王 亮，裴鵬祖，任廷鋒，田瑞祥，李 果

(1.甘肅安西極旱荒漠國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局,甘肅 瓜州 736100 ；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院生物多樣性研究中心，北京 100012)

野生動(dòng)物多樣性監(jiān)測(cè)是生物多樣性資源管理的關(guān)鍵，也是自然保護(hù)區(qū)開(kāi)展保護(hù)管理工作的基礎(chǔ)[1]。開(kāi)展區(qū)域野生動(dòng)物野外監(jiān)測(cè)有助于了解區(qū)域野生動(dòng)物物種多樣性，其監(jiān)測(cè)信息不僅能反映該保護(hù)區(qū)生物多樣性的動(dòng)態(tài)變化，有利于保護(hù)與管理珍稀瀕危物種，而且也能為保護(hù)生物多樣性以及保護(hù)區(qū)管理規(guī)劃等工作提供基礎(chǔ)資料[2-3]。近年來(lái)，紅外觸發(fā)相機(jī)技術(shù)能進(jìn)行全天候持續(xù)監(jiān)測(cè)，廣泛應(yīng)用于陸生脊椎動(dòng)物(獸類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi))的監(jiān)測(cè)、保護(hù)與管理，極大地促進(jìn)了野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展[4-7]。紅外相機(jī)調(diào)查技術(shù)是一種非損傷性技術(shù)手段，避免了因調(diào)查或者采集樣本等直接傷害動(dòng)物，具有“準(zhǔn)確性、長(zhǎng)期性、非損傷性”等優(yōu)點(diǎn)，已成為野生動(dòng)物本底資源調(diào)查和生物多樣性監(jiān)測(cè)的重要手段[8-9]，尤其在山區(qū)野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)中能夠發(fā)揮很大的作用。在具有一定數(shù)量設(shè)備和人員的前提下，通過(guò)持續(xù)的監(jiān)測(cè)能夠獲得更多直觀、準(zhǔn)確的野生動(dòng)物物種信息，尤其是可以記錄到許多隱蔽性強(qiáng)、活動(dòng)范圍廣的物種[10-12]。因此，紅外相機(jī)技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于野生動(dòng)物生態(tài)學(xué)和保護(hù)學(xué)的野外研究[13-14]。

安西極旱荒漠國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)地處甘肅河西走廊西端，主要保護(hù)對(duì)象為極旱荒漠生態(tài)系統(tǒng)，自1987年6月成立以來(lái)，先后3次采用傳統(tǒng)調(diào)查方法對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)的動(dòng)物種類(lèi)和數(shù)量進(jìn)行了全面調(diào)查[15-17]。2012年6月，在保護(hù)區(qū)冰洞子溝、巴爾峽、長(zhǎng)山子3個(gè)區(qū)域共布設(shè)了20部紅外觸發(fā)相機(jī)，開(kāi)展了紅外相機(jī)技術(shù)在荒漠山區(qū)野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究，獲取了大量野生動(dòng)物影像資料，探討紅外觸發(fā)相機(jī)技術(shù)在荒漠山區(qū)野生動(dòng)物調(diào)查中的優(yōu)缺點(diǎn)[10]。此后，保護(hù)區(qū)陸續(xù)在多處野生動(dòng)物重點(diǎn)棲息區(qū)域布設(shè)了紅外相機(jī)，至目前區(qū)內(nèi)累計(jì)布設(shè)紅外相機(jī)85部。本研究通過(guò)紅外相機(jī)技術(shù)對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)野生動(dòng)物重點(diǎn)棲息地“冰洞子溝”一帶鳥(niǎo)獸資源現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，選擇2017年5月—2019年9月布設(shè)20部紅外相機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，摸清了該區(qū)域內(nèi)大中型哺乳動(dòng)物和地面活動(dòng)鳥(niǎo)類(lèi)的種類(lèi)、數(shù)量、分布以及人為影響等情況，評(píng)估其物種多樣性以及生物多樣性保護(hù)成效，為保護(hù)區(qū)野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)和保護(hù)管理提供參考[18]。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

