北京松山国家级自然保护区林下鸟类和兽类多样性动态监测

张源笙 蒋万杰 蒋 健 王 丹 吴记贵 刘芳茗 鲍伟东*

(1.北京林业大学生物科学与技术学院，北京，100083；2.北京市松山国家级自然保护区管理处，北京，102115)

北京松山国家级自然保护区林下鸟类和兽类多样性动态监测

张源笙1蒋万杰2蒋 健2王 丹2吴记贵2刘芳茗1鲍伟东1*

(1.北京林业大学生物科学与技术学院，北京，100083；2.北京市松山国家级自然保护区管理处，北京，102115)

明确生物多样性动态和变化趋势是制定有效保护措施的基本出发点，2013年3月～2014年2月，在北京松山国家级自然保护区布设 64台红外相机，对林下鸟类和大中型兽类多样性进行连续监测，并与以往研究进行对比。本次调查累积相机日14 930 d，获得独立有效照片3 293组，有效视频3 746 s。记录到鸟类7目17科47种，兽类5目10科14种，含5种国家Ⅱ级重点保护野生动物。较以往红外相机监测新发现鸟类21种分属12科，新增6科；新增兽类2种分属2科。不同海拔、植被类型以及功能区的相对丰富度存在一定差异，相对丰富度最高区域分别为：低海拔段(700～800 m)(31.21)，阔叶林(24.37)以及核心区(26.39)。所监测鸟类种数和多样性指数存在显著性季节差异，而兽类均不显著。本研究监测结果表明，红外相机所发现的物种多样性仍在增加，是一种有效的长期监测技术手段。

北京松山；物种多样性；季节差异；红外相机监测

红外感应自动拍照相机(简称红外相机)利用恒温动物自身的热量触发感应器进行拍照，作为野生动物“非损伤”性物种调查和行为数据记录技术，自20世纪90年代开始应用于野生动物研究[1-2]。红外相机技术具有对动物及其生存环境干扰小、抗环境变化，能获得大型兽类、夜行性动物、高度隐蔽物种和复杂地形区域生物多样性信息，可长时间昼夜持续工作、定性定量监测相结合，易于进行标准化方案设计，影像资料便于存档检索，同时对野外工作人员的专业要求较低、安全、节约人力等优势[2-4]，能够与传统人工调查方法有效互补。因此，红外相机作为大中型兽类和地栖性鸟类的长期监测的辅助技术，现广泛用于分析野生动物的物种组成、分布、种群数量等基础信息，还可用于动物的行为模式和生境利用等研究[5]，为野生动物保护管理和资源监测提供科学参考[1]。

北京松山国家级自然保护区曾于2010年首次使用红外相机对鸟类和兽类进行了调查，但由于该项调查的时间没有涵盖全年(5～12月)，未能全面了解野生动物多样性变化，并可能存在一些物种遗漏。随着保护区管理力度加强，生物多样性出现恢复。为此，本研究基于以往调查结果，于2013年3月～2014年2月使用红外相机对区域野生动物种群现状进行全年监测，旨在：(1)明确松山自然保护区物种多样性动态发展状况；(2)分析该地区动物种类多样性的季节差异，为后续开展科研监测提供借鉴；(3)对比不同海拔、植被类型以及功能区的相对丰富度，为区域性生物多样性保护提供科学依据；(4)探讨红外相机在山地林区调查中存在的不足，结合红外相机具有的诸多优势，提出物种多样性监测实际应用中的解决方案。

1 研究方法

1.1 相机布设

根据我们多年实地调查发现的动物痕迹(粪便、足迹、取食痕迹、挖掘痕迹、遗落物等)，以及2010年调查时获取的动物分布信息，将相机布设在水源点、兽径附近等动物活动较多、视野开阔的地带(图1)。相机固定于离地面50～80 cm的树干上，镜头与地面呈小于10°俯角，以扩大拍摄视野，同时有效防止正午时地面反射光线过强触发相机连续拍摄。

图1 北京松山自然保护区红外相机布设位点Fig.1 The location of infrared camera sites in Beijing Songshan Nature Reserve

