基于紅外相機陷阱法的北京百花山國家級自然保護區旅游線路周邊野生動物的調查研究

劉雷雷,趙永健,王清春,崔國發,*,楊 南,鄭長燕,劉 東

1 北京林業大學自然保護區學院, 北京 100083 2 北京市八達嶺林場, 北京 102112 3 北京百花山國家級自然保護區管理處, 北京 102300

自1956年我國在廣東鼎湖山建立第一個自然保護區以來,經過60多年發展,截至2016年底,我國已建立了自然保護區2750個,約占國土陸地面積的14.88%,其中國家級自然保護區446個,基本形成類型多樣、布局合理的自然保護區體系[1]。隨著各種生態和野生動物保護工程的實施,野生動物種群得到了一定恢復和發展,但伴隨而來的是野生動物傷人和破壞農作物的事件頻發[2- 3]。

隨著我國經濟水平的發展,人民生活水平不斷提高,在巨大的城市生活壓力下,人們渴望回歸大自然的意愿越發強烈,旅游成為休閑放松身心的一種有效方式,尤其是短途的京郊旅游線路受到熱捧。北京市旅游委和農委聯合發布“京郊旅游發展綱要(2015—2020)”,其中提出未來5年京郊10區縣接待規模超過1億2千萬人次,市民人均在京旅游次數6次以上。如何評估旅游活動對野生動物的影響和減少危險野生動物對人的傷害,成為一個人們關注的熱點問題[4- 5]。

本研究于2015年7月—2016年9月,利用紅外相機調查北京百花山國家級自然保護區旅游線路周邊野生動物的種類和物種豐富度,并分析在不同時空尺度和海拔梯度上野生動物的分布模式,同時分析野豬、豹貓等潛在危險動物的活動規律,以期為保護區的旅游區域制定管理方案和建立危險預警機制提供基礎數據。

1 研究地概況

北京百花山國家級自然保護區位于北京市西部門頭溝區清水鎮境內,保護區距門頭溝區政府60 km,距市區80 km,與河北省淶水、涿鹿及懷來縣相鄰。保護區地理坐標是115°25′—115°42′E、39°48′—40°05′N,總面積為21743.1 hm2,是北京市面積最大的保護區。保護區是以保護暖溫帶華北石質山地次生落葉闊葉林生態系統為主的自然保護區。根據統計,保護區有野生脊椎動物20目47科169種,其中獸類6目13科25種,鳥類11目27科131種[6]。

保護區內動植物資源豐富,風景獨特,氣候宜人,是開展生態旅游和避暑度假的理想場所。百花山有四大旅游景區,最有名的是有“華北植物園”之稱的百花草甸景區,這里的草甸近千畝,一到8月底,上百種五顏六色的鮮花,爭奇斗艷、異常奪目,吸引了大量的國內外游客。

2 研究方法

2.1 樣線概況

本研究在北京百花山保護區選擇三條旅游線路兩側布設20臺紅外相機(旅游線路左側、右側各布設10臺)進行研究(表1)。第一條線路為保護區管理局到百花山草甸的主要旅游線路,全長約為4 km,其他兩條小眾旅游線路分別為主旅游線路兩邊的瞭望塔旅游線路和望海樓旅游線路,分別約長2 km和1.5 km。主旅游線路布設紅外相機11臺,瞭望塔線路6臺,望海樓線路3臺(圖1)。

2.2 紅外相機布設方案

紅外相機監測時間為2015年7月—2016年9月,每臺相機間隔距離200 m以上,相機安放在旅游線路兩側40 m以內。紅外相機型號為LTL—6310MC,紅外相機布設在野生動物活動痕跡比較多的地方,固定在30—100 cm的喬灌木的樹干上。設置觸發拍攝1張照片后,拍攝11 s的短視頻,兩張照片拍攝時間間隔1 s。最后調整角度使相機鏡頭對準獸道中線位置,且注意安放位點的隱蔽性。

