Goes tigrinus)幼蟲的捕食率可達32% 及 65%,對山毛櫸天牛(G.pulverulentus)幼蟲的捕食率可達39%。在兩個研究點,對楊黃斑楔天牛(Saperda calcarata)的幼蟲捕食率分別為13%和65%。還有人發現,斑啄木鳥食物中98%是山楊楔天牛(Saperda carcharias)幼蟲,估計可減少該幼蟲的12%。啄木鳥也是紫丁香鉆心蟲(Podosesia syringae)的最重要天敵,可引起該種蟲子 67~81%的死亡。在荷蘭,啄木鳥對木蠹象(Pissodes piniphilus)有功能反應和數量反應。木囊象種群數量低時,啄木鳥的捕食量較小,隨著木蠹象幼蟲數量增加,95%的幼蟲和蛹可能被啄木鳥啄食,特別是在食物短缺階段。但是,樹根處的木蠹象往往不能被捕食。
(四)鳥類與昆蟲病原物的擴散
已經證明,通過取食被感染的昆蟲,鳥類能散布昆蟲病原病毒。從樹上收集的49堆鳥糞中,44個具有感染性,檢測幼蟲的89.9%被感染核多角體病毒(NPV)並死亡。鳥類是病毒的被動攜帶者,冬季時,病毒可至少被擴散到離中心點6km。當然,由於氣候及其它條件不同,被吃的感染蟲體的鳥糞並不都具有活性。
總之,森林是鳥類的重要生活場所,鳥類和害蟲都是森林生態系統的成員,在長期進化和自然選擇中形成復雜的捕食者-獵物系統,鳥類是捕食者-獵物系統的重要成分。鳥類的隨機捕食性可在生態系統中發揮功能上的控制作用,對許多森林昆蟲的種群動態起重要影響。鳥類不僅是害蟲的直接死亡因子,還可以通過傳播昆蟲病原微生物,或者通過改變微生境影響寄生者和捕食者等方式,間接影響害蟲種群。當害蟲種群密度低或處於密度增加時,鳥類降低害蟲數量的作用遠較大發生時明顯得多。鳥類的主要作用是阻滯或防止害蟲大發生,或使大發生的間隔時間加長。但是,單靠鳥類不能使相當範圍內大發生的害蟲種群瓦解。害蟲大發生時,鳥的生殖潛能、取食習性及領域關系減少了它們作為捕食者的影響力。如果害蟲發生是小範圍的,由於有留鳥的侵入或大群遊動鳥的流入,鳥類還可以發揮控制作用,對已達頂峰的害蟲種群可加速其衰落。
三、鳥類的其它作用
猛禽(鷹、鸮、隼、雕等)常以森林、草原、農田中的鼠類為食。壹些鴉科鳥類和伯勞也能捕食鼠類,它們與其它天敵壹道,***同抑制鼠類數量。在結構完整的森林環境中,天敵可抑制和延緩鼠類數量急劇增加,而且還可使數量增加的鼠群密度降低。有人在360只鵟的胃內,***找出1348只老鼠的屍體,有人研究了 19 000塊貓頭鷹的食物團,發現有46 179只小型獸類,幾乎全部是老鼠。對長耳鸮長達5年的食性研究證實,它的主要食物是鼠類,只有1.3%是小鳥。分析湖北武昌越冬長耳鸮的食物殘塊,發現70.3%是小型鼠類,主要是黑線姬鼠。1982~1986年,在58個烏林鸮(Strix nebulosa)巢中收集 923個食塊,其中田鼠(Microtus spp.)和平齒囊鼠(Thomomys talpoides)各占 52%和 29%。
很多鳥類,特別是兀鷹、貓頭鷹等猛禽以及海鷗、烏鴉等,都有嗜食腐肉習性。它們在消滅有病的動物和腐爛屍體,消除有機物對環境汙染方面有特殊貢獻。鳥類可吃掉那些將幼蟲寄生在家畜體內外的昆蟲,椋鳥和食蜱類鳥可解除危及家畜及野生動物的蜱害及其它寄生蟲。
許多鳥類是開花植物的傳粉者,尤其是某些熱帶鳥類,如蜂鳥、花蜜鳥、太陽鳥、啄花鳥、繡眼鳥、鵯、管舌鳥及鸚鵡,常是某些開花喬木和灌木的重要授粉者。沒有這些鳥類,自然界的生態平衡可能會被嚴重擾亂。另外,許多鳥類有儲藏種子的行為。松鴉通常將球果藏在葉子、苔蘚、石塊下,壹群松鴉(數量約30~40只)曾收集200 000個松果並帶出 1km外。馬來半島低濕林中有7種鳩類取食至少22種榕樹果實,綠鳩專食無花果樹的種子,通過排糞將種子散布到遠方。鳥類散布種子的距離可長可短,許多遷徙鳥類消化道中仍有可存活的種子,它們散布的距離可能稍遠些。有人證明,某些硬殼的植物種子通過鳥類消化道後更容易萌發。有些食蟲鳥類,如三趾啄木鳥(Picoides spp.)、鶇、山雀和也是重要的散布種子的鳥類。橡樹啄木鳥(Melanerpes formicivorus)在各種樹上及木質桿上鑿洞,並用附近的球果將洞塞滿。鳥類所儲藏的球果並不都能被它們重新找到,這些被遺忘的果實常是森林擴展的壹個原因。
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