北京松山國家級自然保護區林下鳥類和獸類多樣性動態監測

張源笙 蔣萬杰 蔣 健 王 丹 吳記貴 劉芳茗 鮑偉東*

(1.北京林業大學生物科學與技術學院，北京，100083；2.北京市松山國家級自然保護區管理處，北京，102115)

北京松山國家級自然保護區林下鳥類和獸類多樣性動態監測

張源笙1蔣萬杰2蔣 健2王 丹2吳記貴2劉芳茗1鮑偉東1*

(1.北京林業大學生物科學與技術學院，北京，100083；2.北京市松山國家級自然保護區管理處，北京，102115)

明確生物多樣性動態和變化趨勢是制定有效保護措施的基本出發點，2013年3月～2014年2月，在北京松山國家級自然保護區布設 64臺紅外相機，對林下鳥類和大中型獸類多樣性進行連續監測，并與以往研究進行對比。本次調查累積相機日14 930 d，獲得獨立有效照片3 293組，有效視頻3 746 s。記錄到鳥類7目17科47種，獸類5目10科14種，含5種國家Ⅱ級重點保護野生動物。較以往紅外相機監測新發現鳥類21種分屬12科，新增6科；新增獸類2種分屬2科。不同海拔、植被類型以及功能區的相對豐富度存在一定差異，相對豐富度最高區域分別為：低海拔段(700～800 m)(31.21)，闊葉林(24.37)以及核心區(26.39)。所監測鳥類種數和多樣性指數存在顯著性季節差異，而獸類均不顯著。本研究監測結果表明，紅外相機所發現的物種多樣性仍在增加，是一種有效的長期監測技術手段。

北京松山；物種多樣性；季節差異；紅外相機監測

紅外感應自動拍照相機(簡稱紅外相機)利用恒溫動物自身的熱量觸發感應器進行拍照，作為野生動物“非損傷”性物種調查和行為數據記錄技術，自20世紀90年代開始應用于野生動物研究[1-2]。紅外相機技術具有對動物及其生存環境干擾小、抗環境變化，能獲得大型獸類、夜行性動物、高度隱蔽物種和復雜地形區域生物多樣性信息，可長時間晝夜持續工作、定性定量監測相結合，易于進行標準化方案設計，影像資料便于存檔檢索，同時對野外工作人員的專業要求較低、安全、節約人力等優勢[2-4]，能夠與傳統人工調查方法有效互補。因此，紅外相機作為大中型獸類和地棲性鳥類的長期監測的輔助技術，現廣泛用于分析野生動物的物種組成、分布、種群數量等基礎信息，還可用于動物的行為模式和生境利用等研究[5]，為野生動物保護管理和資源監測提供科學參考[1]。

北京松山國家級自然保護區曾于2010年首次使用紅外相機對鳥類和獸類進行了調查，但由于該項調查的時間沒有涵蓋全年(5～12月)，未能全面了解野生動物多樣性變化，并可能存在一些物種遺漏。隨著保護區管理力度加強，生物多樣性出現恢復。為此，本研究基于以往調查結果，于2013年3月～2014年2月使用紅外相機對區域野生動物種群現狀進行全年監測，旨在：(1)明確松山自然保護區物種多樣性動態發展狀況；(2)分析該地區動物種類多樣性的季節差異，為后續開展科研監測提供借鑒；(3)對比不同海拔、植被類型以及功能區的相對豐富度，為區域性生物多樣性保護提供科學依據；(4)探討紅外相機在山地林區調查中存在的不足，結合紅外相機具有的諸多優勢，提出物種多樣性監測實際應用中的解決方案。

1 研究方法

1.1 相機布設

根據我們多年實地調查發現的動物痕跡(糞便、足跡、取食痕跡、挖掘痕跡、遺落物等)，以及2010年調查時獲取的動物分布信息，將相機布設在水源點、獸徑附近等動物活動較多、視野開闊的地帶(圖1)。相機固定于離地面50～80 cm的樹干上，鏡頭與地面呈小于10°俯角，以擴大拍攝視野，同時有效防止正午時地面反射光線過強觸發相機連續拍攝。

圖1 北京松山自然保護區紅外相機布設位點Fig.1 The location of infrared camera sites in Beijing Songshan Nature Reserve

