基于红外相机技术对蟒河保护区鸟兽多样性的调查

张建军，焦慧芳

（山西阳城蟒河猕猴国家级自然保护区管理局，山西 阳城048100）

山西阳城蟒河猕猴国家级自然保护区（以下简称蟒河保护区）位于山西省东南部阳城县境内、南界与河南太行山猕猴国家级自然保护区接壤，地理坐标为112°22′10″～112°31′35″E，35°12′30″～35°17′20″N.1983年12月经山西省人民政府批准始建，1998年8月经国务院批准晋升为国家级自然保护区，是以保护猕猴和森林生态系统为主的国家级自然保护区，是山西高原向太行山区过渡，太行山脉与中条山脉交汇的区域，区内地貌强烈切割，地形变化明显，境内最高峰指柱山，海拔1 572.6m，拐庄为最低点，海拔仅有300m，相对高度差1 272.6m.保护区总面积5 573.00hm2，森林覆盖率90%，属暖温带季风型大陆性气候，是东南亚季风的边缘地带，年平均气温15℃，最高气温38℃，年降雨量750～800mm.区内的河流均属黄河水系，主要有后大河、阳庄河两条河流，在黄龙庙汇集后称蟒河，蟒河源头为出水洞，年出水量760万m3.保护区内设蟒河、东山、树皮沟、索龙4个保护站，其中东山保护站和蟒河、树皮沟管辖的部分片区为保护区的核心区.

蟒河保护区为山西动植物资源的富集区，区内有种子植物103科390属874种，区内植被区划分属于暖温带落叶阔叶林带，处亚热带向暖温带的过渡地带，以栓皮栎（Quercusvariabilis）、橿子栎（Quercusbaronii）为主的栎类落叶阔叶林群落，结构完整，具有很高的科研价值［1］.保护区成立以来，陆续开展了野生动物资源调查，记录兽类7目16科40种，鸟类15目36科151种［2-3］.近年来，受地方经济转型发展的影响和生态旅游的开展，保护区内部分区域自然生态环境也受到不同程度的干扰，以往传统的调查方法，无法全面反映保护区内现有野生动物的分布状况和保护现状.

红外相机技术通过自动相机系统获取野生动物照片、视频等图像数据，在自然保护区监测自然保护区物种资源编目中具有广泛的应用前景［4］.近年来，红外相机技术已作为一种调查自然保护区兽类和鸟类多样性的有效方法，应用于大中型地栖兽类和鸟类调查，获取了许多野生动物行为、种群和群落的相关信息［5-8］.对于蟒河保护区内利用红外相机对野生动物多样性调查的研究还未见有报道.为了填补这一空白，在蟒河保护区全区范围内布设被动触发式红外相机，对兽类和鸟类资源进行全面调查，旨在掌握区内野生动物的最新种群状况，为保护区野生动物资源保护和长期监测积累基础资料.

1 研究方法

1.1 红外相机布设

2018年11月至2019年12月，根据保护区功能区域划分，结合保护区地形地貌、海拔梯度、植被林分等特征，借助地理信息系统（Arcgis10.5）将蟒河保护区划分为38个1.5km×1.5km的网格（图1），每个网格内布设1～2台红外相机，同一网格内以及网格间的所有位点之间间隔距离大于300m，以增加相机调查覆盖区域，并减少不同相机之间对相同个体的重复拍摄，全区共布设红外相机38台（型号为Ltl-6210MC）.相机安装海拔范围为400～1 350m，位点附近小生境以栓皮栎（Quercusvariabilis）、连翘（Forsythiasuspensa）、胡枝子（Lespedezabicolor）、荆条（Vitexnegundovar.heterophylla）、白草（Pennisetumcentrasiaticum）为主.相机布设和设置参考相应监测规范［9］，并根据布设地点具体情况做适当调整.相机主要布设在动物活动的兽径岔道、山脊处、水源点等附近，安装在离地面30～60cm的树干上，相机安装好后，记录安放的日期、GPS位点、海拔、植被类型和特征及其他环境因子参数.

图1 山西阳城蟒河猕猴国家级自然保护区红外相机监测网格和点位图

相机设置为照片+视频模式，照片用于物种鉴定，视频用于动物行为学研究和物种鉴定.照片规格为12 MP（1 200万像素），视频规格为1 440×1 280，传感器灵敏度中等，触发间隔1s，每次触发连续拍摄3张照片和一段10s长度的视频，两侧辅助感应器打开，记录正确日期及时间.红外相机使用32GB Sandisk SDHC（读取速度80／s）记忆卡存储照片／视频数据，使用12节南孚AA碱性电池供电.监测期内通常3～4个月进行一次相机检查，更换记忆卡和电池.