1.2 数据分析

物种分类系统依据《中国哺乳动物名录》[5]、《中国鸟类分类与分布名录》[6]，动物地理分布型依据《中国动物地理》[7]。为了比较动物的相对丰富度在不同时间和空间的差异，将季节分为：春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12～2月)[8]。海拔段分为：低海拔段(700～800 m)、中低海拔段(800～1 000 m)、中海拔段(1 000～1 400 m)[9-10]。植被分为：阔叶林、针叶林、针阔混交林、灌丛。功能区分为：核心区、缓冲区、实验区、大庄科(属于集体林)[10]。

红外相机拍摄独立事件(Independent capture，IC))定义为同一物种具有独立性的照片和视频。对于同一个地点连续拍摄到的同一物种，如时间间隔小于30 min记为1次独立事件；超过30 min则根据动物特征、行为连贯性等人为判断[11]。

群落优势度指数(Dominance indexD)，采用Simpson生态优势度指数计算[15]：D=∑(Pi)2

“校企合作”既是国情需要，又需国策支撑。在经济高速发展背景下，经济产业链需要有与之相匹配的职业链来助力。需求侧转型升级，不同产业岗位需要不同专业的技术型劳动者。即：密集的产业布局，需要大量的、能够熟练操作岗位技术能手。企业不可能苛求高职生个个都能成为技术全能型员工，但完全有理由希望高职生要具备基本的职业素养。

所有数据在Excel 2013和SPSS 20.0中处理分析。采用单因素方差分析(One-way ANOVA)，检验鸟类和兽类12个月的物种数、多样性指数、均匀度指数和优势度指数是否存在显著性季节差异。所有检验的显著性水平设置为α=0.05。

2 研究结果

2.1 物种组成

本次调查累积相机日14 930 d，获得独立有效照片3 293组，有效视频3 746 s，其中69.33 %为兽类影像，30.67%为鸟类影像。

鸟类独立事件数共计1 010组，鉴定出鸟类7目17科47种(附录1)。分布型构成有华北型、全北型、季风区型、喜马拉雅-横断山区型、东北型、古北型、东洋型、南中国型、不易归类等9种，其中古北型和东北型较多，分别占26.09%和28.26%。按居留型划分，有留鸟 21种、夏候鸟13 种、冬候鸟4种、旅鸟9种。在记录到的鸟类中，国家Ⅱ级重点保护野生动物有雀鹰(Accipiternisus)、勺鸡(Pucrasiamacrolopha)、红角鸮(Otusscops)、灰林鸮(Strixaluco)4种，国家保护的有益的或者有重要经济、科学研究价值的陆生野生动物(简称“三有动物”)共有36种。

兽类独立事件数共计2 283组，鉴定出兽类5目10科14种(附录2)。分布型构成有季风区型、古北型、东洋型、不易归类共4种类型，其中古北型最多，占50.00%(7种)。在记录到的兽类中，国家Ⅱ级重点保护野生动物有斑羚(Naemorhedusgoral)1种，亦被列为IUCN红色名录“易危”级别，“三有动物”共有13种。

2.2 季节性差异

基于红外相机数据，平均每月监测记录到鸟类(13.75±5.24)种，其中2014年2月最少，为7种；9月最多，为22种。月平均多样性指数为(1.88±0.46)，其中2014年2月最低，为0.98；2013年9月最高，为2.47(表1)。月平均均匀度指数为(0.73±0.11)，其中2014年2月最低，为0.50；2013年3月最高，为0.83。月平均优势度指数为(0.27±0.10)，其中2013年9月最低，为0.12；2014年2月最高，为0.57。

表1 鸟类物种数、多样性指数、均匀度指数和优势度指数月动态

Tab.1 Monthly changes of bird species number，diversity index，evenness index and dominance index

平均每月监测记录到兽类(8.5±1.73)种，其中2014年1月最少，为6种；2013年8、11、12月最多，为11种(表2)。月平均多样性指数为(1.54±0.35)，其中2013年9月最低，为0.83；2013年12月最高，为2.00。月平均均匀度指数为(0.72±0.13)，其中2013年9月最低，为0.42；2013年7月最高，为0.86。月平均优势度指数为(0.33±0.14)，其中2013年7月最低，为0.16；2013年9月最高，为0.65。

