不同顶级鸟类捕食者下集团内猎物防御行为的实验比较：对捕食层级与行为生态的启示

本研究通过实验比较普通鵟（Buteo buteo）对雕鸮（Bubo bubo）和苍鹰（Accipiter gentilis）两种集团内捕食者（IGP）的巢防御行为，发现其对不同体型捕食者表现出相似的攻击强度，挑战了传统IGP理论中体型决定威胁等级的假设，为复杂捕食系统中的行为适应机制提供了新视角。

　　

引言

群落生态学的核心任务之一是识别影响生态群落组成的物种、特征和行为。顶级捕食者（即没有天敌的肉食物种）被认为对生态群落具有重要影响，其存在与否、重新引入或消失会导致物种组成和栖息地使用的显著变化。在集团内捕食（IGP）背景下尤其如此，顶级捕食者不仅捕食中捕食者，还与其竞争相同资源（如食物）。理论模型和实证研究表明，IGP系统内的相互作用能够显著影响生态群落。然而，关于鸟类顶级捕食者重新 colonization 对中捕食者行为影响的研究仍较少，且多聚焦于两种物种的相互作用，可能不足以揭示多种捕食者存在时不同中捕食者之间的重要相互作用。

防御策略、活动水平或寻找藏身之处等不同行为在捕食者-猎物相互作用中扮演重要角色，并始终是抵御捕食者的第一道防线。由于其短暂性和即时性，研究这些行为通常比记录繁殖、存活或生长等下游效应更为困难。尽管如此，行为显然作为个体生活史策略的一部分影响这些特征。许多鸟类物种已被证明会根据对其幼鸟的实际威胁程度来调整对潜在捕食者的攻击性水平。这些行为调整可以在亲代投资理论（parental investment theory）的框架下理解，该理论预测亲代努力和风险承担应随着当前后代对未来繁殖成功的价值而增加。

不对称的IGP系统通常基于体型，较大的IG捕食者对IG猎物施加较高的捕食压力。因此，在一个复杂且不对称的IGP系统中，可以预期IG猎物（低等级中捕食者）会根据IG捕食者的体型调整其攻击水平。本研究以普通鵟为模型物种，检验了这一猎物防御理论的关键预测。普通鵟及其与其他猛禽的相互作用在德国西部的一个地区已被研究了三十多年，尤其是在雕鸮在经过五十多年的人类迫害后重新 colonization 该地区之后。雕鸮的回归导致了普通鵟和苍鹰繁殖失败比例、密度、领域动态和栖息地选择的变化，因为雕鸮捕食这两种物种。雕鸮、苍鹰和鵟也竞争巢址和食物， thus matching the definition of an intraguild predation system。

先前的研究测量了普通鵟对雕鸮模型的攻击性反应，显示了亲本特征（如性别或色型）的影响，与灰林鸮相比对雕鸮的攻击性更高，以及在雕鸮重新引入后攻击性增加。对于其他集团内捕食者（如苍鹰），过去发现的攻击反应较低。这些发现表明，对雕鸮的防御行为应比其他捕食者更为突出。然而，这一点从未被同时测试过。

材料与方法

研究区域与物种

研究区域位于德国北莱茵-威斯特法伦州和下萨克森州比勒费尔德市以西，面积300平方公里，包括三个不同的自然区域：北部最大的部分是由 mostly rural landscape 和 patches of deciduous forest（主要是欧洲山毛榉 Fagus sylvatica）组成的丘陵地形；中心的条顿堡森林是一个低山脉，覆盖着以山毛榉和欧洲云杉（Picea abies）为主的森林区域；南部与北部相似，但其主要树种是生长在沙质土壤上的欧洲赤松（Pinus sylvestris）。自1975年以来，该研究区域一直进行猛禽研究，自1989年起主要关注普通鵟。此外，还研究了苍鹰、红鸢（Milvus milvus）和雕鸮及其相互作用。研究物种的主要特征见表1。

繁殖尝试监测

自1989年以来，研究区域内所有猛禽的繁殖尝试，包括普通鵟和苍鹰，都被绘制出来。通过广泛绘制所有森林的 active nests 来识别繁殖尝试。自1996年起，也开始绘制雕鸮的繁殖尝试。没有关于此前几年雕鸮在该地区繁殖的知识，因此重新 colonization 可能始于该年。编译了所研究物种的繁殖对密度，以比较它们的种群趋势和密度。

攻击性实验——一般方面

本实验的巢穴测绘始于2022年3月。检查了研究区域内每个森林斑块的 active nests 并记录了坐标。我们多次访问可能的 active nests，直到发现孵出雏鸟的粪便。

