在能源效率与鸟类保护之间寻求平衡：家燕和红臀燕对寒冷乡村景观中附加阳光空间的不同筑巢选址反应

《Avian Research》：Balancing energy efficiency and avian conservation: divergent nest-site selection responses of Barn swallows and Red-rumped swallows to attached sunspaces in cold rural landscapes

　　本研究探讨中国东北农村地区附加式阳光房对家燕和红喉燕巢穴分布及数量的影响。通过2024-2025年对106个村庄的实地调查，结合广义线性模型分析，发现阳光房比例正向影响家燕巢穴数量（+24%），但显著负向影响红喉燕（?51%）。研究揭示节能建筑设计可能成为生态过滤器，导致共栖物种分布格局分化，并提出优化阳光房设计的生态建议。

　　本研究探讨了在农村地区广泛采用的节能技术——附加式阳光房，如何作为生态过滤器影响两种重要的空中食虫鸟类——家燕（*Hirundo rustica*）和红腹燕（*Cecropis daurica*）的分布和数量。研究团队在吉林省的106个村庄进行了调查，涵盖了2024和2025年的繁殖季节，记录了总共2323个活跃的鸟巢，其中包括612个家燕巢和1711个红腹燕巢。通过广义线性模型（GLMs）分析，研究发现家燕巢更倾向于选择建筑物底部的支撑点以及单面附着结构，而红腹燕巢则偏好多面附着结构，并且会避开较长的遮蔽区域。阳光房在建筑物中的比例对家燕巢的数量有显著的正向影响（增加24%），但对红腹燕巢的数量有显著的负向影响（减少51%）。其他景观变量（如人口密度、NDVI、人类足迹指数）未显示出显著相关性。这一研究表明，特定的建筑创新可以成为强大的生态过滤器，导致依赖于人类结构的同域物种产生不同的分布结果。研究还揭示了可持续发展中的关键权衡：节能技术的效益可能会无意间降低某些物种的栖息地适宜性。为了在农村景观中兼顾气候和生物多样性目标，我们建议在建筑设计中整合物种特定的栖息地需求。我们提出了具体可行的改进措施，使阳光房能够支持燕子的繁殖，同时不影响节能效果。这些原则为全球范围内绿色基础设施的分布影响提供了缓解模板。

研究背景显示，人类活动已经改变了超过70%的陆地生态系统，这对生物多样性保护和关键生态系统服务的提供构成了重大挑战。鸟类在这些生态系统中扮演着重要角色，例如授粉、种子传播和害虫控制，这些服务对生态系统的韧性和人类福祉至关重要。特别是食虫鸟类，它们在控制农业害虫和减少化学干预的需求方面具有重要作用。它们对环境变化的敏感性使它们成为有价值的生物指标。然而，栖息地的改变，尤其是城市化和现代建筑实践带来的变化，已被证明会改变鸟类群落，通常导致生物多样性的丧失和一般性物种的主导。这些变化可能影响鸟类生态学的各个方面，包括繁殖行为和巢址选择。尽管如此，关于城市和农村景观中特定建筑特征如何影响鸟类巢址选择和分布的研究仍然有限。

家燕和红腹燕是关键的食虫鸟类，它们在害虫控制方面发挥着重要作用，并且是评估农业生态系统健康状况的指标。家燕在欧洲的种群数量自1980年至2021年间下降了19%，这表明它们的生存状况正在受到威胁。家燕通常在建筑物如谷仓、牲畜棚和仓库中建造其标志性的泥杯状巢。相比之下，红腹燕则在悬崖、桥梁或建筑物如寺庙的遮蔽处建造四分之一球状的巢，通常带有隧道入口。这两种鸟类都依赖于人类建造的环境，但农业集约化，包括对农场建筑的现代化和“封闭”（减少进入通道并移除旧巢和空腔），显著威胁了巢址的可用性和质量。与此同时，为了缓解气候变化，节能建筑设计如附加式阳光房正在推广。这些阳光房是附加在现有建筑上的玻璃延伸部分，用于被动太阳能加热，特别是在寒冷地区提供显著的节能效果。例如，希腊北部的研究报告称，这种设计可以节省高达80%的年度供暖电力，而在中国的研究显示供暖能源减少了7.5-16.8%。它们的简单构造和低成本促使其在农村地区，包括中国东北地区变得越来越普遍。然而，燕子的巢址偏好与节能建筑之间的结合可能涉及可持续发展的权衡。传统的谷仓和屋檐提供了纹理墙面和遮蔽角落，适合燕子的巢址。相比之下，阳光房由于大面积玻璃和光滑表面，提供了更少的合适巢址，阻止了内部巢址物种的进入，并可能增加鸟类碰撞的风险。目前，很少有研究探讨这些结构如何影响这些同域物种在不同空间尺度上的巢址选择和数量。

