基于红外相机技术的佛坪国家级自然保护区豹监测初报

冯水园，曹 庆，朱大鹏，李 涛

(陕西佛坪国家级自然保护区管理局，陕西 佛坪 723400)

1 引言

红外相机技术(camera-trapping)作为一种新兴的研究技术，具有准确性、长期性、隐蔽性和无损伤性等特点[1]，适合于探测活动隐蔽、数量稀少的野生动物，现今广泛应用于鸟类和兽类调查中[2，3]，它不仅可以提供物种分布的准确证据，还可以用来研究其行为活动和种群密度[4]。近10多年来，国内外红外相机技术应用迅速发展，多见于野生动物种群监测、多样性调查、种群密度评估等科研和保护工作中[5]。

豹(Pantherapardus)属猫科，食肉目豹属，其全身棕黄色且遍布黑褐色金钱花斑，又名金钱豹，身体强健、动作敏捷、能跳善爬、会游泳、性情凶猛狡猾，常栖于丛林、丘陵，性狡猾，常栖于丛林、丘陵、岩石洞穴之中。昼伏夜出，傍晚和清晨是其活跃期，常隐伏林间或草丛偷袭、捕杀草食动物、灵长动物等为食，平时喜单独活动[6]。

豹广泛分布于全球各地，适应能力较其他大型猫科动物强，总体的生存环境也较其他大型猫科动物更适宜。历史上，金钱豹曾广布于除干旱戈壁沙漠和海拔4000 m上西部山地之外的中国全境[7]。但是有些豹亚种的现状并不是很乐观，在中国分布的豹的亚种，如东北豹、华北豹和华南豹在IUCN的濒危等级中分别是极危、濒危和易危[8]。随着社会经济的发展，人口的剧增，人类活动在各个水平和层次上的强度加大，豹的栖息地大幅度缩小，种群数量也大幅度降低[9]。研究表明，金钱豹在中国急剧减少，现存金钱豹种群小(<50个体)且分散，主要存在于相互孤立的自然保护区中，使得它们面临着较高的局地灭绝的风险[7]。

陕西自古以来广泛分布着众多国家级重点保护野生兽类。由于人口猛增，经济活动加剧，森林等植被遭到严重的破坏，致使大熊猫等野生动物的栖息环境不断地恶化，部分地区逐渐缩小，加之一段时间的乱捕滥猎，虎豹的数量急剧下降[10]。金钱豹可能是目前秦岭地区最大的食肉猛兽，它处于食物链顶端，对维持物种的种群平衡、生态系统平衡有重要作用[11，12]。

金钱豹在陕西曾广泛分布于黄桥林区、关山林区及秦岭林区。在20世纪80、90年代由于林区采伐作业等人为活动，金钱豹在陕西省已呈现濒危状态。随着90年代末国家退耕还林、天然林保护等重点生态工程的实施，金钱豹在全省的数量和活动区域在逐年增加。2004年以来凤翔、黄陵、佛坪、永寿、富县等县发现活体金钱豹[13]。

本文通过对2020年3月到2021年2月份间红外相机数据进行整理分析，得到陕西佛坪国家级自然保护区豹的分布格局，以期更好地为保护区长期监测及保护豹提供理论依据和技术支持。

2 研究区域

陕西佛坪国家级自然保护区(以下简称佛坪保护区)位于陕西秦岭中段南麓佛坪县境内，地理坐标为107°41′～107°55′E, 33°33′～3°46′N，1978年12月份经国务院批准建立，是以保护大熊猫(Ailuropodamelanoleuca)和森林生态系统为主的国家级自然保护区，是秦岭地区生物多样性最为丰富的区域。区内最低海拔980m，最高海拔2904m，总面积292.40 km2，森林覆盖率98.5%，属于北亚热带向暖温带过渡的山地气候，区内有凉风垭、三官庙、大古坪、岳坝4个保护站。

佛坪保护区内动植物资源丰富，珍稀濒危动物种类繁多，有陆生脊椎动物32目101科452种[14]，其中国家I级重点保护野生动物有大熊猫、川金丝猴、秦岭羚牛、林麝、豹等14种;国家Ⅱ级重点保护野生动物65种[15]。

3 研究方法

3.1 红外相机的布设

佛坪保护区根据保护区功能区域划分并结合地形地貌特征，在全区布设了98台红外相机 (图1)，主要布设在动物活动的通道、水塘等附近的活树干上，安装高度50～120 cm。相机安装好后，记录安装的日期、时间、相机编号、GPS位点、海拔、坡度、坡向、距水源距离、植被状况等信息。红外相机设置为拍照+摄像模式，先连拍3张照片，然后摄像15～20 s，触发间隔时间0 s，全天24 h拍照，照片大小12 M，视频规格1080 p。每3～4个月更换1次电池并回收照片和视频数据，相机安装最低海拔1226m，最高海拔2487m。

图1 陕西佛坪国家级自然保护区红外相机布设

3.2 红外相机数据处理

3.2.1 数据获取

将拍摄的照片与视频数据按照相机布设点编号，删除连续空拍、无用的照片和视频，仅保留有拍摄对象的照片，同时核对并校正照片拍摄日期。利用Bio-Photo(V2.0)软件程序对拍摄照片进行分析，生成Excel文件,如表1所示。

表1 红外相机数据经Bio-Photo(V2.0)软件处理后分析

3.2.2 数据录入与处理

读取照片和视频，进行判读与物种鉴定，填写表格中的各列信息。同一只(群)动物在相机前持续活动时，记录第一次拍摄照片或视频作为“独立捕获首张”，在此列处录入“1"，即为有效捕获照片，其余记录条目中此列保留空白。同一种动物反复多次被相机捕获的情况，若时间间隔小于30 min，则认为是同一次捕获事件，取一张有效捕获照片;如时间间隔大于30 min，则记录为2次独立捕获事件，取2张有效捕获照片(表2)。

