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大山雀繁殖期4-8月,在南方亦有早在3月份即开始繁殖的,但多数在4-5月开始营巢。1年繁殖1窝或2窝,据我们在长白山的观察,第一窝最早在4月中旬开始营巢,大量在5月初;第二窝6月中下旬开始营巢。通常营巢于天然树洞中,也利用啄木鸟废弃的巢洞和人工巢箱,有时也在土崖和石隙中营巢。据鸟类专家找到的8个巢,有7个是在活树树洞中,约占总数的87.5%,在土崖石隙中仅有1巢,约占12.5%。巢呈杯状,外壁主要由苔藓构成,常混杂有地衣和细草茎,内壁为细纤维和兽类绒毛,巢内垫有兔毛、鼠毛、猪毛、牛毛和鸟类羽毛。巢距地高0.7-6m,巢的大小为外径8-14cm,内径5.5-7.5cm,高5-11cm,深3-5cm。
雌雄鸟共同营巢,雌鸟为主,每个巢5-7天即可筑好。第一窝最早在5月初即有开始产卵的,多数在5月中下旬;第二窝多在6月末7月初开始产卵,有时边筑巢边产卵。每窝产卵6-13枚,多为6-9枚,有时多达15枚。卵呈卵圆形或椭圆形,乳白色或淡红自色,密布以红褐色斑点,尤以钝端较多。卵的大小为16-18mm×12-14.3mm,平均17.7mm×13.9mm,卵重0.8-2.0g,平均1.4g,每天产卵1枚,卵多在清晨产出,卵产齐后即开始孵卵,也有在产出最后一枚卵后隔1天才开始孵卵的。孵卵由雌鸟承担,白天坐巢时间7-8小时,夜间在巢内过夜。白天离巢时还用毛将卵盖住,有时也见雄鸟衔虫进巢饲喂正在孵卵的雌鸟,孵化期14±1天。
雏鸟晚成性,雌雄亲鸟共同育雏。经过15-17天的喂养,幼鸟即可离巢,出巢后常结群在巢附近活动几天,亲鸟仍给以喂食,随后幼鸟自行啄食。