基于紅外相機技術監測秦嶺山地引水工程對大中型獸類種群影響的初報

何剛， 郭松濤， 金學林， 張河， 石智慧， 劉羿辰， 李東群，賈康勝， 鄭鵬斌， PAN Ruliang， 6， 李保國， 7*

(1. 西北大學生命科學學院， 西安710069； 2. 西北大學陜西省秦嶺珍稀瀕危動物保育重點實驗室，西安710069； 3. 陜西省動物研究所，西安710032； 4. 陜西周至老縣城國家級自然保護區，西安710400；5. 陜西省珍稀野生動物搶救飼養研究中心，西安710402； 6. The University of Western Australia， Western Australia 6907， Australia；7. 中國科學院動物進化與遺傳前沿交叉卓越中心，昆明650223)

大型水利工程建設在創造巨大經濟、社會效益的同時，往往對工程所在地區周圍的環境產生較為顯著的影響，如水生生物生境破碎、區域氣候環境改變、植被退化和物種多樣性喪失等一系列生態安全問題(趙清賀等，2011；Liuetal.，2013)，特別是工程作業區影響最明顯(夏萍娟，陳芳清，2013)。陜西省引漢濟渭工程屬大型跨流域調水工程，對合理配置區域水資源，維持陜西省關中-天水經濟區可持續發展具有重要的戰略意義。工程貫穿秦嶺腹地，在施工期和運行期，工程作業區植被的破壞和人為干擾活動的增多可能對區內秦嶺瀕危物種的生存產生潛在的、長期的影響。因此，需要通過設置監測點來了解區內獸類種群動態變化，揭示水利工程建設期陸地生態系統結構與功能的演變過程，為消除工程建設對生態環境的影響提供科學依據。

目前，紅外相機技術已發展成為陸地生態系統監測獸類動物的重要方法(Rowcliffe & Carbone，2008；O’Connelletal.，2011)。該方法通過相機系統觸發或定時拍攝等模式來獲取野生動物的照片或視頻，通過圖像數據分析物種分布、種群數量等重要信息，同時還具備野外持續采集數據、不驚擾動物等特點(肖治術，2014)。已有多個將紅外相機應用于野生動物資源調查和長期監測工作的案例，為生物多樣性、種群動態研究和保護策略的制定提供了基礎數據(Kawanishi & Sunquist，2004；肖文宏等，2014；李晟等，2016)。因此，本研究利用紅外相機技術監測引漢濟渭工程作業區獸類種群的變化。

1 研究區域

引漢濟渭工程由黃金峽水利樞紐、三河口水利樞紐、黃池溝配水樞紐及秦嶺輸水隧洞4個部分組成(圖1)，前3個施工作業區分別位于秦嶺南坡的洋縣黃金峽鎮(107.950 424°E，33.210 875°N，海拔412 m)和佛坪縣大河壩鄉(108.052 879°E，33.342 926°N，海拔546 m)、秦嶺北坡的周至縣樓觀鎮(108.219 273°E，34.055 996°N，海拔537 m)，秦嶺輸水隧洞則穿越秦嶺主脊。因此，項目作業區分散在秦嶺南北坡，跨度達 98.3 km。秦嶺地處我國亞熱帶的西北邊緣，是長江和黃河兩大水系的分水嶺，在動物地理區劃中是古北界與東洋界的分界線，域內獸類動物包括7目30科95屬138種另14亞種，呈現出東洋界和古北界混雜過渡的特征(鄭生武，宋世英，2010)，是世界范圍內的生物多樣性熱點地區之一。據統計，秦嶺分布的獸類包括大熊貓Ailuropodamelanoleuca、川金絲猴Rhinopithecusroxellana、秦嶺羚牛Budorcasbedfordi等7種國家Ⅰ級重點保護野生動物，13種國家Ⅱ級重點保護野生動物，11種陜西省重點保護野生動物(李先敏等，2006；王開峰，鄭生武，2006)。

