基于紅外相機(jī)技術(shù)對(duì)蟒河保護(hù)區(qū)鳥獸多樣性的調(diào)查

張建軍，焦慧芳

（山西陽城蟒河獼猴國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，山西 陽城048100）

山西陽城蟒河獼猴國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱蟒河保護(hù)區(qū)）位于山西省東南部陽城縣境內(nèi)、南界與河南太行山獼猴國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)接壤，地理坐標(biāo)為112°22′10″～112°31′35″E，35°12′30″～35°17′20″N.1983年12月經(jīng)山西省人民政府批準(zhǔn)始建，1998年8月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)晉升為國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，是以保護(hù)獼猴和森林生態(tài)系統(tǒng)為主的國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，是山西高原向太行山區(qū)過渡，太行山脈與中條山脈交匯的區(qū)域，區(qū)內(nèi)地貌強(qiáng)烈切割，地形變化明顯，境內(nèi)最高峰指柱山，海拔1 572.6m，拐莊為最低點(diǎn)，海拔僅有300m，相對(duì)高度差1 272.6m.保護(hù)區(qū)總面積5 573.00hm2，森林覆蓋率90%，屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，是東南亞季風(fēng)的邊緣地帶，年平均氣溫15℃，最高氣溫38℃，年降雨量750～800mm.區(qū)內(nèi)的河流均屬黃河水系，主要有后大河、陽莊河兩條河流，在黃龍廟匯集后稱蟒河，蟒河源頭為出水洞，年出水量760萬m3.保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)蟒河、東山、樹皮溝、索龍4個(gè)保護(hù)站，其中東山保護(hù)站和蟒河、樹皮溝管轄的部分片區(qū)為保護(hù)區(qū)的核心區(qū).

蟒河保護(hù)區(qū)為山西動(dòng)植物資源的富集區(qū)，區(qū)內(nèi)有種子植物103科390屬874種，區(qū)內(nèi)植被區(qū)劃分屬于暖溫帶落葉闊葉林帶，處亞熱帶向暖溫帶的過渡地帶，以栓皮櫟（Quercusvariabilis）、橿子櫟（Quercusbaronii）為主的櫟類落葉闊葉林群落，結(jié)構(gòu)完整，具有很高的科研價(jià)值［1］.保護(hù)區(qū)成立以來，陸續(xù)開展了野生動(dòng)物資源調(diào)查，記錄獸類7目16科40種，鳥類15目36科151種［2-3］.近年來，受地方經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的影響和生態(tài)旅游的開展，保護(hù)區(qū)內(nèi)部分區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境也受到不同程度的干擾，以往傳統(tǒng)的調(diào)查方法，無法全面反映保護(hù)區(qū)內(nèi)現(xiàn)有野生動(dòng)物的分布狀況和保護(hù)現(xiàn)狀.

紅外相機(jī)技術(shù)通過自動(dòng)相機(jī)系統(tǒng)獲取野生動(dòng)物照片、視頻等圖像數(shù)據(jù)，在自然保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)自然保護(hù)區(qū)物種資源編目中具有廣泛的應(yīng)用前景［4］.近年來，紅外相機(jī)技術(shù)已作為一種調(diào)查自然保護(hù)區(qū)獸類和鳥類多樣性的有效方法，應(yīng)用于大中型地棲獸類和鳥類調(diào)查，獲取了許多野生動(dòng)物行為、種群和群落的相關(guān)信息［5-8］.對(duì)于蟒河保護(hù)區(qū)內(nèi)利用紅外相機(jī)對(duì)野生動(dòng)物多樣性調(diào)查的研究還未見有報(bào)道.為了填補(bǔ)這一空白，在蟒河保護(hù)區(qū)全區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)被動(dòng)觸發(fā)式紅外相機(jī)，對(duì)獸類和鳥類資源進(jìn)行全面調(diào)查，旨在掌握區(qū)內(nèi)野生動(dòng)物的最新種群狀況，為保護(hù)區(qū)野生動(dòng)物資源保護(hù)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)積累基礎(chǔ)資料.

