京新高速公路哈腾套海保护区段野生动物通道监测研究

张相锋 郭 锋 彭阿辉 董世魁 陈冬勤 温 璐

(1.北京师范大学环境学院，北京，100875；2.内蒙古阿拉善交通运输局，阿拉善左旗，750306；3.北京中交弘毅环保工程有限公司，北京，101405；4.内蒙古大学生态与环境学院，呼和浩特，010021)

道路为人类生活提供便捷的同时，对野生动物的种群存续产生了影响，诸如车辆撞压死亡、栖息地破碎化和丧失、迁徙通道受阻等负面影响[1-5]，且多数情况下该影响是不可逆的。如何在保证人类社会经济效益需求的同时，最大限度降低道路对动物的影响，是野生动物保护工作面临的一大挑战[6]。20世纪五六十年代，国外一些生态学家通过优化道路网，设计动物通道来减轻道路对野生动物的负面影响，以期保护有限的生物多样性资源[7-8]。我国在该领域的研究刚刚起步[9]，自2003年青藏铁路建设引进野生动物通道以来，已在青藏公路、铁路[10]、云南省思茅-小勐阳高速公路[11]和陕西观音山保护区东凉公路[12-13]等路段进行了应用。

内蒙古哈腾套海国家级自然保护区地理位置特殊，分布有典型的荒漠动植物资源、动植物区系构成复杂，对荒漠野生动植物资源和生物多样性保护、荒漠动植物生存生长规律及生态系统演变规律科学研究具有重要意义[14]。北京至乌鲁木齐(京新)高速公路是国家高速公路网在内蒙古境内的重要路段，其不可避免地穿越哈腾套海保护区实验区。该段公路的建设和运营将对区域内野生动物的迁移活动造成阻隔，对沿线野生动物的生存及发展造成影响。因此，研究京新高速公路运营对哈腾套海国家级自然保护区野生动物的影响，分析野生动物对通道利用的效果及活动规律，提出相应的改进和优化措施，对于保护野生动物资源，协调社会经济发展与生态保护，促进生态文明建设具有十分重要的价值与意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

哈腾套海国家级自然保护区地处巴彦淖尔市磴口县哈腾套海苏木和沙金套海苏木境内，东北接乌兰布和沙漠，北部与杭锦后旗接壤，西北部邻接乌拉特后旗，南部接阿拉善左旗及纳林套海农场。地理位置为106°9′—106°50′E，40°30′—40°57′N，海拔为1 030—2 046 m。哈腾套海国家级自然保护区属于典型荒漠向草原化荒漠的过渡带，年平均降水量仅119 mm，年蒸发量高达2 377 mm，年平均大风日多达80余天，夏季炎热少雨，冬季寒冷漫长[14]。

哈腾套海国家级自然保护区属荒漠生态类型自然保护区，主要保护对象为荒漠生态系统和珍稀濒危野生动植物及其生存环境，其地理位置的特殊性、自然性、生物多样性、物种稀有性决定了它的重要保护价值[14-15]。保护区内地貌较为复杂多样，主要分为山地、沙漠、平原湿地三大地貌类型，是典型的生态复合体。根据保护区地形地貌的特点，保护区对象具有明显的区域分布特性。山地地貌位于保护区的西部，属狼山山系的终端，是岩羊(Pseudoisnayaur)等保护动物的重要生活地带[14]。沙漠地貌位于保护区的中部，是珍稀濒危植物主要生长地带。平原湿地地貌位于保护区的东部，是各种水禽栖息繁殖的主要场所[14]。

京新高速巴彦淖尔境内于2014年9月开工建设，2017年7月通车运行，约24.6 km穿越哈腾套海自然保护区实验区，公路采用四车道高速公路标准，设计速度100 km/h，路基宽度26 m。

