京新高速公路哈騰套海保護區段野生動物通道監測研究

張相鋒 郭 鋒 彭阿輝 董世魁 陳冬勤 溫 璐

(1.北京師范大學環境學院，北京，100875；2.內蒙古阿拉善交通運輸局，阿拉善左旗，750306；3.北京中交弘毅環保工程有限公司，北京，101405；4.內蒙古大學生態與環境學院，呼和浩特，010021)

道路為人類生活提供便捷的同時，對野生動物的種群存續產生了影響，諸如車輛撞壓死亡、棲息地破碎化和喪失、遷徙通道受阻等負面影響[1-5]，且多數情況下該影響是不可逆的。如何在保證人類社會經濟效益需求的同時，最大限度降低道路對動物的影響，是野生動物保護工作面臨的一大挑戰[6]。20世紀五六十年代，國外一些生態學家通過優化道路網，設計動物通道來減輕道路對野生動物的負面影響，以期保護有限的生物多樣性資源[7-8]。我國在該領域的研究剛剛起步[9]，自2003年青藏鐵路建設引進野生動物通道以來，已在青藏公路、鐵路[10]、云南省思茅-小勐陽高速公路[11]和陜西觀音山保護區東涼公路[12-13]等路段進行了應用。

內蒙古哈騰套海國家級自然保護區地理位置特殊，分布有典型的荒漠動植物資源、動植物區系構成復雜，對荒漠野生動植物資源和生物多樣性保護、荒漠動植物生存生長規律及生態系統演變規律科學研究具有重要意義[14]。北京至烏魯木齊(京新)高速公路是國家高速公路網在內蒙古境內的重要路段，其不可避免地穿越哈騰套海保護區實驗區。該段公路的建設和運營將對區域內野生動物的遷移活動造成阻隔，對沿線野生動物的生存及發展造成影響。因此，研究京新高速公路運營對哈騰套海國家級自然保護區野生動物的影響，分析野生動物對通道利用的效果及活動規律，提出相應的改進和優化措施，對于保護野生動物資源，協調社會經濟發展與生態保護，促進生態文明建設具有十分重要的價值與意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

哈騰套海國家級自然保護區地處巴彥淖爾市磴口縣哈騰套海蘇木和沙金套海蘇木境內，東北接烏蘭布和沙漠，北部與杭錦后旗接壤，西北部鄰接烏拉特后旗，南部接阿拉善左旗及納林套海農場。地理位置為106°9′—106°50′E，40°30′—40°57′N，海拔為1 030—2 046 m。哈騰套海國家級自然保護區屬于典型荒漠向草原化荒漠的過渡帶，年平均降水量僅119 mm，年蒸發量高達2 377 mm，年平均大風日多達80余天，夏季炎熱少雨，冬季寒冷漫長[14]。

哈騰套海國家級自然保護區屬荒漠生態類型自然保護區，主要保護對象為荒漠生態系統和珍稀瀕危野生動植物及其生存環境，其地理位置的特殊性、自然性、生物多樣性、物種稀有性決定了它的重要保護價值[14-15]。保護區內地貌較為復雜多樣，主要分為山地、沙漠、平原濕地三大地貌類型，是典型的生態復合體。根據保護區地形地貌的特點，保護區對象具有明顯的區域分布特性。山地地貌位于保護區的西部，屬狼山山系的終端，是巖羊(Pseudoisnayaur)等保護動物的重要生活地帶[14]。沙漠地貌位于保護區的中部，是珍稀瀕危植物主要生長地帶。平原濕地地貌位于保護區的東部，是各種水禽棲息繁殖的主要場所[14]。

京新高速巴彥淖爾境內于2014年9月開工建設，2017年7月通車運行，約24.6 km穿越哈騰套海自然保護區實驗區，公路采用四車道高速公路標準，設計速度100 km/h，路基寬度26 m。

