基于紅外相機技術的佛坪國家級自然保護區(qū)豹監(jiān)測初報

馮水園，曹 慶，朱大鵬，李 濤

(陜西佛坪國家級自然保護區(qū)管理局，陜西 佛坪 723400)

1 引言

紅外相機技術(camera-trapping)作為一種新興的研究技術，具有準確性、長期性、隱蔽性和無損傷性等特點[1]，適合于探測活動隱蔽、數(shù)量稀少的野生動物，現(xiàn)今廣泛應用于鳥類和獸類調(diào)查中[2，3]，它不僅可以提供物種分布的準確證據(jù)，還可以用來研究其行為活動和種群密度[4]。近10多年來，國內(nèi)外紅外相機技術應用迅速發(fā)展，多見于野生動物種群監(jiān)測、多樣性調(diào)查、種群密度評估等科研和保護工作中[5]。

豹(Pantherapardus)屬貓科，食肉目豹屬，其全身棕黃色且遍布黑褐色金錢花斑，又名金錢豹，身體強健、動作敏捷、能跳善爬、會游泳、性情兇猛狡猾，常棲于叢林、丘陵，性狡猾，常棲于叢林、丘陵、巖石洞穴之中。晝伏夜出，傍晚和清晨是其活躍期，常隱伏林間或草叢偷襲、捕殺草食動物、靈長動物等為食，平時喜單獨活動[6]。

豹廣泛分布于全球各地，適應能力較其他大型貓科動物強，總體的生存環(huán)境也較其他大型貓科動物更適宜。歷史上，金錢豹曾廣布于除干旱戈壁沙漠和海拔4000 m上西部山地之外的中國全境[7]。但是有些豹亞種的現(xiàn)狀并不是很樂觀，在中國分布的豹的亞種，如東北豹、華北豹和華南豹在IUCN的瀕危等級中分別是極危、瀕危和易危[8]。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人口的劇增，人類活動在各個水平和層次上的強度加大，豹的棲息地大幅度縮小，種群數(shù)量也大幅度降低[9]。研究表明，金錢豹在中國急劇減少，現(xiàn)存金錢豹種群小(<50個體)且分散，主要存在于相互孤立的自然保護區(qū)中，使得它們面臨著較高的局地滅絕的風險[7]。

陜西自古以來廣泛分布著眾多國家級重點保護野生獸類。由于人口猛增，經(jīng)濟活動加劇，森林等植被遭到嚴重的破壞，致使大熊貓等野生動物的棲息環(huán)境不斷地惡化，部分地區(qū)逐漸縮小，加之一段時間的亂捕濫獵，虎豹的數(shù)量急劇下降[10]。金錢豹可能是目前秦嶺地區(qū)最大的食肉猛獸，它處于食物鏈頂端，對維持物種的種群平衡、生態(tài)系統(tǒng)平衡有重要作用[11，12]。

金錢豹在陜西曾廣泛分布于黃橋林區(qū)、關山林區(qū)及秦嶺林區(qū)。在20世紀80、90年代由于林區(qū)采伐作業(yè)等人為活動，金錢豹在陜西省已呈現(xiàn)瀕危狀態(tài)。隨著90年代末國家退耕還林、天然林保護等重點生態(tài)工程的實施，金錢豹在全省的數(shù)量和活動區(qū)域在逐年增加。2004年以來鳳翔、黃陵、佛坪、永壽、富縣等縣發(fā)現(xiàn)活體金錢豹[13]。

本文通過對2020年3月到2021年2月份間紅外相機數(shù)據(jù)進行整理分析，得到陜西佛坪國家級自然保護區(qū)豹的分布格局，以期更好地為保護區(qū)長期監(jiān)測及保護豹提供理論依據(jù)和技術支持。

2 研究區(qū)域

陜西佛坪國家級自然保護區(qū)(以下簡稱佛坪保護區(qū))位于陜西秦嶺中段南麓佛坪縣境內(nèi)，地理坐標為107°41′～107°55′E, 33°33′～3°46′N，1978年12月份經(jīng)國務院批準建立，是以保護大熊貓(Ailuropodamelanoleuca)和森林生態(tài)系統(tǒng)為主的國家級自然保護區(qū)，是秦嶺地區(qū)生物多樣性最為豐富的區(qū)域。區(qū)內(nèi)最低海拔980m，最高海拔2904m，總面積292.40 km2，森林覆蓋率98.5%，屬于北亞熱帶向暖溫帶過渡的山地氣候，區(qū)內(nèi)有涼風埡、三官廟、大古坪、岳壩4個保護站。