1.2 相机布设

根据青藏高原野生动物通道监测结果，大型通道、中小型桥梁和涵洞都是野生动物的迁徙通道[16-17]。因此我们选择京新高速穿越哈腾套海保护区路段中设置的6座动物桥梁通道和2座涵洞通道为监测点(表1)。每座桥梁(QL)和涵洞(HD)各设置1台红外相机，共设置8台。红外相机型号为Ltl Acorn 6210(深圳猎科电子有限公司)，拍摄照片为1 200万像素，连续拍摄3次，拍摄最短时间间隔为10 s。监测时间从2017年10月22日—2018年7月6日，工作正常，无丢失现象。

表1 动物通道类型与位置

Tab.1 Wildlife corridor type and location

1.3 数据处理

对获得的照片数据，先去除人类活动、未拍到动物和无法识别的照片，在处理连续照片时，为降低同一物种照片的自相关性，设置一定的时间间隔，以30 min为间隔分开的照片作为1次独立捕获即如果同一相机在30 min中连续多次内拍到同一物种，视为1张独立有效照片[6，18]。根据某种动物的独立有效照片数计算物种相对丰富度(Relative abundance index，RAI)、月相对丰富度(Monthly relative abundance index，MRAI)、时间段相对丰富度(Time period relative abundance index，TRAI)、夜间相对丰富度(Night time relative abundance index，NRAI)和通道相对利用率(Corridor relative effectivene index，CREI)[19-20]。

物种相对丰富度计算公式为：

(1)

其中，RAI代表物种相对丰富度(%)；Ai代表第i类动物的独立照片数，N代表所有动物的照片总数[19-20]。

月相对丰富度计算公式为：

(2)

其中，MRAI代表月相对丰富度(%)；Mij代表第j月动物i出现的独立照片数，Ni代表动物i在研究期间的所有独立照片总数[19-20]。

时间段相对丰富度计算公式为：

(3)

其中，TRAI代表某个时间段的相对丰富度(%)；Tij代表第j时间段动物i的出现独立照片数，Ni代表第i种动物的独立有效照片总数[19-20]。

夜行性采用夜间相对丰富度(Night time relative abundance index，NRAI)，计算公式为：

(4)

其中，NRAI代表夜间相对丰富度；Ti代表第i类动物在夜间时间段出现的相片数；Ni代表第i种动物的独立有效照片总数。根据研究地区的气候特点，以巴彦淖尔市杭锦后旗每天的日出日落时间划分为昼夜。若NRAI>13/24，则认为动物具有夜行性，反之则具有昼行性，接近则认为夜行性不明显[19]。

通道相对利用率计算公式为：

(5)

其中，CREI代表通道相对利用率(%)；Eij代表第j个通道动物i出现的独立照片数，Ni代表第i种动物的独立有效照片总数。

2 结果

2.1 物种相对丰富度

本次监测中共布设红外相机8台，有效相机的总工作日为2 056 d，分析后获取有效独立照片99张。经鉴定，共拍摄到2种野生兽类，分别为食肉目(Carnivora)、犬科(Canidae)、狐属的赤狐(Vulpesvulpes)和兔形目(Lagomorpha)、兔科(Leporidae)、兔属的蒙古兔(Lepuscapensis)。其中，赤狐的物种相对丰富度为24%，蒙古兔的物种相对丰富度为76%。

2.2 利用动物通道迁移兽类月活动规律

赤狐在11月的月相对丰富度最高(29%)，10月次之(25%)，其他月份对动物通道的利用率较低。蒙古兔6月的月相对丰富度最高(55%)，5月次之(23%)，在10—12月未监测到蒙古兔利用动物通道(图1)。

图1 利用动物通道迁移兽类月活动规律Fig.1 Monthly activity patterns of mammals by using wildlife crossing structures

2.3 利用动物通道迁移兽类日活动规律

赤狐与蒙古兔的日活动规律相似，属于双峰型，但活动高峰出现的时间段存在差异。赤狐的活动高峰出现在夜间(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未被监测到。蒙古兔昼夜均利用动物通道，日活动高峰期出现在6：00—10：00和18：00—20：00，21：00—5：00较平稳并出现小幅波动。