1.2 相機布設

根據青藏高原野生動物通道監測結果，大型通道、中小型橋梁和涵洞都是野生動物的遷徙通道[16-17]。因此我們選擇京新高速穿越哈騰套海保護區路段中設置的6座動物橋梁通道和2座涵洞通道為監測點(表1)。每座橋梁(QL)和涵洞(HD)各設置1臺紅外相機，共設置8臺。紅外相機型號為Ltl Acorn 6210(深圳獵科電子有限公司)，拍攝照片為1 200萬像素，連續拍攝3次，拍攝最短時間間隔為10 s。監測時間從2017年10月22日—2018年7月6日，工作正常，無丟失現象。

表1 動物通道類型與位置

Tab.1 Wildlife corridor type and location

1.3 數據處理

對獲得的照片數據，先去除人類活動、未拍到動物和無法識別的照片，在處理連續照片時，為降低同一物種照片的自相關性，設置一定的時間間隔，以30 min為間隔分開的照片作為1次獨立捕獲即如果同一相機在30 min中連續多次內拍到同一物種，視為1張獨立有效照片[6，18]。根據某種動物的獨立有效照片數計算物種相對豐富度(Relative abundance index，RAI)、月相對豐富度(Monthly relative abundance index，MRAI)、時間段相對豐富度(Time period relative abundance index，TRAI)、夜間相對豐富度(Night time relative abundance index，NRAI)和通道相對利用率(Corridor relative effectivene index，CREI)[19-20]。

物種相對豐富度計算公式為：

(1)

其中，RAI代表物種相對豐富度(%)；Ai代表第i類動物的獨立照片數，N代表所有動物的照片總數[19-20]。

月相對豐富度計算公式為：

(2)

其中，MRAI代表月相對豐富度(%)；Mij代表第j月動物i出現的獨立照片數，Ni代表動物i在研究期間的所有獨立照片總數[19-20]。

時間段相對豐富度計算公式為：

(3)

其中，TRAI代表某個時間段的相對豐富度(%)；Tij代表第j時間段動物i的出現獨立照片數，Ni代表第i種動物的獨立有效照片總數[19-20]。

夜行性采用夜間相對豐富度(Night time relative abundance index，NRAI)，計算公式為：

(4)

其中，NRAI代表夜間相對豐富度；Ti代表第i類動物在夜間時間段出現的相片數；Ni代表第i種動物的獨立有效照片總數。根據研究地區的氣候特點，以巴彥淖爾市杭錦后旗每天的日出日落時間劃分為晝夜。若NRAI>13/24，則認為動物具有夜行性，反之則具有晝行性，接近則認為夜行性不明顯[19]。

通道相對利用率計算公式為：

(5)

其中，CREI代表通道相對利用率(%)；Eij代表第j個通道動物i出現的獨立照片數，Ni代表第i種動物的獨立有效照片總數。

2 結果

2.1 物種相對豐富度

本次監測中共布設紅外相機8臺，有效相機的總工作日為2 056 d，分析后獲取有效獨立照片99張。經鑒定，共拍攝到2種野生獸類，分別為食肉目(Carnivora)、犬科(Canidae)、狐屬的赤狐(Vulpesvulpes)和兔形目(Lagomorpha)、兔科(Leporidae)、兔屬的蒙古兔(Lepuscapensis)。其中，赤狐的物種相對豐富度為24%，蒙古兔的物種相對豐富度為76%。

2.2 利用動物通道遷移獸類月活動規律

赤狐在11月的月相對豐富度最高(29%)，10月次之(25%)，其他月份對動物通道的利用率較低。蒙古兔6月的月相對豐富度最高(55%)，5月次之(23%)，在10—12月未監測到蒙古兔利用動物通道(圖1)。

圖1 利用動物通道遷移獸類月活動規律Fig.1 Monthly activity patterns of mammals by using wildlife crossing structures

2.3 利用動物通道遷移獸類日活動規律

赤狐與蒙古兔的日活動規律相似，屬于雙峰型，但活動高峰出現的時間段存在差異。赤狐的活動高峰出現在夜間(1：00—4：00和19：00—21：00)和清晨(6：00—7：00)，在8：00—12：00、13：00—14：00和15：00—18：00未被監測到。蒙古兔晝夜均利用動物通道，日活動高峰期出現在6：00—10：00和18：00—20：00，21：00—5：00較平穩并出現小幅波動。