安西極旱荒漠國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“保護(hù)區(qū)”)位于甘肅省瓜州縣境內(nèi)，由南北2片組成，總面積80萬(wàn)hm2，海拔 1 300～3 300 m，主要由低山丘陵、剝蝕準(zhǔn)平原地形和山前沖積平原3種地貌組成。保護(hù)區(qū)地處中亞內(nèi)陸，氣候極端干旱，年均降水量52 mm。境內(nèi)現(xiàn)有高等植物63科210屬455種，主要以典型的中亞四大荒漠植物泡泡刺(Nitrariasphaerocarpa)、紅砂(Reaumuriasoongorica)、合頭草(Sympegmaregelii)、珍珠豬毛菜(Salsolapasserina)及裸果木(Gymnocarposprzewalskii)為保護(hù)對(duì)象。脊椎動(dòng)物29目65科210種，列入《國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)植物名錄》的有普氏野馬(Equusprzewalskii)、蒙古野驢(Equushemionus)、雪豹(Unciauncia)、北山羊、金雕、白唇鹿(Gervusalbirostris)、鵝喉羚(Gazellasubgutturosa)、巖羊(Pseudoisnayaur)、盤(pán)羊等35種[15-17,19-20]。

冰洞子溝地處保護(hù)區(qū)北片緩沖區(qū)，位于東經(jīng)95°36′55″～ 95°42′40″,北緯41°22′20″～ 41°19′15″，東西長(zhǎng)8 km，南北寬6 km,面積約 3 700 hm2，屬低山丘陵地帶，海拔 2 030～2 220 m。區(qū)域內(nèi)植物資源豐富，主要植被類(lèi)型為灌草叢，主要優(yōu)勢(shì)種有戈壁針茅(Stipagobica)、芨芨草(Achnatherumsplendens)、合頭草、松葉豬毛菜(Salsolalaricifolia)、短葉假木賊(Anabasisbrevifolia)、白皮錦雞兒(Caraganaleucophloea)、彎刺薔薇(Rosabeggeriana)和寬苞水柏枝(Myricariabracteata)等。周邊大中型動(dòng)物有普氏野馬、蒙古野驢、北山羊、鵝喉羚、盤(pán)羊、赤狐、狼等。

1.2 相機(jī)布設(shè)

1.2.1相機(jī)布設(shè)方案

在冰洞子溝觀測(cè)樣地，通過(guò)GIS軟件制成1×1 km2網(wǎng)格，網(wǎng)格之間盡量保持連續(xù)，預(yù)設(shè)相機(jī)位點(diǎn)通常為每個(gè)網(wǎng)格的中心點(diǎn)，在地圖上標(biāo)注坐標(biāo)位點(diǎn)。根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)域的行走路線確定相機(jī)布設(shè)的路徑，預(yù)設(shè)相機(jī)位點(diǎn)坐標(biāo)置入GPS導(dǎo)航儀。通過(guò)GPS導(dǎo)航找到預(yù)設(shè)相機(jī)位點(diǎn)，并以此位點(diǎn)為圓點(diǎn)，在200 m為半徑的圓內(nèi)尋找合適相機(jī)安放的位置，不同網(wǎng)格之間的2個(gè)相機(jī)相隔距離不得小于500 m。通常設(shè)置在動(dòng)物痕跡(糞便、足跡和遺落物等)較多的地點(diǎn)(獸徑、水源點(diǎn)等)。研究區(qū)相機(jī)布設(shè)信息見(jiàn)表1和圖1。

圖1 保護(hù)區(qū)功能分區(qū)及相機(jī)位點(diǎn)布設(shè)

