红外相机监测方法在陕西长青国家级自然保护区的应用

王玉玢 王 军

(陕西长青国家级自然保护区管理局，洋县，723300)

调查、监测和准确掌握野生动物种类及其局部地区的动态变化，既是自然保护区的主要工作内容之一，也是制定野外巡护工作方案的基础。某些野生动物的生活习性如夜行性、警觉性和隐蔽性大大增加了传统调查的难度。而红外相机监测具有全天候不间断、非损伤性和较少受环境条件和研究人员的限制，因此具有自然优势[1]。国外红外相机技术的应用具有较长的历史，研究内容包括种群监测、资源调查、生态及保护等领域[2-6]。国内研究虽然起步较晚，研究内容也涉及活动模式、生物多样性、特定物种记录和监测应用等方面[7-12]。虽然自2008年开始，长青自然保护区利用红外相机对林麝(Moschusberezovskii)[13]、金猫(Catopumatemminckii)[14]的分布和及动物分布受道路的影响进行了初步研究[15]，但是关于保护区内红外相机监测的其他物种的数据缺乏报导。本文利用陕西长青国家级保护区核心区大熊猫(Ailuropodamelanoleuca)及其伴生物种的监测数据探讨其在野生动物研究中的管理和应用。

1 研究地区概况

陕西长青国家级自然保护区位于秦岭山脉中段南坡的洋县境内，地理坐标107°19′—107°55′E，33°17′—33°44′N，是1995年经国务院批准建立的以保护大熊猫及其栖息地为主要保护对象的森林与野生动物类型的自然保护区，管护面积约29 906 hm2[16]，是中国大熊猫分布最密集的地区之一[17]。总目标是永久性地保护和维持该区域整体生物多样性，特别是维持能在特殊环境中生存的大熊猫种群，并恢复遭到破坏的生态系统。地貌类型可分为山岭系统和沟谷系统，海拔800—3 071 m。气候属北亚热带湿润季风气候，由于受地形、植被等的影响，区内气候呈现出温度较低、温差较小、冬暖夏凉、温凉湿润的特点，年平均气温为9.6 ℃，极端最高气温38.7 ℃，极端最低气温-10 ℃。土壤以棕壤为主，区内有野生脊椎动物311种，其中兽类63种，最具代表性的有大熊猫、川金丝猴(Rhinopithecusroxellana)、秦岭羚牛(Budorcasbedfordi)和林麝等[16]。本次项目选择在长青保护区华阳区域的核心区，面积8 736 hm2，海拔1 435—3 071 m。河流水系位置地处长江流域。酉水河发源于保护区北界兴隆岭活人坪南坡西水谷，由北向南汇入汉江，属汉江水系一级支流的上源支流。植被类型复杂，在海拔2 300 m以上中高山地区主要是寒温性针叶林，海拔2 300 m以下的中低山区主要由阔叶林组成，其中夹杂有部分针叶林和针阔混交林[16]。

2 研究方法

2.1 监测样点的选择与红外相机的布设2.1.1 监测样点的选择

利用GIS软件按照500 m×500 m规格把保护区进行网格化后(图1)，利用14台红外相机，根据大熊猫分布、活动季节迁徙规律，每个月在大熊猫分布、活动主要区域随机选择14个监测样区，并在每个样区中布设1台红外相机；相邻调查网格中的红外相机间距不小于500 m以保证同一周期14个调查点上数据空间的相对独立性，红外相机设置在野生动物活动频繁的兽道旁，用绳索固定在树干上，距离地面50—110 cm，在相机镜头前方3 m处树干、石头等处涂抹嗅味剂，以诱惑、捕捉拍摄经过附近的野生动物；以一个月为一个调查周期，收回一次相机，并下载数据、充电、调试，再次野外投放，共监测10个周期，用时10个月(2008年3—12月)。布设相机时详细记录监测点卫星定位数据(经纬度、海拔等)，相机编号与内存卡编号，生境信息(样点地名、林分、标志等)。共布设红外相机140台次，获取有效位点132个，监测了88个样区。其中32个样区大熊猫活动较为密集，在样区内小范围调整红外相机位置进行重复监测(27个样区重复监测2个周期，5个样区重复监测3个周期，其余56个样区监测一个周期)。

