黑龍江涼水和豐林保護區鳥類和獸類多樣性

包欣欣, 劉丙萬

東北林業大學野生動物資源學院,哈爾濱 150040

生物多樣性監測和評價是自然保護區的重要工作[1- 4]。鳥類和獸類是生物多樣性保護和評價中的重要指示類群[4- 6]。生物多樣性調查主要使用樣線法[7]、樣帶法[8]、大樣方調查法[9]、訪問法[10]以及近些年廣泛運用的紅外相機監測法[11- 12]。紅外相機作為一種具有人為干擾小、實時性強、非損傷性等特點的取樣技術,被廣泛應用于鳥獸的監測與研究中[13]。

本文以涼水和豐林保護區為例探討紅外相機技術在鳥獸多樣性中的應用,并對保護區內鳥獸多樣性進行研究,掌握重要鳥獸物種的種群現狀,同時對涼水和豐林保護區內鳥獸多樣性進行了比較研究。

1 研究地概況

圖1 涼水保護區、豐林保護區位置示意圖Fig.1 The location of Liangshui and Fenglin Reserve

涼水保護區位于黑龍江省伊春市帶嶺區,地處小興安嶺山脈的東南段——達里帶嶺支脈的東坡,128°47′8″—128°57′19″E,47°6′49″—47°16′10″N,面積為12133hm2,森林覆蓋率達95%以上；豐林保護區位于黑龍江省伊春市五營區,地處小興安嶺南坡北段,128°58′—129°15′E、48°02′—48°12′N,總面積18165hm2,森林覆被率約為96%；涼水保護區和豐林保護區的主要保護對象是以紅松為主的溫帶針闊混交林生態系統(圖1)。

2 研究方法

2.1 相機布設

東北林業大學分別于2005年和2009年在黑龍江涼水和豐林國家級自然保護區(以下簡稱為涼水和豐林保護區)建立了一塊9hm2和30hm2的典型紅松林監測樣地,用于長期監測該區域植物群落動態。為了研究保護區的鳥獸資源現狀,分別于2013年12月到2015年5月在涼水樣地、2014年4月到2015年5月在豐林樣地設置30個紅外相機監測點,每個監測點布設相機1臺,布設密度0.5臺/hm2,總覆蓋面積為60hm2,用于林下鳥類和獸類的初步監測。

將相機用繩子固定于樹干上,距離地面60—100cm保證相機與地面平行。盡量避免拍攝鏡頭內有干擾物,確保視線開闊,避免陽光直射。

進行相機、SD卡檢測,確保正常工作后將相機和SD卡統一編號,相機和SD卡編號一一對應。統一對相機參數進行設置,包括日期、時間、閃光、拍攝間隔、靈敏度。詳細記錄相機安裝位點的地理坐標、林班號、樹牌號、生境。

將相片逐一挑選去除無效照片,上傳于CameraData數據系統,進行物種識別。

2.2 數據分析

對相同相機位點及相近時間拍攝的同種個體進行識別,確定是否為同種個體,獨立有效照片的確定標準為同一相機位點含同種個體的相鄰有效照片間隔時間至少為30min[14]。

1) 相對豐富度(RAI)：

將各物種出現的獨立有效照片數與所拍到的動物的總照片數的百分比作為各物種的相對豐富度(RAI)[15]。式中,Ai表示第i(i=1,2,3,4…,28)類物種出現的獨立照片數,N表示獨立相片總數。

2) 捕獲率(CR)：

根據在相同位點同種物種的獨立照片的相對數量,即捕獲率(CR)[16],式中N為拍攝到某一物種的獨立照片數量,T為總有效監測日。

計算結果如下定義：常拍種(>10%)、較常拍種(1%—10%)、偶拍種(0.1%—1%)和罕拍種(< 0.1%)。

3) Shannon-Wiener指數(H)：

其中：Pi為第i種個體數占群落內總個體數的比例,此處以i物種的獨立照片數占總獨立照片數的比例代替。

4) 均勻度指數(J′)

其中H為Shannon-Wiener指數,S為監測到的總物種數。

5) Sorenson指數(Cs)：

式中：j為兩個保護區中的共有種,a和b分別為兩個保護區的物種數。

6) 利用EstimateS9.0進行物種與相機數擬合的稀疏化,利用ACE(基于多度的物種估計量)、ICE (基于蓋度的物種估計量)的估計方法進行物物種豐富度估計。