引漢濟渭工程于2010年開工建設，在漢江干流黃金峽及其支流子午河分別修建黃金峽水利樞紐和三河口水利樞紐蓄水，通過黃金峽抽水泵站抽提漢江干流水入黃三隧洞輸至三河口水利樞紐，經聯合調蓄后，由三河口的秦嶺隧洞輸水進入關中地區。工程存在的干擾包括：漢江干流、支流部分河道、濕地被淹沒，部分陸生動物的棲息地永久性喪失；秦嶺隧洞4#、5#支洞布置在保護區內，這些作業區均存在道路修建、挖掘、渣土堆放等工程，局部區域的自然景觀將存在永久或臨時性的改變，造成局部森林植被、森林資源損失，生態服務功能弱化；另外，工程建設中形成的泥沙和污水可能造成施工區局部河流水體輕度污染；施工噪音、人為活動增加等直接干擾野生動物。

2 研究方法

2.1 監測時間

監測時間為2015年1月—2016年12月。

2.2 監測點設置

在黃金峽水利樞紐、三河口水利樞紐、黃池溝配水樞紐和秦嶺隧道5#支洞設置監測點，這4個監測點分別代表了供水區、受水區和輸水沿線在施工期、運行期對秦嶺生態環境直接產生影響的區域(圖1)。以監測點中心位置為圓心、3 km為半徑確定監測范圍，并在不同方向選擇獸類的典型生境、動物通道等14處位點，編號為G1-1、G1-2、G1-3、G1-4、G2-1、G2-2、G2-3、G3-1、G3-2、G3-3、G4-1、G4-2、G4-3和G4-4。在每處位點設置2臺紅外相機(夜鷹SG-008，創世夏漢)。相機固定于粗壯喬木樹干離地高度超過100 cm的位置，朝向與獸道呈銳角或正對水源和動物有可能的活動場所；用GPS手持機(Garmin etrex 201x)記錄坐標和海拔。對紅外相機設置如下：(1)拍攝方式為照片+視頻；(2)觸發間隔為5 min；(3)記錄日期及時間(張晉東等，2015)。

2.3 監測對象

選取工程作業區可能分布的秦嶺大中型獸類中的保護動物作為監測對象(鄭生武，宋世英，2010)。

選取遇見率和遇見頻次作為監測指標。遇見率一定程度上反映了物種的數量，遇見率高表明該物種的數量相對較多。遇見頻次是實際拍攝到動物的次數，同一時間段頻次直接反映了同一生境動物的分布密度，不同時間段的頻次變化反映了可能存在的干擾因素對動物的影響。

遇見率：Di=Ni/Nij，式中，Ni為某個物種在第i次調查中的遇見頻次，Nij為在第i次調查中所有物種的總遇見頻次。

平均遇見率：D=∑Di/n，式中，n為調查次數。

結果以平均值±標準誤表示(張洪峰等，2011)。

圖1 引漢濟渭工程的監測點Fig. 1 Monitoring sites in Han-Wei water diversion project

3 監測結果

3.1 物種組成

2015年1月—2016年12月，共拍攝到可識別的動物照片5 038張，其中有效的監測照片432張。共鑒定出9種獸類保護動物，遇見頻次從高到低依次為：野豬Susscrofa、黃鼬Mustelasibirica、豹貓Prionailurusbengalensis、中華鬣羚Capricornismilneedwardsii、小麂Muntiacusreevesi、中華斑羚Naemorhedusgriseus、秦嶺羚牛Budorcasbedfordi、林麝Moschusberezovskii、川金絲猴Rhinopithecusroxellana。在調查期間，各物種平均遇見率存在差異，其中，野豬(39.63%±9.88%)和黃鼬(21.21%±3.53%)較常見；豹貓(13.11%±3.12%)、小麂(11.00%±3.56%)、中華斑羚(8.25%±3.45%)、中華鬣羚(5.31%±2.54%)和秦嶺羚牛(1.24%±0.81%)較少；而林麝(0.16%±0.10%)和川金絲猴(0.09%±0.08%)為偶見。

3.2 物種動態變化情況

動物遇見頻次有季節差異，冬、春季動物的遇見頻次占全部監測結果的69.5%，明顯高于夏、秋季(30.5%)。

各監測點動物遇見頻次也存在差異，其中，監測點4的動物遇見頻次最高，共計260次，高于其他3個監測點(χ2=4.511，P<0.05)；各監測點的平均遇見頻次趨勢一致(圖2)。