佛坪保護區(qū)內(nèi)動植物資源豐富，珍稀瀕危動物種類繁多，有陸生脊椎動物32目101科452種[14]，其中國家I級重點保護野生動物有大熊貓、川金絲猴、秦嶺羚牛、林麝、豹等14種;國家Ⅱ級重點保護野生動物65種[15]。

3 研究方法

3.1 紅外相機的布設

佛坪保護區(qū)根據(jù)保護區(qū)功能區(qū)域劃分并結合地形地貌特征，在全區(qū)布設了98臺紅外相機 (圖1)，主要布設在動物活動的通道、水塘等附近的活樹干上，安裝高度50～120 cm。相機安裝好后，記錄安裝的日期、時間、相機編號、GPS位點、海拔、坡度、坡向、距水源距離、植被狀況等信息。紅外相機設置為拍照+攝像模式，先連拍3張照片，然后攝像15～20 s，觸發(fā)間隔時間0 s，全天24 h拍照，照片大小12 M，視頻規(guī)格1080 p。每3～4個月更換1次電池并回收照片和視頻數(shù)據(jù)，相機安裝最低海拔1226m，最高海拔2487m。

圖1 陜西佛坪國家級自然保護區(qū)紅外相機布設

3.2 紅外相機數(shù)據(jù)處理

3.2.1 數(shù)據(jù)獲取

將拍攝的照片與視頻數(shù)據(jù)按照相機布設點編號，刪除連續(xù)空拍、無用的照片和視頻，僅保留有拍攝對象的照片，同時核對并校正照片拍攝日期。利用Bio-Photo(V2.0)軟件程序對拍攝照片進行分析，生成Excel文件,如表1所示。

表1 紅外相機數(shù)據(jù)經(jīng)Bio-Photo(V2.0)軟件處理后分析

3.2.2 數(shù)據(jù)錄入與處理

讀取照片和視頻，進行判讀與物種鑒定，填寫表格中的各列信息。同一只(群)動物在相機前持續(xù)活動時，記錄第一次拍攝照片或視頻作為“獨立捕獲首張”，在此列處錄入“1"，即為有效捕獲照片，其余記錄條目中此列保留空白。同一種動物反復多次被相機捕獲的情況，若時間間隔小于30 min，則認為是同一次捕獲事件，取一張有效捕獲照片;如時間間隔大于30 min，則記錄為2次獨立捕獲事件，取2張有效捕獲照片(表2)。

表2 紅外相機分析

3.3 紅外相機數(shù)據(jù)分析方法

3.3.1 豹相對多度指數(shù)

相對多度指數(shù)(relative abundance index, RAI)是以紅外相機數(shù)據(jù)為基礎，表征動物種群相對多度大小的指標[16]公式如下:

RAI=(Ni/N)×100

(1)

式(1)中，RAI代表豹的相對種群數(shù)量；Ni代表豹的有效探測次數(shù)；N代表相機工作日天數(shù)[17]。

3.3.2 豹年活動節(jié)律和季節(jié)活動節(jié)律

特定時間段內(nèi)動物被紅外相機記錄到的概率與其本身活動強度成正相關[18],因此相對多度指數(shù)的大小可以反映豹的活動強度。公式如下：

MRAI=(Dij/Ni)×100

(2)

式(2)中，MRAI(monthly relative abundance index )代表全年12個月中每個月份區(qū)間豹的月相對多度指數(shù)；Ni代表豹的有效探測次數(shù)；Dij代表豹在時間段j(月時間段)中出現(xiàn)的獨立探測次數(shù)。

根據(jù)豹在各個月份和季節(jié)的相對多度指數(shù)大小，分析其年和季節(jié)活動節(jié)律。根據(jù)物候特征，定義3～5月份為春季，6～8月份為夏季，9～11月份為秋季，12月至翌年2月份為冬季。

4 研究結果

4.1 紅外相機工作狀況及豹拍攝概況

經(jīng)統(tǒng)計，2020年3月至2021年2月份，佛坪保護區(qū)安裝98臺紅外相機，損壞12臺，紅外相機累計有效工作日23252 d，共收集到48173個照片或視頻文件，其中野生動物的獨立探測7349次。有6臺紅外相機共獲得豹的37條記錄，其中豹的獨立探測次數(shù)為12次，占野生動物獨立探測次數(shù)的0.163%(圖2)。

圖2 監(jiān)測到豹影像數(shù)據(jù)的紅外相機點位示意

豹相對多度指數(shù)是0.0516,海拔高度區(qū)間為1799～2012 m，拍攝到豹最早和最晚時間分別為2020年3月份和2021年2月份。圖3是拍攝到的具代表性的豹照片。

