基于红外相机技术监测秦岭山地引水工程对大中型兽类种群影响的初报

何刚， 郭松涛， 金学林， 张河， 石智慧， 刘羿辰， 李东群，贾康胜， 郑鹏斌， PAN Ruliang， 6， 李保国， 7*

(1. 西北大学生命科学学院， 西安710069； 2. 西北大学陕西省秦岭珍稀濒危动物保育重点实验室，西安710069； 3. 陕西省动物研究所，西安710032； 4. 陕西周至老县城国家级自然保护区，西安710400；5. 陕西省珍稀野生动物抢救饲养研究中心，西安710402； 6. The University of Western Australia， Western Australia 6907， Australia；7. 中国科学院动物进化与遗传前沿交叉卓越中心，昆明650223)

大型水利工程建设在创造巨大经济、社会效益的同时，往往对工程所在地区周围的环境产生较为显著的影响，如水生生物生境破碎、区域气候环境改变、植被退化和物种多样性丧失等一系列生态安全问题(赵清贺等，2011；Liuetal.，2013)，特别是工程作业区影响最明显(夏萍娟，陈芳清，2013)。陕西省引汉济渭工程属大型跨流域调水工程，对合理配置区域水资源，维持陕西省关中-天水经济区可持续发展具有重要的战略意义。工程贯穿秦岭腹地，在施工期和运行期，工程作业区植被的破坏和人为干扰活动的增多可能对区内秦岭濒危物种的生存产生潜在的、长期的影响。因此，需要通过设置监测点来了解区内兽类种群动态变化，揭示水利工程建设期陆地生态系统结构与功能的演变过程，为消除工程建设对生态环境的影响提供科学依据。

目前，红外相机技术已发展成为陆地生态系统监测兽类动物的重要方法(Rowcliffe & Carbone，2008；O’Connelletal.，2011)。该方法通过相机系统触发或定时拍摄等模式来获取野生动物的照片或视频，通过图像数据分析物种分布、种群数量等重要信息，同时还具备野外持续采集数据、不惊扰动物等特点(肖治术，2014)。已有多个将红外相机应用于野生动物资源调查和长期监测工作的案例，为生物多样性、种群动态研究和保护策略的制定提供了基础数据(Kawanishi & Sunquist，2004；肖文宏等，2014；李晟等，2016)。因此，本研究利用红外相机技术监测引汉济渭工程作业区兽类种群的变化。

1 研究区域

引汉济渭工程由黄金峡水利枢纽、三河口水利枢纽、黄池沟配水枢纽及秦岭输水隧洞4个部分组成(图1)，前3个施工作业区分别位于秦岭南坡的洋县黄金峡镇(107.950 424°E，33.210 875°N，海拔412 m)和佛坪县大河坝乡(108.052 879°E，33.342 926°N，海拔546 m)、秦岭北坡的周至县楼观镇(108.219 273°E，34.055 996°N，海拔537 m)，秦岭输水隧洞则穿越秦岭主脊。因此，项目作业区分散在秦岭南北坡，跨度达 98.3 km。秦岭地处我国亚热带的西北边缘，是长江和黄河两大水系的分水岭，在动物地理区划中是古北界与东洋界的分界线，域内兽类动物包括7目30科95属138种另14亚种，呈现出东洋界和古北界混杂过渡的特征(郑生武，宋世英，2010)，是世界范围内的生物多样性热点地区之一。据统计，秦岭分布的兽类包括大熊猫Ailuropodamelanoleuca、川金丝猴Rhinopithecusroxellana、秦岭羚牛Budorcasbedfordi等7种国家Ⅰ级重点保护野生动物，13种国家Ⅱ级重点保护野生动物，11种陕西省重点保护野生动物(李先敏等，2006；王开峰，郑生武，2006)。