1.2 数据处理和分析

1.2.1 物种识别与分类

将完成监测回收到的数据下载到计算机，对每一台相机图片或视频进行筛选，删除非动物触发造成误拍的影像.利用Photoshop CC 2019对曝光不足的图像进行对比度、色彩、饱和度等操作处理，对所有照片和视频进行仔细鉴别，兽类物种的鉴定参考《中国兽类野外手册》［10］、《中国哺乳动物多样性（第2版）》［11］，鸟类物种的鉴定参考《中国鸟类野外手册》［12］，兽类和鸟类物种的分类参考《中国动物地理》、《中国鸟类分类与分布名录（第3版）》［13，14］.国家重点保护等级参考《国家重点保护野生动物名录》［15］，国际自然保护联盟（IUCN）濒危等级参考IUCN红色名录，中国生物多样性红色名录参考中国脊椎动物红色名录［16］.

1.2.2 独立有效照片

相机日为单台红外相机持续工作24h记为1个相机日.对同一台相机在同一地点拍摄的同一物种照片或时间间隔小于30min的连续照片算作1张独立有效照片，无论单张照片中出现的同种个体数量多少均记为一个独立有效照片数据［17］.利用Excel 2019对兽类和鸟类物种有效捕获照片数量进行统计分析.

1.2.3 物种相对多度指数

通过计算每个物种的相对多度指数R（Relative abundance index，RAI）来衡量保护区内兽类和鸟类的相对种群数量［18］，计算公式如下：

其中，Ai代表第i种（i=1-i）动物出现的独立有效照片；N为总相机工作日.对于同一相机位点拍摄的照片，将时间间隔小于30min的同种个体的相邻有效照片确定为1张独立有效照片，总相机的工作日为所有相机位点正常工作累计的捕获日.Ai／N即每天拍摄目标物种的独立有效照片数量，100表示以每100d为单位，即每100个相机工作日所拍摄的目标物种的独立有效照片数［19，20］.

2 研究结果

2.1 监测情况

数据来自38台正常工作的红外相机.在累计5 028个捕获日中，共收集独立有效照片3 136张，其中兽类独立有效照片1 173张，占总数的37.40%；鸟类独立有效照片1 151张，占总数的36.71%；人类活动和家畜独立有效照片812张，占总数的25.89%.见表1.

表1 山西阳城蟒河猕猴国家级自然保护区红外相机监测所获得的兽类和鸟类记录

2.2 物种组成

2.2.1 兽类

兽类共鉴定出6目12科18种，其中华北豹（Pantherapardusfontanierii）、原麝（Moschusmoschiferus）、林麝（Moschusberezovskii）3种国家Ⅰ级保护野生动物，猕猴（Macacamulatta）、黄喉貂（Martesflavigula）2种国家Ⅱ级保护野生动物，普通刺猬（Erinaceuseuropaeus）为山西省重点保护野生动物.原麝（Moschusmoschiferus）为保护区新记录种.

在IUCN红色名录中，华北豹（Pantherapardusfontanierii）被列为“近危（NT）”保护等级，原麝（Moschusmoschiferus）、林麝（Moschusberezovskii）被列为“濒危（EN）”保护等级.其余15个物种都被评为“无危（LC）”.在中国生物多样性红色名录中，华北豹（Pantherapardusfontanierii）被列为“濒危（EN）”保护等级，原麝（Moschusmoschiferus）、林麝（Moschusberezovskii）被列为“极危（CR）”保护等级，豹猫（Prionailurusbengalensis）被列为“易危（VU）”保护等级，花面狸（Pagumalarvata）、赤狐（Vulpesvulpes）、猪獾（Melesleucurus）、亚洲狗獾（Melesleucurus）、黄喉貂（Martesflavigula）、狍（Capreoluspygargus）被列为“近危（NT）”保护等级.

兽类相对多度指数较高的前5位依次为：野猪（Susscrofa，R=7.08）、猪獾（Melesleucurus，R=4.43）、猕猴（Macacamulatta，R=2.74）、草兔（Lepuscapensis，R=2.31）、岩松鼠（Sciurotamiasadvidianus，R=2.09）.

2.2.2 鸟类

鸟类鉴定出9目17科47种，，其中黑鹳（Ciconianigra）为国家Ⅰ级保护野生动物，普通鵟（Buteo buteo）、雕鸮（BuboBubo）、苍鹰（Accipitergentilis）、灰林鸮（Strixaluco）、灰脸鵟鹰（Butasturindicus）、红脚隼（Falcovespertinus）、红隼（Falcotinnunculus）、勺鸡（Pucrasia macrolopha）、红腹锦鸡（Chrysolophuspictus）9种为国家Ⅱ级保护野生动物，冠鱼狗（Cerylelugubris）、星头啄木鸟（Dendrocoposcanicapillus）2种为山西省重点保护野生鸟类.红头长尾山雀（Aegithalosconcinnus）、噪鹃（Eudynamysscolopaceus）等2种为山西省新记录种，与保护区鸟类名录相比，分别是雕鸮（BuboBubo）、苍鹰（Accipitergentilis）、灰林鸮（Strix aluco）、灰脸鵟鹰（Butasturindicus）、红脚隼（Falcovespertinus）、红腹锦鸡（Chrysolophuspictus）、火斑鸠（Oenopopeliatyanquebarica）、普通翠鸟（Alcedohercules）、大斑啄木鸟（Dendrocoposmajor）、灰头绿啄木鸟（Picuscanus）、红喉歌鸲（Luscinisauroreus）、宝兴歌鸫（Turdusmupinensis）、虎斑地鸫（Zootheradauma）、斑胸钩嘴鹛（Pomatorhinusgravivox）、红头长尾山雀（Aegithalosconcinnus）等15种鸟类为保护区新记录种.