表2 兽类物种数、多样性指数、均匀度指数和优势度指数月动态

Tab.2 Monthly changes of mammal species number，diversity index，evenness index and dominance index

单因素方差分析结果表明，鸟类物种数(F=4.788，df=3，P=0.034)存在显著性季节差异；鸟类多样性指数(F=2.589，df=3，P=0.125)、均匀度指数(F=0.616，df=3，P=0.625)、优势度指数(F=1.880，df=3，P=0.211)，兽类的物种数(F=0.553，df=3，P=0.660)、多样性指数(F=0.437，df=3，P=0.733)、均匀度指数(F=1.064，df=3，P=0.417)、优势度指数(F=0.943，df=3，P=0.464)均不存在显著性季节差异。多重比较结果表明，鸟类物种数秋季与春季(P=0.022)、秋季与冬季(P=0.010)均存在显著差异。一些种类仅在特定季节有记录，例如，丘鹬(Scolopaxrusticola)仅在秋季记录到。不同季节记录到的兽类种类也存在一定差异，刺猬(Erinaceusamurensis)仅在夏季记录到。

2.3 物种累计拍摄率变化曲线

红外相机拍摄到的累积物种数随相机日呈上升趋势(图2)。单位监测时间内，鸟类物种数增速高于兽类。所有相机野外放置5 d后，共计拍摄到43种动物，占所拍摄动物种数的68.25%；放置15 d后，共计拍摄到52种动物，占所有拍摄动物种数的82.53%。放置25 d后，物种数增加的趋势变缓。

2.4 不同生境类型的相对丰富度差异

不同海拔、植被及功能区的相对丰富度存在一定差异(附录3)。3种海拔段中，低海拔段(700～800 m)相对丰富度最高，为31.21；中海拔段(1 000～1 400 m)次之，为25.33；中低海拔段(800～1 000 m)最低，为17.92。4种植被类型中，阔叶林相对丰富度最高，为24.37；针混阔叶林次之，为18.21；针叶林较低，为9.44；灌丛最低，为7.69。4种功能区中，核心区(相机仅布设在核心区一)相对丰富度最高，为26.39；大庄科村(集体林)次之，为23.07；实验区较低，为22.46；缓冲区最低，为19.89。

图2 鸟类和兽类物种数随相机日增加的累积曲线Fig.2 Cumulative species of mammals and birds with increased camera days

3 讨论

3.1 鸟兽多样性

2010年5～12月，在松山国家级自然保护区首次红外相机监测共记录到野生兽类12种、鸟类36种[10]；本次监测记录到野生兽类14种、鸟类47种。新拍摄到鸟类21种，新增6科，但也有一些种类没有拍摄到，或者没能识别出来，如：银喉长尾山雀(Aegithaloscaudatus)、发冠卷尾(Dicrurushottentottus)、栗耳鹀(Emberizafucata)、三道眉草鹀(Emberizacioides)等，可能存在红外相机布设位置的差异。兽类新增2种，为黄鼬(Mustelasibirica)和松鼠(Sciurusvulgaris)，后者在历年调查中从未被记录，推测是由于人为放生进入松山保护区。由于2010年调查时间没有涵盖隆冬和春季，可能导致一些物种出现遗漏。本研究表明在以往监测动物活动较多的位点(如水源、兽径)连续布放相机，能够拍摄到更多物种，也显示随着保护区管理力度加强，本区域野生动物多样性具有增加的趋势。同时，应高度警惕人为放生对当地生物多样性的影响。因此，在以往调查基础上进行长期监测，可进一步研究物种多样性动态状况并分析动物的行为特点，为保护管理工作提供多层次科学数据。

3.2 季节性差异

本研究中，每月监测的鸟类物种数存在显著季节差异，这主要是由于松山地区鸟类物种组成大部分属于季节迁徙的旅鸟，调查中候鸟和旅鸟的数量占鸟类总数的44.46%。10月夏候鸟开始南迁，鸟类物种数减少5种；11月夏候鸟继续减少，但同时陆续有旅鸟过境，冬候鸟迁入，因此物种数增加2种。至12月夏候鸟已迁出，旅鸟也离开本地，物种数又减少8种，记录到的全部为留鸟和冬候鸟。本区域1、2月气温较低(-25℃～4℃)，鸟类活动频率降低，因此拍摄到的物种数也较少。3、4月夏候鸟回迁，理论上3月之后物种数应该增加，但由于松山是旅游景区，春季游客量较大，鸟类易受人类活动的惊扰，4～6月物种数反而较少。每月监测的兽类物种数不存在显著季节性差异，但冬季拍摄的物种数最少，主要由于部分物种通过冬眠或半冬眠行为来抵抗寒冷少食的不良环境。