1 研究方法

1.1 紅外相機(jī)布設(shè)

2018年11月至2019年12月，根據(jù)保護(hù)區(qū)功能區(qū)域劃分，結(jié)合保護(hù)區(qū)地形地貌、海拔梯度、植被林分等特征，借助地理信息系統(tǒng)（Arcgis10.5）將蟒河保護(hù)區(qū)劃分為38個(gè)1.5km×1.5km的網(wǎng)格（圖1），每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)布設(shè)1～2臺(tái)紅外相機(jī)，同一網(wǎng)格內(nèi)以及網(wǎng)格間的所有位點(diǎn)之間間隔距離大于300m，以增加相機(jī)調(diào)查覆蓋區(qū)域，并減少不同相機(jī)之間對(duì)相同個(gè)體的重復(fù)拍攝，全區(qū)共布設(shè)紅外相機(jī)38臺(tái)（型號(hào)為L(zhǎng)tl-6210MC）.相機(jī)安裝海拔范圍為400～1 350m，位點(diǎn)附近小生境以栓皮櫟（Quercusvariabilis）、連翹（Forsythiasuspensa）、胡枝子（Lespedezabicolor）、荊條（Vitexnegundovar.heterophylla）、白草（Pennisetumcentrasiaticum）為主.相機(jī)布設(shè)和設(shè)置參考相應(yīng)監(jiān)測(cè)規(guī)范［9］，并根據(jù)布設(shè)地點(diǎn)具體情況做適當(dāng)調(diào)整.相機(jī)主要布設(shè)在動(dòng)物活動(dòng)的獸徑岔道、山脊處、水源點(diǎn)等附近，安裝在離地面30～60cm的樹干上，相機(jī)安裝好后，記錄安放的日期、GPS位點(diǎn)、海拔、植被類型和特征及其他環(huán)境因子參數(shù).

圖1 山西陽城蟒河獼猴國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)格和點(diǎn)位圖

相機(jī)設(shè)置為照片+視頻模式，照片用于物種鑒定，視頻用于動(dòng)物行為學(xué)研究和物種鑒定.照片規(guī)格為12 MP（1 200萬像素），視頻規(guī)格為1 440×1 280，傳感器靈敏度中等，觸發(fā)間隔1s，每次觸發(fā)連續(xù)拍攝3張照片和一段10s長(zhǎng)度的視頻，兩側(cè)輔助感應(yīng)器打開，記錄正確日期及時(shí)間.紅外相機(jī)使用32GB Sandisk SDHC（讀取速度80／s）記憶卡存儲(chǔ)照片／視頻數(shù)據(jù)，使用12節(jié)南孚AA堿性電池供電.監(jiān)測(cè)期內(nèi)通常3～4個(gè)月進(jìn)行一次相機(jī)檢查，更換記憶卡和電池.

1.2 數(shù)據(jù)處理和分析

1.2.1 物種識(shí)別與分類

將完成監(jiān)測(cè)回收到的數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)，對(duì)每一臺(tái)相機(jī)圖片或視頻進(jìn)行篩選，刪除非動(dòng)物觸發(fā)造成誤拍的影像.利用Photoshop CC 2019對(duì)曝光不足的圖像進(jìn)行對(duì)比度、色彩、飽和度等操作處理，對(duì)所有照片和視頻進(jìn)行仔細(xì)鑒別，獸類物種的鑒定參考《中國獸類野外手冊(cè)》［10］、《中國哺乳動(dòng)物多樣性（第2版）》［11］，鳥類物種的鑒定參考《中國鳥類野外手冊(cè)》［12］，獸類和鳥類物種的分類參考《中國動(dòng)物地理》、《中國鳥類分類與分布名錄（第3版）》［13，14］.國家重點(diǎn)保護(hù)等級(jí)參考《國家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物名錄》［15］，國際自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）瀕危等級(jí)參考IUCN紅色名錄，中國生物多樣性紅色名錄參考中國脊椎動(dòng)物紅色名錄［16］.