我们在2022年普通鵟的繁殖季后期进行了实验，即雏鸟孵化并由双亲在巢中喂养时。我们利用在雏鸟环志期间收集到的关于相应窝雏鸟数量和年龄的信息。环志和实验由不同的团队成员进行，以盲法记录数据并避免抽样偏差。

在所有 active nests 中，我们选择了满足以下条件的巢：汽车易于到达、繁殖地靠近森林边缘且雏鸟年龄至少为七天。前两个标准几乎被我们区域内所有 active nests 满足，因此我们的样本代表了研究种群。最终，雏鸟年龄在25至60天之间。

声称测试鵟巢防御行为的早期研究使用了相同的方法，测量亲本对雕鸮模型的反应。因此，我们预期我们的程序测试的是巢防御，而不仅仅是一般的防御行为。然而，我们不能排除我们测试的不是明确的巢防御，而是对捕食者或领域入侵者的一般攻击性，特别是因为模型没有直接放置在巢边，而是在50至80米的距离上，允许清晰看到模型。

材料

我们使用了四种不同的模型（假体）进行实验：两个是雕鸮假体（一个剥制标本模型和一个塑料制成）和两个是苍鹰假体（一个成年雌性苍鹰和一个亚成年雌性苍鹰具有幼鸟羽毛，均为剥制标本模型）。塑料雕鸮经过涂漆并配备羽毛，以尽可能 resemble a real eagle owl。没有使用雕鸮、苍鹰或鵟的回放录音来额外吸引焦点普通鵟。该实验对涉及的鵟个体不构成任何风险。

对于我们的研究问题，苍鹰处理（长期存在的IG捕食者）作为雕鸮处理（较大的IG捕食者）的对照设置。我们没有使用其他刺激作为一般基线对照（例如同种个体、另一种中捕食者或无害鸟类）。这样做是因为对这些物种的潜在攻击可能源于与巢防御非常不同的原因，例如食物竞争、交配或将刺激视为猎物物品，并且 disentangling these effects is very difficult。此外，已有研究表明，鵟对较小的中捕食者（如灰林鸮）的反应强度较低。

实验程序

在每个巢址，只进行一次试验，要么使用一个雕鸮假体，要么使用一个苍鹰假体。因此，我们没有对每个巢进行重复试验。

实验在2022年6月4日至7月8日期间进行，最终样本量为58个巢的试验（34次使用雕鸮模型，24次使用苍鹰模型）。到达巢址后，我们将一个假体放在三脚架上，靠近森林边缘，距离鵟巢50-80米，并确保其高出周围植被以便 visibility。我们返回汽车，等待30分钟，看是否至少有一只成年鵟出现在视野中，否则我们转移到下一个领域。鵟的领域相对较小，并且在我们的实验期间平均喂食率达到峰值，但鵟可能会进行长时间的觅食旅行。因此，我们在30分钟内没有反应就中止试验，以避免等待亲鸟时间过长。当一只鵟出现并清晰看到假体时，我们开始行为观察，持续30分钟。通过记录表2中列出的行为来测量鵟对假体的反应。我们还记录了日期、时间、试验编号、领域名称、个体巢编号和使用的假体（ID和物种）。没有使用我们的假体捕捉成年鵟，并且在我们的实验之前没有用此或类似程序 confront 它们。

试验在达到30分钟限制之前停止，如果鵟开始物理攻击假体（得分=3（最大值），直接攻击=是），以防止特别是剥制标本模型受损，这将使它们无法用于进一步的试验。因此，当我们在分析中比较 mock charges 时，我们校正了试验长度，因为一些包含 mock charges 的试验也包括直接攻击，因此时间短于30分钟。

为了控制其他可能影响攻击水平的因素，我们测量了到最近 active 雕鸮或苍鹰巢的距离，以及后代数量、爬巢环志雏鸟时亲本反应的强度，以及最大雏鸟的翅长作为年龄的代理。雏鸟翅长与年龄密切相关，因此是孵化日期的良好代理。爬巢环志雏鸟时亲本反应按五个不同等级评分（无反应–逃离–盘旋和鸣叫–接近至20米内–试图冲击爬树者）。每巢后代数量在1到3只雏鸟之间变化。到最近繁殖雕鸮对的距离在0.58到4.61公里之间变化，到最近繁殖苍鹰对的距离在0.11到5.57公里之间变化。每个被纳入的鵟对只使用一种假体物种（雕鸮或苍鹰，而非两种）进行测试。没有在相邻领域进行连续试验，以避免焦点鸟类受到先前试验的影响。