3.3 红外相机技术特点

北京松山国家级自然保护区曾于1987年5月～1989年7月和2009年5月～2011年12月，开展过2次系统的野生动物多样性科学考察，统计有鸟类37科120种，其中主要活动于林下的鸟类65种、兽类6目14科27种[8-9，16]。由于受红外相机镜头视角、布放位置，以及植被类型复杂等诸多因素的影响，本次监测与先前科考记录相比，物种数偏少，尤其对小型啮齿动物、小型鸟类、大型猛禽的调查十分有限。小型啮齿目动物虽然拍摄率较高，但由于其移动速度较快、受到拍摄角度和夜晚色差影响，仅根据体型与毛色作为鉴别依据难以定种，而科考调查是利用鼠夹直接捕捉后鉴定。因此，尽管本次调查记录到鼠科动物独立事件高达1 113组，但由于无法准确鉴定物种而未纳入统计分析。小型鸟类由于个体较小、外形相近难以分辨，如对鹀类(Emberizaspp.)、柳莺类(Phylloscopusspp.)的鉴定；大型猛禽如金雕(Aquilachrysaetos)、游隼(Falcoperegrinus)等在森林中上层活动和栖息，利用红外相机就很难记录到。然而，本次调查拍摄到林下鸟类39种，占总发现种类的82.97%，明显高于以往科考调查时记录的林下鸟类比率(占54.17%)，显示出红外相机技术的优势。本次调查新发现鸟类11种(附录1)，其中10种即为林下鸟类。尽管当前红外相机仅适于监测大中型兽类和地栖性鸟类，但是其收集的照片、视频资料具有无可辩驳的客观性和准确性，不因研究人员的主观判断致使结果偏误，是自然保护区本底调查、稀有物种存在甚至是新种发现的确凿证据[16]。同时，红外相机技术在低人力成本和长时间监测物种多样性动态发展情况等方面具有传统调查方法无可比拟的优势。因此，地面人工观测与运用自动采集数据先进技术手段相结合已成为当前发展的新趋势[17]。为使山区林地生物多样性调查更为全面准确，应根据监测对象的特点及其生境合理设计红外相机布放方案，并将红外相机技术与传统调查方法(样线法、铗日法、标记-重捕法、粪便分析法、痕迹分析法等)有机结合。

鸟类和兽类物种数随相机日增加的累积曲线表明，兽类在第9个相机日取样趋于饱和，鸟类在第29个相机日取样趋于饱和。说明红外相机在区内同一位点监测1个月可使取样较为充分，再延长相机布设时间，不会使监测物种数持续增加。因此，在同一个季节内，为最大限度提高相机利用率，扩大监测范围，提升发现新物种概率，红外相机放置1个月即可转移到其他位点。但在相机布放时要根据监测目标建立统一的抽样方法，对不同的时间和空间尺度进行相同抽样强度的监测。布设方案可参照4个基本原则：独立性、重复性、连续性和可比性[1]。红外相机监测易于进行标准化的方案设计，有助于实现大区域尺度上山地林区不同监测样地之间的数据共享和对比研究，这一点也是传统调查方法较难实现的。

松山自然保护区兽类和鸟类的分布与其生境特点有关[9，18]。本研究显示不同海拔、不同植被类型中的物种组成和数量有较大差异。在低海拔段(700～800 m)获得动物相对丰富度最高，而2010年的监测是在中海拔段(1 000～1 400 m)最高[8]。分析原因可能是2次调查相机布放原则不同所致。2010年调查相机按样方法布放，而本次调查相机布放在动物出现可能性大的地点，结果说明低海拔段相对丰富度高的位点较为集中。2次监测均是阔叶林的相对丰富度最高，说明阔叶林仍是松山自然保护区林下鸟类和兽类物种及数量最丰富的植被类型，日后对该地区旅游资源开发时应科学规划、合理利用、严格监管。尽管本次调查仅在一处核心区内布设相机，但其相对丰富度最高，说明核心区的保护成果仍十分有效。此外，大庄科村的相对丰富度从2010年的最低提升为第二，主要原因为大庄科村有公路贯穿，沿路形成居民聚集区，过去受到人为干扰较大，拍摄到鸟类和兽类的种类和数量均较少。目前有所上升，说明近年来松山自然保护区通过大力宣传和加强管理，提升了居民和游客的生态保护意识，生态文明建设工作取得一定成效。