表1 冰洞子溝區(qū)域紅外觸發(fā)相機(jī)布設(shè)信息

1.2.2相機(jī)布設(shè)方法

相機(jī)固定于離地面50～ 80cm 的鐵支架上，相機(jī)鏡頭基本與地面平行或略往下，均朝向西北或北，以防止陽(yáng)光直射對(duì)相機(jī)成像的影響。相機(jī)安裝前先拍攝一張照片，檢查是否能正常工作，安裝和取卡時(shí)，均需要拍攝一張有相機(jī)位點(diǎn)信息(相機(jī)位點(diǎn)編號(hào)、日期)的白板照片。同時(shí)還需記錄相機(jī)放置的日期、GPS 位點(diǎn)、海拔、 坡度、坡向和動(dòng)物痕跡、人為干擾、植被類(lèi)型等其它生境信息。

1.2.3相機(jī)參數(shù)設(shè)置

布設(shè)的相機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)TL6210MC和東方紅鷹E1B型紅外觸發(fā)相機(jī)，使用前需要對(duì)其有關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。重要參數(shù)包括：日期和時(shí)間(相機(jī)安放當(dāng)前日期)、相機(jī)拍攝模式(設(shè)定為3連拍或3連拍+10s視頻)、圖片像素(12MP)、視頻像素(720P)、視頻長(zhǎng)度(10s)、時(shí)間間隔(5s)、密碼(關(guān))、靈敏度(獵科為中，東方紅鷹為低)、定時(shí)(關(guān))。每隔5～7個(gè)月對(duì)相機(jī)進(jìn)行檢查，并收集數(shù)據(jù)，適時(shí)更換電池和內(nèi)存卡。

1.3 數(shù)據(jù)處理

相機(jī)拍攝的照片下載到計(jì)算機(jī)后，記錄拍攝的時(shí)間、照片中的動(dòng)物種類(lèi)、數(shù)量等數(shù)據(jù)，按照相機(jī)編號(hào)建立文件夾，分別將所拍攝的照片存入對(duì)應(yīng)的文件夾，以使照片與相機(jī)相對(duì)應(yīng)。物種鑒定主要參考《中國(guó)獸類(lèi)野外手冊(cè)》和《中國(guó)鳥(niǎo)類(lèi)野外手冊(cè)》。對(duì)于同一個(gè)地點(diǎn)紅外相機(jī)拍攝的照片，將時(shí)間間隔小于1h的同一種動(dòng)物的連續(xù)照片算作1張，作為1次拍攝，即為1張獨(dú)立照片(independent photograph,IP)。

通過(guò)計(jì)算獸類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)相對(duì)豐富度指數(shù)(relative abundance index,RAI)來(lái)衡量區(qū)域內(nèi)獸類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)的相對(duì)種群數(shù)量，公式計(jì)算為：

式中，RAI為物種相對(duì)豐富度；Ai為第i類(lèi)(i=1,2,3…)動(dòng)物出現(xiàn)的相片數(shù)；N為相片總數(shù)[21]。

采用動(dòng)物的拍攝率(capture rate,CR)作為其相對(duì)多度的指標(biāo)，公式計(jì)算為：

式中，Ni為拍攝的第i類(lèi)動(dòng)物(i=1,2,3… )個(gè)體的獨(dú)立照片總數(shù)；T為總有效拍攝日，指相機(jī)在監(jiān)測(cè)期間總天數(shù)中除去相機(jī)維護(hù)損壞卡滿的天數(shù)[22]。

為探究本次調(diào)查在時(shí)間上是否滿足物種多樣性調(diào)查的強(qiáng)度，采用EstimateS軟件，基于整個(gè)調(diào)查期內(nèi)所拍攝到物種數(shù)的頻次建立統(tǒng)計(jì)模型，估計(jì)、比較基于抽樣數(shù)據(jù)的物種組合的多樣性和組成狀況[23-25]。本次調(diào)查將所拍攝到鳥(niǎo)獸物種總數(shù)以30個(gè)相機(jī)日(1月)為1次積累調(diào)查，并相應(yīng)統(tǒng)計(jì)各物種出現(xiàn)的頻次(出現(xiàn)為1，未出現(xiàn)為0)，結(jié)果生成矩陣導(dǎo)入EstimateS軟件，隨機(jī)運(yùn)行 1 000次，得到以時(shí)間為自變量，物種數(shù)為應(yīng)變量的稀疏曲線的樣本數(shù)據(jù)，在Excel中繪制物種稀疏曲線。