圖3 佛坪保護區(qū)拍攝的豹照片

4.2 豹活動節(jié)律

豹的年活動高峰是3、4月份。從5月份開始豹的活動逐漸減少，在12月份逐漸活躍。從季節(jié)上看，豹在春季最活躍，冬季次之，夏季活動最少 (圖4)。

圖4 佛坪保護區(qū)豹月活動節(jié)律

豹的日活動強度在15:00后逐漸活躍， 一直持續(xù)到21:00后開始減少活動；7：00～10：00豹日活動出現(xiàn)小高峰。

拍攝到豹活動的影像數(shù)據(jù)最低環(huán)境溫度是-2 ℃，最高環(huán)境溫度是20 ℃，平均環(huán)境溫度為6.83 ℃。

5 討論

佛坪保護區(qū)豹棲息地海拔高，地形復雜，氣候多變，區(qū)內(nèi)完全無交通設施，豹作為大型猛獸，種群數(shù)量少、性情機敏、隱蔽性強，傳統(tǒng)的研究方法如樣線法、監(jiān)測法實施難度大且準確性不易估計。紅外相機技術在珍稀瀕危野生動物、夜行性動物、新發(fā)現(xiàn)等強隱蔽性動物監(jiān)測中有特殊的作用，本研究表明，紅外相機技術在佛坪保護區(qū)的豹科學研究中具有較強的適用性。

本研究中豹的獨立探測次數(shù)較小，一是由于豹作為大型貓科動物種群密度極低，極難拍攝探測；二是佛坪保護區(qū)內(nèi)野生動植物豐富，經(jīng)常出現(xiàn)野生動物“玩?！薄八摹毕鄼C等現(xiàn)象，加之夏秋季草木豐盛致使空拍浪費電池電量，紅外相機的有效拍攝相對較少。三是紅外相機布設未遍布全區(qū)，佛坪保護區(qū)內(nèi)地形復雜，完全無交通設施，紅外相機是沿著小路、獸道等容易達到的地方進行布設的，相對減少了豹的拍攝探測。四是紅外相機探測有一定的局限性，只能探測實體，而無法監(jiān)測足跡、食跡等輔助信息，加之豹的行動迅敏致使延遲拍攝的紅外相機空拍，從而造成監(jiān)測數(shù)據(jù)的偏差。如需獲得豹更準確、詳細的科研數(shù)據(jù)，必須通過長期科學的多種監(jiān)測方法。

根據(jù)一年的紅外相機探測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)豹僅分布在大古坪保護站管轄地的西河區(qū)域，分布比較集中，豹種群數(shù)量很少，但有研究發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)三官廟一帶也有豹的分布(紅外相機19次在山脊和溝谷記錄到豹白天和晚上在三官廟和大古坪西河區(qū)域的活動影像)[19]，還有三官廟工作人員曾在三官廟區(qū)域目擊豹的活動，說明佛坪保護區(qū)內(nèi)豹的分布及種群數(shù)量極有可能更大，需要進一步的研究調(diào)查。

豹作為大型掠食者，是生態(tài)系統(tǒng)的指示性物種之一，陜西秦嶺區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)其活動痕跡。2008年10月份陜西長青國家級自然保護區(qū)首次用紅外相機拍攝到野生豹的影像，之后相繼在黃柏塬保護區(qū)、周至保護區(qū)等秦嶺自然保護區(qū)群中至少33次拍攝到野生豹的活動影像[20]。豹頻繁出沒在秦嶺片區(qū)，對維護生態(tài)系統(tǒng)平衡起著至關重要的作用，研究秦嶺片區(qū)的豹分布、種群數(shù)量、棲息地等學術問題需要科學研究者的廣泛關注，從而為豹種群的發(fā)展、棲息地及保護區(qū)的規(guī)范化管理提供科學依據(jù)。

此研究基于豹紅外相機獨立探測次數(shù)進行研究豹的活動節(jié)律，由于探測次數(shù)十分有限，其反應的豹各項活動節(jié)律仍需大量數(shù)據(jù)更進一步研究分析。另外，紅外相機布設時還應記錄水源距離、坡度、坡位、生境等信息，視頻數(shù)據(jù)中也有月相等信息，基于紅外相機的多種野生動物研究應進一步挖掘此類信息，以獲得更多研究成果。

應用紅外相機技術監(jiān)測野生動植物是一個長期且復雜的過程，佛坪保護區(qū)還需要加強和完善紅外相機調(diào)查監(jiān)測管理及研究，以獲得更多研究數(shù)據(jù)，為動植物保護管理提供重要參考依據(jù)。

致謝：野外工作得到了陜西佛坪國家級自然保護區(qū)保護站全體職工的幫助，在此表示衷心的感謝!