基于红外相机陷阱法的北京百花山国家级自然保护区旅游线路周边野生动物的调查研究

刘雷雷,赵永健,王清春,崔国发,*,杨 南,郑长燕,刘 东

1 北京林业大学自然保护区学院, 北京 100083 2 北京市八达岭林场, 北京 102112 3 北京百花山国家级自然保护区管理处, 北京 102300

自1956年我国在广东鼎湖山建立第一个自然保护区以来,经过60多年发展,截至2016年底,我国已建立了自然保护区2750个,约占国土陆地面积的14.88%,其中国家级自然保护区446个,基本形成类型多样、布局合理的自然保护区体系[1]。随着各种生态和野生动物保护工程的实施,野生动物种群得到了一定恢复和发展,但伴随而来的是野生动物伤人和破坏农作物的事件频发[2- 3]。

随着我国经济水平的发展,人民生活水平不断提高,在巨大的城市生活压力下,人们渴望回归大自然的意愿越发强烈,旅游成为休闲放松身心的一种有效方式,尤其是短途的京郊旅游线路受到热捧。北京市旅游委和农委联合发布“京郊旅游发展纲要(2015—2020)”,其中提出未来5年京郊10区县接待规模超过1亿2千万人次,市民人均在京旅游次数6次以上。如何评估旅游活动对野生动物的影响和减少危险野生动物对人的伤害,成为一个人们关注的热点问题[4- 5]。

本研究于2015年7月—2016年9月,利用红外相机调查北京百花山国家级自然保护区旅游线路周边野生动物的种类和物种丰富度,并分析在不同时空尺度和海拔梯度上野生动物的分布模式,同时分析野猪、豹猫等潜在危险动物的活动规律,以期为保护区的旅游区域制定管理方案和建立危险预警机制提供基础数据。

1 研究地概况

北京百花山国家级自然保护区位于北京市西部门头沟区清水镇境内,保护区距门头沟区政府60 km,距市区80 km,与河北省涞水、涿鹿及怀来县相邻。保护区地理坐标是115°25′—115°42′E、39°48′—40°05′N,总面积为21743.1 hm2,是北京市面积最大的保护区。保护区是以保护暖温带华北石质山地次生落叶阔叶林生态系统为主的自然保护区。根据统计,保护区有野生脊椎动物20目47科169种,其中兽类6目13科25种,鸟类11目27科131种[6]。

保护区内动植物资源丰富,风景独特,气候宜人,是开展生态旅游和避暑度假的理想场所。百花山有四大旅游景区,最有名的是有“华北植物园”之称的百花草甸景区,这里的草甸近千亩,一到8月底,上百种五颜六色的鲜花,争奇斗艳、异常夺目,吸引了大量的国内外游客。

2 研究方法

2.1 样线概况

本研究在北京百花山保护区选择三条旅游线路两侧布设20台红外相机(旅游线路左侧、右侧各布设10台)进行研究(表1)。第一条线路为保护区管理局到百花山草甸的主要旅游线路,全长约为4 km,其他两条小众旅游线路分别为主旅游线路两边的瞭望塔旅游线路和望海楼旅游线路,分别约长2 km和1.5 km。主旅游线路布设红外相机11台,瞭望塔线路6台,望海楼线路3台(图1)。

2.2 红外相机布设方案

红外相机监测时间为2015年7月—2016年9月,每台相机间隔距离200 m以上,相机安放在旅游线路两侧40 m以内。红外相机型号为LTL—6310MC,红外相机布设在野生动物活动痕迹比较多的地方,固定在30—100 cm的乔灌木的树干上。设置触发拍摄1张照片后,拍摄11 s的短视频,两张照片拍摄时间间隔1 s。最后调整角度使相机镜头对准兽道中线位置,且注意安放位点的隐蔽性。

表1 北京百花山国家级自然保护区旅游区域20台红外相机位点概况

安放好相机后,记录相机位点所在的GPS坐标、海拔、植被类型、距旅游步道的直线距离、坡向、坡度等基本信息。同时在相机位点附近设置一定的标识,为方便下次寻找相机和检查相机是否丢失。

2.3 数据处理

每2—3个月上山回收一次红外相机数据,并更换相机电池(取换电池时间分别为：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)。红外相机数据回收后,以相机编号建立文件夹,将拍摄到的照片和视频数据存入相应的文件夹。为了减少重复性,对于同一位点上拍摄的照片或视频,将时间间隔至少为30 min的同一动物的连续照片或视频算作一次有效记录[7]。在Excel中录入有效记录的拍摄日期、时间及动物物种名称等信息(表2)。

