基于紅外相機技術的佛坪國家級自然保護區豹監測初報

馮水園，曹 慶，朱大鵬，李 濤

(陜西佛坪國家級自然保護區管理局，陜西 佛坪 723400)

1 引言

紅外相機技術(camera-trapping)作為一種新興的研究技術，具有準確性、長期性、隱蔽性和無損傷性等特點[1]，適合于探測活動隱蔽、數量稀少的野生動物，現今廣泛應用于鳥類和獸類調查中[2，3]，它不僅可以提供物種分布的準確證據，還可以用來研究其行為活動和種群密度[4]。近10多年來，國內外紅外相機技術應用迅速發展，多見于野生動物種群監測、多樣性調查、種群密度評估等科研和保護工作中[5]。

豹(Pantherapardus)屬貓科，食肉目豹屬，其全身棕黃色且遍布黑褐色金錢花斑，又名金錢豹，身體強健、動作敏捷、能跳善爬、會游泳、性情兇猛狡猾，常棲于叢林、丘陵，性狡猾，常棲于叢林、丘陵、巖石洞穴之中。晝伏夜出，傍晚和清晨是其活躍期，常隱伏林間或草叢偷襲、捕殺草食動物、靈長動物等為食，平時喜單獨活動[6]。

豹廣泛分布于全球各地，適應能力較其他大型貓科動物強，總體的生存環境也較其他大型貓科動物更適宜。歷史上，金錢豹曾廣布于除干旱戈壁沙漠和海拔4000 m上西部山地之外的中國全境[7]。但是有些豹亞種的現狀并不是很樂觀，在中國分布的豹的亞種，如東北豹、華北豹和華南豹在IUCN的瀕危等級中分別是極危、瀕危和易危[8]。隨著社會經濟的發展，人口的劇增，人類活動在各個水平和層次上的強度加大，豹的棲息地大幅度縮小，種群數量也大幅度降低[9]。研究表明，金錢豹在中國急劇減少，現存金錢豹種群小(<50個體)且分散，主要存在于相互孤立的自然保護區中，使得它們面臨著較高的局地滅絕的風險[7]。

陜西自古以來廣泛分布著眾多國家級重點保護野生獸類。由于人口猛增，經濟活動加劇，森林等植被遭到嚴重的破壞，致使大熊貓等野生動物的棲息環境不斷地惡化，部分地區逐漸縮小，加之一段時間的亂捕濫獵，虎豹的數量急劇下降[10]。金錢豹可能是目前秦嶺地區最大的食肉猛獸，它處于食物鏈頂端，對維持物種的種群平衡、生態系統平衡有重要作用[11，12]。

金錢豹在陜西曾廣泛分布于黃橋林區、關山林區及秦嶺林區。在20世紀80、90年代由于林區采伐作業等人為活動，金錢豹在陜西省已呈現瀕危狀態。隨著90年代末國家退耕還林、天然林保護等重點生態工程的實施，金錢豹在全省的數量和活動區域在逐年增加。2004年以來鳳翔、黃陵、佛坪、永壽、富縣等縣發現活體金錢豹[13]。

本文通過對2020年3月到2021年2月份間紅外相機數據進行整理分析，得到陜西佛坪國家級自然保護區豹的分布格局，以期更好地為保護區長期監測及保護豹提供理論依據和技術支持。

2 研究區域

陜西佛坪國家級自然保護區(以下簡稱佛坪保護區)位于陜西秦嶺中段南麓佛坪縣境內，地理坐標為107°41′～107°55′E, 33°33′～3°46′N，1978年12月份經國務院批準建立，是以保護大熊貓(Ailuropodamelanoleuca)和森林生態系統為主的國家級自然保護區，是秦嶺地區生物多樣性最為豐富的區域。區內最低海拔980m，最高海拔2904m，總面積292.40 km2，森林覆蓋率98.5%，屬于北亞熱帶向暖溫帶過渡的山地氣候，區內有涼風埡、三官廟、大古坪、岳壩4個保護站。