致谢：感谢北京松山国家级自然保护区野生动物监测队对本研究的大力支持与配合。

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附录1 北京松山自然保护区红外相机调查鸟类名录(2013年3月～2014年2月)

Appendix 1 Bird species captured by infrared cameras in Beijing Songshan Nature Reserve from March，2013 to February，2014

续附录1

续附录1

注：U古北型，S南中国型，O不易归类，E季风区型，M喜马拉雅-横断山区型，W东洋型，C全北型，H东北型，B华北型，Su夏候鸟，P 旅鸟，R留鸟，W冬候鸟

Note：U-Palaearctic type，S-South-China type，O-Hard-to-defined type，E-Monsoon type，M-Northeast type，W-Oriental type，C-Holearctic type，H-Northeast-China type，B-North-China type，Su-Summer species，P-Pass species，R-Residents，W-Winter species

DT：Distribution types； RT：Resident types；PC：Protection class according to list of endangered and protected species of China；SS：Compare with scientific survey[8]；NS：Number of sites；IC：Independent capture；RAI：Relative Abundance Index，RAI=(PN×100)/14 930；DB：Distribution breadth，DB=(SN/384)×100%

附录2 北京松山自然保护区红外相机调查兽类名录(2013年3月～2014年2月)

Appendix 2 Mammalian species captured by infrared cameras in Beijing Songshan Nature Reserve from Match，2013 to February，2014

续附录2

附录3 不同海拔、植被、月份及功能区的相对丰富度

Appendix 3 The RAI at different elevations，vegetations，months and function regions

Biodiversity Monitoring of Understory Birds and Mammals in Beijing Songshan National Nature Reserve

Zhang Yuansheng1Jiang Wanjie2Jiang Jian2Wang Dan2Wu Jigui2Liu Fangming1Bao Weidong1*

(1.College of Biological Science and Biotechnology，Beijing Forestry University， Beijing，100083，China；2.Beijing Songshan National Nature Reserve Management Department，Beijing，102115，China)

Understanding the dynamics and trends of variation in biodiversity is the starting point from which to design effective protection measures.From March 2013 to February 2014，we deployed 64 infrared cameras in Beijing Songshan National Nature Reserve to continuously monitor large and medium-sized mammals and understory birds.In 14 930 camera-days，we recorded a total of 3 293 independent photos and 3 746 seconds of videos.We recorded 47 bird species of 7 orders and 17 families，and 14 mammal species of 5 orders and 10 families． These included five species of Class II state key protected wild animals． Compared with the monitoring records in 2010，21 avian species of 12 families( 6 new families) and 2 mammalian species of 2 families were new records for the nature reserve． Relative abundance index varied by elevation，vegetation types and functional regions，and highest relative abundance was recorded at 700 - 800 masl ( 31. 21) ，broadleaf forest( 24. 37) ，and in the nature reserve core zone( 26. 39) ． There were significant seasonal variations for birds in monthly species number and Shannon -Wiener index，but not for mammals． This study showed that species diversity as recorded by infrared cameras was increasing， which indicates camera trapping is an effective long - term monitoring technique．

Beijing Songshan Nature Reserve；Species biodiversity；Seasonal variation；Camera-trapping monitoring

2016-11-07

修回日期：2017-01-01

发表日期：2017-08-10

Q958.1

A

2310-1490(2017)03-367-09

北京市科技计划项目(Z121100000312107)

张源笙，女，23岁，本科生；主要从事野生动物生态与行为研究。E-mail：zhang.yuansheng@126.com

*通讯作者：鲍伟东，E-mail：bao-weidong@126.com