基于紅外相機技術的黑龍江中央站黑嘴松雞國家級自然保護區獸類和鳥類初步監測

李國富尹偉平邱國良李天芳李顯達陳福元張俊利

(1.黑龍江中央站黑嘴松雞自然保護區管理局，嫩江，161499；2.黑龍江省瀕危野生動物救護繁育中心，哈爾濱，150040)

紅外相機技術，指利用自動相機系統獲取野生動物圖像數據(照片或視頻)，并通過處理圖像數據進一步分析野生動物的種群數量、分布范圍、行為特點以及生境利用等相關信息，從而為野生動物保護和管理以及野生動物資源的利用提供參考[1-4]。目前，國內外紅外相機技術在實際科研工作中主要在以下幾個領域得到廣泛推廣：(1)科研單位或保護區利用紅外相機技術針對區域內野生動物進行本底資源調查工作，易于捕捉到一些活動頻率較低動物的活動畫面[5-6]；(2)動物行為學研究，但目前仍多應用于大型獸類或活動范圍較小的類群[7]；(3)區域內生物多樣性監測和保護[8]；(4)野生動物通道監測[9]；(5)貓科動物(如東北虎Pantheratigrisaltaica、東北豹Pantherapardusorientalis)專項調查與研究[10]；(6)估算動物種群密度等[11-12]。但目前紅外相機技術在鳥類研究中的應用仍處于停滯狀態，原因是大多數鳥類活動范圍太大且活動規律難以確定，導致無法確定紅外相機固定位置；體型小、移動速度快，增加了紅外相機的成像難度。

黑龍江中央站黑嘴松雞國家級自然保護區位于黑龍江省黑河市嫩江縣境內，地處大小興安嶺過渡地帶的伊勒呼里山南麓，松嫩平原北部邊緣。地處黑河市愛輝區、嫩江縣、內蒙古自治區莫力達瓦達斡爾族自治旗、鄂倫春自治旗四縣區毗鄰地界。地理坐標為E125°44′57″～126°13′31″，N50°38′23″～50°48′10″。保護區南北長28 km，東西寬24 km，總面積46743 hm2。東依小興安嶺，西靠嫩江，地勢北高南低，東高西低。最高海拔620.1 m，最低海拔330.0 m，坡度多在5°～15°之間。地形起伏不大，崗脊平緩，溝寬谷闊，河谷多沼澤，無明顯山峰。氣候屬溫帶大陸性季風氣候，但也兼有寒溫帶大陸季風氣候特征。保護區是典型的高寒森林生態系統，區內有森林、灌叢、濕地和草甸。森林有針葉林、針闊混交林及闊葉林；濕地有森林沼澤、灌叢沼澤和草本沼澤，以及沼澤化草甸等多種植物群落。保護區內水體分屬于嫩江水系，河流縱橫、沼泡遍布，與區內的森林、灌叢、草甸、沼澤相互交替，保護區大部分面積都被森林所覆蓋，森林覆蓋率達82.4%。

為了更加深入了解保護區內野生動物組成的多樣性，我們采用紅外相機監測技術，開展了為期一年的科研監測工作，為保護區后續的科研項目及保護管理工作提供科學依據。

1 研究方法

1.1 紅外相機布設

2015年7月至2016年7月，在黑龍江中央站黑嘴松雞國家級自然保護區按照每8 hm21臺的布設密度布設了80個紅外相機監測位點，每個調查位點布設1臺紅外相機(夜鷹SG-990V，相機拍攝或感應的最遠距離可達20～25 m)，相鄰相機最小間距為500 m[13]，對區域內的大型獸類和鳥類進行為期12個月的連續監測。

相機主要布設在動物經常活動的地點(獸徑，取食痕跡等)，直接捆綁在離地面1～1.2 m高度的樹干上，且鏡頭垂直于獸徑方向，確保相機前方無樹枝樹葉及較高草本植物或灌木遮擋[14-15]，并記錄每個相機的位點坐標、布設時間及其周圍生境等相關信息。每兩個月更換1次電池及存儲卡，并及時對所拍攝到的影像資料進行整理歸類。

相機參數設置包括日期和時間，拍攝模式為照片+視頻，照片像素為1200萬，連拍張數2張，視頻分辨率為1920×1080，視頻長度為10 s，音頻錄制開啟，溫度單位為攝氏度，輸入相機編號。

1.2 數據整理與分析

整理紅外相機拍攝的照片，去除無效重復照片，利用視頻輔助照片對獨立有效照片中所拍攝到的獸類及鳥類進行識別分類并進行編號[16-17]，列出相應名錄并標記出保護級別及獸類的相對豐富度指數等指標。其中獸類的物種識別與分類參照《中國哺乳動物名錄(2015)》[18]，鳥類識別與分類參照《東北鳥類圖鑒》[19]及《中國鳥類分類與分布名錄》[20]。

