基于紅外相機技術調(diào)查廣東始興南山省級自然保護區(qū)鳥獸多樣性

肖家亮，李榮生，鐘慧聰，魏懿鑫，莊禮鳳

(1.廣東始興南山省級自然保護區(qū)管理處，廣東 韶關512521；2.廣州林芳生態(tài)科技有限公司，廣東 廣州510520)

始興南山省級自然保護區(qū)擁有豐富的動植物資源，植被類型多樣，以針葉的馬尾松、江南油杉和耐蔭的甜錐、苦櫧等共同構成該植被類型的主要優(yōu)勢種。其中江南油杉是中國特有物種，材質(zhì)優(yōu)良、種子富含油脂，具有適應性廣、生長快、抗逆性強等優(yōu)良特性，對土壤肥力要求不嚴，抗風力強，早期生長慢，適宜混交造林。由于生物學和生態(tài)學特性獨特，以及受人為采伐破壞的影響，目前該樹種處于漸危狀態(tài)，被列入國家林業(yè)局發(fā)布的《中國主要栽培珍貴樹種參考名錄（2017年版）》中。此前，始興南山關于野生動物多樣性調(diào)查與監(jiān)測有限, 且歷史記錄數(shù)據(jù)不能完全反映該區(qū)域當前動物資源的現(xiàn)狀，隨著生態(tài)保護力度進一步加大，野生動物保護工作不斷完善, 重新調(diào)查評估保護區(qū)內(nèi)的野生動物資源非常必要, 可以為之后的野生動物保護及科研積累寶貴資料。

紅外相機技術是一種針對大中型獸類和地面活動鳥類等陸生脊椎動物進行物種調(diào)查和科學研究的地面遙感監(jiān)測技術，即通過紅外相機來獲取野生動物圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些野生動物圖像來分析野生動物的物種分布、種群數(shù)量、行為和生境利用等重要數(shù)據(jù)。

本研究采用紅外相機技術，主要是通過被動式的紅外觸發(fā)相機對相關動物進行調(diào)查，可每天24 小時連續(xù)工作，適應于環(huán)境較為惡劣、偏遠的區(qū)域，特別是對隱秘、稀有物種的調(diào)查特別有效，并可提供清晰的動物照片或視頻等重要憑證依據(jù)，故技術客觀、真實，也被國內(nèi)外廣泛用于大中型動物的監(jiān)測調(diào)查。

1 研究方法

1.1 紅外相機布設

依據(jù)《自然保護地野外動物及棲息地的調(diào)查與評估研究--廣東車八嶺國家級自然保護區(qū)案例分析》中的“陸生大中型動物紅外相機調(diào)查與評估規(guī)范研究”，對于面積小于200 km2的保護區(qū)一般建議對全部網(wǎng)格單元進行抽樣調(diào)查（即全境調(diào)查）系統(tǒng)抽樣方案進行監(jiān)測[3]，根據(jù)保護區(qū)面積按1 km2布設1 臺相機，以確保90%以上的保護區(qū)目標物種被記錄到。本項目利用ArcGIS 將保護區(qū)范圍進行網(wǎng)格化劃分，將保護區(qū)全域劃分成78 個1000 m×1000 m的公里網(wǎng)格，并對每個公里網(wǎng)格進行編號（圖1）去除8 個覆蓋面積小于保護區(qū)面積1/2 的網(wǎng)格和5 個不適位點，共計需調(diào)查65 個公里網(wǎng)格，每個網(wǎng)格布設1 臺紅外相機。

圖1 南山保護區(qū)紅外相機分布圖

紅外相機布設包括紅外相機編號建檔，紅外相機參數(shù)設置，相機位點選擇，相機安裝，相機測試等內(nèi)容。

紅外相機編號建檔：提前制作Excel 表格建檔記錄每臺紅外相機的出廠編號，布設結束后記錄相機的布設編號及內(nèi)存卡編號，相機編號與對應內(nèi)存卡的編號要一致。

紅外相機參數(shù)設置： 調(diào)查使用UVL4 和UML4 型號紅外相機，拍照物理像素為1200 萬，視頻尺寸為1080P，設置為拍照+視頻模式，初次設置為拍照（3 張）+攝像（1 段10s）連續(xù)2 次拍攝最短時間間隔1 min，采用24 h 全天候監(jiān)測，靈敏度根據(jù)現(xiàn)場地形陽光直射程度調(diào)整，出發(fā)前確保電池和內(nèi)存卡的完整性。