引汉济渭工程于2010年开工建设，在汉江干流黄金峡及其支流子午河分别修建黄金峡水利枢纽和三河口水利枢纽蓄水，通过黄金峡抽水泵站抽提汉江干流水入黄三隧洞输至三河口水利枢纽，经联合调蓄后，由三河口的秦岭隧洞输水进入关中地区。工程存在的干扰包括：汉江干流、支流部分河道、湿地被淹没，部分陆生动物的栖息地永久性丧失；秦岭隧洞4#、5#支洞布置在保护区内，这些作业区均存在道路修建、挖掘、渣土堆放等工程，局部区域的自然景观将存在永久或临时性的改变，造成局部森林植被、森林资源损失，生态服务功能弱化；另外，工程建设中形成的泥沙和污水可能造成施工区局部河流水体轻度污染；施工噪音、人为活动增加等直接干扰野生动物。

2 研究方法

2.1 监测时间

监测时间为2015年1月—2016年12月。

2.2 监测点设置

在黄金峡水利枢纽、三河口水利枢纽、黄池沟配水枢纽和秦岭隧道5#支洞设置监测点，这4个监测点分别代表了供水区、受水区和输水沿线在施工期、运行期对秦岭生态环境直接产生影响的区域(图1)。以监测点中心位置为圆心、3 km为半径确定监测范围，并在不同方向选择兽类的典型生境、动物通道等14处位点，编号为G1-1、G1-2、G1-3、G1-4、G2-1、G2-2、G2-3、G3-1、G3-2、G3-3、G4-1、G4-2、G4-3和G4-4。在每处位点设置2台红外相机(夜鹰SG-008，创世夏汉)。相机固定于粗壮乔木树干离地高度超过100 cm的位置，朝向与兽道呈锐角或正对水源和动物有可能的活动场所；用GPS手持机(Garmin etrex 201x)记录坐标和海拔。对红外相机设置如下：(1)拍摄方式为照片+视频；(2)触发间隔为5 min；(3)记录日期及时间(张晋东等，2015)。

2.3 监测对象

选取工程作业区可能分布的秦岭大中型兽类中的保护动物作为监测对象(郑生武，宋世英，2010)。

选取遇见率和遇见频次作为监测指标。遇见率一定程度上反映了物种的数量，遇见率高表明该物种的数量相对较多。遇见频次是实际拍摄到动物的次数，同一时间段频次直接反映了同一生境动物的分布密度，不同时间段的频次变化反映了可能存在的干扰因素对动物的影响。

遇见率：Di=Ni/Nij，式中，Ni为某个物种在第i次调查中的遇见频次，Nij为在第i次调查中所有物种的总遇见频次。

平均遇见率：D=∑Di/n，式中，n为调查次数。

结果以平均值±标准误表示(张洪峰等，2011)。

图1 引汉济渭工程的监测点Fig. 1 Monitoring sites in Han-Wei water diversion project

3 监测结果

3.1 物种组成

2015年1月—2016年12月，共拍摄到可识别的动物照片5 038张，其中有效的监测照片432张。共鉴定出9种兽类保护动物，遇见频次从高到低依次为：野猪Susscrofa、黄鼬Mustelasibirica、豹猫Prionailurusbengalensis、中华鬣羚Capricornismilneedwardsii、小麂Muntiacusreevesi、中华斑羚Naemorhedusgriseus、秦岭羚牛Budorcasbedfordi、林麝Moschusberezovskii、川金丝猴Rhinopithecusroxellana。在调查期间，各物种平均遇见率存在差异，其中，野猪(39.63%±9.88%)和黄鼬(21.21%±3.53%)较常见；豹猫(13.11%±3.12%)、小麂(11.00%±3.56%)、中华斑羚(8.25%±3.45%)、中华鬣羚(5.31%±2.54%)和秦岭羚牛(1.24%±0.81%)较少；而林麝(0.16%±0.10%)和川金丝猴(0.09%±0.08%)为偶见。

3.2 物种动态变化情况

动物遇见频次有季节差异，冬、春季动物的遇见频次占全部监测结果的69.5%，明显高于夏、秋季(30.5%)。

各监测点动物遇见频次也存在差异，其中，监测点4的动物遇见频次最高，共计260次，高于其他3个监测点(χ2=4.511，P<0.05)；各监测点的平均遇见频次趋势一致(图2)。