表1 北京百花山國家級自然保護區旅游區域20臺紅外相機位點概況

安放好相機后,記錄相機位點所在的GPS坐標、海拔、植被類型、距旅游步道的直線距離、坡向、坡度等基本信息。同時在相機位點附近設置一定的標識,為方便下次尋找相機和檢查相機是否丟失。

2.3 數據處理

每2—3個月上山回收一次紅外相機數據,并更換相機電池(取換電池時間分別為：2015年9月2日,2015年12月2日,2016年3月4日,2016年5月17日,2016年7月21日,2016年9月29日)。紅外相機數據回收后,以相機編號建立文件夾,將拍攝到的照片和視頻數據存入相應的文件夾。為了減少重復性,對于同一位點上拍攝的照片或視頻,將時間間隔至少為30 min的同一動物的連續照片或視頻算作一次有效記錄[7]。在Excel中錄入有效記錄的拍攝日期、時間及動物物種名稱等信息(表2)。

2.3.1 物種相對豐富度

選擇動物的拍攝率(Capture Rate,CR)作為其相對豐富度的指標。拍攝率的計算公式為[8- 9]：

式中,Si為拍攝的第i種動物的照片總數,N為所有相機的有效拍攝日。

利用卡方檢驗(Chi-square test)來測試不同環境變量中動物拍攝率是否存在顯著差異。

2.3.2 物種多樣性分析

利用香農-威納多樣性指數(Shannon-Wiener Index,H)計算野生動物種群的多樣性,計算公式為[10]：

式中,Pi代表第i種動物的有效照片數占總有效照片數的比例。

圖1 北京百花山國家級自然保護區旅游線路紅外相機位點圖Fig.1 The location of infra-red cameras sites in Beijing Baihua Mountain National Nature Reserve

相機編號Camera number布設時間Set day相機日Day of cameras/d物種數Number of species照片數Number of pictures12015-7-113091228722015-7-123031211832015-7-11312189242015-7-114371928952015-7-11138147262015-7-112551137372015-7-114221218782015-7-124211426992015-7-1239016787102015-7-123131061112015-7-121301388122015-7-1240016127132015-7-123131144142015-7-124001073152015-7-124001144162015-7-124001787172015-7-1240019181182015-7-12400768192015-7-12310517202015-9-239214192

2.3.3 日活動節律

將一天24 h劃分為12個時間段(每2個小時為一個時間段),通過計算動物在不同時間段的相對豐富度指數(Time Period relative abundance Index,TRAI)來分析動物的日活動規律。計算公式如下[11]：

式中,Tij代表第i種動物(i=1,2, …)在第j時間段(j=1—12)的有效照片數,Ni代表所有相機拍攝的第i種動物有效照片總數。

2.3.4 月活動節律

通過計算不同月份的相對豐富度指數(Monthly relative abundance index,MRAI)來分析動物的月活動規律。計算公式如下[12]：

式中,Mij代表第i種動物(i=1,2, …)在第j月(j=1—12)的有效照片數,Ni代表所有相機拍攝的第i種動物有效照片總數。

3 監測結果與分析

3.1 拍攝到的物種數及其相對豐富度

2015年7月—2016年9月,有效拍攝日6843 d。共拍到有效照片3761張,其中獸類占74.81%,鳥類占17.10%,人畜活動占8.09%。鑒定出野生動物物種53種,分屬9目25科,其中獸類14種,分屬5目9科(表3);鳥類39種,分屬4目16科(表4)。拍攝到的部分鳥獸照片見附圖。

表3 百花山旅游線路紅外相機拍攝獸類動物名錄

P：古北型物種Palaearctic species;O：東洋型物種Oriental species; LC：無危Least Concern;NT:近危Near Threatened;京1：北京市一級保護野生動物The first level of Beijing provincial protected species;京2：北京市二級保護野生動物 The second level of Beijing provincial protected species