其中，tni表示在相機位點i正常工作的捕獲日[23-24]。

其中，H′為群落中物種多樣性指數；C為種群優勢度指數；S為調查記錄的動物種類種類數；pi為群落中第i種動物的獨立有效照片數占群體中總獨立有效照片數的比值[25]。

對相對豐富度較高的西伯利亞狍(Capreoluspygargus)、野豬(Susscrofa)、赤狐(Vulpesvulpes)的活動節律進行分析，按照12時辰計時法，以每2 h為間隔計算各個時間段的相對豐富度(Timeperiod relative abundance index，TRAI)，計算公式如下：

TRAI=Tij/Ni×100

其中，Tij代表第i類(i=1，2，…)動物在第j時間段(j=1，2，…)出現的有效照片數，Ni代表第i類動物的有效照片總數[26]。

群落中優勢種指數公式：Ti=Ni/N

其中，Ti為群落中優勢種指數；Ni為群落中第i個物種的個數；N為群落中物種總個數。當Ti≥10%時，該物種為極優勢種，當10%>Ti≥1%時，該物種為優勢種，當1%>Ti≥0.1%時，該物種為常見種，當0.1%>Ti≥0.01%時，該物種為稀有種，當0.01%>Ti時，該物種為偶見種。

2 結果

2.1 物種多樣性與相對豐富度

本次調查共布設80部紅外相機，累計監測5509個相機工作日，共獲得可鑒別出具體物種的獨立有效照片1009張(占有效照片總數的58.46%)，其中，獸類997張，占獨立有效照片總數的98.81%，鳥類12張，占獨立有效照片總數的1.19%。可確定獸類和鳥類共計6目15科19種，其中，獸類3目7科10種(表1)，鳥類3目8科9種(表2)。其中國家Ⅱ級重點保護動物5種，分別為狼(Canislupus)、猞猁(Lynxlynx)、棕熊(Ursusarctos)、雪兔(Lepustimidus)、駝鹿(Alcesalces)；列入CITES附錄的保護動物有5種；列入IUCN紅色物種名錄的有12種，其中易危物種1種，低危物種11種。

表1 紅外相機調查拍攝到的獸類名錄

Tab.1 Mammals recorded from camera traps

續表1

注：保護級別：Ⅰ-國家Ⅰ級重點保護種類；Ⅱ-國家Ⅱ級重點保護種類；Ⅲ-列入《國家保護的有益的或者有重要經濟、科學研究價值的陸生野生動物名錄》種類

CITES：A-附錄Ⅰ種類；B-附錄Ⅱ種類；C-附錄Ⅲ種

IUCN紅色名錄：CR-極危種類；EN-瀕危種類；VU-易危種類；NT-近危種類；LC-低危種類

Note：Protection class：Ⅰ-the national first-grade state key protected wildlife；Ⅱ-the national second-grade state key protected wildlife；Ⅲ-Lists of Terrestrial Wildlife Under State Protection with Beneficial or Important Economic or Scientific Value

CITES：A-AppendicesⅠ；B-AppendicesⅡ；C-AppendicesⅢ

IUCN Redlist：CR-Critically Endangered；EN-Endangered；VU-Vulnerable；NT-Near Threatened；LC-Least Concern

表2 紅外相機調查拍攝到的鳥類名錄

Tab.2 Birds recorded from camera traps

續表2

注：保護級別：Ⅰ-國家Ⅰ級重點保護種類；Ⅱ-國家Ⅱ級重點保護種類；Ⅲ-列入《國家保護的有益的或者有重要經濟、科學研究價值的陸生野生動物名錄》種類；Ⅳ-黑龍江省地方重點保護種類；Ⅴ-《中日保護候鳥及棲息環境協定》共同保護鳥類

CITES：A-附錄Ⅰ種類；B-附錄Ⅱ種類；C-附錄Ⅲ種類

IUCN瀕危物種紅色名錄：CR-極危種類；EN-瀕危種類；VU-易危種類；NT-近危種類；LC-低危種類

Note：Protection class：Ⅰ-the national first-grade state key protected wildlife；Ⅱ-the national second-grade state key protected wildlife；Ⅲ-Lists of Terrestrial Wildlife Under State Protection with Beneficial or Important Economic or Scientific Value；Ⅳ-local key protection types in Heilongjiang；Ⅴ-Agreement on the Protection of Migratory Birds and Habitat in China and Japan

CITES：A-AppendicesⅠ；B-AppendicesⅡ；C-AppendicesⅢ

IUCN Redlist：CR-Critically Endangered；EN-Endangered；VU-Vulnerable；NT-Near Threatened；LC-Least Concern