1.2 數據分析

物種分類系統依據《中國哺乳動物名錄》[5]、《中國鳥類分類與分布名錄》[6]，動物地理分布型依據《中國動物地理》[7]。為了比較動物的相對豐富度在不同時間和空間的差異，將季節分為：春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12～2月)[8]。海拔段分為：低海拔段(700～800 m)、中低海拔段(800～1 000 m)、中海拔段(1 000～1 400 m)[9-10]。植被分為：闊葉林、針葉林、針闊混交林、灌叢。功能區分為：核心區、緩沖區、實驗區、大莊科(屬于集體林)[10]。

紅外相機拍攝獨立事件(Independent capture，IC))定義為同一物種具有獨立性的照片和視頻。對于同一個地點連續拍攝到的同一物種，如時間間隔小于30 min記為1次獨立事件；超過30 min則根據動物特征、行為連貫性等人為判斷[11]。

群落優勢度指數(Dominance indexD)，采用Simpson生態優勢度指數計算[15]：D=∑(Pi)2

“校企合作”既是國情需要，又需國策支撐。在經濟高速發展背景下，經濟產業鏈需要有與之相匹配的職業鏈來助力。需求側轉型升級，不同產業崗位需要不同專業的技術型勞動者。即：密集的產業布局，需要大量的、能夠熟練操作崗位技術能手。企業不可能苛求高職生個個都能成為技術全能型員工，但完全有理由希望高職生要具備基本的職業素養。

所有數據在Excel 2013和SPSS 20.0中處理分析。采用單因素方差分析(One-way ANOVA)，檢驗鳥類和獸類12個月的物種數、多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數是否存在顯著性季節差異。所有檢驗的顯著性水平設置為α=0.05。

2 研究結果

2.1 物種組成

本次調查累積相機日14 930 d，獲得獨立有效照片3 293組，有效視頻3 746 s，其中69.33 %為獸類影像，30.67%為鳥類影像。

鳥類獨立事件數共計1 010組，鑒定出鳥類7目17科47種(附錄1)。分布型構成有華北型、全北型、季風區型、喜馬拉雅-橫斷山區型、東北型、古北型、東洋型、南中國型、不易歸類等9種，其中古北型和東北型較多，分別占26.09%和28.26%。按居留型劃分，有留鳥 21種、夏候鳥13 種、冬候鳥4種、旅鳥9種。在記錄到的鳥類中，國家Ⅱ級重點保護野生動物有雀鷹(Accipiternisus)、勺雞(Pucrasiamacrolopha)、紅角鸮(Otusscops)、灰林鸮(Strixaluco)4種，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(簡稱“三有動物”)共有36種。

獸類獨立事件數共計2 283組，鑒定出獸類5目10科14種(附錄2)。分布型構成有季風區型、古北型、東洋型、不易歸類共4種類型，其中古北型最多，占50.00%(7種)。在記錄到的獸類中，國家Ⅱ級重點保護野生動物有斑羚(Naemorhedusgoral)1種，亦被列為IUCN紅色名錄“易危”級別，“三有動物”共有13種。

2.2 季節性差異

基于紅外相機數據，平均每月監測記錄到鳥類(13.75±5.24)種，其中2014年2月最少，為7種；9月最多，為22種。月平均多樣性指數為(1.88±0.46)，其中2014年2月最低，為0.98；2013年9月最高，為2.47(表1)。月平均均勻度指數為(0.73±0.11)，其中2014年2月最低，為0.50；2013年3月最高，為0.83。月平均優勢度指數為(0.27±0.10)，其中2013年9月最低，為0.12；2014年2月最高，為0.57。

表1 鳥類物種數、多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數月動態

Tab.1 Monthly changes of bird species number，diversity index，evenness index and dominance index

平均每月監測記錄到獸類(8.5±1.73)種，其中2014年1月最少，為6種；2013年8、11、12月最多，為11種(表2)。月平均多樣性指數為(1.54±0.35)，其中2013年9月最低，為0.83；2013年12月最高，為2.00。月平均均勻度指數為(0.72±0.13)，其中2013年9月最低，為0.42；2013年7月最高，為0.86。月平均優勢度指數為(0.33±0.14)，其中2013年7月最低，為0.16；2013年9月最高，為0.65。

表2 獸類物種數、多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數月動態

Tab.2 Monthly changes of mammal species number，diversity index，evenness index and dominance index