在傳統(tǒng)的小學數(shù)學教學中，都是教師先教，然后學生根據(jù)教師提供的方法和結論模仿例題做一些類似的題目。在這種情況下學生只有模仿，照搬，談不上什么創(chuàng)新。學生只有發(fā)現(xiàn)問題，才能產(chǎn)生求知欲望，才能質(zhì)疑，才能有創(chuàng)新。

相機位點選擇：選擇動物活動痕跡較多的地點(如：獸徑、水源點、取食痕跡較多處等)作為相機監(jiān)測位點。對相機前方的雜草進行清理。核對相機參數(shù)，確保相機設置的參數(shù)按要求完成。盡可能選擇地勢平坦，開闊的位置布設相機，地面灌草較少，相機前不要有葉片大的植物，盡可能避開陽光直射的地方；可設置一些障礙，但注意預留動物的通道，保證動物通過相機前的時間最長。相機固定于離地面30～50 cm 的樹干上，相機鏡頭與地面平行或與地面呈＜5°的俯視角。

固定：相機應牢固固定在樹干等自然物體上，確保相機不會以非人為方式脫落，不會輕易被非工作人員取走。

相機安裝完畢，應反復對相機進行測試，確保相機能正常工作；保證相機實際拍攝區(qū)域為預設區(qū)域，并拍攝“白板照片”；白板照片是由工作人員手持1.5 m 左右的比例尺和該位點生境記錄表進行拍照，比例尺用于參考計算紅外相機所拍攝到的物種的大小（圖2）。記錄每一臺相機在每個位點上放置的日期、經(jīng)緯度、植被類型、優(yōu)勢種、海拔、坡度、坡向、動物痕跡及人為干擾等信息，并以相機為中心記錄10 m×10 m 樣方內(nèi)的植被情況，規(guī)范填寫紅外相機布設位點樣方調(diào)查表相機安裝完畢后，應對現(xiàn)場進行清理，力求還原當?shù)刈匀画h(huán)境。

圖2 紅外相機拍攝的“白板照片”

1.2 數(shù)據(jù)采集

取出相機SD 卡，裝入專用卡盒，同時在卡盒上寫上相機編號；將提前格式化的SD 卡放入相機，進行調(diào)試；在計算機上建立專用文件夾，使用專用軟件將SD 卡上的數(shù)據(jù)（照片）拷貝到計算機專用文件夾內(nèi)。及時檢查和更換電池，確保相機可正常工作。廢舊電池需帶回居民點處理。

1.3 數(shù)據(jù)分析

紅外相機拍攝照片下載到計算機后，按照生境表編號建立文件夾，分別將每臺相機每個地點上所拍攝的照片和視頻存入對應的文件夾，以使照片與生境表相對應。將照片按獸類、鳥類、其他有效照片和無效照片等進行歸類，動物分類參考《中國獸類野外手冊》（Andrew T.Smith）、《中國獸類圖鑒》（劉少英等）、《中國鳥類觀察手冊》（劉陽等）。對于同一相機位點同期觸發(fā)拍攝的、時間連續(xù)的（1min 內(nèi)），含同一物種的一組照片或視頻算作1 張有效照片，作為1 次探測。而獨立有效照片是指30 min 內(nèi)某物種在同一位點出現(xiàn)所拍攝到的一組有效照片為一份獨立有效照片。

（1）物種種群評估方法

采用動物的拍攝率作為其相對多度指標，是指某一調(diào)查區(qū)域內(nèi)，每100 個單位相機日所獲取某一物種在所有相機位點的獨立有效照片數(shù)。

式中：RAI 拍攝率代表物種相對多度指標；Ai 代表第i 類(i=1……21)動物出現(xiàn)的相片數(shù)；N 代表相機日。

（2）網(wǎng)格占有率也稱為物種相機位點出現(xiàn)率

指某一調(diào)查區(qū)域內(nèi)，某物種被拍到的相機位點數(shù)占所有相機位點數(shù)的百分率。

式中： GOi代表網(wǎng)格占有率；n 代表物種i 被記錄到的相機點數(shù)或者網(wǎng)格單元數(shù)；N 代表正常工作的網(wǎng)格單元數(shù)或者相機位點數(shù)。

