紅外相機監測方法在陜西長青國家級自然保護區的應用

王玉玢 王 軍

(陜西長青國家級自然保護區管理局，洋縣，723300)

調查、監測和準確掌握野生動物種類及其局部地區的動態變化，既是自然保護區的主要工作內容之一，也是制定野外巡護工作方案的基礎。某些野生動物的生活習性如夜行性、警覺性和隱蔽性大大增加了傳統調查的難度。而紅外相機監測具有全天候不間斷、非損傷性和較少受環境條件和研究人員的限制，因此具有自然優勢[1]。國外紅外相機技術的應用具有較長的歷史，研究內容包括種群監測、資源調查、生態及保護等領域[2-6]。國內研究雖然起步較晚，研究內容也涉及活動模式、生物多樣性、特定物種記錄和監測應用等方面[7-12]。雖然自2008年開始，長青自然保護區利用紅外相機對林麝(Moschusberezovskii)[13]、金貓(Catopumatemminckii)[14]的分布和及動物分布受道路的影響進行了初步研究[15]，但是關于保護區內紅外相機監測的其他物種的數據缺乏報導。本文利用陜西長青國家級保護區核心區大熊貓(Ailuropodamelanoleuca)及其伴生物種的監測數據探討其在野生動物研究中的管理和應用。

1 研究地區概況

陜西長青國家級自然保護區位于秦嶺山脈中段南坡的洋縣境內，地理坐標107°19′—107°55′E，33°17′—33°44′N，是1995年經國務院批準建立的以保護大熊貓及其棲息地為主要保護對象的森林與野生動物類型的自然保護區，管護面積約29 906 hm2[16]，是中國大熊貓分布最密集的地區之一[17]。總目標是永久性地保護和維持該區域整體生物多樣性，特別是維持能在特殊環境中生存的大熊貓種群，并恢復遭到破壞的生態系統。地貌類型可分為山嶺系統和溝谷系統，海拔800—3 071 m。氣候屬北亞熱帶濕潤季風氣候，由于受地形、植被等的影響，區內氣候呈現出溫度較低、溫差較小、冬暖夏涼、溫涼濕潤的特點，年平均氣溫為9.6 ℃，極端最高氣溫38.7 ℃，極端最低氣溫-10 ℃。土壤以棕壤為主，區內有野生脊椎動物311種，其中獸類63種，最具代表性的有大熊貓、川金絲猴(Rhinopithecusroxellana)、秦嶺羚牛(Budorcasbedfordi)和林麝等[16]。本次項目選擇在長青保護區華陽區域的核心區，面積8 736 hm2，海拔1 435—3 071 m。河流水系位置地處長江流域。酉水河發源于保護區北界興隆嶺活人坪南坡西水谷，由北向南匯入漢江，屬漢江水系一級支流的上源支流。植被類型復雜，在海拔2 300 m以上中高山地區主要是寒溫性針葉林，海拔2 300 m以下的中低山區主要由闊葉林組成，其中夾雜有部分針葉林和針闊混交林[16]。

2 研究方法

2.1 監測樣點的選擇與紅外相機的布設2.1.1 監測樣點的選擇

利用GIS軟件按照500 m×500 m規格把保護區進行網格化后(圖1)，利用14臺紅外相機，根據大熊貓分布、活動季節遷徙規律，每個月在大熊貓分布、活動主要區域隨機選擇14個監測樣區，并在每個樣區中布設1臺紅外相機；相鄰調查網格中的紅外相機間距不小于500 m以保證同一周期14個調查點上數據空間的相對獨立性，紅外相機設置在野生動物活動頻繁的獸道旁，用繩索固定在樹干上，距離地面50—110 cm，在相機鏡頭前方3 m處樹干、石頭等處涂抹嗅味劑，以誘惑、捕捉拍攝經過附近的野生動物；以一個月為一個調查周期，收回一次相機，并下載數據、充電、調試，再次野外投放，共監測10個周期，用時10個月(2008年3—12月)。布設相機時詳細記錄監測點衛星定位數據(經緯度、海拔等)，相機編號與內存卡編號，生境信息(樣點地名、林分、標志等)。共布設紅外相機140臺次，獲取有效位點132個，監測了88個樣區。其中32個樣區大熊貓活動較為密集，在樣區內小范圍調整紅外相機位置進行重復監測(27個樣區重復監測2個周期，5個樣區重復監測3個周期，其余56個樣區監測一個周期)。

圖1 陜西長青國家級自然保護區華陽保護站紅外相機布設位點Fig.1 Location of infra-red cameras set in Huayang protection station of Changqing Nature Reserve