1.2.2 獨(dú)立有效照片

相機(jī)日為單臺(tái)紅外相機(jī)持續(xù)工作24h記為1個(gè)相機(jī)日.對(duì)同一臺(tái)相機(jī)在同一地點(diǎn)拍攝的同一物種照片或時(shí)間間隔小于30min的連續(xù)照片算作1張獨(dú)立有效照片，無論單張照片中出現(xiàn)的同種個(gè)體數(shù)量多少均記為一個(gè)獨(dú)立有效照片數(shù)據(jù)［17］.利用Excel 2019對(duì)獸類和鳥類物種有效捕獲照片數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

1.2.3 物種相對(duì)多度指數(shù)

通過計(jì)算每個(gè)物種的相對(duì)多度指數(shù)R（Relative abundance index，RAI）來衡量保護(hù)區(qū)內(nèi)獸類和鳥類的相對(duì)種群數(shù)量［18］，計(jì)算公式如下：

其中，Ai代表第i種（i=1-i）動(dòng)物出現(xiàn)的獨(dú)立有效照片；N為總相機(jī)工作日.對(duì)于同一相機(jī)位點(diǎn)拍攝的照片，將時(shí)間間隔小于30min的同種個(gè)體的相鄰有效照片確定為1張獨(dú)立有效照片，總相機(jī)的工作日為所有相機(jī)位點(diǎn)正常工作累計(jì)的捕獲日.Ai／N即每天拍攝目標(biāo)物種的獨(dú)立有效照片數(shù)量，100表示以每100d為單位，即每100個(gè)相機(jī)工作日所拍攝的目標(biāo)物種的獨(dú)立有效照片數(shù)［19，20］.

2 研究結(jié)果

2.1 監(jiān)測(cè)情況

數(shù)據(jù)來自38臺(tái)正常工作的紅外相機(jī).在累計(jì)5 028個(gè)捕獲日中，共收集獨(dú)立有效照片3 136張，其中獸類獨(dú)立有效照片1 173張，占總數(shù)的37.40%；鳥類獨(dú)立有效照片1 151張，占總數(shù)的36.71%；人類活動(dòng)和家畜獨(dú)立有效照片812張，占總數(shù)的25.89%.見表1.

表1 山西陽城蟒河獼猴國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)所獲得的獸類和鳥類記錄

2.2 物種組成

2.2.1 獸類

獸類共鑒定出6目12科18種，其中華北豹（Pantherapardusfontanierii）、原麝（Moschusmoschiferus）、林麝（Moschusberezovskii）3種國家Ⅰ級(jí)保護(hù)野生動(dòng)物，獼猴（Macacamulatta）、黃喉貂（Martesflavigula）2種國家Ⅱ級(jí)保護(hù)野生動(dòng)物，普通刺猬（Erinaceuseuropaeus）為山西省重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物.原麝（Moschusmoschiferus）為保護(hù)區(qū)新記錄種.

在IUCN紅色名錄中，華北豹（Pantherapardusfontanierii）被列為“近危（NT）”保護(hù)等級(jí)，原麝（Moschusmoschiferus）、林麝（Moschusberezovskii）被列為“瀕危（EN）”保護(hù)等級(jí).其余15個(gè)物種都被評(píng)為“無危（LC）”.在中國生物多樣性紅色名錄中，華北豹（Pantherapardusfontanierii）被列為“瀕危（EN）”保護(hù)等級(jí)，原麝（Moschusmoschiferus）、林麝（Moschusberezovskii）被列為“極危（CR）”保護(hù)等級(jí)，豹貓（Prionailurusbengalensis）被列為“易危（VU）”保護(hù)等級(jí)，花面貍（Pagumalarvata）、赤狐（Vulpesvulpes）、豬獾（Melesleucurus）、亞洲狗獾（Melesleucurus）、黃喉貂（Martesflavigula）、狍（Capreoluspygargus）被列為“近危（NT）”保護(hù)等級(jí).

獸類相對(duì)多度指數(shù)較高的前5位依次為：野豬（Susscrofa，R=7.08）、豬獾（Melesleucurus，R=4.43）、獼猴（Macacamulatta，R=2.74）、草兔（Lepuscapensis，R=2.31）、巖松鼠（Sciurotamiasadvidianus，R=2.09）.