图1 陕西长青国家级自然保护区华阳保护站红外相机布设位点Fig.1 Location of infra-red cameras set in Huayang protection station of Changqing Nature Reserve

2.1.2 相机型号和参数设置

选用美国产CamTrakkerTMDigital Ranger被动式红外触发相机，该相机可以探测前方扇形区域10 m内红外热量的瞬间变化；被触发后拍摄数码照片，并可在夜晚、晨昏等外界光线不足时开启自动补光模式；红外相机设置为全天24 h连续工作，拍摄模式选择P档，自动对焦；每拍摄一张照片后休眠20 s以避免在相机前方持续活动的动物会连续不间断触发相机拍照，时间设置为北京时间。

2.1.3 样点与相机编号

样点编号规则是：L-保护区字母缩写(大写)年份(2位)-样方序号(3位数字)。例如，在长青自然保护区2008年的98号样方内的布设位点编号就是L-CQ08-098。布设位点坐标需要通过GPS 接收机获得经纬度坐标，采用的格式为“xxx.xxxxx °”。

调查中使用的每台相机都有一个唯一采用的编号，一台相机使用一张野外记录表。在野外记录、相机布设、相机回收、存储卡下载、照片文件夹编号的过程中，此编号必须与相机编号严格对应，防止混乱。

2.2 资料(照片)的收集与选取

资料数据包括人工采集的现场数据和相机现场数据。人工采集的数据主要包括经纬度、海拔、林分、坡位、坡度、坡向、盖度、郁闭度、痕迹等；相机数据主要包括拍照时间、照片内容等。

按照准确、完整、一致的原则进行数据资料的选取和采集，采集野外数据时准确或接近准确地判读现场情况，严格按照数据表各项要求，逐一填写，避免出现漏项现象，且不同采集人员或不同采集时间采集的数据格式要一致。

2.2.1 人工数据采集

人工采集的数据主要包括经纬度、海拔、林分、坡位、坡度、坡向、盖度、郁闭度、痕迹等；每个数据采集组固定1名数据测定人员，以尽可能降低因人而异导致的数据偏差；数据采集、填表后，再仔细检查和订正，及时补充缺项漏项、修改笔误和现场误判。

2.2.2 相机数据采集

(1)照片编号

对每张照片进行唯一性编号，采用：位点号+该位点相机连续投放次数+照片数字编号的方法。如L-HY09-097-03-099，这就是一张L-HY09-097位点连续第三次投放相机的第99张照片。

(2)照片内容的判读

照片的内容归纳为：兽类、鸟类、工作人员、其他人员、空和其他，其他人员是指项目协作单位人员、旅游人员等非保护区工作人员，其他指不清晰、无法辨认的照片。对于大多数照片是很容易确定其中的内容，找到目标动物、人物，某些情况下，如相机放置不当，会取得一些空照片或目标距离很远，这就要求数据管理员认真细致的仔细辨认。

(3)数据收录

每间隔30 d调查、采集1次数据，采集回的数据信息及时、准确录入设计好的数据库中。

2.3 数据整理分析2.3.1 指标选择及其计算方法

(1)物种丰富度 是指特定范围中物种的数量。相机陷阱调查过程中，随时间的延续会拍摄到新物种，即会形成随时间变化的物种增长曲线，本研究以100个工作日为单位，统计物种丰富度。

(2)物种相对丰度指数(relative abundance index，RAI) 相机陷阱拍摄的动物照片大多不能进行个体识别，为评价、比较不同物种之间或同一物种在不同生境中的相对丰度，使用相机陷阱对各个物种的拍摄率作为物种相对丰度指数，本研究把每1 000个相机工作日拍摄到的某物种次数作为此物种的相对丰度指数(RAI)，计算公式为：

RAI=拍摄次数×1 000/总的相机工作日[11]

对于一台相机，如果在1 h内拍到多张同一物种单个个体照片，则只算一次拍摄；如果某张照片中出现n个个体，即拍摄次数为n次。

(3)动物活动强度指数 反映某一动物在某一时段的活动量，计算公式为：

活动强度指数(I)=该时段照片数/该动物的总照片数×100%[11]

(4)是指某一物种的拍摄频率，用以反映某一物种的活动强度指数，计算公式为：

拍摄率(%)=物种有效照片数/相机有效工作日×100[12，18]