單因素方差分析結果表明，鳥類物種數(F=4.788，df=3，P=0.034)存在顯著性季節差異；鳥類多樣性指數(F=2.589，df=3，P=0.125)、均勻度指數(F=0.616，df=3，P=0.625)、優勢度指數(F=1.880，df=3，P=0.211)，獸類的物種數(F=0.553，df=3，P=0.660)、多樣性指數(F=0.437，df=3，P=0.733)、均勻度指數(F=1.064，df=3，P=0.417)、優勢度指數(F=0.943，df=3，P=0.464)均不存在顯著性季節差異。多重比較結果表明，鳥類物種數秋季與春季(P=0.022)、秋季與冬季(P=0.010)均存在顯著差異。一些種類僅在特定季節有記錄，例如，丘鷸(Scolopaxrusticola)僅在秋季記錄到。不同季節記錄到的獸類種類也存在一定差異，刺猬(Erinaceusamurensis)僅在夏季記錄到。

2.3 物種累計拍攝率變化曲線

紅外相機拍攝到的累積物種數隨相機日呈上升趨勢(圖2)。單位監測時間內，鳥類物種數增速高于獸類。所有相機野外放置5 d后，共計拍攝到43種動物，占所拍攝動物種數的68.25%；放置15 d后，共計拍攝到52種動物，占所有拍攝動物種數的82.53%。放置25 d后，物種數增加的趨勢變緩。

2.4 不同生境類型的相對豐富度差異

不同海拔、植被及功能區的相對豐富度存在一定差異(附錄3)。3種海拔段中，低海拔段(700～800 m)相對豐富度最高，為31.21；中海拔段(1 000～1 400 m)次之，為25.33；中低海拔段(800～1 000 m)最低，為17.92。4種植被類型中，闊葉林相對豐富度最高，為24.37；針混闊葉林次之，為18.21；針葉林較低，為9.44；灌叢最低，為7.69。4種功能區中，核心區(相機僅布設在核心區一)相對豐富度最高，為26.39；大莊科村(集體林)次之，為23.07；實驗區較低，為22.46；緩沖區最低，為19.89。

圖2 鳥類和獸類物種數隨相機日增加的累積曲線Fig.2 Cumulative species of mammals and birds with increased camera days

3 討論

3.1 鳥獸多樣性

2010年5～12月，在松山國家級自然保護區首次紅外相機監測共記錄到野生獸類12種、鳥類36種[10]；本次監測記錄到野生獸類14種、鳥類47種。新拍攝到鳥類21種，新增6科，但也有一些種類沒有拍攝到，或者沒能識別出來，如：銀喉長尾山雀(Aegithaloscaudatus)、發冠卷尾(Dicrurushottentottus)、栗耳鹀(Emberizafucata)、三道眉草鹀(Emberizacioides)等，可能存在紅外相機布設位置的差異。獸類新增2種，為黃鼬(Mustelasibirica)和松鼠(Sciurusvulgaris)，后者在歷年調查中從未被記錄，推測是由于人為放生進入松山保護區。由于2010年調查時間沒有涵蓋隆冬和春季，可能導致一些物種出現遺漏。本研究表明在以往監測動物活動較多的位點(如水源、獸徑)連續布放相機，能夠拍攝到更多物種，也顯示隨著保護區管理力度加強，本區域野生動物多樣性具有增加的趨勢。同時，應高度警惕人為放生對當地生物多樣性的影響。因此，在以往調查基礎上進行長期監測，可進一步研究物種多樣性動態狀況并分析動物的行為特點，為保護管理工作提供多層次科學數據。

3.2 季節性差異

本研究中，每月監測的鳥類物種數存在顯著季節差異，這主要是由于松山地區鳥類物種組成大部分屬于季節遷徙的旅鳥，調查中候鳥和旅鳥的數量占鳥類總數的44.46%。10月夏候鳥開始南遷，鳥類物種數減少5種；11月夏候鳥繼續減少，但同時陸續有旅鳥過境，冬候鳥遷入，因此物種數增加2種。至12月夏候鳥已遷出，旅鳥也離開本地，物種數又減少8種，記錄到的全部為留鳥和冬候鳥。本區域1、2月氣溫較低(-25℃～4℃)，鳥類活動頻率降低，因此拍攝到的物種數也較少。3、4月夏候鳥回遷，理論上3月之后物種數應該增加，但由于松山是旅游景區，春季游客量較大，鳥類易受人類活動的驚擾，4～6月物種數反而較少。每月監測的獸類物種數不存在顯著季節性差異，但冬季拍攝的物種數最少，主要由于部分物種通過冬眠或半冬眠行為來抵抗寒冷少食的不良環境。