图2 利用动物通道迁移兽类日活动规律Fig.2 Daily activity rhythm of mammals by using wildlife crossing structures

2.4 通道利用率

赤狐对涵洞的利用率为54.2%，对桥梁的利用率为45.8%；蒙古兔对涵洞的利用率为82.66%，对桥梁的利用率为17.34%。赤狐对HD-1的利用率最高(46%)，其次为QL-4(25%)，未利用QL-3和QL-5两处通道。蒙古兔仅利用HD-1(49.33%)、HD-2(33.33%)和QL-2(17.33%)3处通道进行迁移，通道利用率较高的两处动物通道均为涵洞类型。

图3 通道相对利用率图Fig.3 Corridor relative effectivene index

2.5 野生兽类迁移夜行性分析

利用夜间相对丰富度分析2种兽类迁移的夜行性特点，发现赤狐的夜间相对丰富度为87.50%，明显高于13/24，说明夜间活动能力较强，属于夜行性。蒙古兔的夜间相对丰富度为18.67%，明显低于13/24，说明昼间活动能力较强，具有昼行性。

3 讨论

3.1 红外相机技术对野生动物通道利用情况监测效果分析

与其他传统的调查方法相比，利用红外相机技术调查道路对野生动物的影响，具有全天候拍摄、对动物干扰小，记录客观准确、能够长期和持续的野外监测等优点[21-22]，已成为调查道路对野生动物影响最有效的方法之一[6，23]。本次红外相机调查中监测到兽类赤狐和蒙古兔2种利用动物通道，这可能与其对环境的适应能力强，分布较广，数量较多，为保护区内的常见种有关。未监测到其他野生动物穿越公路，动物通道的利用率较低，这可能与哈腾套海保护区动物活动范围及通车时间较短有关。

哈腾套海保护区属荒漠生态系统，所分布的野生动物种类和数量较少，也没有固定的、成规模的动物从公路区域迁徙穿过，且京新高速穿越哈腾套海保护区路段主要位于沙漠地貌类型，是珍稀濒危植物主要生长地带，并非北山羊(Caprasibirica)、盘羊(Ovisammon)、鹅喉羚(Gazellasubgutturosa)等保护兽类分布主要区域。保护区内无常年性河流，动物饮水源主要为北侧的山洪水和南侧的海子等10处水源，其中位于公路北侧狼山地区有8处水源点，公路南侧平原地区有2处水源点。公路沿线分布的河流、湖泊、泉眼周边植被相对较好的区域是野生动物的主要觅食区域，因此动物主要分布于保护区西部的狼山山地区域，除在食物比较缺乏的季节时而到保护区中部的沙地觅食外，一般均在北侧狼山区域活动[14]。公路对地面活动范围较大、需要不同季节进行穿越的动物影响较大[24]，而保护区内重点保护动物多位于狼山地区，活动范围较为固定，北山羊等部分物种有季节性迁徙活动，多倾向于垂直方向上迁或下移[25]，因此本次监测中并未监测到重点保护动物穿越公路。此外在野外调查过程中也未观察到大型兽类及其活动痕迹，公路沿线两侧各两公里范围内分布有这些大型兽类的可能性非常低。

本段公路走向基本与省道312和临河至策克口岸铁路(临策铁路)平行通过该保护区，公路的修建虽未对该区域野生动物栖息地产生新的切割，但动物对通道的利用频次与通道到公路的距离显著的正相关，动物在穿越公路后需要合适的环境以缓解穿越公路时的高度紧张状态。本段公路距离临策铁路最远处不到500 m，且路基较高(4—6 m)，动物在穿越公路后仍受到铁路的阻挡，这也是导致动物通道利用率较低的原因之一。