2.3.1 物种相对丰富度

选择动物的拍摄率(Capture Rate,CR)作为其相对丰富度的指标。拍摄率的计算公式为[8- 9]：

式中,Si为拍摄的第i种动物的照片总数,N为所有相机的有效拍摄日。

利用卡方检验(Chi-square test)来测试不同环境变量中动物拍摄率是否存在显著差异。

2.3.2 物种多样性分析

利用香农-威纳多样性指数(Shannon-Wiener Index,H)计算野生动物种群的多样性,计算公式为[10]：

式中,Pi代表第i种动物的有效照片数占总有效照片数的比例。

图1 北京百花山国家级自然保护区旅游线路红外相机位点图Fig.1 The location of infra-red cameras sites in Beijing Baihua Mountain National Nature Reserve

相机编号Camera number布设时间Set day相机日Day of cameras/d物种数Number of species照片数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 日活动节律

将一天24 h划分为12个时间段(每2个小时为一个时间段),通过计算动物在不同时间段的相对丰富度指数(Time Period relative abundance Index,TRAI)来分析动物的日活动规律。计算公式如下[11]：

式中,Tij代表第i种动物(i=1,2, …)在第j时间段(j=1—12)的有效照片数,Ni代表所有相机拍摄的第i种动物有效照片总数。

2.3.4 月活动节律

通过计算不同月份的相对丰富度指数(Monthly relative abundance index,MRAI)来分析动物的月活动规律。计算公式如下[12]：

式中,Mij代表第i种动物(i=1,2, …)在第j月(j=1—12)的有效照片数,Ni代表所有相机拍摄的第i种动物有效照片总数。

3 监测结果与分析

3.1 拍摄到的物种数及其相对丰富度

2015年7月—2016年9月,有效拍摄日6843 d。共拍到有效照片3761张,其中兽类占74.81%,鸟类占17.10%,人畜活动占8.09%。鉴定出野生动物物种53种,分属9目25科,其中兽类14种,分属5目9科(表3);鸟类39种,分属4目16科(表4)。拍摄到的部分鸟兽照片见附图。

表3 百花山旅游线路红外相机拍摄兽类动物名录

P：古北型物种Palaearctic species;O：东洋型物种Oriental species; LC：无危Least Concern;NT:近危Near Threatened;京1：北京市一级保护野生动物The first level of Beijing provincial protected species;京2：北京市二级保护野生动物 The second level of Beijing provincial protected species

表4 百花山旅游线路红外相机拍摄鸟类动物名录

续表目、科、种Order,family,species分布型Distribution type濒危等级Endangered category保护等级Protection class照片数Number of pictures拍摄率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 黄喉鹀Emberiza elegansPLC京220.03(十三)科 Sittidae36 普通Sitta europaeaPLC京210.01(十四)鹡鸰科 Motacillidae37 树鹨Anthus hodgsoniPLC30.04(十五)岩鹨科Prunellidae38 棕眉山岩鹨 Prunella montanellaPLC50.07(十六)鹎科Pycnonotidae39 白头鹎Pycnonotus sinensisOLC京210.01

VU：易危Vulnerable species;国Ⅰ：国家一级保护野生动物The national Ⅰcategory protected species;国Ⅱ：国家二级保护野生动物The national Ⅱcategory protected species

拍摄率排在前五的兽类动物是岩松鼠、猪獾、狍、松鼠、豹猫。其中岩松鼠在所有相机位点中都有拍到,属于保护区广泛分布的物种;猪獾和狍在18个相机位点中拍到也属于分布比较广泛的物种,松鼠在14个相机位点中出现,占所有位点数的70%;豹猫在12个相机位点中出现,占所有位点数的60%。但本次没有拍到国家一级保护动物金钱豹(Pantherapardus)和二级保护动物斑羚(Naemorhedusgoral)。

拍摄率排在前五的鸟类动物是环颈雉、紫啸鸫、宝兴歌鸫、勺鸡、燕雀,属于保护区分布比较广泛的鸟类。在海拔1400 m以上的3个相机位点拍到4张国家一级保护动物褐马鸡(Crossoptilonmantchuricum)的照片,国家二级保护动物勺鸡在13个相机位点中拍到,有效照片数72张。本次还拍到了蚁鴷(Jynxtorquilla)、大斑啄木鸟(Dendrocoposmajor)、褐头鸫(Turdusfeae)等5种北京市一级保护动物,斑鸫(Turdusnaumanni)、蓝喉歌鸲(Lusciniasvecica)、银喉长尾山雀(Aegithaloscaudatus)等16种北京市二级保护动物。