2 結(jié)果與分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，監(jiān)測(cè)樣地20部相機(jī)的總工作日為 10 367 天，共拍攝照片 36 510 張，其中，動(dòng)物照片 12 061 張(33.03%)，未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)動(dòng)物的空白照片 20 899(57.24%)，牲畜和人為干擾等照片 2 033 張(5.57%)，分析后獲取有效獨(dú)立照片 2 167 張。可以看出，空拍比例較高，超過(guò)總照片的半數(shù)。經(jīng)鑒定，共拍攝到15種動(dòng)物，隸屬2綱8目12科14屬(表2)。

表2 監(jiān)測(cè)獸類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)的物種名錄

物種稀疏曲線結(jié)果顯示(圖2)，獸類(lèi)監(jiān)測(cè)物種數(shù)在3個(gè)月內(nèi)快速增長(zhǎng)，并隨后變?yōu)橐粷u近線，于9個(gè)月時(shí)達(dá)到實(shí)際監(jiān)測(cè)物種數(shù)(7種)。鳥(niǎo)類(lèi)監(jiān)測(cè)物種數(shù)在6個(gè)月內(nèi)快速增長(zhǎng)，10個(gè)月后變?yōu)橐粷u近線，于17個(gè)月時(shí)達(dá)到實(shí)際監(jiān)測(cè)物種數(shù)(8種)。這表明本次鳥(niǎo)獸監(jiān)測(cè)均取樣充分，在時(shí)間尺度上已滿足物種多樣性調(diào)查的強(qiáng)度。

圖2 獸物種稀疏曲線Fig.2 Species rarefaction curve of birds and mammals

3 討論

本研究采用紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)安西極旱荒漠國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)冰洞子溝一帶的鳥(niǎo)獸資源進(jìn)行調(diào)查，初步摸清了該區(qū)域的鳥(niǎo)獸種類(lèi),但是由于此前針對(duì)該區(qū)域未開(kāi)展過(guò)同類(lèi)調(diào)查，無(wú)歷史數(shù)據(jù)資料，所以無(wú)法與以往的記錄進(jìn)行對(duì)比，無(wú)法分析該區(qū)域內(nèi)野生動(dòng)物種類(lèi)和數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，本研究?jī)H為現(xiàn)狀調(diào)查和資料補(bǔ)充。

通過(guò)2年多的紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)，雖然拍攝到了大量的野生動(dòng)物照片和視頻，但種類(lèi)不多，其原因是紅外相機(jī)適合拍攝大中型哺乳動(dòng)物和地棲鳥(niǎo)類(lèi)，一些小型獸類(lèi)由于體型較小，且移動(dòng)速度快、多為夜間活動(dòng)，紅外相機(jī)無(wú)法被觸發(fā)獲得影像或者影像質(zhì)量差，導(dǎo)致無(wú)法鑒定物種，比如嚙齒目鼠科(Muridae)動(dòng)物，此次未將其統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。同時(shí)，很多鳥(niǎo)類(lèi)拍攝率和相對(duì)豐富度都很低，是因?yàn)楹芏囿w型小、飛行快的鳥(niǎo)類(lèi)很難被紅外相機(jī)捕捉到或者拍攝不到清晰影像[26]。所以，將紅外相機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的樣線調(diào)查等方法相結(jié)合對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)資源進(jìn)行調(diào)查才能更有效。