本次监测数据为通车运营1年后的数据，公路运营时间较短，野生动物对新环境需要一个适应过程，目前可能尚未适应高速公路修建对环境带来的变化[16]。虽然施工期对野生动物产生的阻隔效应不像公路营运期的影响持续时间长，但由于施工人员等的迅速进入，将野生动物的栖息地及觅食空间分割开，影响动物的觅食、活动等行为，特别对警惕性较高的野生动物产生的影响更大。

3.2 野生兽类利用动物通道的活动规律分析

在研究区域内赤狐和蒙古兔利用动物通道迁移的月相对丰富度随月份发生相应的变化，这可能与不同季节的食物资源分布和动物生活习性有关。本研究发现赤狐在10—12月相对丰富度较高，其他月份相对较低。赤狐主要以沙鼠类和兔类等荒漠啮齿动物为食，而此时期是鼠类等动物密度较高的时期，食物充足，因此其月丰富度较高[26]。蒙古兔与赤狐的月相对丰富度相比有明显的差异，其在2月以及5—6月相对丰富度较高，其他月份则处于较低水平。蒙古兔繁殖期处于1—9月[27]，2月是蒙古兔繁殖的一个小高峰，雌雄个体相遇的几率提升，从而增加了物种相对丰富度；而夏季食物充足，加上处于繁殖期，因此蒙古兔在5—6月相对丰富度较高。

在迁移的日活动规律上，赤狐在夜间(1：00—4：00和19：00—21：00)和清晨(6：00—7：00)活动较为频繁，白天(8：00—20：00)观测到的活动频率很低，这与赤狐为夜行性动物一致，主要在夜间和晨昏觅食[28]。赤狐在冬季和不受干扰地区也会在白天活动[28]，因此在12：00—13：00和14：00—15：00也观测到赤狐利用动物通道。蒙古兔昼夜均利用动物通道穿越公路，高峰期出现在6：00—10：00和18：00—20：00，与其昼夜皆活动，但在清晨和黄昏时间段较为活跃的习性一致。

青藏高原的研究中发现野生动物对桥梁的利用率高于涵洞，本文却发现野生动物对两个涵洞的利用效果高于其他桥梁。不一致的最主要的原因可能是红外相机的监测距离短于桥梁长度，而涵洞宽度较窄，当动物利用涵洞穿越公路时，红外相机能捕获所有利用涵洞的影像，因此本文得出的结果存在偏颇，在以后的监测中可增加红外相机数目以解决此类问题。另外一个原因可能是青藏铁路的主要关注对象为藏野驴(Equuskiang)、藏羚羊(Pantholopshodgsoni)等大中型重点保护动物，桥梁通道适合大型有蹄类动物穿越[29]。而本次研究中观测到的为赤狐和蒙古兔两种动物体型较小，而涵洞形式的动物通道主要适合小型哺乳动物、两栖类、爬行类动物通过[30]。

4 结语及建议

本研究通过红外相机对保护区动物通道进行监测，发现仅有赤狐与蒙古兔利用动物通道，未发现国家重点保护动物利用动物通道，动物通道的利用率较低。基于本研究，对道路建设的不同阶段野生动物通道建设提出以下改进或优化措施。

4.1 在公路工程选线规划设计阶段应注意避开生态敏感区，在无法避绕野生动物敏感区时，应采用实地调查和资料收集的方法系统确定沿线野生动物资源现状(分布、数量、习性、活动规律、迁徙路线、饮用水源)和栖息环境(主要食物种类及分布、繁殖地、避难所、栖息地)、阻隔因素等信息，在经济和社会条件允许的情况下针对不同类型动物设置不同形式(上跨式、下穿式、缓坡通道)和大小(长度、宽度、高度)的动物通道及其他辅助设施(警示牌、围栏、防护网)等缓解对野生动物的阻隔效应。

4.2 开展野生动物迁徙规律、动物通道有效性的持续监测，对野生动物通道的作用及效果进行科学评价，根据监测结果调整、优化动物通道的设置，为以后类似工程项目动物通道的设计、施工、评价、优化、管理积累实施经验。