图2 不同监测点的动物遇见频次Fig. 2 Appearing frequencies of animals at monitoring sites

从动物遇见频次的动态变化来看，2016年比2015年监测到的物种数少2种(图3)，遇见频次从275次减少到157次(图4)，降幅为42.9%。其中，监测点1的降幅最大，从2015年的68次降到2016年的3次，降幅为95.6%；监测点2、3、4的降幅分别为40.0%、15.2%和25.5%(图4)。

4 讨论

各类大型工程建设(铁路、公路、水利等)都会改变施工区域的景观，包括地表植被的破坏、野生动物栖息地的分割与侵占、原始生态系统的改变等，这将威胁物种生存，影响区域生态安全(陈利顶等，2007)。以往有关大型工程建设中野生动物监测和研究的报道多见于公路、铁路建设(裘丽，冯祚建，2004；殷宝法等，2006；李耀增等，2008；马武昌，宋子炜，2008；张光源，2017)，对水利工程中野生动物监测则较少。韩书权等(2001)采用样线法对山西万家寨引黄工程沿线进行了为期31个月的野生动物监测，发现工程区内植被破坏、野生动物栖息地丧失，给野生动物造成非常严重的影响，但该研究监测对象主要针对野生鸟类。

本次研究以秦岭山地分布的大中型兽类保护动物为监测对象，共发现9种动物，以有蹄类和食肉类为主，其中，野猪和黄鼬是监测区域的优势物种；豹猫的遇见频次相对较多，占全部记录的18.5%；而小麂、中华鬣羚、中华斑羚、秦岭羚牛相对较少，分别占10.4%、10.9%、6.9%和3.0%；林麝、川金丝猴则仅有偶然记录。除野猪和黄鼬外，其他物种不是在所有的监测点均能发现，且遇见率年间变化较大。从季节监测结果来看，春季动物的遇见频次最高，夏季最低。这个结果与山区动物的迁移习性有关。在冬、春季，动物一般先从高海拔区域向低海拔区域移动，待天气转暖又从低向高迁移，另外，冬、春季食物资源匮乏，动物觅食范围也相应扩大(Lietal.，2000)，导致这两季动物的遇见频次升高；而夏、秋季许多动物在高海拔区域活动(麻奎太等，2001)，动物因食物丰富而收缩活动范围，所以遇见频次较低。

图3 不同动物在监测点的遇见频次Fig. 3 Appearing frequencies of the recorded animals at monitoring sites

图4 2015年和2016年不同监测点的动物遇见频次Fig. 4 Animal appearing frequencies at different monitoring sites between 2015 and 2016

不同监测点的监测结果差异与其所在位置的特点有关。监测点4动物遇见频次明显高于其他3个监测点，这主要是因为监测点4位于保护区内，其野生动物栖息地相对连续且人类干扰少，与监测点1、2、3长期存在的人类活动干扰、栖息地斑块化严重的情况形成鲜明对比。另外，监测结果还显示，监测点1、2、3遇见的物种数量少于监测点4，这与物种分布的海拔有关，如秦岭羚牛、川金丝猴等珍稀动物在秦岭分布的海拔下限都超过了1 000 m(宋延龄，曾治高，1999；Lietal.，2000)。