统计分析

对于统计分析，我们使用了开源软件R以及额外的包‘MASS’、‘rankFD’、‘ordinal’、‘AICcmodavg’、‘readODS’和‘ggplot2’。每次试验，我们只使用第一个对假体有反应的个体的数据，即使后来在试验期间有两只鸟出现。我们执行了双尾Brunner-Munzel检验，用于对我们主要假设（对雕鸮假体的反应与对苍鹰假体的反应）进行基于秩的两个独立样本比较，并使用广义线性模型（GLMs）和累积链接模型（CLMs）进一步分析对行为的潜在影响。这些潜在影响包括最大后代的翅长、窝卵数、到下一个繁殖捕食者（取决于处理，雕鸮/苍鹰）的最近邻距离（NND），以及爬巢环志后代时亲本的反应。CLMs用于测试对攻击得分（ ordinal data ）影响的模型。在GLMs中，当测试对攻击比例的影响时假设二项分布，当测试对攻击延迟的影响时假设Gamma分布，当测试对 mock charges 数量的影响时假设负二项分布。我们在 visually inspecting the data distribution 并考虑测量水平后决定使用各自的假设。对于模型选择，我们使用AICc比较了包含不同变量的模型的简约性（当模型的AICc值比零模型的AICc小两个值时，认为它们更简约）。

Brunner-Munzel检验是一种非参数检验，对两个比较样本的数据结构（如样本量或分布相等性）的巨大差异非常稳健，并且如果数据有很多异常值（生态或行为数据中经常如此）也非常有用。此外，输出提供了效应估计值及其相应的置信区间，用于详细解释处理效应。效应估计量为0.5表示无法检测到处理之间的差异；越接近零或一，差异越大。

结果

研究区域三种物种的繁殖密度和种群动态

普通鵟种群在1989年至2023年间增长了八倍多，从每100平方公里约12对繁殖对增加到超过100对繁殖对。同样令人印象深刻的是雕鸮对研究区域的重新 colonization，从每100平方公里一对繁殖对增加到最多超过九对繁殖对。相比之下，苍鹰的种群动态显示种群规模稳定，在每100平方公里五到七对繁殖对之间。三种物种的密度是报道中最高的（普通鵟、雕鸮）或高于中欧平均水平（苍鹰），使得频繁的行为相互作用非常可能。

行为实验的描述性分析

由于所有雏鸟在7月中旬离巢的时间限制，我们接近了125个巢（80个使用雕鸮假体，45个使用苍鹰假体），超过了我们2022年繁殖种群的一半。

在这125个领域中，焦点鵟在呈现刺激后出现在58个领域（84个体有反应），34个使用雕鸮假体（50个体有反应），24个使用苍鹰假体（34个体有反应）。在30次试验中（占所有有反应领域的51.7%），鵟对假体直接攻击。在7次试验中，只观察到 mock charges（12.1%），但包括随后有直接攻击的试验，mock charges 总共发生在27次试验中（46.6%）。在13次试验中，只发生对假体的鸣叫和盘旋反应（22.4%）。在8次试验中，未检测到焦点鵟的反应，尽管它们飞过或靠近假体（13.8%）。表3详细显示了鵟对不同处理类型的反应。

我们没有发现对同一物种假体的攻击性存在统计学差异，因此为了进一步分析，我们将两个雕鸮和两个苍鹰假体视为物种内相等。

对两种集团内捕食者的防御行为

总体而言，我们没有发现普通鵟对雕鸮和苍鹰的反应之间存在显著差异（表4）。

尽管在直接攻击和“盘旋和鸣叫”反应的比例方面，苍鹰和雕鸮试验之间的差异似乎相当大，但我们的统计分析没有显示显著差异，无论是总体攻击得分（Brunner-Munzel检验：T=1.288，雕鸮n=34，苍鹰n=24，p=0.204），还是单独的直接攻击量（Brunner-Munzel检验：T=1.282，雕鸮n=34，苍鹰n=24，p=0.206）。

在有直接攻击的试验中（得分=3），中位攻击延迟（+IQR）为2.5+7.5分钟。雕鸮假体似乎被攻击得更快（2.0+5.25分钟） than 苍鹰假体（6.0+9.25分钟），但组间没有显著差异（Brunner-Munzel检验：T=-0.875，雕鸮n=20，苍鹰n=10，p=0.394）。