2.1.2 相機型號和參數設置

選用美國產CamTrakkerTMDigital Ranger被動式紅外觸發相機，該相機可以探測前方扇形區域10 m內紅外熱量的瞬間變化；被觸發后拍攝數碼照片，并可在夜晚、晨昏等外界光線不足時開啟自動補光模式；紅外相機設置為全天24 h連續工作，拍攝模式選擇P檔，自動對焦；每拍攝一張照片后休眠20 s以避免在相機前方持續活動的動物會連續不間斷觸發相機拍照，時間設置為北京時間。

2.1.3 樣點與相機編號

樣點編號規則是：L-保護區字母縮寫(大寫)年份(2位)-樣方序號(3位數字)。例如，在長青自然保護區2008年的98號樣方內的布設位點編號就是L-CQ08-098。布設位點坐標需要通過GPS 接收機獲得經緯度坐標，采用的格式為“xxx.xxxxx °”。

調查中使用的每臺相機都有一個唯一采用的編號，一臺相機使用一張野外記錄表。在野外記錄、相機布設、相機回收、存儲卡下載、照片文件夾編號的過程中，此編號必須與相機編號嚴格對應，防止混亂。

2.2 資料(照片)的收集與選取

資料數據包括人工采集的現場數據和相機現場數據。人工采集的數據主要包括經緯度、海拔、林分、坡位、坡度、坡向、蓋度、郁閉度、痕跡等；相機數據主要包括拍照時間、照片內容等。

按照準確、完整、一致的原則進行數據資料的選取和采集，采集野外數據時準確或接近準確地判讀現場情況，嚴格按照數據表各項要求，逐一填寫，避免出現漏項現象，且不同采集人員或不同采集時間采集的數據格式要一致。

2.2.1 人工數據采集

人工采集的數據主要包括經緯度、海拔、林分、坡位、坡度、坡向、蓋度、郁閉度、痕跡等；每個數據采集組固定1名數據測定人員，以盡可能降低因人而異導致的數據偏差；數據采集、填表后，再仔細檢查和訂正，及時補充缺項漏項、修改筆誤和現場誤判。

2.2.2 相機數據采集

(1)照片編號

對每張照片進行唯一性編號，采用：位點號+該位點相機連續投放次數+照片數字編號的方法。如L-HY09-097-03-099，這就是一張L-HY09-097位點連續第三次投放相機的第99張照片。

(2)照片內容的判讀

照片的內容歸納為：獸類、鳥類、工作人員、其他人員、空和其他，其他人員是指項目協作單位人員、旅游人員等非保護區工作人員，其他指不清晰、無法辨認的照片。對于大多數照片是很容易確定其中的內容，找到目標動物、人物，某些情況下，如相機放置不當，會取得一些空照片或目標距離很遠，這就要求數據管理員認真細致的仔細辨認。

(3)數據收錄

每間隔30 d調查、采集1次數據，采集回的數據信息及時、準確錄入設計好的數據庫中。

2.3 數據整理分析2.3.1 指標選擇及其計算方法

(1)物種豐富度 是指特定范圍中物種的數量。相機陷阱調查過程中，隨時間的延續會拍攝到新物種，即會形成隨時間變化的物種增長曲線，本研究以100個工作日為單位，統計物種豐富度。

(2)物種相對豐度指數(relative abundance index，RAI) 相機陷阱拍攝的動物照片大多不能進行個體識別，為評價、比較不同物種之間或同一物種在不同生境中的相對豐度，使用相機陷阱對各個物種的拍攝率作為物種相對豐度指數，本研究把每1 000個相機工作日拍攝到的某物種次數作為此物種的相對豐度指數(RAI)，計算公式為：

RAI=拍攝次數×1 000/總的相機工作日[11]

對于一臺相機，如果在1 h內拍到多張同一物種單個個體照片，則只算一次拍攝；如果某張照片中出現n個個體，即拍攝次數為n次。

(3)動物活動強度指數 反映某一動物在某一時段的活動量，計算公式為：

活動強度指數(I)=該時段照片數/該動物的總照片數×100%[11]

(4)是指某一物種的拍攝頻率，用以反映某一物種的活動強度指數，計算公式為：

拍攝率(%)=物種有效照片數/相機有效工作日×100[12，18]

2.3.2 數據整理與分析

以1 h為單位統計各個物種的拍攝次數、統計紅外觸發相機有效工作日。把各個位點獲得的照片監測數據匯總后和位點生境信息表結合起來，利用GIS、Excel等軟件進行數據整理與分析。

2.3.3 通過監測所獲得的數據

經過為期近10個月的監測工作開展，截止12月31日我們野外實際共布設紅外相機140臺次，累計獲得照片4 618張，累計有效工作日4 307 d，其中有效野生動物照片2 235張，大熊貓照片151張，拍攝到了金錢豹、金貓、豹貓(Prionailurusbengalensis)等野生動物，發現保護區內有鷹雕(Nisaetusnipalensis)活動，為保護區鳥類新紀錄。初步建立了相機監測工作數據庫和野生動物圖片資料庫。通過該項目的開展，保護區積累了豐富而詳實的資料與數據，更新了保護區動物名錄，提升了野外巡護監測技術工作人員的能力，健全和完善了巡護監測工作體系，提高了保護區整體巡護監測工作水平。

