京新高速公路(臨白段)野生動物通道監測研究

李靈貝， 王云*， 關磊， 朱廣河， 李娜， 孔亞平， 朱洪強*

(1.吉林農業大學，長春130118； 2. 交通運輸部科學研究院，北京100029；3.內蒙古自治區交通建設工程質量監督局，呼和浩特010020)

公路、鐵路等交通基礎設施在當今社會中扮演著重要角色，承載著增進交流、拉動經濟的任務，但在其發展進程中，交通基礎設施與生態環境之間的矛盾日益凸顯(Formanetal.，2003；van derreeetal.，2015)。其中，交通基礎設施對野生動物的影響受到廣泛關注，許多國家開發了野生動物保護技術并且建設了動物通道示范工程，取得了豐碩的成果(Beckmannetal.，2010)。1955年，美國誕生了第一條供野生動物使用的通道；1974年，歐洲首條野生動物通道建成；2010年，首屆國際野生動物通道設計大賽在美國舉行，野生動物通道設計和研究成為道路生態學重要內容之一(Clevenger & Huijser，2011)。國內對野生動物通道的研究起步較晚，主要集中于青藏鐵路和公路(吳曉民，王偉，2006；殷寶法等，2006；Yang & Xia，2008；王云等，2017)、思小高速公路(Panetal.，2009)、秦嶺山區公路(龔明昊等，2012；張洪峰等，2016)、長白山區公路(王云等，2013；Wangetal.，2017)等。

在針對特殊地域(如荒漠、戈壁、草原、凍土等)的道路工程野生動物通道的研究亦有開展。京新高速公路沿途多為荒漠戈壁，氣候干旱少雨，地勢平坦開闊，沿線分布有國家Ⅰ級重點保護野生動物4種，國家Ⅱ級重點保護野生動物6種，沿線野生動物呈低密度、廣分布的特點，無固定遷徙通道，水源是動物活動的主要目的地(朱玉峰等，2013)。京新高速公路于2017年7月正式通車，專門設置了33處橋梁通道以及若干處涵洞通道，公路建設之初因野生動物通道問題吸引了社會的廣泛關注，鋪設完工后，野生動物通道的利用效果及原因亦成為關注重點。

本研究的目的包括：1)京新高速公路(臨白段)穿越保護區路段野生動物通道效果如何；2)影響野生動物通道利用率的因素有哪些。將這些科學問題明朗化，對今后類似地區公路動物通道設計和建設有重要的啟示和指導作用。

1 研究區域

京新高速公路(臨白段)位于內蒙古自治區西北部，路線呈東西走向，項目主線起點位于臨河繞城高速公路臨河區工業路的臨河互通，與京藏高速公路臨河過境段相接，經巴彥淖爾市和阿拉善盟，到達項目終點白疙瘩(蒙甘界)，與甘肅省推薦路線方案相接，路線全長935.67 km，穿越和毗鄰3個保護區，分別是：東阿拉善自然保護區(104°12′～106°16′E，39°40′～40°57′N)，東西長約175 km，南北寬約123 km，總面積1 071 548.5 hm2，公路穿越保護區實驗區路段K118+100～K185，長66.9 km；哈騰套海國家級自然保護區(106°09′～106°50′E，40°30′～40°57′N)，東西長約53 km，南北寬約42 km，總面積123 600 hm2，公路穿越保護區實驗區路段K78～K104+350，長26.35 km；額濟納胡楊林國家級自然保護區(101°03′～101°17′E，41°30′～42°07′N)，面積26 253 hm2，公路穿越保護區實驗區路段K600～K612，長12 km。經課題組現場考察和咨詢專家后，選擇穿越東阿拉善自然保護區路段和靠近額濟納胡楊林國家級自然保護區路段的野生動物通道開展監測。

2 研究方法

2016年11月—2017年10月，選擇京新高速公路(臨白段)沿途18條動物通道(表1)，布設30臺紅外相機(ltl6310)，其中，每座中小型橋梁1～2臺、大型橋梁2～3臺、每個涵洞1～2臺，對通道及周邊的獸類、鳥類進行12個月的連續監測。

表1 擬監測野生動物通道參數指標Table 1 Parameter indicators of wildlife crossing structures to be monitored

注： 人為干擾： 人、車、家畜等獨立照片數量； 植被覆蓋： 好(喬灌草組合)、中(灌草叢分布)、差(只有稀疏草叢分布)