表4 百花山旅游線路紅外相機拍攝鳥類動物名錄

續表目、科、種Order,family,species分布型Distribution type瀕危等級Endangered category保護等級Protection class照片數Number of pictures拍攝率Capture rate/%32 燕雀Fringilla montifringillaPLC京2360.53(十二)鹀科Emberizidae33 小鹀Emberiza pusillaPLC10.0134 栗鹀Emberiza rutilaPLC10.0135 黃喉鹀Emberiza elegansPLC京220.03(十三)科 Sittidae36 普通Sitta europaeaPLC京210.01(十四)鹡鸰科 Motacillidae37 樹鷚Anthus hodgsoniPLC30.04(十五)巖鷚科Prunellidae38 棕眉山巖鷚 Prunella montanellaPLC50.07(十六)鵯科Pycnonotidae39 白頭鵯Pycnonotus sinensisOLC京210.01

VU：易危Vulnerable species;國Ⅰ：國家一級保護野生動物The national Ⅰcategory protected species;國Ⅱ：國家二級保護野生動物The national Ⅱcategory protected species

拍攝率排在前五的獸類動物是巖松鼠、豬獾、狍、松鼠、豹貓。其中巖松鼠在所有相機位點中都有拍到,屬于保護區廣泛分布的物種;豬獾和狍在18個相機位點中拍到也屬于分布比較廣泛的物種,松鼠在14個相機位點中出現,占所有位點數的70%;豹貓在12個相機位點中出現,占所有位點數的60%。但本次沒有拍到國家一級保護動物金錢豹(Pantherapardus)和二級保護動物斑羚(Naemorhedusgoral)。

拍攝率排在前五的鳥類動物是環頸雉、紫嘯鶇、寶興歌鶇、勺雞、燕雀,屬于保護區分布比較廣泛的鳥類。在海拔1400 m以上的3個相機位點拍到4張國家一級保護動物褐馬雞(Crossoptilonmantchuricum)的照片,國家二級保護動物勺雞在13個相機位點中拍到,有效照片數72張。本次還拍到了蟻鴷(Jynxtorquilla)、大斑啄木鳥(Dendrocoposmajor)、褐頭鶇(Turdusfeae)等5種北京市一級保護動物,斑鶇(Turdusnaumanni)、藍喉歌鴝(Lusciniasvecica)、銀喉長尾山雀(Aegithaloscaudatus)等16種北京市二級保護動物。

3.2 不同生境類型動物拍攝率和生物多樣性分析

不同的動物會選擇適合自己生存的生活環境和棲息地,因此生境對動物的活動和分布有很大影響。不同的生境類型,野生動物的拍攝率極其顯著差異(統計學意義：2=35.164,df=5,P<0.001),最高的是闊葉林和溪谷(分別為18.94%和16.95%),針葉林、針闊混交林和灌木林相似(分別為6.27%、2.82%和5.28%),草甸最低(0.25%)(表5)。這說明大部分動物喜歡在食物比較豐富的闊葉林區域或水源地附近中生活或活動。草甸區域因食物較少,而游客較多,人為干擾比較嚴重,動物活動較少。因此可在闊葉林和溪谷的地方,多布設紅外相機,增加動物的拍攝率。

不同生境下生物多樣性指數不同,其中闊葉林、針葉林、針闊混交林、灌木林的生物多樣性指數變化不大,在0.80—0.91之間,而草甸的生物多樣性指數為0.57,溪谷的生物多樣性指數最低,僅為0.27。