在监测期间，遇见动物的种类和频次均发生了变化，与2015年相比，2016年各监测点动物遇见频次均呈降低趋势。对监测点进行逐一分析：①在监测期间黄金峡库区建设正式开工，监测点1的干扰性质从一般农业干扰变化工程建设干扰，一方面施工噪音对动物产生严重的惊吓，另一方面作业区的人为活动增加以及工程对当地景观的改变，驱使动物远离作业区，导致监测点动物遇见频次明显降低；物种的变化更为明显，该监测点2016年仅发现2种动物，比2015年减少4种。②在监测开始时，监测点2已经开始了4年大范围的水利施工，配套的公路建设、桥梁建设、居民动迁也在同步进行，并且该监测点临近高速枢纽，人类活动干扰严重，因此，动物种类最少、遇见频次最低。③监测点3位于浅山地带，传统农业开发干扰明显，但是相机布设位点均远离工程作业区(该施工范围仅限制在山地沟口)，因此，动物受到的仍然是传统农业干扰(挖药、放牧、养殖)，动物的遇见频次年间变化较小。④监测点4在所有监测点中生境和干扰都比较独特，一方面其位于秦岭腹地，且属于保护区范围内，此处动物种类多、数量多、活动频繁，遇到动物的几率相对较高；另一方面，当地的动物栖息地自然连接，动物在受到干扰后，可以向保护区深处迁移。虽然该监测点动物丰富度最高，但是随着工程进展，环境压力增大，动物的遇见频次和种类仍呈下降趋势。2016年没有监测到川金丝猴与林麝，其他物种的遇见频次则有升有降，但总体呈下降趋势。整体上动物的种类和数量均呈减少趋势，主要有3个原因：(1)施工改变自然景观的整体结构、绿色生命廊道的连续性，减少局部地块的生物量与生产力，影响其景观生态功能，使局域生物多样性降低；(2)施工机械噪声对兽类产生明显的驱赶作用，尤其对有蹄类、食肉类等的驱赶作用较大，使原分布区的动物数量暂时减少而改变其在该区域内的分布格局；(3)作业区人员活动的增加、工程生产生活废污水的排放等，这些人为干扰都直接或间接影响动物的选择性分布、生境状况以及动物利用沟谷走廊带的迁移活动。

引汉济渭工程对所在区域的秦岭兽类种群产生了不利影响，在监测区域存在兽类被驱赶、迁移的趋势，以及动物活动减少的现象，这将进一步影响动物群落结构和种群空间分布，应该引起工程建设管理部门的注意。

5 保护对策

为了保护本区的野生动物，维护本区的生态平衡，并在引汉济渭工程完工以及项目运行期，使工程沿线的生态系统尽快得到恢复和向良性循环的方向发展，建议采取以下措施，对工程区内的野生动物进行保护。

5.1 加强动物种群变化监测

及时掌握动物种群的动态变化是保护受工程影响的濒危物种的前提。引汉济渭工程的建设和运行周期长、范围广，对区内的濒危物种生存及生态系统安全可能产生潜在的和长期的影响，建议在工程施工区涉及范围内的村庄和农户重新调整社区共管体系，建立新的监测网络，以满足保护工作的需要。

5.2 减少动物栖息地破坏，做好恢复工程

野生动物保护重在栖息地的保护。建议在工程期间，一方面对森林、湿地植被做好保护；另一方面应根据工程进展情况及时对工程生态创伤面进行修复或重建，以保证主要保护对象栖息地的安全性和生态系统的完整性。对于临时性占地可以对表层熟化土予以收集保存，为植被的恢复奠定基础；选择当地原生植物进行恢复。对于永久性占地应选择合适的地点进行异地重建规划，恢复面积应不少于原森林及湿地面积。另外要做好渣场的覆土绿化和复垦利用，减少土壤流失。

5.3 加强动物保护宣传，减少人为干扰

人为干扰是引汉济渭工程对动物影响的主要因子，特别是增加的流动人口加大了当地野生动物管理的难度。因此，在项目实施期间要进一步加大野生动物保护法的宣传力度，提高作业人员和当地居民对野生动物的保护意识，从严打击捕杀野生动物的不法行为，杜绝猎杀保护动物的现象。在施工进度安排时还应充分考虑野生动物的生活习性，尽可能避开野生动物活动频繁的季节和时段，严禁在觅食期、繁殖期和主要活动期施工。

致谢：感谢陕西省引汉济渭工程建设有限公司各位领导与员工给予的帮助与便利；衷心感谢参与野外监测工作的工作人员的辛苦付出。