3 結果與分析

3.1 鳥類、獸類組成

2013年12月至2015年5月、2014年4月至2015年5年利用紅外相機分別對涼水樣地和豐林樣地內的鳥獸資源進行監測。涼水、豐林樣區共發現鳥獸29種,隸屬9目18科。其中獸類中,偶蹄目2科2種,兔形目1科1種,食肉目1科4種。嚙齒目3科5種。鳥類中雀形目7科13種,鴷形目1科1種,鸮形目1科1種,雞形目1科1種,隼形目1科1種(表1)。

涼水保護區內累計捕獲日為10736,累計獲得獨立照片621張,經過鑒定,隸屬于9目14科22種。 獸類獨立照片514張,古北界5種,廣布種6種,古北型9種。共4目7科11種,偶蹄目2科2種,兔形目1科1種,食肉目1科3種,嚙齒目3科5種。其中國家一級保護動物1種-紫貂(Marteszibellina)。豐林保護區累計捕獲日為7460,累計獲得獨立照片884張,隸屬于8目16科25種。獸類獨立照片638張,古北界4種,廣布種5種,古北型8種。共3目6科9種,偶蹄目2科2種；食肉目1科3種；嚙齒目3科4種。保護區獸類以古北界及廣布種為主,分布型以古北型為主(表1)。

表1 涼水、豐林保護區紅外相機捕獲物種名錄及區系劃分

涼水保護區獲得鳥類獨立照片107張,古北界5種,廣布種5種,古北型6種,東北型4種,共4目8科11種,鳥類中雀形目 5科8種,鴷形目1科1種,雞形目1科1種,隼形目1科1種。國家二級保護動物2種,為花尾榛雞(Bonasiabonasia)和松雀鷹(Accipitervirgatus)(表1)。豐林保護區獲得鳥類獨立照片166張,古北界6種,廣布種9種,古北型7種,東北型6種；共4目10科16種,雀形目7科13種,鴷形目1科1種,雞形目1科1種,鸮形目1科1種。國家二級保護動物2種,分別為花尾榛雞和長尾林鸮(Strixuralensis)保護區鳥類以古北界和廣布種為主,分布型以古北型和東北型占優勢(表1)。

3.2 涼水、豐林保護區物種稀疏化曲線

利用EstimateS9.0對涼水和豐林保護區內獸類、鳥類物種數及二者之和與紅外相機臺數進行擬合的稀疏化曲線(圖2—圖4),對兩個保護區進行對比。

從稀疏化曲線可以看出鳥類和獸類及二者之和隨著相機數目的增加而增加；監測中獸類曲線在急劇上升后變為漸近線,上升舒緩慢,說明取樣充分,鳥類的曲線比獸類的更陡,說明鳥類取樣不很充分；圖3中兩條曲線相交說明交點前后物種多樣性大小排序相反。

圖2 鳥類物種數與紅外相機臺數所擬合的稀疏化曲線 Fig.2 Rarefaction curves (Sobs) for estimating species diversity of avians with increased camera traps

圖3 獸類物種數與紅外相機臺數所擬合的稀疏化曲線 Fig.3 Rarefaction curves (Sobs) for estimating species diversity of mammals with increased camera traps

圖4 鳥、獸物種數與紅外相機臺數所擬合的稀疏化曲線 Fig.4 Rarefaction curves (Sobs) for estimating species diversity of species with increased camera traps

通過EstimateS9.0獲得涼水鳥類ACE值為12.17,ICE值為13.82,這2種方法對保護區目標鳥類的物種豐富度估計為12種和14種。豐林保護區鳥類ACE值為18.78,ICE值為22.46,保護區目標鳥類的物種豐富度估計大約為19種和22種。從監測結果看,涼水實際監測到的鳥類種數目為11種,約為全部物種的78%—91%。豐林實際監測到的鳥類物種數目為16種,約為全部物種的72%—84%,保護區內大部分鳥類被監測到。

涼水獸類ACE值為13.69,ICE值為13,豐林獸類ACE值為9.46,ICE值為9.63,涼水實際監測到的獸類種數目為11種,約為全部物種的78%—84%。豐林實際監測到的獸類物種數目為9種,約為全部物種的90%—95%,保護區內大部分獸類被監測到。

涼水鳥獸ACE值為28.7,ICE值為31.17。豐林鳥獸ACE值為28.1,ICE值為31.27。涼水實際監測到的鳥獸物種數目為22種,約為全部物種的70%—78%。豐林保護區實際監測到的鳥獸物種數目為25種,約為全部物種的80%—89%,保護區內大部分鳥獸被監測到。