在中国生物多样性红色名录中，黑鹳（Ciconianigra）被列为“易危（VU）”保护等级，红腹锦鸡（Chrysolophuspictus）、普通鳾（Sittaeuropaea）被列为“近危（NT）”保护等级.

鸟类相对多度指数较高的前5位依次为：红腹锦鸡（Chrysolophuspictus，R=7.52）、大嘴乌鸦（Corvus macrorhynchos，R=2.74）、勺鸡（Pucrasiamacrolopha，R=2.55）、红嘴蓝鹊（Urocissaerythrorhyncha，R=1.95）、喜鹊（Picapica，R=1.51）.

3 讨论

在红外相机调查中，相对多度指数被广泛应用于评估动物的种群相对大小，但在红外相机调查中采用相对多度指数来评估野生动物的种群数量还需谨慎［17］.本次调查结果显示，保护区内除野猪、猪獾、猕猴、草兔、岩松鼠等种群数量较高外，其余兽类的种群密度均较低，比较保护区原有兽类名录［2］，艾虎（Mustelaputorius）、复齿鼯鼠（Trogotppterusxanthipes）均未被调查到，推断这些物种在保护区的种群密度极低或者已经消失，人为活动的干扰和自然环境的变化可能是影响这些物种种群密度降低的主要原因，建议进一步扩大红外相机布设的空间范围，并结合访问法，对物种分布的重点区域开展重点监测，以证实这些物种是否存在的依据.本次调查记录到的兽类主要为大中型兽类，小型兽类较少，主要原因是小型兽类中的鼠类多为夜行性种类，红外相机所捕获的照片无法鉴定到种，这是使用红外相机进行调查需要慎重对待的一个问题［6，8，21］，对于啮齿类动物的调查还需要结合布设捕鼠夹等方法，开展有针对性的专项调查，以完成对保护区兽类的全面调查工作.

本次调查只在8个网格内拍摄到36张华北豹的独立有效照片，且发现华北豹的网格点位集中在保护区东南部的捉驴驮、拐庄，并且在保护区北界的豹榆树至三盘山、花园岭均有独立有效照片，故推测蟒河保护区是华北豹迁徒活动的主要廊道.本次调查在保护区的核心区东山区域和北界的实验区辉泉区域的14个红外相机点位拍摄到当地群众放牧、采药的照片，表明保护区内人类活动仍比较频繁.近年来，这两个区域均有群众反映自家放牧的牛羊被华北豹捕食的情况.这与红外相机调查显示的华北豹与家畜活动区域相重叠的实际吻合，可以作为野生动物造成群众损失的补充依据.赵益善等在蟒河保护区调查报告中记录了狼（Canis lupus）的存在，但目前在保护区及周边已经消失了［7］.

本次记录的44种鸟类中，除红腹锦鸡、大嘴乌鸦、勺鸡、红嘴蓝鹊、喜鹊外，其余鸟类的相对多度指数均较低.本次调查没有发现国家Ⅰ级保护鸟类金雕，可能原因是金雕在地面活动很少.相对于个体较大的地栖性鸟类，一些个体小、飞行速度快和活动区域离地面较远的鸟类，也难以被红外相机拍到.本次调查记录到的鸟类新记录种比1998年的调查［3］增加了15种，表明红外相机本身的优势和安装方式，对地栖鸟类的调查是适用的，把传统的样线法与红外相机调查技术相结合，可以有效地完成保护区内鸟类资源的调查.

续表1

续表1

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本次调查初步反映了保护区内大中型兽类和林下活动的鸟类的基本情况，蟒河保护区兽类和鸟类较多，但华北豹、黄喉貂等顶级捕食者相对多度较低，保护区面积较小，核心区内还有村庄，对野生动物的栖息、迁移、活动造成了一定的影响，与张建军等所做的社会调查结果一致［1］.通过建立红外相机监测网络，保护区可以全面地掌握区内野生动物组成及分布区域状况，从而制定有针对性的保护措施，建议进一步加强对保护区内野生动物的保护和监测，减少重点区域的人为干扰，加大对野生动物栖息地的保护力度.