Notes： Human disturbance： number of independent photographs of people， cars， livestock， etc.； Vegetation cover： good (tree and shrub combination)， medium (shrub and herb distribution)， poor (only sparse herb distribution)

通過相對豐富度指數(relative abundance index，RAI)評測不同物種對動物通道的利用率(O’Connelletal.，2010)，公式為RAI=Ai/T×100，式中Ai為第i種(i=1，2，……，n)動物獨立照片數量，T為紅外相機的總工作日。

獨立有效照片定義：(1)同一紅外相機所攝同一物種相鄰照片間隔30 min以上；(2)同一紅外相機所攝不同物種或同一物種的不同個體。記錄各動物通道的長、寬、高、開闊率(openness index，OI)和通道類型等參數。其中，OI=l×h/w，式中l為通道長度，h為通道高度，w為通道寬度或通道縱深距離。

同時記錄通道周圍500 m范圍內的植被類型、蓋度、水體類型和規模。

采用非參數統計中的Mann-WhitneyU檢驗對比分析橋梁、涵洞通道的利用率。采用多元線性回歸分析通道尺寸、人為干擾因子對通道利用率的影響，利用逐步回歸法篩選影響顯著的指標。采用Kruskal-WallisH檢驗對比分析水體、植被覆蓋對野生動物利用通道的差異性。

3 研究結果

3.1 通道利用率

研究期間紅外相機丟失11臺。本次監測累計4 119個捕獲日(紅外相機工作天數)，共拍攝1 428張動物獨立有效照片，其中，獸類544張，鳥類884張，共鑒別獸類5種，鳥類14種(表2)。從RAI看，赤狐Vulpesvulpes331張(119.94)最高，蒙古兔Lepustolai148張(53.31)，野貓Felissilvestris、兔猻Otocolobusmanul均為55張(26.73)，豬獾Arctonyxcollaris僅10張(5.25)(表3)；鳥類中，喜鵲Picapica452張(140.30)最高，其次為石雞Alectorischukar179張(95.57)，其他鳥類253張(148.04)，喜鵲和石雞占鳥類RAI的62.27%。

赤狐利用了絕大多數的通道(穿越了10座橋梁中的8座，8個涵洞中的6個)。蒙古兔利用了半數通道，野貓/兔猻利用了4座橋梁通道和3個涵洞通道，均不及通道數量的半數。赤狐、蒙古兔、野貓和兔猻對橋梁利用率高于涵洞，但差異無統計學意義。

表2 利用野生動物通道的鳥獸Table 2 Birds and mammals using wildlife crossing structures

表3 不同通道野生動物利用相對豐富度指數Table 3 Relative abundance index of wildlife using different wildlife crossing structures

從鳥類、獸類對橋涵通道的總體利用率看，橋梁通道RAI(59.45±18.19)顯著高于涵洞通道(7.12±2.38)(Mann-WhitneyU=11.000，Z=-2.577，P=0.010)。鳥類利用橋梁通道RAI為36.79±15.48，遠高于涵洞通道(2.01±1.22)(Mann-WhitneyU=11.500，Z=-2.579，P=0.010)；獸類利用橋梁通道RAI為22.66±6.66，高于涵洞通道(4.85±1.71)，但差異無統計學意義(Mann-WhitneyU=19.000，Z=-1.870，P=0.062)。人為干擾在橋梁通道和涵洞通道處都很強烈，且橋梁通道處RAI為90.72±30.92，遠高于涵洞通道處(17.66)(Mann-WhitneyU=6.000，Z=-3.021，P=0.003)(圖1)。

圖1 不同動物類群對橋涵通道的利用率Fig. 1 Recording rate of bridges and culverts used by different animal groups

3.2 動物通道影響因素分析

采用多變量線性回歸分析通道尺寸、人為干擾等因素對野生動物利用通道RAI的影響，應用逐步回歸分析法篩選指標。采用Kruskal-WallisH分析水體和植被覆蓋等因素對動物通道RAI的影響。構建5個物種/群體模型(表4)，模型的解釋偏差為0.564～0.798，說明模型的擬合性較好?？傮w上，通道尺寸是鳥獸利用通道的主要影響因素，長度與赤狐、野貓、獸類、鳥類和總體的RAI密切相關，高度與野貓的利用率密切相關，開闊率是鳥類、總體的通道利用預測指標。