利用多樣性指數和優勢度指數分別對拍攝到的獸類、鳥類以及獸類+鳥類3個方面的多樣性進行分析，保護區內獸類的多樣性指數為0.8411，優勢度指數為0.6229，鳥類的多樣性指數為2.1383，優勢度指數為0.1250，獸類+鳥類的多樣性指數為0.9211，優勢度指數為0.5745。

獸類的相對豐富度指數較高，其中相對豐富度指數最高的動物是西伯利亞狍，為13.47；其次是野豬，為3.29；排在第3位的是赤狐，為0.60。保護區內西伯利亞狍的分布最廣，在所布設的80部紅外相機中有52部獲得了西伯利亞狍的有效照片，占相機總數的65.00%，共拍攝到西伯利亞狍的獨立有效照片742張，識別出西伯利亞狍個體907只次，優勢種指數為70.15%(極優勢種)；野豬的分布僅次于西伯利亞狍，共有35部紅外相機拍攝到野豬的有效照片，占相機總數的43.75%，共拍攝到野豬的獨立有效照片181張，識別出野豬個體308頭次，優勢種指數為23.82%(極優勢種)。鳥類的相對豐富度較低，共拍攝到鳥類9種，且各物種只拍攝到1～2張有效照片。

2.2 常見物種的日活動規律

根據紅外相機照片記錄的拍攝時間，可以確認西伯利亞狍、野豬、赤狐這3種動物在每日的活動規律，3種動物在不同季節存在不同的活動高峰，西伯利亞狍在春季5：00～7：00出現第一個活動高峰期，隨后活動頻率逐漸下降，到15：00～17：00期間活動頻率又緩慢上升，到17：00～19：00時段出現一天中的第二個活動高峰期；夏季早活動高峰較春季相比提前一個時段，在3：00～5：00出現第一個活動高峰期，夏季整體活動趨勢與春季相同，午間為活動頻率較低時段，晚活動高峰期較春季相比延后一個時段，在19：00～21：00時達到第二個活動高峰期；秋季一天活動出現3個高峰時段，早活動高峰與春季相同都出現在5：00～7：00，隨后活動頻率下降，到午間11：00～13：00出現白天活動頻率最低時段，晚高峰較春季提前兩個時段，在17：00～19：00時段未采集到西伯利亞狍活動的有效圖片，隨后在19：00～21：00又出現了一天中的第3個高峰期；冬季西伯利亞狍的活動主要出現在7：00～17：00，其余時間活動頻率較低，第一個高峰值出現在9：00～11：00，隨后有所下降，第二個高峰期出現在13：00～15：00，在17：00～19：00時段未采集到西伯利亞狍活動的有效圖片。野豬在春夏兩個季節的活動高峰期均出現在19：00～21：00，其他時段活動高頻率相對較低，秋季出現早晚高峰分別為5：00～7：00、21：00～23：00，冬季活動高峰期出現在7：00～9：00、23：00～1：00，其余時段活動頻率較低。赤狐在春夏秋3個季節活動較為穩定，沒有較明顯的高峰期，但在冬季19：00～21：00時段出現明顯的活動高峰期(圖1)。

圖1 3種常見動物的日活動節律Fig.1 The daily activity patterns of three kinds of common animals

3 討論

利用紅外相機技術對黑龍江中央站黑嘴松雞國家級自然保護區的獸類和鳥類資源進行監測，獲取了大量的野生動物影像資料，可確定的獸類和鳥類共計6目15科19種，其中，獸類3目7科10種，鳥類3目8科9種。國家Ⅱ級重點保護動物5種，分別為狼、猞猁、棕熊、雪兔、駝鹿。中央站保護區已30年沒有狼的野外記錄，此次通過紅外相機在兩個不同位點分別拍攝到2次(均為單只)狼的活動影像，能夠說明狼作為食物鏈頂端生物，由于保護區生態環境轉好，野豬、西伯利亞狍等野生動物種群數量的不斷增長，確保了充足的食物來源，同時缺乏種間和種內激烈的領地和食物競爭，極其有利于狼在保護區內獲得良好的種群增長空間并恢復穩定的種群數量；駝鹿為大型植食性鹿科動物，由于其活動規律的隱蔽性，之前僅在保護區內野外記錄過幾次糞便，此次通過紅外相機記錄到3次駝鹿活動影像(2雌1雄，均為單只)，一定程度上為駝鹿種群數量的恢復和增長提供了可能；棕熊為大型熊科雜食性動物，在野外記錄的幾率極低，此前僅在保護區內記錄過活動痕跡(臥跡、爪痕、足跡等)，此次調查通過紅外相機2次記錄到棕熊的活動影像，其中一張照片攝到5只棕熊(1大4小)同時活動，說明棕熊已經在保護區內形成穩定的繁殖種群，1只母熊同時撫育4只幼崽，也說明保護區生態環境良好，食物來源非常充足。