研究方法部分详细描述了研究区域和数据收集过程。研究区域位于中国东北吉林省的四个城市，涵盖了106个农村村庄。研究团队在2024和2025年的繁殖季节（5月至7月）进行调查，确保相邻村庄之间至少有2公里的距离。在每个村庄中，随机选择一个地理参考点，并建立500米×500米的缓冲区以捕捉与村庄相关的景观组成，这与多尺度鸟类栖息地研究的方法一致。研究团队调查了该区域内的所有建筑，以识别家燕和红腹燕的活跃巢址。活跃巢址通过直接观察蛋或幼鸟，或者观察成年燕子进行筑巢、孵卵或喂养幼鸟的行为来确认。这两种鸟类的巢址在外观上可以区分，红腹燕的巢址是大型封闭的泥结构，带有特征性的入口隧道，而家燕的巢址是较小的开放杯状结构。

影响巢址选择的变量在两个空间尺度上进行测量：建筑尺度（直接环境）和景观尺度（村庄周围的环境）。研究团队对这些变量的解释和来源进行了详细说明。建筑尺度变量包括建筑类型（住宅、废弃、仓库、牲畜棚）、建筑材料（混凝土、砖、木材、陶瓷地砖、金属等）、巢址位置（走廊、房间、屋檐）、附着面数量（1、2、3面）、支撑点是否存在（存在或不存在）以及遮蔽长度（连续变量）。对于这些变量，研究团队使用了不同的统计方法进行分析，如Fisher精确检验用于分类和顺序变量，比例检验用于二元变量，以及t检验用于连续变量。景观尺度变量包括农田比例、森林比例、人口密度、NDVI、人类足迹指数以及拥有附加式阳光房的建筑比例。这些变量通过R软件包进行处理，包括“landscapemetrics”用于计算农田和森林比例，“raster”用于提取NDVI、人类足迹指数和人口密度值。为了确保分析的准确性，研究团队对连续变量进行了标准化处理，并检查了变量间的多重共线性，以保留所有预测变量。对于每种鸟类，研究团队还拟合了两种模型，分别使用泊松分布和负二项分布，并通过AIC值比较模型的拟合效果。所有统计分析均使用R 4.4.2版本进行，其中MASS包用于GLM分析，显著性水平设定为α = 0.05。

研究结果部分展示了家燕和红腹燕的巢址特征及其对建筑和景观变量的响应。研究团队记录了2323个活跃巢址，其中家燕有612个，红腹燕有1711个。在建筑尺度上，家燕更倾向于使用多种建筑类型，尤其是牲畜棚，这可能与其在这些建筑中获得的有利条件有关，如较高的温度和由于粪便可用性带来的丰富飞虫资源。家燕和红腹燕都偏好混凝土和木材表面作为巢址，但红腹燕还使用砖和瓷砖，这些材料表面更光滑。多面附着结构（通常为两到三个面）可能补偿了光滑表面带来的不足，为它们的巢址提供更好的支撑。家燕巢址的遮蔽长度更长，可能为它们的暴露巢址提供了更好的保护，免受恶劣天气的影响。支撑点的存在显著增加了家燕巢址的数量，这并不令人意外，因为支撑点可以减少巢址掉落的风险。使用单面附着结构支持它们的巢址使它们能够使用更广泛的建筑类型。然而，在调查过程中，很少有家燕使用阳光房提供的额外支撑结构（如外部框架或连接点）来筑巢。此外，红腹燕对支撑点没有显著关联，它们对多面附着结构的需求使其更依赖于提供合适角落或连接点的建筑。这种对复杂、遮蔽附着几何结构的需求是一个重要的限制因素。传统建筑通常通过粗糙的屋檐、角落和延伸部分提供这些特征，而现代阳光房由于大面积玻璃、光滑表面和简化几何结构，往往缺乏多面附着角落，这对红腹燕巢址的附着安全构成威胁。这种建筑不匹配可能解释了它们在建筑尺度上对阳光房的负面反应，尽管主要驱动因素似乎是阳光房在住宅中对它们的进入阻断。