表5 不同生境紅外相機的拍攝率及生物多樣性指數

3.3 不同海拔動物拍攝率和生物多樣性分析

不同海拔的生物多樣性指數變化很大,趨勢是中間海拔>較高海拔>較低海拔。

表6 不同海拔紅外相機的拍攝率及生物多樣性指數

3.4 不同月份動物拍攝率和生物多樣性分析

紅外相機拍攝的野生動物的豐富度會在不同的月份發生節律性變化(表7)。不同月份野生動物的拍攝率極其顯著差異(統計學意義：2=30.640,df=11,P<0.001),從3月份開始,隨著溫度不斷升高,拍攝率不斷升高,集中拍攝月份是5—9月份,并在7月份達到峰值(10%),拍攝到24種物種,有效照片數684張。

不同月份的生物多樣性指數變化很大,從0.57(8月份)變化到0.92(3月份),這與拍攝率的變化趨勢不同,主要是因為同一月份拍攝的各種物種的有效照片數變化很大。

3.5 潛在危險動物活動規律分析

本文選擇野豬、狗獾、豹貓、豬獾和花面貍這五種潛在危險動物(會攻擊人或者使人,尤其是兒童,受到驚嚇的動物)作為研究對象進行分析。野豬作為大中型的潛在危險動物,其他4種屬于小型潛在危險動物,游客或工作人員與這些動物相遇,可能會受到攻擊或驚嚇。了解這些潛在危險動物的活動規律和習性,有助于保護區制定相應的管控方案和建立危險預警機制。

表7 不同月份紅外相機的拍攝率及生物多樣性指數

3.5.1 日活動節律分析

野豬、狗獾、豹貓、豬獾和花面貍這5種動物表現出不一樣的日活動節律(圖2)。

從照片的時間可以推斷出,野豬、狗獾、豬獾和花面貍這四種動物具有典型的夜行性活動特征。野豬夜間活動(18:00—8:00)的頻率明顯比白天(8:00—18:00)高,表現出雙峰型的活動特征,在18:00—20:00(18.18%)和2:00—4:00(12.73%)、4:00—6:00(12.73%)出現兩個峰值。狗獾集中活動在18:00—4:00(79.54%),活動峰值出現在0:00—2:00(22.73%)。豬獾夜間活動(18:00—8:00)比例接近88%。花面貍一天中只在0:00—2:00(33.33%)、4:00—6:00(33.33%)、22:00—24:00(33.33%)這3個時間段活動。而豹貓全天活動比較平均,活動曲線相對平緩,集中活動在4:00—14:00(44.63%)。

3.5.2 月活動節律分析

野豬、狗獾、豹貓、豬獾和花面貍這5種動物表現出一定的月活動規律(圖3)。

圖2 5種潛在危險動物的日活動節律Fig.2 Daily activity rhythm of five potentially dangerous animals

圖3 5種潛在危險動物的月活動節律Fig.3 The monthly activity rhythm of five potentially dangerous animals

野豬集中活動在4月—10月(67.28%),這可能與這幾個月食物增加有關,與百花山的旅游旺季時間基本重合,說明野豬會在人類密集活動的月份出現。狗獾和豬獾活動月份比較相似,集中活動在4月—9月,在12月—2月沒有活動記錄,具有冬眠習性。豹貓在各月份活動變化最大,集中在7月—9月活動,在7月和9月達到峰值(23.21%),而在4月和12月到低谷(0%),沒有活動記錄。花面貍只出現在溫度較高的7月—9月。

4 結論和討論

4.1 結論

(1)本文利用紅外相機調查北京百花山國家級自然保護區旅游線路周邊野生動物分布和活動規律,共鋪設20臺紅外相機,有效拍攝日6843天,拍到有效照片3761張,其中獸類2813張,鳥類643張。鑒定出獸類14種,分屬5目9科;鳥類39種,分屬4目16科。本次拍攝到國家一級保護動物褐馬雞4次,還拍到了北京市一級保護動物蟻鴷,說明該保護區旅游線路周邊野生動物豐富度較高。