佛坪保護區內動植物資源豐富，珍稀瀕危動物種類繁多，有陸生脊椎動物32目101科452種[14]，其中國家I級重點保護野生動物有大熊貓、川金絲猴、秦嶺羚牛、林麝、豹等14種;國家Ⅱ級重點保護野生動物65種[15]。

3 研究方法

3.1 紅外相機的布設

佛坪保護區根據保護區功能區域劃分并結合地形地貌特征，在全區布設了98臺紅外相機 (圖1)，主要布設在動物活動的通道、水塘等附近的活樹干上，安裝高度50～120 cm。相機安裝好后，記錄安裝的日期、時間、相機編號、GPS位點、海拔、坡度、坡向、距水源距離、植被狀況等信息。紅外相機設置為拍照+攝像模式，先連拍3張照片，然后攝像15～20 s，觸發間隔時間0 s，全天24 h拍照，照片大小12 M，視頻規格1080 p。每3～4個月更換1次電池并回收照片和視頻數據，相機安裝最低海拔1226m，最高海拔2487m。

圖1 陜西佛坪國家級自然保護區紅外相機布設

3.2 紅外相機數據處理

3.2.1 數據獲取

將拍攝的照片與視頻數據按照相機布設點編號，刪除連續空拍、無用的照片和視頻，僅保留有拍攝對象的照片，同時核對并校正照片拍攝日期。利用Bio-Photo(V2.0)軟件程序對拍攝照片進行分析，生成Excel文件,如表1所示。

表1 紅外相機數據經Bio-Photo(V2.0)軟件處理后分析

3.2.2 數據錄入與處理

讀取照片和視頻，進行判讀與物種鑒定，填寫表格中的各列信息。同一只(群)動物在相機前持續活動時，記錄第一次拍攝照片或視頻作為“獨立捕獲首張”，在此列處錄入“1"，即為有效捕獲照片，其余記錄條目中此列保留空白。同一種動物反復多次被相機捕獲的情況，若時間間隔小于30 min，則認為是同一次捕獲事件，取一張有效捕獲照片;如時間間隔大于30 min，則記錄為2次獨立捕獲事件，取2張有效捕獲照片(表2)。

表2 紅外相機分析

3.3 紅外相機數據分析方法

3.3.1 豹相對多度指數

相對多度指數(relative abundance index, RAI)是以紅外相機數據為基礎，表征動物種群相對多度大小的指標[16]公式如下:

RAI=(Ni/N)×100

(1)

式(1)中，RAI代表豹的相對種群數量；Ni代表豹的有效探測次數；N代表相機工作日天數[17]。

3.3.2 豹年活動節律和季節活動節律

特定時間段內動物被紅外相機記錄到的概率與其本身活動強度成正相關[18],因此相對多度指數的大小可以反映豹的活動強度。公式如下：

MRAI=(Dij/Ni)×100

(2)

式(2)中，MRAI(monthly relative abundance index )代表全年12個月中每個月份區間豹的月相對多度指數；Ni代表豹的有效探測次數；Dij代表豹在時間段j(月時間段)中出現的獨立探測次數。

根據豹在各個月份和季節的相對多度指數大小，分析其年和季節活動節律。根據物候特征，定義3～5月份為春季，6～8月份為夏季，9～11月份為秋季，12月至翌年2月份為冬季。

4 研究結果

4.1 紅外相機工作狀況及豹拍攝概況

經統計，2020年3月至2021年2月份，佛坪保護區安裝98臺紅外相機，損壞12臺，紅外相機累計有效工作日23252 d，共收集到48173個照片或視頻文件，其中野生動物的獨立探測7349次。有6臺紅外相機共獲得豹的37條記錄，其中豹的獨立探測次數為12次，占野生動物獨立探測次數的0.163%(圖2)。

圖2 監測到豹影像數據的紅外相機點位示意

豹相對多度指數是0.0516,海拔高度區間為1799～2012 m，拍攝到豹最早和最晚時間分別為2020年3月份和2021年2月份。圖3是拍攝到的具代表性的豹照片。