3.2 不同生境类型动物拍摄率和生物多样性分析

不同的动物会选择适合自己生存的生活环境和栖息地,因此生境对动物的活动和分布有很大影响。不同的生境类型,野生动物的拍摄率极其显著差异(统计学意义：2=35.164,df=5,P<0.001),最高的是阔叶林和溪谷(分别为18.94%和16.95%),针叶林、针阔混交林和灌木林相似(分别为6.27%、2.82%和5.28%),草甸最低(0.25%)(表5)。这说明大部分动物喜欢在食物比较丰富的阔叶林区域或水源地附近中生活或活动。草甸区域因食物较少,而游客较多,人为干扰比较严重,动物活动较少。因此可在阔叶林和溪谷的地方,多布设红外相机,增加动物的拍摄率。

不同生境下生物多样性指数不同,其中阔叶林、针叶林、针阔混交林、灌木林的生物多样性指数变化不大,在0.80—0.91之间,而草甸的生物多样性指数为0.57,溪谷的生物多样性指数最低,仅为0.27。

表5 不同生境红外相机的拍摄率及生物多样性指数

3.3 不同海拔动物拍摄率和生物多样性分析

不同海拔的生物多样性指数变化很大,趋势是中间海拔>较高海拔>较低海拔。

表6 不同海拔红外相机的拍摄率及生物多样性指数

3.4 不同月份动物拍摄率和生物多样性分析

红外相机拍摄的野生动物的丰富度会在不同的月份发生节律性变化(表7)。不同月份野生动物的拍摄率极其显著差异(统计学意义：2=30.640,df=11,P<0.001),从3月份开始,随着温度不断升高,拍摄率不断升高,集中拍摄月份是5—9月份,并在7月份达到峰值(10%),拍摄到24种物种,有效照片数684张。

不同月份的生物多样性指数变化很大,从0.57(8月份)变化到0.92(3月份),这与拍摄率的变化趋势不同,主要是因为同一月份拍摄的各种物种的有效照片数变化很大。

3.5 潜在危险动物活动规律分析

本文选择野猪、狗獾、豹猫、猪獾和花面狸这五种潜在危险动物(会攻击人或者使人,尤其是儿童,受到惊吓的动物)作为研究对象进行分析。野猪作为大中型的潜在危险动物,其他4种属于小型潜在危险动物,游客或工作人员与这些动物相遇,可能会受到攻击或惊吓。了解这些潜在危险动物的活动规律和习性,有助于保护区制定相应的管控方案和建立危险预警机制。

表7 不同月份红外相机的拍摄率及生物多样性指数

3.5.1 日活动节律分析

野猪、狗獾、豹猫、猪獾和花面狸这5种动物表现出不一样的日活动节律(图2)。

从照片的时间可以推断出,野猪、狗獾、猪獾和花面狸这四种动物具有典型的夜行性活动特征。野猪夜间活动(18:00—8:00)的频率明显比白天(8:00—18:00)高,表现出双峰型的活动特征,在18:00—20:00(18.18%)和2:00—4:00(12.73%)、4:00—6:00(12.73%)出现两个峰值。狗獾集中活动在18:00—4:00(79.54%),活动峰值出现在0:00—2:00(22.73%)。猪獾夜间活动(18:00—8:00)比例接近88%。花面狸一天中只在0:00—2:00(33.33%)、4:00—6:00(33.33%)、22:00—24:00(33.33%)这3个时间段活动。而豹猫全天活动比较平均,活动曲线相对平缓,集中活动在4:00—14:00(44.63%)。

3.5.2 月活动节律分析

野猪、狗獾、豹猫、猪獾和花面狸这5种动物表现出一定的月活动规律(图3)。

图2 5种潜在危险动物的日活动节律Fig.2 Daily activity rhythm of five potentially dangerous animals

图3 5种潜在危险动物的月活动节律Fig.3 The monthly activity rhythm of five potentially dangerous animals

野猪集中活动在4月—10月(67.28%),这可能与这几个月食物增加有关,与百花山的旅游旺季时间基本重合,说明野猪会在人类密集活动的月份出现。狗獾和猪獾活动月份比较相似,集中活动在4月—9月,在12月—2月没有活动记录,具有冬眠习性。豹猫在各月份活动变化最大,集中在7月—9月活动,在7月和9月达到峰值(23.21%),而在4月和12月到低谷(0%),没有活动记录。花面狸只出现在温度较高的7月—9月。