3.3 紅外相機技術特點

北京松山國家級自然保護區曾于1987年5月～1989年7月和2009年5月～2011年12月，開展過2次系統的野生動物多樣性科學考察，統計有鳥類37科120種，其中主要活動于林下的鳥類65種、獸類6目14科27種[8-9，16]。由于受紅外相機鏡頭視角、布放位置，以及植被類型復雜等諸多因素的影響，本次監測與先前科考記錄相比，物種數偏少，尤其對小型嚙齒動物、小型鳥類、大型猛禽的調查十分有限。小型嚙齒目動物雖然拍攝率較高，但由于其移動速度較快、受到拍攝角度和夜晚色差影響，僅根據體型與毛色作為鑒別依據難以定種，而科考調查是利用鼠夾直接捕捉后鑒定。因此，盡管本次調查記錄到鼠科動物獨立事件高達1 113組，但由于無法準確鑒定物種而未納入統計分析。小型鳥類由于個體較小、外形相近難以分辨，如對鹀類(Emberizaspp.)、柳鶯類(Phylloscopusspp.)的鑒定；大型猛禽如金雕(Aquilachrysaetos)、游隼(Falcoperegrinus)等在森林中上層活動和棲息，利用紅外相機就很難記錄到。然而，本次調查拍攝到林下鳥類39種，占總發現種類的82.97%，明顯高于以往科考調查時記錄的林下鳥類比率(占54.17%)，顯示出紅外相機技術的優勢。本次調查新發現鳥類11種(附錄1)，其中10種即為林下鳥類。盡管當前紅外相機僅適于監測大中型獸類和地棲性鳥類，但是其收集的照片、視頻資料具有無可辯駁的客觀性和準確性，不因研究人員的主觀判斷致使結果偏誤，是自然保護區本底調查、稀有物種存在甚至是新種發現的確鑿證據[16]。同時，紅外相機技術在低人力成本和長時間監測物種多樣性動態發展情況等方面具有傳統調查方法無可比擬的優勢。因此，地面人工觀測與運用自動采集數據先進技術手段相結合已成為當前發展的新趨勢[17]。為使山區林地生物多樣性調查更為全面準確，應根據監測對象的特點及其生境合理設計紅外相機布放方案，并將紅外相機技術與傳統調查方法(樣線法、鋏日法、標記-重捕法、糞便分析法、痕跡分析法等)有機結合。

鳥類和獸類物種數隨相機日增加的累積曲線表明，獸類在第9個相機日取樣趨于飽和，鳥類在第29個相機日取樣趨于飽和。說明紅外相機在區內同一位點監測1個月可使取樣較為充分，再延長相機布設時間，不會使監測物種數持續增加。因此，在同一個季節內，為最大限度提高相機利用率，擴大監測范圍，提升發現新物種概率，紅外相機放置1個月即可轉移到其他位點。但在相機布放時要根據監測目標建立統一的抽樣方法，對不同的時間和空間尺度進行相同抽樣強度的監測。布設方案可參照4個基本原則：獨立性、重復性、連續性和可比性[1]。紅外相機監測易于進行標準化的方案設計，有助于實現大區域尺度上山地林區不同監測樣地之間的數據共享和對比研究，這一點也是傳統調查方法較難實現的。