3 結果與分析

3.1 長青自然保護區紅外觸發相機監測到的野生動物種類

本研究監測結果為，紅外相機在長青保護區記錄到主要動物有25種，其中獸類4目11科18種，鳥類3目4科7種(表1)。

表1 長青自然保護區2008年紅外觸發相機監測記錄獸類和鳥類名錄Tab.1 List of mammals and birds recorded from infra-red cameras in Changqing Nature Reserve in 2008

3.2 主要哺乳動物的分布

把位點信息與該位點獲取的照片信息用Excel相結合，給每一張照片附上地理信息，用GIS軟件進行野生動物地理空間分析得出長青保護區主要大型獸類分布。

由圖2—7可看出，記錄動物在核心區并非均勻分布，而是呈團塊狀分布，主要分布地位于柏楊坪以下以及杉樹坪、大坪區域周圍。不同物種的分布區域部分重疊且隨季節變化而變化。大熊貓3—5月主要分布在杉樹坪、水洞溝(山王廟哨所)、杉樹坪與水洞溝的夾梁山脊、海拔1 100—1 500 m的針闊混交林；6—7月主要分布在柏楊坪附近的河道和山脊、海拔1 500—1 900 m的針闊混交林；8—12月主要分布在樺樹坪、爛店子梁、酉水河發源地等區域，海拔2 100—2 800 m的針闊混交林(圖2)。川金絲猴5—9月主要分布在柏楊坪的蔡家灣區和小坪區域，海拔1 300—1 800 m的針闊混交林(圖3)。秦嶺羚牛分布較廣，監測區域的140個點位中有102個點位拍攝到羚牛的活動，主要活動在不同海拔1 200—2 900 m高度的山脊、溝谷、河道等較為開闊之處(圖4)。黑熊(Ursusthibetanus)的活動分布海拔較高，在8—12月主要分布在海拔2 100—2 900 m的樺樹坪、活人坪、爛店子梁一帶向陽坡面、溝谷平地和山脊地帶(圖5)。其他的鼬科(Mustelidae)、貓科(Felidae)主要分布在山王廟、柏楊坪一帶，海拔1 200—1 800 m之間的山脊處(圖6)。鼬科主要有青鼬(Martesflavigula)、豬獾(Arctonyxcollaris)等，靈貓科物種主要有花面貍(Pagumalarvata)；其他有蹄類主要活動在山王廟、柏楊坪和樺樹坪一帶，海拔1 200—1 800 m之間河道附近的針闊混交林(圖7)。

圖2 大熊貓分布圖Fig.2 Distribution of giant panda

圖3 川金絲猴分布圖Fig.3 Distribution of golden snub-nosed monkey

圖4 秦嶺羚牛分布圖Fig.4 Distribution of Qinling takin

圖5 黑熊分布圖Fig.5 Distribution of Asiatic black bear

圖6 鼬科、貓科動物分布圖Fig.6 Distribution of Mustelidae and Felidae species

3.3 不同海拔梯度物種的相對豐度

動物在不同海拔的豐富度指數變化反映了其在不同海拔的活動或分布情況，豐富度指數越高的區域動物在該區域活動或分布的數量就越多。由表2看出，除川金絲猴在海拔2 600 m以上、豬獾在海拔2 300—2 600 m空間沒有分布或沒有拍攝到外，其他8種主要物種在不同海拔都有分布，不同物種的主要活動海拔范圍為：川金絲猴：1 700—2 000 m；大熊貓：1 400—2 300 m；黑熊：2 000 m以上；豹貓：2 000 m以下主要在1 400—1 700 m之間；豬獾、中華鬣羚(Capricornismilneedwardsii)：1 400—1 700 m；秦嶺羚牛、中華斑羚(Naemorhedusgriseus)：2 000 m以上；野豬(Susscrofa)：1 400—2 300 m。中華斑羚、秦嶺羚牛、黑熊等主要活動區域較高，大熊貓、豹貓、豬獾、野豬、中華鬣羚等活動區域較低。不同物種主要活動海拔空間的差異，除與不同動物生物學特性有關外，可能還與不同海拔高度動物食料—植物的分布等相關。

要比較不同生境或不同海拔段的各物種相對豐度，那就需要分別統計不同生境或不同海拔段的拍攝次數和相機總工作日(表2，圖8)。

圖8 記錄哺乳動物的相對豐富度指數Fig.8 Relative abundance index of recorded mammals

表2 部分哺乳動物在不同海拔的相對豐富度指數(RAI)Tab.2 Relative abundance index(RAI)for some mammals at different altitudes