3.3 涼水、豐林保護區鳥獸多樣性

涼水和豐林保護區鳥、獸多樣性及物種多樣性無顯著差異,均勻度指數相近(表2)。

表2 涼水、豐林保護區多樣性指數

涼水、豐林保護區物種相似度指數為Cs=0.621,說明兩地的物種有較多重疊。

3.4 涼水、豐林保護區物種豐富度

涼水、豐林保護區內相對豐富度最高的獸類均為松鼠和花鼠,其次為西伯利亞狍。涼水保護區獸類相對豐富度最低的是野豬(Susscrofa)和東北兔(Lepusmandshuricus),豐林保護區獸類相對豐富度最低的是香鼬(Mustelaaltaica)；鳥類中相對豐富度最高的是普通鳾(Sittaeuropaea)和白腹鶇(Turduspallidus)(表3)。

表3 涼水、豐林保護區鳥獸相對豐富度(%)

本次監測的鳥類中既有留鳥,也有遷徙較晚的候鳥如紅脅藍尾鴝(Tarsigercyanurus)、白眉地鶇(Zootherasibirica),從對鳥類的監測結果看,主要以林下活動的鳥類為主(表1—表3),所以可以利用紅外相機對林下鳥類進行監測研究,但是想要對保護區內鳥類多樣性進行深入研究需結合傳統調查方法。

4 討論

2011年以來紅外相機技術廣泛應用于國內鳥獸多樣性研究中。在生物多樣性和群落調查中抽樣量充分性是研究中值得重點關注的問題[17- 18]。通過稀疏化曲線,可發現保護區內獸類取樣比鳥類取樣更為充分,其主要是相機的安裝位置對鳥類監測的限制性。本次監測中對鳥獸物種豐富度估計在70% 以上,將本次監測結果與近年相關研究資料對比分析發現,低緯度(22°—27°)地區監測到的獸類種數較多[19- 22],中緯度(28°—33°)地區次之[13,23- 29],高緯度地區監測到的獸類種數最少[30-32]；秦嶺處于古北界和東洋界兩大生物區的分界線上,以秦嶺為界,秦嶺以南[20- 22,24- 27,30]要比秦嶺以北[30- 32]監測到的鳥類種數多(新疆除外),新疆卡拉麥里山屬于荒漠沙漠生境,與森林生態系統相比,紅外相機在其監測過程中所拍攝范圍更廣,可監測到的鳥類數量更多,對森林生態系統中鳥類進行監測過程中主要獲得林下鳥類,這也是與同緯度地區鳥類監測中產生較大差異的原因。通過在緯度上的對比發現,鳥獸多樣性在緯度上存在梯度變化,這與張榮祖所研究的結果相似[33]。

物種多樣性與生境間呈規律變化[34],本次調查區域屬于針闊混交林,將已有研究區域根據不同生境類型可劃分為針闊混交林[31- 32]、落葉闊葉林[23,29]、常綠落葉闊葉混交林[25]、常綠闊葉林[21- 22]、熱帶雨林[20,35]和荒漠/沙漠[30],由于多地鳥類監測未達到飽和[29,31,35],很難發現在不同生境中監測到鳥類種數的變化；在荒漠/沙漠[30]和針闊混交林中[31- 32]監測到的獸類種數相較于其他生境少,這些地區年平均降雨量、年平均氣溫小于其他地區,是導致鳥獸多樣性相較于其他地區低的主要原因[33]。本次監測與同種生境類型[31- 32]下監測到的獸類物種數相近,但本次調查與北京松山保護區監測到的獸類差距較大,劉芳等人利用公里網格法對保護區內獸類進行監測,相機覆蓋面積廣,而本研究相機以公頃網格布設,是產生差距側主要原因[36]。

涼水、豐林保護區內物種豐富度最高的為松鼠和花鼠,主要原因為松鼠家域較小,其次是由于相對于其他嚙齒類即使在夜間活動也能被準確的辨認出來。除松鼠和花鼠外很多嚙齒類無法準確識別[37- 38],針對這一類群的動物傳統的籠捕法更為有效[39- 40]。豐富度第二高的獸類為西伯利亞狍,其主要原因是在涼水、豐林保護區內都有相當可觀的西伯利亞狍種群存在。

捕獲率可以作為野生動物相對豐度的一個指標[12],研究發現除松鼠和花鼠外其他物種捕獲率均不高,影響捕獲率的原因通常有種群數量多少、動物自身家域大小以及最大活動距離。相機鏡頭的拍攝視角約為40°,動物個體經過相機視角是隨機的,動物種群越大,經過相機拍攝視角的概率越高,拍攝率越高。動物個體家域和最大活動距離越大經過相機視角的概率越小,反之則拍攝率越大。

致謝：感謝中國科學院動物研究所肖治術研究員、東北林業大學金光澤教授對工作的支持，感謝豐林保護區宋國華、黃華及東北林業大學張鳴天、宋琪、楊洋、田鵬對野外調查幫助。

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