2.2.2 鳥類

鳥類鑒定出9目17科47種，，其中黑鸛（Ciconianigra）為國家Ⅰ級(jí)保護(hù)野生動(dòng)物，普通鵟（Buteo buteo）、雕鸮（BuboBubo）、蒼鷹（Accipitergentilis）、灰林鸮（Strixaluco）、灰臉鵟鷹（Butasturindicus）、紅腳隼（Falcovespertinus）、紅隼（Falcotinnunculus）、勺雞（Pucrasia macrolopha）、紅腹錦雞（Chrysolophuspictus）9種為國家Ⅱ級(jí)保護(hù)野生動(dòng)物，冠魚狗（Cerylelugubris）、星頭啄木鳥（Dendrocoposcanicapillus）2種為山西省重點(diǎn)保護(hù)野生鳥類.紅頭長(zhǎng)尾山雀（Aegithalosconcinnus）、噪鵑（Eudynamysscolopaceus）等2種為山西省新記錄種，與保護(hù)區(qū)鳥類名錄相比，分別是雕鸮（BuboBubo）、蒼鷹（Accipitergentilis）、灰林鸮（Strix aluco）、灰臉鵟鷹（Butasturindicus）、紅腳隼（Falcovespertinus）、紅腹錦雞（Chrysolophuspictus）、火斑鳩（Oenopopeliatyanquebarica）、普通翠鳥（Alcedohercules）、大斑啄木鳥（Dendrocoposmajor）、灰頭綠啄木鳥（Picuscanus）、紅喉歌鴝（Luscinisauroreus）、寶興歌鶇（Turdusmupinensis）、虎斑地鶇（Zootheradauma）、斑胸鉤嘴鹛（Pomatorhinusgravivox）、紅頭長(zhǎng)尾山雀（Aegithalosconcinnus）等15種鳥類為保護(hù)區(qū)新記錄種.

在中國生物多樣性紅色名錄中，黑鸛（Ciconianigra）被列為“易危（VU）”保護(hù)等級(jí)，紅腹錦雞（Chrysolophuspictus）、普通鳾（Sittaeuropaea）被列為“近危（NT）”保護(hù)等級(jí).

鳥類相對(duì)多度指數(shù)較高的前5位依次為：紅腹錦雞（Chrysolophuspictus，R=7.52）、大嘴烏鴉（Corvus macrorhynchos，R=2.74）、勺雞（Pucrasiamacrolopha，R=2.55）、紅嘴藍(lán)鵲（Urocissaerythrorhyncha，R=1.95）、喜鵲（Picapica，R=1.51）.

3 討論

在紅外相機(jī)調(diào)查中，相對(duì)多度指數(shù)被廣泛應(yīng)用于評(píng)估動(dòng)物的種群相對(duì)大小，但在紅外相機(jī)調(diào)查中采用相對(duì)多度指數(shù)來評(píng)估野生動(dòng)物的種群數(shù)量還需謹(jǐn)慎［17］.本次調(diào)查結(jié)果顯示，保護(hù)區(qū)內(nèi)除野豬、豬獾、獼猴、草兔、巖松鼠等種群數(shù)量較高外，其余獸類的種群密度均較低，比較保護(hù)區(qū)原有獸類名錄［2］，艾虎（Mustelaputorius）、復(fù)齒鼯鼠（Trogotppterusxanthipes）均未被調(diào)查到，推斷這些物種在保護(hù)區(qū)的種群密度極低或者已經(jīng)消失，人為活動(dòng)的干擾和自然環(huán)境的變化可能是影響這些物種種群密度降低的主要原因，建議進(jìn)一步擴(kuò)大紅外相機(jī)布設(shè)的空間范圍，并結(jié)合訪問法，對(duì)物種分布的重點(diǎn)區(qū)域開展重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，以證實(shí)這些物種是否存在的依據(jù).本次調(diào)查記錄到的獸類主要為大中型獸類，小型獸類較少，主要原因是小型獸類中的鼠類多為夜行性種類，紅外相機(jī)所捕獲的照片無法鑒定到種，這是使用紅外相機(jī)進(jìn)行調(diào)查需要慎重對(duì)待的一個(gè)問題［6，8，21］，對(duì)于嚙齒類動(dòng)物的調(diào)查還需要結(jié)合布設(shè)捕鼠夾等方法，開展有針對(duì)性的專項(xiàng)調(diào)查，以完成對(duì)保護(hù)區(qū)獸類的全面調(diào)查工作.