采用Kruskal-WallisH檢驗了水體、植被覆蓋對野生動物利用通道的差異性，發現有長流水或季節性流水的通道利用率顯著高于無水通道，有喬灌草或灌草叢分布的通道利用率顯著高于只有稀疏草叢分布的通道(表5)。

表4 逐步回歸模型中的變量、系數(B)、標準誤(SE)、P值和解釋偏差R2Table 4 Variables in the stepwise regression model，coefficient (B)， standard error (SE)，P and interpretation bias R2

表5 水體和植被覆蓋對野生動物利用通道相對豐富指數的影響Table 5 Effects of water and vegetation on the relative abundance index of wildlife crossing structures

4 討論

赤狐利用了絕大多數通道，對于橋梁和涵洞通道的選擇性不顯著，顯示其對于公路橋涵通道的適應性最強。在青藏高原的動物通道監測中也有類似結論(Wangetal.，2018)。蒙古兔利用了半數的通道，對橋梁和涵洞通道的選擇性也不顯著。野貓和兔猻利用了4座橋梁和3個涵洞，尺寸變化大(長2～140 m，高2 ～15 m)，這與其他研究結論類似，北美山貓Lynxrufus和郊狼Canislatrans利用多種通道，從大型橋梁到小型管涵(Ngetal.，2004)，青藏鐵路沿線猞猁穿越的通道長5～30 m、寬1.5～23 m、高2 ～5.2 m(Wangetal.，2018)。因此，預計京新高速公路對赤狐、蒙古兔、野貓和兔猻的影響不大，這些動物能順利利用橋涵通道穿越高速公路。

本研究顯示通道尺寸是鳥獸利用通道的主要影響因素。在人為干擾可忽略的情況下，通道尺寸可以很好地解釋大型食肉動物和食草動物的通道利用率(Clevenger & Waltho，2005)。青藏公路沿線的有蹄類動物偏好短的、高的和開闊的通道穿越公路和鐵路(Wangetal.，2018)。人為干擾也是影響動物通道發揮作用的一個重要因素(Xiaetal.，2007；Glistaetal.，2009)。本研究顯示，動物通道處人為干擾強度大，導致野生動物利用率不高，狐貍(包括赤狐和藏狐Vulpesferrilata)對青藏鐵路動物通道的RAI為449.8(Wangetal.，2018)，而本研究中赤狐RAI僅有119.94，強烈的人為干擾不僅影響野生動物利用通道，而且對紅外相機帶來安全隱患(丟失率達36.67%)，未來紅外相機的安全設置成為公路動物通道監測的一項重要內容。

京新高速公路新疆段野生動物利用通道的位置與兩側水源的分布關系密切(朱玉峰等，2013)，與之相接的內蒙古段也有類似的規律，這為將來動物通道設計和施工提供了指導。良好的水源條件也有助于植被恢復，這在干旱半干旱區尤為重要，本研究顯示灌草叢或喬灌草立體植被群落結構會促進野生動物對通道的利用。實際上，模擬自然植被群落或種植野生動物喜食植物是有效設計野生動物通道的重要環節(Clevenger & Huijser，2011)。

野生動物通道的位置與其設計同樣重要。識別正確的擬設通道的位置對于緩解道路的阻隔效應至關重要。確定特定的野生動物穿越位置一般是基于項目層面來考慮，交通部門采用的一些用于確定野生動物通道的方法，主要有物理數據、基于GIS的移動模型和基于專家的模型法等(Clevenger & Huijser，2011)。本項目沿線重點保護物種數量稀少且無固定活動路線，而工程建設者結合建設實際設置了多處橋梁涵洞通道，在穿越東阿拉善自然保護區路段設置了大橋4座，中橋4座，通道13條，涵洞134個，在穿越額濟納自然保護區路段設置了6座大中型橋梁和多個涵洞通道。因此，本工程野生動物通道的位置可能不是影響野生動物穿越高速公路的主要因素。

本研究監測時間僅1年，未來研究應持續跟蹤監測，觀察野生動物通道的長期效果以合理評價其作用；監測通道僅10座中小型橋梁和8個涵洞通道，且每次維護紅外相機行程跨度超過1 000 km，未來需增加監測目標勢必需要更多人力物力及資金的保障；監測周期涵蓋了京新高速公路施工后期和運營初期，通道周邊人為干擾大，影響了監測效果，并導致了紅外相機的丟失。預計隨著未來高速公路施工期的結束和運營期的開始，監測效果將逐步好轉，野生動物會逐漸適應人類預留的通道(Clevenger & Huijser，2011)。