松山自然保護區獸類和鳥類的分布與其生境特點有關[9，18]。本研究顯示不同海拔、不同植被類型中的物種組成和數量有較大差異。在低海拔段(700～800 m)獲得動物相對豐富度最高，而2010年的監測是在中海拔段(1 000～1 400 m)最高[8]。分析原因可能是2次調查相機布放原則不同所致。2010年調查相機按樣方法布放，而本次調查相機布放在動物出現可能性大的地點，結果說明低海拔段相對豐富度高的位點較為集中。2次監測均是闊葉林的相對豐富度最高，說明闊葉林仍是松山自然保護區林下鳥類和獸類物種及數量最豐富的植被類型，日后對該地區旅游資源開發時應科學規劃、合理利用、嚴格監管。盡管本次調查僅在一處核心區內布設相機，但其相對豐富度最高，說明核心區的保護成果仍十分有效。此外，大莊科村的相對豐富度從2010年的最低提升為第二，主要原因為大莊科村有公路貫穿，沿路形成居民聚集區，過去受到人為干擾較大，拍攝到鳥類和獸類的種類和數量均較少。目前有所上升，說明近年來松山自然保護區通過大力宣傳和加強管理，提升了居民和游客的生態保護意識，生態文明建設工作取得一定成效。

致謝：感謝北京松山國家級自然保護區野生動物監測隊對本研究的大力支持與配合。

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附錄1 北京松山自然保護區紅外相機調查鳥類名錄(2013年3月～2014年2月)

Appendix 1 Bird species captured by infrared cameras in Beijing Songshan Nature Reserve from March，2013 to February，2014

續附錄1

續附錄1

注：U古北型，S南中國型，O不易歸類，E季風區型，M喜馬拉雅-橫斷山區型，W東洋型，C全北型，H東北型，B華北型，Su夏候鳥，P 旅鳥，R留鳥，W冬候鳥

Note：U-Palaearctic type，S-South-China type，O-Hard-to-defined type，E-Monsoon type，M-Northeast type，W-Oriental type，C-Holearctic type，H-Northeast-China type，B-North-China type，Su-Summer species，P-Pass species，R-Residents，W-Winter species

DT：Distribution types； RT：Resident types；PC：Protection class according to list of endangered and protected species of China；SS：Compare with scientific survey[8]；NS：Number of sites；IC：Independent capture；RAI：Relative Abundance Index，RAI=(PN×100)/14 930；DB：Distribution breadth，DB=(SN/384)×100%

附錄2 北京松山自然保護區紅外相機調查獸類名錄(2013年3月～2014年2月)

Appendix 2 Mammalian species captured by infrared cameras in Beijing Songshan Nature Reserve from Match，2013 to February，2014

續附錄2

附錄3 不同海拔、植被、月份及功能區的相對豐富度

Appendix 3 The RAI at different elevations，vegetations，months and function regions

Biodiversity Monitoring of Understory Birds and Mammals in Beijing Songshan National Nature Reserve

Zhang Yuansheng1Jiang Wanjie2Jiang Jian2Wang Dan2Wu Jigui2Liu Fangming1Bao Weidong1*

(1.College of Biological Science and Biotechnology，Beijing Forestry University， Beijing，100083，China；2.Beijing Songshan National Nature Reserve Management Department，Beijing，102115，China)

Understanding the dynamics and trends of variation in biodiversity is the starting point from which to design effective protection measures.From March 2013 to February 2014，we deployed 64 infrared cameras in Beijing Songshan National Nature Reserve to continuously monitor large and medium-sized mammals and understory birds.In 14 930 camera-days，we recorded a total of 3 293 independent photos and 3 746 seconds of videos.We recorded 47 bird species of 7 orders and 17 families，and 14 mammal species of 5 orders and 10 families． These included five species of Class II state key protected wild animals． Compared with the monitoring records in 2010，21 avian species of 12 families( 6 new families) and 2 mammalian species of 2 families were new records for the nature reserve． Relative abundance index varied by elevation，vegetation types and functional regions，and highest relative abundance was recorded at 700 - 800 masl ( 31. 21) ，broadleaf forest( 24. 37) ，and in the nature reserve core zone( 26. 39) ． There were significant seasonal variations for birds in monthly species number and Shannon -Wiener index，but not for mammals． This study showed that species diversity as recorded by infrared cameras was increasing， which indicates camera trapping is an effective long - term monitoring technique．

Beijing Songshan Nature Reserve；Species biodiversity；Seasonal variation；Camera-trapping monitoring

2016-11-07

修回日期：2017-01-01

發表日期：2017-08-10

Q958.1

A

2310-1490(2017)03-367-09

北京市科技計劃項目(Z121100000312107)

張源笙，女，23歲，本科生；主要從事野生動物生態與行為研究。E-mail：zhang.yuansheng@126.com

*通訊作者：鮑偉東，E-mail：bao-weidong@126.com