2 結果與分析

本次調(diào)查紅外相機累計有效工作時長11960 個工作日，回收照片視頻51961 份，進行篩選處理以后，有效照片共計7843 張，其中拍攝獸類和鳥類的有效照片共6185 張,占78.86%，其中，獸類照片3986 張，占50.82%；鳥類照片2199 張，占28.04%；其它動物、工作人員及其它人員占21.14%。此次調(diào)查可鑒定到具體物種的野生動物33 種，隸屬于9 目17 科，包括野生獸類有3 目9 科14 種，鳥類有6 目8 科19 種。其中屬于國家二級保護動物7 種，占物種比例的21.2%。分別為：中華鬣羚（Capricornis milneedwardsii）、斑林貍（Prionodon pardicolor）、白眉山鷓鴣（Arborophila gingica）、豹貓（Prionailurus bengalensis）、白鷴（Lophura nycthemera）、蛇雕（Spilornis cheela）和紅角鸮（Otus sunia）；屬于廣東省重點保護陸生野生動物名錄物種3 種，分別為：白眉山鷓鴣（Arborophila gingica）、豹貓（Prionailurus bengalensis）和食蟹獴（Herpestes urva）；屬于中國特有種的有2 種，白眉山鷓鴣（Arborophila gingica）和灰胸竹雞（Bambusicola thoracicus）。

在世界自然保護聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄 （IUCN 紅色名錄） 中屬于易危 （VU） 物種有紅腿長吻松鼠（Dremomys pyrrhomerus）、赤麂（Muntiacus vaginalis）、中華鬣羚（Capricornis milneedwardsii）；屬于近危（NT）物種有鼬獾（Melogale moschata）、豬獾（Arctonyx collaris）、黃腹鼬（Mustela kathiah）、果子貍（Paguma larvata）、食蟹獴（Herpestes urva）和蛇雕（Spilornis cheela）；其他物種都是無危（LC）物種。

表1 南山保護區(qū)紅外相機監(jiān)測物種的網(wǎng)格數(shù)、有效照片、相對多度指數(shù)(RAI)

續(xù)表1

基于紅外相機對南山保護區(qū)野生動物監(jiān)測的結果，對南山保護區(qū)獸類和鳥類進行了種類分析，并對有效照片大于80 次的物種進行了相對多度指數(shù)（RAI）、網(wǎng)格占有率的分析。結果顯示，此次調(diào)查白鷴、小麂、野豬、紅腿長吻松鼠、白眉山鷓鴣、豹貓和鼬獾為南山保護區(qū)出現(xiàn)概率較大物種，相對多度指數(shù)均大于1。

本次調(diào)查獸類共3 目9 科14 種，其中食肉目CARVIDAE 種類最多（7 種），占獸類總物種數(shù)的50%；其次是嚙齒目RODENTIA（4 種），占獸類總物種數(shù)的28.6%；最少的是偶蹄目CETARIODACTYLA（3 種），占獸類總物種數(shù)的21.4%（表2）。從相對多度指數(shù)來看，前6 的物種分別是赤麂、野豬、紅腿長吻松鼠、豹貓、鼬獾和果子貍。赤麂RAI 指數(shù)為10.64，在40 個位點被拍攝到，網(wǎng)格占有率為0.61。野豬RAI 指數(shù)為10.43，在52個位點被拍攝到，網(wǎng)格占有率為0.79。紅腿長吻松鼠RAI 指數(shù)為7.65，在55 個位點被拍攝到，網(wǎng)格占有率為0.83。豹貓RAI 指數(shù)為1.45，在39 個位點被拍攝到，網(wǎng)格占有率為0.59。鼬獾RAI 指數(shù)為1.05，在35 個位點被拍攝到，網(wǎng)格占有率為0.53。果子貍，RAI 指數(shù)為0.92，在20 個位點被拍攝到，網(wǎng)格占有率為0.30。