圖2 利用動物通道遷移獸類日活動規律Fig.2 Daily activity rhythm of mammals by using wildlife crossing structures

2.4 通道利用率

赤狐對涵洞的利用率為54.2%，對橋梁的利用率為45.8%；蒙古兔對涵洞的利用率為82.66%，對橋梁的利用率為17.34%。赤狐對HD-1的利用率最高(46%)，其次為QL-4(25%)，未利用QL-3和QL-5兩處通道。蒙古兔僅利用HD-1(49.33%)、HD-2(33.33%)和QL-2(17.33%)3處通道進行遷移，通道利用率較高的兩處動物通道均為涵洞類型。

圖3 通道相對利用率圖Fig.3 Corridor relative effectivene index

2.5 野生獸類遷移夜行性分析

利用夜間相對豐富度分析2種獸類遷移的夜行性特點，發現赤狐的夜間相對豐富度為87.50%，明顯高于13/24，說明夜間活動能力較強，屬于夜行性。蒙古兔的夜間相對豐富度為18.67%，明顯低于13/24，說明晝間活動能力較強，具有晝行性。

3 討論

3.1 紅外相機技術對野生動物通道利用情況監測效果分析

與其他傳統的調查方法相比，利用紅外相機技術調查道路對野生動物的影響，具有全天候拍攝、對動物干擾小，記錄客觀準確、能夠長期和持續的野外監測等優點[21-22]，已成為調查道路對野生動物影響最有效的方法之一[6，23]。本次紅外相機調查中監測到獸類赤狐和蒙古兔2種利用動物通道，這可能與其對環境的適應能力強，分布較廣，數量較多，為保護區內的常見種有關。未監測到其他野生動物穿越公路，動物通道的利用率較低，這可能與哈騰套海保護區動物活動范圍及通車時間較短有關。

哈騰套海保護區屬荒漠生態系統，所分布的野生動物種類和數量較少，也沒有固定的、成規模的動物從公路區域遷徙穿過，且京新高速穿越哈騰套海保護區路段主要位于沙漠地貌類型，是珍稀瀕危植物主要生長地帶，并非北山羊(Caprasibirica)、盤羊(Ovisammon)、鵝喉羚(Gazellasubgutturosa)等保護獸類分布主要區域。保護區內無常年性河流，動物飲水源主要為北側的山洪水和南側的海子等10處水源，其中位于公路北側狼山地區有8處水源點，公路南側平原地區有2處水源點。公路沿線分布的河流、湖泊、泉眼周邊植被相對較好的區域是野生動物的主要覓食區域，因此動物主要分布于保護區西部的狼山山地區域，除在食物比較缺乏的季節時而到保護區中部的沙地覓食外，一般均在北側狼山區域活動[14]。公路對地面活動范圍較大、需要不同季節進行穿越的動物影響較大[24]，而保護區內重點保護動物多位于狼山地區，活動范圍較為固定，北山羊等部分物種有季節性遷徙活動，多傾向于垂直方向上遷或下移[25]，因此本次監測中并未監測到重點保護動物穿越公路。此外在野外調查過程中也未觀察到大型獸類及其活動痕跡，公路沿線兩側各兩公里范圍內分布有這些大型獸類的可能性非常低。

本段公路走向基本與省道312和臨河至策克口岸鐵路(臨策鐵路)平行通過該保護區，公路的修建雖未對該區域野生動物棲息地產生新的切割，但動物對通道的利用頻次與通道到公路的距離顯著的正相關，動物在穿越公路后需要合適的環境以緩解穿越公路時的高度緊張狀態。本段公路距離臨策鐵路最遠處不到500 m，且路基較高(4—6 m)，動物在穿越公路后仍受到鐵路的阻擋，這也是導致動物通道利用率較低的原因之一。