2.3.2 数据整理与分析

以1 h为单位统计各个物种的拍摄次数、统计红外触发相机有效工作日。把各个位点获得的照片监测数据汇总后和位点生境信息表结合起来，利用GIS、Excel等软件进行数据整理与分析。

2.3.3 通过监测所获得的数据

经过为期近10个月的监测工作开展，截止12月31日我们野外实际共布设红外相机140台次，累计获得照片4 618张，累计有效工作日4 307 d，其中有效野生动物照片2 235张，大熊猫照片151张，拍摄到了金钱豹、金猫、豹猫(Prionailurusbengalensis)等野生动物，发现保护区内有鹰雕(Nisaetusnipalensis)活动，为保护区鸟类新纪录。初步建立了相机监测工作数据库和野生动物图片资料库。通过该项目的开展，保护区积累了丰富而详实的资料与数据，更新了保护区动物名录，提升了野外巡护监测技术工作人员的能力，健全和完善了巡护监测工作体系，提高了保护区整体巡护监测工作水平。

3 结果与分析

3.1 长青自然保护区红外触发相机监测到的野生动物种类

本研究监测结果为，红外相机在长青保护区记录到主要动物有25种，其中兽类4目11科18种，鸟类3目4科7种(表1)。

表1 长青自然保护区2008年红外触发相机监测记录兽类和鸟类名录Tab.1 List of mammals and birds recorded from infra-red cameras in Changqing Nature Reserve in 2008

3.2 主要哺乳动物的分布

把位点信息与该位点获取的照片信息用Excel相结合，给每一张照片附上地理信息，用GIS软件进行野生动物地理空间分析得出长青保护区主要大型兽类分布。

由图2—7可看出，记录动物在核心区并非均匀分布，而是呈团块状分布，主要分布地位于柏杨坪以下以及杉树坪、大坪区域周围。不同物种的分布区域部分重叠且随季节变化而变化。大熊猫3—5月主要分布在杉树坪、水洞沟(山王庙哨所)、杉树坪与水洞沟的夹梁山脊、海拔1 100—1 500 m的针阔混交林；6—7月主要分布在柏杨坪附近的河道和山脊、海拔1 500—1 900 m的针阔混交林；8—12月主要分布在桦树坪、烂店子梁、酉水河发源地等区域，海拔2 100—2 800 m的针阔混交林(图2)。川金丝猴5—9月主要分布在柏杨坪的蔡家湾区和小坪区域，海拔1 300—1 800 m的针阔混交林(图3)。秦岭羚牛分布较广，监测区域的140个点位中有102个点位拍摄到羚牛的活动，主要活动在不同海拔1 200—2 900 m高度的山脊、沟谷、河道等较为开阔之处(图4)。黑熊(Ursusthibetanus)的活动分布海拔较高，在8—12月主要分布在海拔2 100—2 900 m的桦树坪、活人坪、烂店子梁一带向阳坡面、沟谷平地和山脊地带(图5)。其他的鼬科(Mustelidae)、猫科(Felidae)主要分布在山王庙、柏杨坪一带，海拔1 200—1 800 m之间的山脊处(图6)。鼬科主要有青鼬(Martesflavigula)、猪獾(Arctonyxcollaris)等，灵猫科物种主要有花面狸(Pagumalarvata)；其他有蹄类主要活动在山王庙、柏杨坪和桦树坪一带，海拔1 200—1 800 m之间河道附近的针阔混交林(图7)。