表2 獸類組成

本次調(diào)查鳥類共6 目8 科19 種，其中雀形目PASSERIFORMES 種類最多（10 種），占鳥類總物種數(shù)的52.6%；其次是雞形目GALLIFORMES（4 種），占鳥類總物種數(shù)的21.1%；隼形目FALCONIFORMES 和鴿形目COLUNBIFORMES 都為2 種，各占鳥類總物種數(shù)的10.5%。最少的是形目PICIFORMES（1 種），占鳥類總物種數(shù)的5.3%。從相對多度指數(shù)來看，前3 的物種分別是白鷴、白眉山鷓鴣和黑領噪鹛（詳見表3）。白鷴是本次調(diào)查中相對多度指數(shù)最高的野生動物，RAI 指數(shù)為14.54，在59 個位點被拍攝到，網(wǎng)格占有率為0.89。白眉山鷓鴣RAI 指數(shù)為1.45，在24 個位點被拍攝到，網(wǎng)格占有率為0.36。黑領噪鹛RAI 指數(shù)為0.69，在23 個位點被拍攝到，網(wǎng)格占有率為0.35。

表3 鳥類組成

3 討論

本次調(diào)查紅外相機累計有效工作時長11960 個工作日，回收照片視頻51961 份，進行篩選處理以后，有效照片共計7843 張，其中拍攝獸類和鳥類的有效照片共6185 張,鑒定33 種野生動物，其中屬于國家二級保護野生動物7 種，占保護區(qū)總數(shù)的21.2%，且國家二級保護野生動物主要分布在保護區(qū)核心區(qū)，說明保護區(qū)核心區(qū)是重點保護野生動物的重要棲息地。白鷴、小麂、野豬、紅腿長吻松鼠、白眉山鷓鴣、豹貓和鼬獾是出現(xiàn)概率高的物種，相對多度指數(shù)均大于1；調(diào)查中從獸類的種類上看，食肉目種類最多（7 種），占獸類總物種數(shù)的50%；調(diào)查中從鳥類的種類上看，雀形目種類最多（10 種），占鳥類總物種數(shù)的52.6%；本次紅外相機監(jiān)測記錄以地面活動的中大型獸類和地面活動的鳥類為主, 說明這和紅外相機布設的特點有關，更多營洞穴生活、飛翔活動及體型較小的獸類或者鳥類未能被紅外相機拍攝記錄；保護區(qū)小型食肉目種類占比高，它們多以小型嚙齒類喂食，因此可以看出南山保護區(qū)小型嚙齒類數(shù)量也相對較多。

此次，本次調(diào)查意外記錄到了國家二級保護動物中華鬣羚和蛇雕。其中，記錄到了中華鬣羚的覓食影像，從相關資料了解鬣羚采食植物主要以薔薇科、忍冬科、禾本科的植物種類為主,楊柳科、蕁麻科、毛茛科的植物種類次之，說明南山保護區(qū)分布著中華鬣羚主要的采食植物。此外，我們根據(jù)以往資料分析，蛇雕地面活動時，通常該地面嚙齒類及小型獸類資源量豐富，否則很少會在地面活動，此次調(diào)查中有2 臺紅外相機均拍攝到蛇雕蹤跡，可見南山保護區(qū)地面小型動物較多。

本次調(diào)查中，紅外相機拍攝到了1 種家養(yǎng)動物：狗(2 個位點)，說明保護區(qū)內(nèi)雖然保護較為嚴格，但仍存在著少許放牧，人為活動較多，建議加強對進山人員的管理與監(jiān)測，加強對周邊社區(qū)保護野生動物法律法規(guī)的宣傳。

從物種總數(shù)來看，物種數(shù)增長還沒有穩(wěn)定，還有很多種獸類和鳥類未被紅外相機記錄到，其原因可能有：紅外相機放置時間較短，僅有6 個月；這些物種在保護區(qū)內(nèi)的種群數(shù)量可能較少，不容易被相機拍攝到。因此，為更全面科學了解保護區(qū)的野生動物資源，建議做到如下幾個方面：

（1）延長監(jiān)測時間，實現(xiàn)對不同生境的分層取樣監(jiān)測； （2）增加核心區(qū)監(jiān)測位點，實現(xiàn)對保護區(qū)不同功能區(qū)的分層取樣；（3）建設紅外感應監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對部署的紅外相機、紅外相機拍攝的清晰照片、保護區(qū)基礎地理信息、動物監(jiān)測檔案等數(shù)據(jù)資料進行系統(tǒng)管理；（4）完善監(jiān)測方案，根據(jù)不同生境區(qū)域，對鳥類、兩棲類、爬行類和獸類動物進行樣線調(diào)查和訪問調(diào)查，獲取更為全面的的物種信息；并對對保護區(qū)后續(xù)可持續(xù)研究提供科學依據(jù)，從而為保護區(qū)的保護行動提供更加科學的保護建議和依據(jù)。