在景观尺度上，家燕巢址数量随着阳光房比例的增加而增加24%，而红腹燕巢址数量则减少51%。这种差异的原因在于阳光房主要建在住宅中，从而阻断了这两种鸟类的进入，但家燕受到的影响较小，因为它们可以在住宅以外的建筑类型中栖息，如牲畜棚和谷仓。相比之下，红腹燕主要栖息在住宅中，使其更容易受到阳光房阻断效果的影响。阳光房比例在某种程度上反映了更高密度的人类居住建筑，家燕更倾向于在这些建筑中繁殖，这可能与其更广泛的适应能力有关。这表明景观尺度的影响更多地与建筑类型可用性和人类居住模式有关，而不是物种在建筑尺度上的不同需求直接影响它们对阳光房的使用。这一发现与之前的研究一致，显示家燕更倾向于在有人类居住的建筑中繁殖。

红腹燕受到的显著负面影响尤其值得关注。这突显了这种节能设计可能带来的一个未被充分认识的保护成本。我们的景观模型对红腹燕巢址数量的解释力（57.2%）远高于家燕（9.2%），表明阳光房的比例是影响红腹燕巢址数量的关键因素，远超过其他因素如土地覆盖或人类足迹的影响。这一研究强调了节能技术在农村地区推广时，对生物多样性可能产生的潜在威胁。为了在建筑设计中兼顾生态需求和节能目标，我们提出了几种改进措施，使阳光房能够更好地支持燕子的繁殖，同时不影响节能效果。这些措施包括在现有阳光房的合适外部角落添加人工巢杯或架子，以适应家燕的巢址需求；积极维护传统谷仓、牲畜棚和较老建筑，这些是红腹燕关键的繁殖栖息地，尤其是在快速现代化的村庄中；考虑使用塑料阳光房，这些可以在繁殖季节卷起，以便燕子能够在下方结构中正常繁殖；为在阳光房设计中整合燕子友好特征提供补贴或技术指导；提高建筑师、建筑商和房主对燕子生态作用和简单设计解决方案的认识。通过这些措施，我们可以在农村地区实现既节能又多样化的景观。

研究还指出了一些局限性和未来研究方向。本研究识别了阳光房比例与燕子巢址数量之间的相关性，依赖于两个繁殖季节的横断面数据。基础的GLM模型，尽管依赖于少数易于测量的因素，仍然提供了显著的预测能力（例如，景观尺度上红腹燕巢址数量的解释力为57.2%），这可能有助于管理决策。然而，家燕巢址数量的解释力较低（9.2%），表明还有其他未建模的驱动因素，如细尺度觅食资源或扩散动态，值得在未来模型中纳入。研究在农村地区进行，这些地区具有统一的寒冷天气和密集的农田与人类聚居区交错的特征。值得注意的是，景观因素如NDVI和人类足迹对巢址数量的影响较小，这证实了建筑尺度设计对景观尺度生物多样性结果的影响。虽然500米的空间尺度适合本研究，但探索其他空间尺度可能会提供进一步的见解，以了解分层选择过程。

研究的局限性包括数据收集方面的一些限制。我们的调查集中在有人类居住的建筑上，这可能低估了阳光房对无人建筑的影响，并引入了选择偏差。我们没有量化阳光房的尺寸（如面积和玻璃覆盖范围），这些尺寸可能以不同的方式影响附着机会，正如研究区域中的变化所示。繁殖成功率的指标（如巢卵数量、孵化成功率、幼鸟存活率）由于在偏远村庄的物流限制未被收集，这限制了对长期生存影响的推断。未来的研究应纳入更精细的扰动指标（如可用的道路密度）或纵向数据，以区分多尺度驱动因素，并进行成本效益分析，比较节能收益与保护成本，包括燕子提供的生态系统服务的经济价值评估。此外，还应进行对两种燕子种群在阳光房占用率方面的长期监测，理想情况下在更广泛的梯度（如城乡连续体）上进行，以推广研究结果。这些扩展将增强对建筑过滤器机制的理解，并支持基于证据的、包含生物多样性的绿色基础设施指南。