優勢種是指群落中占優勢的物種，具體表現為個體數量多，生活能力強。此次調查結果顯示，保護區內獸類的種群結構比較完整，其中西伯利亞狍和野豬為保護區內的絕對優勢種，優勢種指數分別為70.15%和23.82%(Ti≥10%)，而其他獸類的種群數量和相對密度均低于西伯利亞狍和野豬的種群數量，其中，赤狐和雪兔的種群數量相對穩定，為保護區優勢種，優勢種指數分別為2.63%和1.39%(10%>Ti≥1%)。其他如狼、猞猁、棕熊、狗獾、貉、駝鹿等，均為保護區內的常見種(1%>Ti≥0.1%)。西伯利亞狍為大型植食性野生動物，由于保護區內植物資源極為豐富，保證了充足的食物來源，同時西伯利亞狍的繁殖能力較強，加之保護區內天敵(狼等)數量較少，目前，種間競爭成為限制西伯利亞狍的種群數量增長過快和維持種群動態平衡的唯一因素，對西伯利亞狍的整個種群發展起著至關重要的作用。野豬為大型雜食性動物，保護區內充足的食物來源、超強的繁殖能力、缺少天敵等因素使野豬的數量增長極為迅速，保護區周邊仍存有的少部分耕地，間接為野豬提供了更加富有養分的餌料，也成為促進野豬種群發展的重要因素。

對研究對象進行日活動規律分析得出，大部分野生動物的活動規律較為隱蔽，同時活動空間呈現多樣化特點，給監測工作帶來較大不便。對保護區內相對豐富度較高的西伯利亞狍、野豬、赤狐活動規律進行分析，春夏季節西伯利亞狍的活動均出現早晚高峰時段，夏季白晝時間較春季長，西伯利亞狍活動的早高峰較春季提前一個時段，晚高峰較春季延后一個時段，秋季與春季相比活動早高峰出現在相同的時段，由于白晝時間變短，氣溫逐漸降低，西伯利亞狍的活動規律逐漸向冬季過度，晚高峰時段較春夏季相比均提前，與冬季晚高峰出現在同一時段，由于保護區地處大小興安嶺過渡地段，冬季氣溫較低對西伯利亞狍的活動規律有所影響，冬季的活動主要集中在7：00～17：00之間，其余時段活動頻率較低。野豬在春夏季夜晚活動頻率明顯高于其他時段，出現活動晚高峰，秋冬季具有明顯的早高峰，野豬的活動高峰期與陳奕欣的研究結果相類似[27]。利用紅外相機對獸類的種群數量及活動節律等方面的研究，可以對傳統的調查方法所得數據進行補充和應證。

本次調查紅外相機的布設屬于重點區域布設法，對于調查保護區內物種的多樣性具有較大的指導作用，但相對于物種種群密度及種群數量的計算，會產生較大的誤差。同時由于紅外相機應用技術的局限性，即對于小型獸類(如猬目Erinaceomorpha、嚙齒目Rodentia等)及鳥類(如雀形目Passeriformes中的大多數)等動物難以獲得有效數據[28]。本次調查記錄的9種鳥類中，雉科(Phasianidae)、鴉科(Corvidae)和鳩鴿科(Columbidae)鳥類具有的共性特征即為個體較大，且種群數量較多，如環頸雉(Phasianuscolchicus)，屬大型地棲鳥類，相比其他鳥類被紅外相機捕捉到的概率更大；而沼澤山雀(Paruspalustris)、樹鷚(Anthushodgsoni)等鳥類在灌叢、林地、草甸等各類生境類型均有較廣的分布，同時活動頻率較高，被紅外相機捕捉到的概率要大于其他鳥類。

根據監測對象及監測目的不同，紅外相機的布設方式有所差異。獸類監測一般設置紅外相機離地面高度為80～100 cm，鳥類(大型鳥類)監測一般設置紅外相機離地面高度為40～60 cm，拍攝成功率相對更高。同時布設紅外相機時要注意以下事項：選擇較粗的樹木綁定紅外相機，可減少因刮風、降雨等引起樹木大幅搖擺造成錯誤觸發的問題；盡量避免陽光正對相機鏡頭，否則會引起錯誤觸發以及拍攝質量降低等問題；定期清理紅外相機鏡頭前雜草及周圍生長的樹葉，避免雜物擺動會錯誤觸發；定期清理、擦拭紅外相機鏡頭，避免因灰塵聚積或蜘蛛類昆蟲結網等影響拍攝質量。

受紅外相機數量和布設區域范圍限制，本次調查結果仍有部分重要物種未被監測到，同時也不能夠直接對整個保護區內的物種數量及種群密度進行準確計算，為全面掌握保護區內野生動物的多樣性狀況及各物種的種群動態情況，需要投入使用更多、更先進的紅外相機和更加科學的調查方法。