3.4 部分哺乳動物的日活動強度變化

如表3、圖9所示，大熊貓在每日6：00—8：00、12：00—14：00、16：00—18：00有活動高峰，說明大熊貓凌晨和中午以后存在兩個活動高峰，也是它們的主要進食時間；秦嶺羚牛每天的覓食高峰集中在每日14：00—18：00；豪豬(Hystrixbrachyura)為典型的夜行性哺乳動物，其活動高峰期(18：00—次日7：00)完全可以證明這一點。

表3 紅外相機獲取秦嶺羚牛、大熊貓、豪豬照片數量和拍攝率Tab.3 Shooting percentage and photo number of Qinling takin，giant panda and hedgehog from infra-red camera

圖9 秦嶺羚牛、大熊貓、豪豬的日活動強度指數Fig.9 Daily activity intensity of Qinling takin，giant panda and hedgehog

4 討論

4.1 監測方法與結果

(1)雖然紅外相機野外技術在國內外野生動物調查與監測中得到了廣泛應用[1-6]，但是這種方法依然存在諸多問題與限制。一般情況下布設的紅外相機數量都在數十臺至上百臺，忽略了抽樣方案的有效性和科學性[19]，因而可能造成抽樣數據的重復和較高的監測成本。本研究利用較少的紅外相機和流動的監測方式獲得了大量的監測數據，不僅提高了監測效率，降低了監測成本，而且為進一步探討調查抽樣的有效性提供了野外實例參考。

(2)與文獻記錄[17]相比，本次調查記錄到了文獻報導的全部7種偶蹄目(Artiodactyla)獸類(表1)，但食肉目(Carnivora)僅記錄到8種，缺少了犬科(Canidae)的豺(Cuonalpinus)、赤狐(Vulpesvulpes)；鼬科的黃鼬(Mustelasibirica)、黃腹鼬(Mustelakathiah)、鼬獾(Melogalemoschata)和水獺(Lutralutra)；靈貓科的大靈貓(Viverrazibetha)以及貓科的虎(Pantheratigris)。根據保護區1997—2007年積累的巡護監測數據和周邊村民訪談僅確認鼬獾(Melogalemoschata)在低海拔有分布，其余種類在過去的10年間沒有確鑿的分布證據[18]。歷史記錄的6種雞形目(Galliformes)種類中，本次調查記錄到4種，因為灰胸竹雞(Bambusicolathoracicus)和環頸雉(Phasianuscolchicus)主要分布在保護區以外的低海拔地區。

(3)紅外相機監測不適用于嚙齒目(Rodentia)、猬形目(Erinaceomorpha)、鼩形目(Soricomorpha)和翼手目(Chiroptera)等小型哺乳動物。

4.2 監測工作的不足

(1)受設備數量和人員工作量的限制，不能在監測區域內全面同時開展調查，個別物種具有季節性垂直遷移現象，因而調查結果不夠全面。

(2)紅外相機在野生動物監測與研究中存在“空拍”缺陷，且較為普遍。光線、水流和植被干擾是引起相機空拍的主要原因。在我們10個月取得的4 618張照片中有1 895張記錄為空，占照片總數的41%。本研究空拍率低于陜西觀音山國家級自然保護區2014年1—6月的監測研究(82.31%)[20]，且所用相機為空拍率較高的被動式紅外感應相機，說明長青保護區的物種相對豐度較高。

通過比較分析提出如下建議：設置相機時應優先選擇開闊區域，同時清除鏡頭前的雜物；鏡頭的方向要與林下動物通道保持一致，從而延長野生動物通過的時間；避免陽光直接照射、樹葉的影子投射、觸發區正對石頭等傳熱性能較高的物體[21]。

4.3 為保護管理提供指導依據

陜西長青保護區的核心區是我國大熊貓分布密度最大的地區[22]，也是大熊貓秦嶺亞種(A.m.qinlin-gensis)的主要分布區之一[23]，因此監測結果對于這一瀕危物種的保護具有重要意義。此外調查區內既有處于食物鏈頂端的食肉動物如金錢豹、金貓、豹貓，也有黑熊、野豬、青鼬、花面貍、豬獾等雜食動物，還有秦嶺羚牛、毛冠鹿(Elaphoduscephalophus)、中華斑羚、小麂(Muntiacusreevesi)等食草動物。說明該區域內物種組成的食物鏈及其生態系統比較完整，生物多樣性豐富且極具保護價值。因此需要進一步擴大監測力度，增加相機數量和監測時間，充分掌握物種動態，為采取有效保護措施提供科學依據。

致謝：感謝北京大學生命科學院王大軍博士、李晟博士，陜西師范大學生命科學學院于曉平教授科學指導；山水自然保護中心的資金、設備支持；特別感謝長青保護區所有外業工作人員付出的艱辛努力。