圖3 佛坪保護區拍攝的豹照片

4.2 豹活動節律

豹的年活動高峰是3、4月份。從5月份開始豹的活動逐漸減少，在12月份逐漸活躍。從季節上看，豹在春季最活躍，冬季次之，夏季活動最少 (圖4)。

圖4 佛坪保護區豹月活動節律

豹的日活動強度在15:00后逐漸活躍， 一直持續到21:00后開始減少活動；7：00～10：00豹日活動出現小高峰。

拍攝到豹活動的影像數據最低環境溫度是-2 ℃，最高環境溫度是20 ℃，平均環境溫度為6.83 ℃。

5 討論

佛坪保護區豹棲息地海拔高，地形復雜，氣候多變，區內完全無交通設施，豹作為大型猛獸，種群數量少、性情機敏、隱蔽性強，傳統的研究方法如樣線法、監測法實施難度大且準確性不易估計。紅外相機技術在珍稀瀕危野生動物、夜行性動物、新發現等強隱蔽性動物監測中有特殊的作用，本研究表明，紅外相機技術在佛坪保護區的豹科學研究中具有較強的適用性。

本研究中豹的獨立探測次數較小，一是由于豹作為大型貓科動物種群密度極低，極難拍攝探測；二是佛坪保護區內野生動植物豐富，經常出現野生動物“玩耍”“摔壞”相機等現象，加之夏秋季草木豐盛致使空拍浪費電池電量，紅外相機的有效拍攝相對較少。三是紅外相機布設未遍布全區，佛坪保護區內地形復雜，完全無交通設施，紅外相機是沿著小路、獸道等容易達到的地方進行布設的，相對減少了豹的拍攝探測。四是紅外相機探測有一定的局限性，只能探測實體，而無法監測足跡、食跡等輔助信息，加之豹的行動迅敏致使延遲拍攝的紅外相機空拍，從而造成監測數據的偏差。如需獲得豹更準確、詳細的科研數據，必須通過長期科學的多種監測方法。

根據一年的紅外相機探測數據發現區內豹僅分布在大古坪保護站管轄地的西河區域，分布比較集中，豹種群數量很少，但有研究發現區內三官廟一帶也有豹的分布(紅外相機19次在山脊和溝谷記錄到豹白天和晚上在三官廟和大古坪西河區域的活動影像)[19]，還有三官廟工作人員曾在三官廟區域目擊豹的活動，說明佛坪保護區內豹的分布及種群數量極有可能更大，需要進一步的研究調查。

豹作為大型掠食者，是生態系統的指示性物種之一，陜西秦嶺區域經常出現其活動痕跡。2008年10月份陜西長青國家級自然保護區首次用紅外相機拍攝到野生豹的影像，之后相繼在黃柏塬保護區、周至保護區等秦嶺自然保護區群中至少33次拍攝到野生豹的活動影像[20]。豹頻繁出沒在秦嶺片區，對維護生態系統平衡起著至關重要的作用，研究秦嶺片區的豹分布、種群數量、棲息地等學術問題需要科學研究者的廣泛關注，從而為豹種群的發展、棲息地及保護區的規范化管理提供科學依據。

此研究基于豹紅外相機獨立探測次數進行研究豹的活動節律，由于探測次數十分有限，其反應的豹各項活動節律仍需大量數據更進一步研究分析。另外，紅外相機布設時還應記錄水源距離、坡度、坡位、生境等信息，視頻數據中也有月相等信息，基于紅外相機的多種野生動物研究應進一步挖掘此類信息，以獲得更多研究成果。

應用紅外相機技術監測野生動植物是一個長期且復雜的過程，佛坪保護區還需要加強和完善紅外相機調查監測管理及研究，以獲得更多研究數據，為動植物保護管理提供重要參考依據。

致謝：野外工作得到了陜西佛坪國家級自然保護區保護站全體職工的幫助，在此表示衷心的感謝!