(2)拍攝率經常被作為評估動物的相對數量的指標,拍攝率越高,則動物種群數量往往也越多。闊葉林的動物物種數和拍攝率遠遠高于其他生境類型,這與李廣良等[13]、趙永健[14]、劉芳等[15]的研究結果一致。較低海拔1150—1400 m區域的拍攝率高于中間海拔和較高海拔。動物集中活動在5—10月份,這幾個月的拍攝率高于其他月份。而拍攝率與多樣性指數往往不一致[16]。闊葉林的多樣性指數低于針葉林和灌木林,中間海拔多樣性指數>較高海拔>較低海拔,這與沈潔瀅等[17]的研究結果一致。

(3)野豬、狗獾、豹貓、豬獾和花面貍這5種潛在危險動物,表現出明顯的夜行性,雖然這些動物大部分活動時間在18:00以后,對白天游客危險性不大。但由于其在旅游步道較近的區域活動,拍攝到野豬離步道最近的距離才5 m,一旦與游客或工作人員相遇,存在一定的危險性。因此需要加強對游客的管理,提醒游客沿著旅游步道上下山,不要走小路下山,同時要注意下山時間,18:00之前必須下山,嚴禁18:00以后在 山上逗留和露營。

(4)本次調查中共丟失6臺紅外相機,拍攝到人畜活動照片305張,主要是是上山采蘑菇的村民和驢友,部分村民還帶狗上山,可能是為了捕獵野生動物,保護區需要加強對進山人員的管理,嚴禁家養動物進入保護區。

4.2 討論

(1)與保護區科考報告中的動物名錄相比,本次拍攝到4種獸類新紀錄,分別是松鼠、隱紋花松鼠、狗獾、花面貍;8種鳥類新紀錄,分別是丘鷸、灰頭綠啄木鳥、紅嘴藍鵲、紅尾鶇、白眉鶇、藍喉歌鴝、紅脅藍尾鴝、白頭鵯,但國家一級保護動物金錢豹和國家二級保護動物斑羚沒有拍到,主要是因為本次紅外相機數量少,拍攝時間短,覆蓋的范圍小,集中在旅游線路周邊,未能覆蓋整個保護區。

(2)紅外相機主要布設在固定在30—100 cm的喬灌木林的樹干上,朝著獸道拍攝,可以監測到保護區內大部分的大中型獸類,拍攝的獸類種數占保護區科考獸類名錄的64%,但不太符合大部分鳥類的生活習性,所以拍攝的鳥類種類較少,拍攝的鳥類種數僅占保護區科考鳥類名錄的30%。這說明紅外相機在監測大中型獸類和地面鳥類有一定優勢[18- 20]。

(3)低海拔區域,動物的豐富度最高,隨著海拔的升高,動物豐富度逐漸減少,這與生態學中的中域效應假說(The mid-domain effect hypothesis)不一致,可能的原因是本研究的樣線是3條旅游線路,海拔越高的地方,游客越多,人為干擾比較嚴重,相應的動物活動次數減少。

(4)研究野生動物與生態旅游活動之間相互影響的關系是自然保護區未來研究的一個重點。

紅外相機技術在調查大中型潛在危險獸類有一定優勢,但不能用于調查危險蛇類。因此,應把紅外相機法和傳統的樣線法相結合,通過對旅游線路長期的監測,調查潛在危險動物的種類、分析其日活動節律和月活動節律,及其經常出現的生境海拔,從而更全面地掌握保護區旅游線路周邊潛在危險動物多樣性及其活動規律。

同時調查每條旅游線路的日、月、年游客量,日、月游客的活動節律、游客的年齡、文化程度以及是否有偏離游到進入周邊區域活動的行為等數據,并進行野生動物與生態旅游活動之間相互影響分析。以此為依據,調整游客數量和旅游時間,建立相應的危險預警機制,在潛在危險動物經常出沒的區域設立警示牌提醒游客注意防范危險。

附圖 紅外相機拍攝到的部分鳥獸照片Figure Some photos of birds and animals taken by the infrared camera