表2 红外相机分析

3.3 红外相机数据分析方法

3.3.1 豹相对多度指数

相对多度指数(relative abundance index, RAI)是以红外相机数据为基础，表征动物种群相对多度大小的指标[16]公式如下:

RAI=(Ni/N)×100

(1)

式(1)中，RAI代表豹的相对种群数量；Ni代表豹的有效探测次数；N代表相机工作日天数[17]。

3.3.2 豹年活动节律和季节活动节律

特定时间段内动物被红外相机记录到的概率与其本身活动强度成正相关[18],因此相对多度指数的大小可以反映豹的活动强度。公式如下：

MRAI=(Dij/Ni)×100

(2)

式(2)中，MRAI(monthly relative abundance index )代表全年12个月中每个月份区间豹的月相对多度指数；Ni代表豹的有效探测次数；Dij代表豹在时间段j(月时间段)中出现的独立探测次数。

根据豹在各个月份和季节的相对多度指数大小，分析其年和季节活动节律。根据物候特征，定义3～5月份为春季，6～8月份为夏季，9～11月份为秋季，12月至翌年2月份为冬季。

4 研究结果

4.1 红外相机工作状况及豹拍摄概况

经统计，2020年3月至2021年2月份，佛坪保护区安装98台红外相机，损坏12台，红外相机累计有效工作日23252 d，共收集到48173个照片或视频文件，其中野生动物的独立探测7349次。有6台红外相机共获得豹的37条记录，其中豹的独立探测次数为12次，占野生动物独立探测次数的0.163%(图2)。

图2 监测到豹影像数据的红外相机点位示意

豹相对多度指数是0.0516,海拔高度区间为1799～2012 m，拍摄到豹最早和最晚时间分别为2020年3月份和2021年2月份。图3是拍摄到的具代表性的豹照片。

图3 佛坪保护区拍摄的豹照片

4.2 豹活动节律

豹的年活动高峰是3、4月份。从5月份开始豹的活动逐渐减少，在12月份逐渐活跃。从季节上看，豹在春季最活跃，冬季次之，夏季活动最少 (图4)。

图4 佛坪保护区豹月活动节律

豹的日活动强度在15:00后逐渐活跃， 一直持续到21:00后开始减少活动；7：00～10：00豹日活动出现小高峰。

拍摄到豹活动的影像数据最低环境温度是-2 ℃，最高环境温度是20 ℃，平均环境温度为6.83 ℃。

5 讨论

佛坪保护区豹栖息地海拔高，地形复杂，气候多变，区内完全无交通设施，豹作为大型猛兽，种群数量少、性情机敏、隐蔽性强，传统的研究方法如样线法、监测法实施难度大且准确性不易估计。红外相机技术在珍稀濒危野生动物、夜行性动物、新发现等强隐蔽性动物监测中有特殊的作用，本研究表明，红外相机技术在佛坪保护区的豹科学研究中具有较强的适用性。

本研究中豹的独立探测次数较小，一是由于豹作为大型猫科动物种群密度极低，极难拍摄探测；二是佛坪保护区内野生动植物丰富，经常出现野生动物“玩耍”“摔坏”相机等现象，加之夏秋季草木丰盛致使空拍浪费电池电量，红外相机的有效拍摄相对较少。三是红外相机布设未遍布全区，佛坪保护区内地形复杂，完全无交通设施，红外相机是沿着小路、兽道等容易达到的地方进行布设的，相对减少了豹的拍摄探测。四是红外相机探测有一定的局限性，只能探测实体，而无法监测足迹、食迹等辅助信息，加之豹的行动迅敏致使延迟拍摄的红外相机空拍，从而造成监测数据的偏差。如需获得豹更准确、详细的科研数据，必须通过长期科学的多种监测方法。

根据一年的红外相机探测数据发现区内豹仅分布在大古坪保护站管辖地的西河区域，分布比较集中，豹种群数量很少，但有研究发现区内三官庙一带也有豹的分布(红外相机19次在山脊和沟谷记录到豹白天和晚上在三官庙和大古坪西河区域的活动影像)[19]，还有三官庙工作人员曾在三官庙区域目击豹的活动，说明佛坪保护区内豹的分布及种群数量极有可能更大，需要进一步的研究调查。

豹作为大型掠食者，是生态系统的指示性物种之一，陕西秦岭区域经常出现其活动痕迹。2008年10月份陕西长青国家级自然保护区首次用红外相机拍摄到野生豹的影像，之后相继在黄柏塬保护区、周至保护区等秦岭自然保护区群中至少33次拍摄到野生豹的活动影像[20]。豹频繁出没在秦岭片区，对维护生态系统平衡起着至关重要的作用，研究秦岭片区的豹分布、种群数量、栖息地等学术问题需要科学研究者的广泛关注，从而为豹种群的发展、栖息地及保护区的规范化管理提供科学依据。

此研究基于豹红外相机独立探测次数进行研究豹的活动节律，由于探测次数十分有限，其反应的豹各项活动节律仍需大量数据更进一步研究分析。另外，红外相机布设时还应记录水源距离、坡度、坡位、生境等信息，视频数据中也有月相等信息，基于红外相机的多种野生动物研究应进一步挖掘此类信息，以获得更多研究成果。

应用红外相机技术监测野生动植物是一个长期且复杂的过程，佛坪保护区还需要加强和完善红外相机调查监测管理及研究，以获得更多研究数据，为动植物保护管理提供重要参考依据。

致谢：野外工作得到了陕西佛坪国家级自然保护区保护站全体职工的帮助，在此表示衷心的感谢!