本次監測數據為通車運營1年后的數據，公路運營時間較短，野生動物對新環境需要一個適應過程，目前可能尚未適應高速公路修建對環境帶來的變化[16]。雖然施工期對野生動物產生的阻隔效應不像公路營運期的影響持續時間長，但由于施工人員等的迅速進入，將野生動物的棲息地及覓食空間分割開，影響動物的覓食、活動等行為，特別對警惕性較高的野生動物產生的影響更大。

3.2 野生獸類利用動物通道的活動規律分析

在研究區域內赤狐和蒙古兔利用動物通道遷移的月相對豐富度隨月份發生相應的變化，這可能與不同季節的食物資源分布和動物生活習性有關。本研究發現赤狐在10—12月相對豐富度較高，其他月份相對較低。赤狐主要以沙鼠類和兔類等荒漠嚙齒動物為食，而此時期是鼠類等動物密度較高的時期，食物充足，因此其月豐富度較高[26]。蒙古兔與赤狐的月相對豐富度相比有明顯的差異，其在2月以及5—6月相對豐富度較高，其他月份則處于較低水平。蒙古兔繁殖期處于1—9月[27]，2月是蒙古兔繁殖的一個小高峰，雌雄個體相遇的幾率提升，從而增加了物種相對豐富度；而夏季食物充足，加上處于繁殖期，因此蒙古兔在5—6月相對豐富度較高。

在遷移的日活動規律上，赤狐在夜間(1：00—4：00和19：00—21：00)和清晨(6：00—7：00)活動較為頻繁，白天(8：00—20：00)觀測到的活動頻率很低，這與赤狐為夜行性動物一致，主要在夜間和晨昏覓食[28]。赤狐在冬季和不受干擾地區也會在白天活動[28]，因此在12：00—13：00和14：00—15：00也觀測到赤狐利用動物通道。蒙古兔晝夜均利用動物通道穿越公路，高峰期出現在6：00—10：00和18：00—20：00，與其晝夜皆活動，但在清晨和黃昏時間段較為活躍的習性一致。

青藏高原的研究中發現野生動物對橋梁的利用率高于涵洞，本文卻發現野生動物對兩個涵洞的利用效果高于其他橋梁。不一致的最主要的原因可能是紅外相機的監測距離短于橋梁長度，而涵洞寬度較窄，當動物利用涵洞穿越公路時，紅外相機能捕獲所有利用涵洞的影像，因此本文得出的結果存在偏頗，在以后的監測中可增加紅外相機數目以解決此類問題。另外一個原因可能是青藏鐵路的主要關注對象為藏野驢(Equuskiang)、藏羚羊(Pantholopshodgsoni)等大中型重點保護動物，橋梁通道適合大型有蹄類動物穿越[29]。而本次研究中觀測到的為赤狐和蒙古兔兩種動物體型較小，而涵洞形式的動物通道主要適合小型哺乳動物、兩棲類、爬行類動物通過[30]。

4 結語及建議

本研究通過紅外相機對保護區動物通道進行監測，發現僅有赤狐與蒙古兔利用動物通道，未發現國家重點保護動物利用動物通道，動物通道的利用率較低。基于本研究，對道路建設的不同階段野生動物通道建設提出以下改進或優化措施。

4.1 在公路工程選線規劃設計階段應注意避開生態敏感區，在無法避繞野生動物敏感區時，應采用實地調查和資料收集的方法系統確定沿線野生動物資源現狀(分布、數量、習性、活動規律、遷徙路線、飲用水源)和棲息環境(主要食物種類及分布、繁殖地、避難所、棲息地)、阻隔因素等信息，在經濟和社會條件允許的情況下針對不同類型動物設置不同形式(上跨式、下穿式、緩坡通道)和大小(長度、寬度、高度)的動物通道及其他輔助設施(警示牌、圍欄、防護網)等緩解對野生動物的阻隔效應。

4.2 開展野生動物遷徙規律、動物通道有效性的持續監測，對野生動物通道的作用及效果進行科學評價，根據監測結果調整、優化動物通道的設置，為以后類似工程項目動物通道的設計、施工、評價、優化、管理積累實施經驗。