本次調(diào)查只在8個(gè)網(wǎng)格內(nèi)拍攝到36張華北豹的獨(dú)立有效照片，且發(fā)現(xiàn)華北豹的網(wǎng)格點(diǎn)位集中在保護(hù)區(qū)東南部的捉驢馱、拐莊，并且在保護(hù)區(qū)北界的豹榆樹至三盤山、花園嶺均有獨(dú)立有效照片，故推測(cè)蟒河保護(hù)區(qū)是華北豹遷徒活動(dòng)的主要廊道.本次調(diào)查在保護(hù)區(qū)的核心區(qū)東山區(qū)域和北界的實(shí)驗(yàn)區(qū)輝泉區(qū)域的14個(gè)紅外相機(jī)點(diǎn)位拍攝到當(dāng)?shù)厝罕姺拍痢⒉伤幍恼掌?，表明保護(hù)區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)仍比較頻繁.近年來，這兩個(gè)區(qū)域均有群眾反映自家放牧的牛羊被華北豹捕食的情況.這與紅外相機(jī)調(diào)查顯示的華北豹與家畜活動(dòng)區(qū)域相重疊的實(shí)際吻合，可以作為野生動(dòng)物造成群眾損失的補(bǔ)充依據(jù).趙益善等在蟒河保護(hù)區(qū)調(diào)查報(bào)告中記錄了狼（Canis lupus）的存在，但目前在保護(hù)區(qū)及周邊已經(jīng)消失了［7］.

本次記錄的44種鳥類中，除紅腹錦雞、大嘴烏鴉、勺雞、紅嘴藍(lán)鵲、喜鵲外，其余鳥類的相對(duì)多度指數(shù)均較低.本次調(diào)查沒有發(fā)現(xiàn)國家Ⅰ級(jí)保護(hù)鳥類金雕，可能原因是金雕在地面活動(dòng)很少.相對(duì)于個(gè)體較大的地棲性鳥類，一些個(gè)體小、飛行速度快和活動(dòng)區(qū)域離地面較遠(yuǎn)的鳥類，也難以被紅外相機(jī)拍到.本次調(diào)查記錄到的鳥類新記錄種比1998年的調(diào)查［3］增加了15種，表明紅外相機(jī)本身的優(yōu)勢(shì)和安裝方式，對(duì)地棲鳥類的調(diào)查是適用的，把傳統(tǒng)的樣線法與紅外相機(jī)調(diào)查技術(shù)相結(jié)合，可以有效地完成保護(hù)區(qū)內(nèi)鳥類資源的調(diào)查.

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

本次調(diào)查初步反映了保護(hù)區(qū)內(nèi)大中型獸類和林下活動(dòng)的鳥類的基本情況，蟒河保護(hù)區(qū)獸類和鳥類較多，但華北豹、黃喉貂等頂級(jí)捕食者相對(duì)多度較低，保護(hù)區(qū)面積較小，核心區(qū)內(nèi)還有村莊，對(duì)野生動(dòng)物的棲息、遷移、活動(dòng)造成了一定的影響，與張建軍等所做的社會(huì)調(diào)查結(jié)果一致［1］.通過建立紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)區(qū)可以全面地掌握區(qū)內(nèi)野生動(dòng)物組成及分布區(qū)域狀況，從而制定有針對(duì)性的保護(hù)措施，建議進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)野生動(dòng)物的保護(hù)和監(jiān)測(cè)，減少重點(diǎn)區(qū)域的人為干擾，加大對(duì)野生動(dòng)物棲息地的保護(hù)力度.