圖2 不同監測點的動物遇見頻次Fig. 2 Appearing frequencies of animals at monitoring sites

從動物遇見頻次的動態變化來看，2016年比2015年監測到的物種數少2種(圖3)，遇見頻次從275次減少到157次(圖4)，降幅為42.9%。其中，監測點1的降幅最大，從2015年的68次降到2016年的3次，降幅為95.6%；監測點2、3、4的降幅分別為40.0%、15.2%和25.5%(圖4)。

4 討論

各類大型工程建設(鐵路、公路、水利等)都會改變施工區域的景觀，包括地表植被的破壞、野生動物棲息地的分割與侵占、原始生態系統的改變等，這將威脅物種生存，影響區域生態安全(陳利頂等，2007)。以往有關大型工程建設中野生動物監測和研究的報道多見于公路、鐵路建設(裘麗，馮祚建，2004；殷寶法等，2006；李耀增等，2008；馬武昌，宋子煒，2008；張光源，2017)，對水利工程中野生動物監測則較少。韓書權等(2001)采用樣線法對山西萬家寨引黃工程沿線進行了為期31個月的野生動物監測，發現工程區內植被破壞、野生動物棲息地喪失，給野生動物造成非常嚴重的影響，但該研究監測對象主要針對野生鳥類。

本次研究以秦嶺山地分布的大中型獸類保護動物為監測對象，共發現9種動物，以有蹄類和食肉類為主，其中，野豬和黃鼬是監測區域的優勢物種；豹貓的遇見頻次相對較多，占全部記錄的18.5%；而小麂、中華鬣羚、中華斑羚、秦嶺羚牛相對較少，分別占10.4%、10.9%、6.9%和3.0%；林麝、川金絲猴則僅有偶然記錄。除野豬和黃鼬外，其他物種不是在所有的監測點均能發現，且遇見率年間變化較大。從季節監測結果來看，春季動物的遇見頻次最高，夏季最低。這個結果與山區動物的遷移習性有關。在冬、春季，動物一般先從高海拔區域向低海拔區域移動，待天氣轉暖又從低向高遷移，另外，冬、春季食物資源匱乏，動物覓食范圍也相應擴大(Lietal.，2000)，導致這兩季動物的遇見頻次升高；而夏、秋季許多動物在高海拔區域活動(麻奎太等，2001)，動物因食物豐富而收縮活動范圍，所以遇見頻次較低。

圖3 不同動物在監測點的遇見頻次Fig. 3 Appearing frequencies of the recorded animals at monitoring sites

圖4 2015年和2016年不同監測點的動物遇見頻次Fig. 4 Animal appearing frequencies at different monitoring sites between 2015 and 2016

不同監測點的監測結果差異與其所在位置的特點有關。監測點4動物遇見頻次明顯高于其他3個監測點，這主要是因為監測點4位于保護區內，其野生動物棲息地相對連續且人類干擾少，與監測點1、2、3長期存在的人類活動干擾、棲息地斑塊化嚴重的情況形成鮮明對比。另外，監測結果還顯示，監測點1、2、3遇見的物種數量少于監測點4，這與物種分布的海拔有關，如秦嶺羚牛、川金絲猴等珍稀動物在秦嶺分布的海拔下限都超過了1 000 m(宋延齡，曾治高，1999；Lietal.，2000)。