4 结论和讨论

4.1 结论

(1)本文利用红外相机调查北京百花山国家级自然保护区旅游线路周边野生动物分布和活动规律,共铺设20台红外相机,有效拍摄日6843天,拍到有效照片3761张,其中兽类2813张,鸟类643张。鉴定出兽类14种,分属5目9科;鸟类39种,分属4目16科。本次拍摄到国家一级保护动物褐马鸡4次,还拍到了北京市一级保护动物蚁鴷,说明该保护区旅游线路周边野生动物丰富度较高。

(2)拍摄率经常被作为评估动物的相对数量的指标,拍摄率越高,则动物种群数量往往也越多。阔叶林的动物物种数和拍摄率远远高于其他生境类型,这与李广良等[13]、赵永健[14]、刘芳等[15]的研究结果一致。较低海拔1150—1400 m区域的拍摄率高于中间海拔和较高海拔。动物集中活动在5—10月份,这几个月的拍摄率高于其他月份。而拍摄率与多样性指数往往不一致[16]。阔叶林的多样性指数低于针叶林和灌木林,中间海拔多样性指数>较高海拔>较低海拔,这与沈洁滢等[17]的研究结果一致。

(3)野猪、狗獾、豹猫、猪獾和花面狸这5种潜在危险动物,表现出明显的夜行性,虽然这些动物大部分活动时间在18:00以后,对白天游客危险性不大。但由于其在旅游步道较近的区域活动,拍摄到野猪离步道最近的距离才5 m,一旦与游客或工作人员相遇,存在一定的危险性。因此需要加强对游客的管理,提醒游客沿着旅游步道上下山,不要走小路下山,同时要注意下山时间,18:00之前必须下山,严禁18:00以后在 山上逗留和露营。

(4)本次调查中共丢失6台红外相机,拍摄到人畜活动照片305张,主要是是上山采蘑菇的村民和驴友,部分村民还带狗上山,可能是为了捕猎野生动物,保护区需要加强对进山人员的管理,严禁家养动物进入保护区。

4.2 讨论

(1)与保护区科考报告中的动物名录相比,本次拍摄到4种兽类新纪录,分别是松鼠、隐纹花松鼠、狗獾、花面狸;8种鸟类新纪录,分别是丘鹬、灰头绿啄木鸟、红嘴蓝鹊、红尾鸫、白眉鸫、蓝喉歌鸲、红胁蓝尾鸲、白头鹎,但国家一级保护动物金钱豹和国家二级保护动物斑羚没有拍到,主要是因为本次红外相机数量少,拍摄时间短,覆盖的范围小,集中在旅游线路周边,未能覆盖整个保护区。

(2)红外相机主要布设在固定在30—100 cm的乔灌木林的树干上,朝着兽道拍摄,可以监测到保护区内大部分的大中型兽类,拍摄的兽类种数占保护区科考兽类名录的64%,但不太符合大部分鸟类的生活习性,所以拍摄的鸟类种类较少,拍摄的鸟类种数仅占保护区科考鸟类名录的30%。这说明红外相机在监测大中型兽类和地面鸟类有一定优势[18- 20]。

(3)低海拔区域,动物的丰富度最高,随着海拔的升高,动物丰富度逐渐减少,这与生态学中的中域效应假说(The mid-domain effect hypothesis)不一致,可能的原因是本研究的样线是3条旅游线路,海拔越高的地方,游客越多,人为干扰比较严重,相应的动物活动次数减少。

(4)研究野生动物与生态旅游活动之间相互影响的关系是自然保护区未来研究的一个重点。

红外相机技术在调查大中型潜在危险兽类有一定优势,但不能用于调查危险蛇类。因此,应把红外相机法和传统的样线法相结合,通过对旅游线路长期的监测,调查潜在危险动物的种类、分析其日活动节律和月活动节律,及其经常出现的生境海拔,从而更全面地掌握保护区旅游线路周边潜在危险动物多样性及其活动规律。

同时调查每条旅游线路的日、月、年游客量,日、月游客的活动节律、游客的年龄、文化程度以及是否有偏离游到进入周边区域活动的行为等数据,并进行野生动物与生态旅游活动之间相互影响分析。以此为依据,调整游客数量和旅游时间,建立相应的危险预警机制,在潜在危险动物经常出没的区域设立警示牌提醒游客注意防范危险。

附图 红外相机拍摄到的部分鸟兽照片Figure Some photos of birds and animals taken by the infrared camera