保護(hù)區(qū)冰洞子溝區(qū)域地形復(fù)雜、屬低山丘陵地帶，本次調(diào)查僅針對(duì)該區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，未能覆蓋保護(hù)區(qū)其他生境類(lèi)型(沖擊平原、高山山地等)。而該區(qū)域若按照公里網(wǎng)格全覆蓋布設(shè)相機(jī)，至少需要40部，本次相機(jī)安裝主要集中在該區(qū)域的東部和北部，西部和南部地區(qū)無(wú)相機(jī)，屬空白地區(qū)，可能會(huì)導(dǎo)致一些物種未能調(diào)查到。因此，可以在該區(qū)域設(shè)置更多的紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，開(kāi)展長(zhǎng)期調(diào)查和監(jiān)測(cè)，來(lái)摸清鳥(niǎo)獸種類(lèi)和數(shù)量的變化情況，并開(kāi)展重要物種的活動(dòng)節(jié)律研究。

此次調(diào)查雖然監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，但拍攝到動(dòng)物照片僅占全部照片的33.03%，尤其是空白照片占了57.24%。其原因是個(gè)別紅外相機(jī)不穩(wěn)定，尤其是多部東方紅鷹E1B型相機(jī)不穩(wěn)定，連續(xù)空拍照片較多，靈敏度設(shè)置為“低”時(shí)仍然有大量空白照片。同時(shí)，相機(jī)鏡頭前雜草晃動(dòng)也可能導(dǎo)致相機(jī)虛假觸發(fā)，這類(lèi)情況發(fā)生率較高。另外，相機(jī)有效工作日僅占設(shè)置相機(jī)理論總工作日的60%，其原因是個(gè)別相機(jī)連續(xù)拍照(空白照片)情況下，僅1～2個(gè)月時(shí)間內(nèi)存卡就存滿，或者個(gè)別相機(jī)損壞、電池沒(méi)電而未獲得數(shù)據(jù)(2018年3部，2019年4部)。牲畜活動(dòng)對(duì)野生動(dòng)物也存在一定的影響，從多部相機(jī)捕捉到的影像來(lái)看，該區(qū)域內(nèi)存在家馬活動(dòng)的現(xiàn)象，與野生動(dòng)物爭(zhēng)奪水源和食物。因此，建議在相機(jī)布設(shè)時(shí)盡可能清理鏡頭前方5 m以?xún)?nèi)的雜草，并測(cè)試相機(jī)工作是否穩(wěn)定，同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)禁牧工作力度，避免野生動(dòng)物受到牲畜和人為活動(dòng)的影響。

在物種多樣性調(diào)查中，物種稀疏曲線已逐步用于抽樣量充分性的判斷以及物種豐富度的估計(jì)[27]。本次研究?jī)H是針對(duì)保護(hù)區(qū)的冰洞子溝物種重點(diǎn)保護(hù)小區(qū)而開(kāi)展調(diào)查，所以只是利用物種稀疏曲線在時(shí)間尺度上分析是否滿足物種多樣性調(diào)查的強(qiáng)度，物種稀疏曲線還可從空間尺度上(包括海拔梯度)對(duì)取樣強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估[28]，同時(shí)其外推曲線也可預(yù)測(cè)物種豐富度，待今后再進(jìn)一步深入研究。

本文通過(guò)采取公里網(wǎng)格法布設(shè)紅外相機(jī)對(duì)保護(hù)區(qū)冰洞子溝區(qū)域獸類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)資源進(jìn)行調(diào)查，所獲得的數(shù)據(jù)和信息基本上反映了區(qū)域內(nèi)鳥(niǎo)獸本底信息，補(bǔ)充了保護(hù)區(qū)生物多樣性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但仍需紅外相機(jī)和其它常規(guī)調(diào)查方法進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，才能科學(xué)地掌握和反映區(qū)內(nèi)生物多樣性演變趨勢(shì)及保護(hù)成效，為今后的保護(hù)管理和科研監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)支持和指導(dǎo)。

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所肖治術(shù)研究員和蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院包新康副教授，李建亮、馬東輝2名研究生對(duì)保護(hù)區(qū)野生動(dòng)物紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)工作給予的指導(dǎo)和幫助。