每10分钟 mock charges 的中位数，雕鸮为10+12.67，苍鹰为5.83+8.67。与其他变量类似，我们没有发现处理之间存在显著差异（Brunner-Munzel检验：T=1.541，雕鸮n=19，苍鹰n=8，p=0.139）。有趣的是，鵟在包含雕鸮假体的试验中比包含苍鹰假体的试验中 mock charges 的比例更大（55.9%对33.3%）。

为了获得关于处理效应的更详细信息，我们还观察了样本的效应大小（估计量）。对于所有四种防御行为，我们发现对雕鸮假体的攻击性更高的效应很小，偏离0.5在0.0858到0.1678之间（表4）。然而，所有四个性状的置信区间也非常宽（表4），这阻碍了关于处理效应的陈述。由于据我们所知，这是第一个在实验设置中比较不同捕食者对集团内猎物影响的研究，因此无法与其他研究的效应大小进行比较。

影响鵟巢防御的其他因素

在我们的大多数线性模型中，其他可能的影响，包括假体物种，对防御行为的解释力很小。年龄（通过翅长测量）和当前窝中后代数量通常包含在最佳模型中，但即使这些模型也只解释了变异的一小部分，并且并不 substantially better than the null model（表5、6、8）。唯一的例外是对攻击延迟的影响，其中最佳模型包括年龄和后代数量，并且与零模型相比ΔAIC大于2（表7）。拥有更多和更年轻雏鸟的鵟更快地攻击假体。

讨论

我们发现在集团内捕食背景下，一个 subordinate mesopredator 对两种不同体型的集团内捕食者表现出相似的防御行为。这与我们基于文献和理论的预期不同，这些文献和理论涉及1）顶级捕食者对群落的影响，2）猎物行为，以及3）先前对猛禽的实验。这导致了几个 implications，我们在此讨论。

我们发现普通鵟对雕鸮和苍鹰两种集团内捕食者的巢防御行为强度没有显著差异。总体而言，攻击水平很高，超过50%的鵟对两种呈现的物种表现出 mock 和/或物理攻击。这与分析普通鵟攻击性水平的类似研究 mostly consistent，特别是当面对雕鸮时，但与Krüger的研究形成了惊人的差异。在那里，鵟对苍鹰假体表现出非常低的攻击性（14对中只有1对进行了物理攻击；可能的原因在下面考虑）。

种群人口统计学

我们研究区域观察到的种群密度——每100平方公里超过100对普通鵟和五到七对苍鹰——是这些物种报道的最高密度之一。雕鸮的种群密度——每100平方公里最多九对——至少反映了 rarely observed high density。这些密度使得普通鵟与雕鸮和苍鹰的行为相互作用在我们的研究区域内非常可能。

对集团内捕食理论的影响

我们的结果质疑了关于集团内捕食的一些理论概念预测，以及这些模型中单一顶级捕食者物种的重要性。通常，捕食通常被认为是影响群落结构的一个因素，因此顶级捕食者对食物网很重要。在许多出版物和理论模型中，给定群落中顶级捕食者的角色通常只保留给最大的物种，它没有天敌，并且施加捕食压力而自身不暴露于其中。据我们所知，这是第一个直接比较最大顶级捕食者对防御行为的影响与第二大顶级捕食者影响的研究。我们的结果表明，尽管一个捕食者物种本身可能被较大的捕食物种捕食，但中捕食者可能受到较高级别捕食者的类似影响，即使这些捕食者体型不同。这与先前显示雕鸮和苍鹰之间高度生态相似性的结果相符，在繁殖栖息地特征上高度重叠，雕鸮在重新 colonization 后，将苍鹰从长期领域中驱逐出去。这种 displacement 的机制仍不清楚。

大多数IGP模型和实证研究只分析两种物种的相互作用：一个主导和一个从属捕食者或两个等级相等的捕食者。这对于理解IGP相互作用的基础很有帮助，但由于一个 guild 通常由不止两种物种组成，理论和实证研究应努力更全面地理解复杂IGP系统。我们的研究表明，当涉及多个集团内捕食者时，相互作用变得更加复杂，并且与简单预测的一致性降低，正如我们 high-density populations 的情况。