在監測期間，遇見動物的種類和頻次均發生了變化，與2015年相比，2016年各監測點動物遇見頻次均呈降低趨勢。對監測點進行逐一分析：①在監測期間黃金峽庫區建設正式開工，監測點1的干擾性質從一般農業干擾變化工程建設干擾，一方面施工噪音對動物產生嚴重的驚嚇，另一方面作業區的人為活動增加以及工程對當地景觀的改變，驅使動物遠離作業區，導致監測點動物遇見頻次明顯降低；物種的變化更為明顯，該監測點2016年僅發現2種動物，比2015年減少4種。②在監測開始時，監測點2已經開始了4年大范圍的水利施工，配套的公路建設、橋梁建設、居民動遷也在同步進行，并且該監測點臨近高速樞紐，人類活動干擾嚴重，因此，動物種類最少、遇見頻次最低。③監測點3位于淺山地帶，傳統農業開發干擾明顯，但是相機布設位點均遠離工程作業區(該施工范圍僅限制在山地溝口)，因此，動物受到的仍然是傳統農業干擾(挖藥、放牧、養殖)，動物的遇見頻次年間變化較小。④監測點4在所有監測點中生境和干擾都比較獨特，一方面其位于秦嶺腹地，且屬于保護區范圍內，此處動物種類多、數量多、活動頻繁，遇到動物的幾率相對較高；另一方面，當地的動物棲息地自然連接，動物在受到干擾后，可以向保護區深處遷移。雖然該監測點動物豐富度最高，但是隨著工程進展，環境壓力增大，動物的遇見頻次和種類仍呈下降趨勢。2016年沒有監測到川金絲猴與林麝，其他物種的遇見頻次則有升有降，但總體呈下降趨勢。整體上動物的種類和數量均呈減少趨勢，主要有3個原因：(1)施工改變自然景觀的整體結構、綠色生命廊道的連續性，減少局部地塊的生物量與生產力，影響其景觀生態功能，使局域生物多樣性降低；(2)施工機械噪聲對獸類產生明顯的驅趕作用，尤其對有蹄類、食肉類等的驅趕作用較大，使原分布區的動物數量暫時減少而改變其在該區域內的分布格局；(3)作業區人員活動的增加、工程生產生活廢污水的排放等，這些人為干擾都直接或間接影響動物的選擇性分布、生境狀況以及動物利用溝谷走廊帶的遷移活動。

引漢濟渭工程對所在區域的秦嶺獸類種群產生了不利影響，在監測區域存在獸類被驅趕、遷移的趨勢，以及動物活動減少的現象，這將進一步影響動物群落結構和種群空間分布，應該引起工程建設管理部門的注意。

5 保護對策

為了保護本區的野生動物，維護本區的生態平衡，并在引漢濟渭工程完工以及項目運行期，使工程沿線的生態系統盡快得到恢復和向良性循環的方向發展，建議采取以下措施，對工程區內的野生動物進行保護。

5.1 加強動物種群變化監測

及時掌握動物種群的動態變化是保護受工程影響的瀕危物種的前提。引漢濟渭工程的建設和運行周期長、范圍廣，對區內的瀕危物種生存及生態系統安全可能產生潛在的和長期的影響，建議在工程施工區涉及范圍內的村莊和農戶重新調整社區共管體系，建立新的監測網絡，以滿足保護工作的需要。

5.2 減少動物棲息地破壞，做好恢復工程

野生動物保護重在棲息地的保護。建議在工程期間，一方面對森林、濕地植被做好保護；另一方面應根據工程進展情況及時對工程生態創傷面進行修復或重建，以保證主要保護對象棲息地的安全性和生態系統的完整性。對于臨時性占地可以對表層熟化土予以收集保存，為植被的恢復奠定基礎；選擇當地原生植物進行恢復。對于永久性占地應選擇合適的地點進行異地重建規劃，恢復面積應不少于原森林及濕地面積。另外要做好渣場的覆土綠化和復墾利用，減少土壤流失。

5.3 加強動物保護宣傳，減少人為干擾

人為干擾是引漢濟渭工程對動物影響的主要因子，特別是增加的流動人口加大了當地野生動物管理的難度。因此，在項目實施期間要進一步加大野生動物保護法的宣傳力度，提高作業人員和當地居民對野生動物的保護意識，從嚴打擊捕殺野生動物的不法行為，杜絕獵殺保護動物的現象。在施工進度安排時還應充分考慮野生動物的生活習性，盡可能避開野生動物活動頻繁的季節和時段，嚴禁在覓食期、繁殖期和主要活動期施工。

致謝：感謝陜西省引漢濟渭工程建設有限公司各位領導與員工給予的幫助與便利；衷心感謝參與野外監測工作的工作人員的辛苦付出。