对防御行为和捕食者识别的影响

已知潜在猎物物种（和个体）会根据捕食威胁调整其行为防御水平。已多次表明，鸟类能够通过视觉线索区分不同的捕食者物种，包括猫头鹰和猛禽之间，并且它们的攻击水平相应变化。由于对两种捕食者物种的行为没有显著差异且效应量小，似乎普通鵟并不认为雕鸮比雌性苍鹰更危险。这可能是由于几个原因。我们在鵟的育雏期测试了它们。雕鸮和苍鹰都是鵟雏鸟的有效捕食者，因此即使对成年鸟的危险存在差异，对雏鸟的高度危险可能导致亲鸟类似的巢防御行为。与成年鸟不同，雏鸟不能离开该区域以避免捕食。因此，鵟亲鸟的防御行为可能首先不受其自身存活风险的调节，而是其后代的风险似乎更决定了它们对潜在捕食者的反应强度，与亲代投资理论一致。另一种解释可能源于雕鸮和苍鹰的不同活动时间。虽然苍鹰主要是昼行性猛禽，但雕鸮主要在黄昏和夜间狩猎，因此分别适应了各自的环境。由于我们在白天（鵟活跃时）进行实验，我们不能完全排除在白天呈现雕鸮假体可能没有被视为比雌性苍鹰更大的威胁，因为1）这不是雕鸮通常狩猎的时间，2）它们的 sensory system 较少适应白天，给鵟带来了额外优势。

与相关研究的比较

基于早期的普通鵟攻击性实验，预期会有更大的巢防御差异。尽管有研究调查苍鹰对普通鵟的影响，但只有一项实证研究分析了普通鵟对苍鹰的直接行为反应。观察到的攻击性非常低，与我们研究中相对较高的直接和 mock 攻击频率形成对比。一个可能的解释可能在于不同的方法学：在Krüger的研究中，苍鹰假体被直接放置在鵟巢树前的森林内。Krüger也只使用了雄性苍鹰假体，体型较小，因此对鵟的威胁可能较小。此外，Krüger除了假体的视觉存在外，还使用了苍鹰的回放叫声。猎物物种常见的反应是，如果它们意识到捕食者的存在，尤其是当捕食者尚未注意到猎物时，会躲藏起来。在我们的研究中，我们 deliberately 没有使用回放叫声，因为有可能吓跑或警告鵟敌人的存在，从而 prevent spontaneous reaction。因此，假体被放置在开阔地，以便 approaching 鵟清晰可见。相应的具有这种研究设计修改的测试仍有待进行和比较。

我们的结果，尤其是（非）显著差异的问题，当然可能受到样本量的影响，样本量在繁殖季节有限的时间内尽可能大，但仍然相对较小。观察到的效应量总是表明对雕鸮的攻击性更高的效应很小，但置信区间很宽。这表明个体鵟对两种处理的区分相当精细，可能变化很大。选择部分相当粗糙的测量，如攻击得分，可能不利于这种精细的差异。

因此，为了将来更好地解释我们的处理效应，我们呼吁研究捕食者相互作用的其他研究人员进行可比较的实验。这可能是在相同或其他系统中，但只要提供效应量和置信区间以供比较，它将有助于我们理解此类结果的普遍性。

对防御行为的其他影响

我们可以在线性模型中控制的防御行为的可能相关性 only had a minor influence。后代年龄和后代数量被包含在最佳模型中，但即使这些模型也只解释了变异的一小部分，并且并不 substantially better than the null model。唯一的例外是对攻击延迟的模型，其中最佳模型包括年龄和后代数量，并且与零模型相比ΔAIC大于2。拥有更多和更年轻后代的鵟更快地攻击假体。更多后代对巢防御的更高投资与理论一致。关于后代年龄，然而，基于文献预期对较大雏鸟有更高的巢防御；正如Caro指出的，随着后代年龄增长，攻击水平更高是非常普遍的，尽管潜在机制尚未完全理解。需要更多的研究，包括重复和纵向试验，来分解和理解防御反应的不同方面。

我们没有发现反应强度与后代年龄或已投入投资的 consistent dependence。Krüger发现攻击性与后代年龄相关，无论是对同种还是苍鹰刺激，但仅对同种发现与后代数量相关。当几年后用同种和雕鸮假体进行类似实验时，后代数量或年龄都无法解释攻击水平。需要每个窝大小的足够试验次数和整个育雏期来解决这些研究之间的差异，以及繁殖地质量的测量，例如，带到巢中的猎物数量或前几年的繁殖成功。

结论

顶级捕食者对潜在猎物行为的不同影响是理解其对生态群落影响的关键。在这项研究中，我们表明，一个 subordinate mesopredator 在群落中对两种不同体型的集团内捕食者没有表现出强烈的巢防御行为差异。这表明最大捕食者所构成的危险可能被其集团内猎物感知为与其他集团内捕食者的危险相似。在估计某些物种对生态群落的影响时，应更仔细地考虑行为反应。特别是，集团内捕食模型和野外调查应考虑多种顶级捕食者物种以类似方式影响其集团内猎物。