图2 大熊猫分布图Fig.2 Distribution of giant panda

图3 川金丝猴分布图Fig.3 Distribution of golden snub-nosed monkey

图4 秦岭羚牛分布图Fig.4 Distribution of Qinling takin

图5 黑熊分布图Fig.5 Distribution of Asiatic black bear

图6 鼬科、猫科动物分布图Fig.6 Distribution of Mustelidae and Felidae species

3.3 不同海拔梯度物种的相对丰度

动物在不同海拔的丰富度指数变化反映了其在不同海拔的活动或分布情况，丰富度指数越高的区域动物在该区域活动或分布的数量就越多。由表2看出，除川金丝猴在海拔2 600 m以上、猪獾在海拔2 300—2 600 m空间没有分布或没有拍摄到外，其他8种主要物种在不同海拔都有分布，不同物种的主要活动海拔范围为：川金丝猴：1 700—2 000 m；大熊猫：1 400—2 300 m；黑熊：2 000 m以上；豹猫：2 000 m以下主要在1 400—1 700 m之间；猪獾、中华鬣羚(Capricornismilneedwardsii)：1 400—1 700 m；秦岭羚牛、中华斑羚(Naemorhedusgriseus)：2 000 m以上；野猪(Susscrofa)：1 400—2 300 m。中华斑羚、秦岭羚牛、黑熊等主要活动区域较高，大熊猫、豹猫、猪獾、野猪、中华鬣羚等活动区域较低。不同物种主要活动海拔空间的差异，除与不同动物生物学特性有关外，可能还与不同海拔高度动物食料—植物的分布等相关。

要比较不同生境或不同海拔段的各物种相对丰度，那就需要分别统计不同生境或不同海拔段的拍摄次数和相机总工作日(表2，图8)。

图8 记录哺乳动物的相对丰富度指数Fig.8 Relative abundance index of recorded mammals

表2 部分哺乳动物在不同海拔的相对丰富度指数(RAI)Tab.2 Relative abundance index(RAI)for some mammals at different altitudes

3.4 部分哺乳动物的日活动强度变化

如表3、图9所示，大熊猫在每日6：00—8：00、12：00—14：00、16：00—18：00有活动高峰，说明大熊猫凌晨和中午以后存在两个活动高峰，也是它们的主要进食时间；秦岭羚牛每天的觅食高峰集中在每日14：00—18：00；豪猪(Hystrixbrachyura)为典型的夜行性哺乳动物，其活动高峰期(18：00—次日7：00)完全可以证明这一点。

表3 红外相机获取秦岭羚牛、大熊猫、豪猪照片数量和拍摄率Tab.3 Shooting percentage and photo number of Qinling takin，giant panda and hedgehog from infra-red camera

图9 秦岭羚牛、大熊猫、豪猪的日活动强度指数Fig.9 Daily activity intensity of Qinling takin，giant panda and hedgehog

4 讨论

4.1 监测方法与结果

(1)虽然红外相机野外技术在国内外野生动物调查与监测中得到了广泛应用[1-6]，但是这种方法依然存在诸多问题与限制。一般情况下布设的红外相机数量都在数十台至上百台，忽略了抽样方案的有效性和科学性[19]，因而可能造成抽样数据的重复和较高的监测成本。本研究利用较少的红外相机和流动的监测方式获得了大量的监测数据，不仅提高了监测效率，降低了监测成本，而且为进一步探讨调查抽样的有效性提供了野外实例参考。

(2)与文献记录[17]相比，本次调查记录到了文献报导的全部7种偶蹄目(Artiodactyla)兽类(表1)，但食肉目(Carnivora)仅记录到8种，缺少了犬科(Canidae)的豺(Cuonalpinus)、赤狐(Vulpesvulpes)；鼬科的黄鼬(Mustelasibirica)、黄腹鼬(Mustelakathiah)、鼬獾(Melogalemoschata)和水獭(Lutralutra)；灵猫科的大灵猫(Viverrazibetha)以及猫科的虎(Pantheratigris)。根据保护区1997—2007年积累的巡护监测数据和周边村民访谈仅确认鼬獾(Melogalemoschata)在低海拔有分布，其余种类在过去的10年间没有确凿的分布证据[18]。历史记录的6种鸡形目(Galliformes)种类中，本次调查记录到4种，因为灰胸竹鸡(Bambusicolathoracicus)和环颈雉(Phasianuscolchicus)主要分布在保护区以外的低海拔地区。

(3)红外相机监测不适用于啮齿目(Rodentia)、猬形目(Erinaceomorpha)、鼩形目(Soricomorpha)和翼手目(Chiroptera)等小型哺乳动物。

4.2 监测工作的不足

(1)受设备数量和人员工作量的限制，不能在监测区域内全面同时开展调查，个别物种具有季节性垂直迁移现象，因而调查结果不够全面。

(2)红外相机在野生动物监测与研究中存在“空拍”缺陷，且较为普遍。光线、水流和植被干扰是引起相机空拍的主要原因。在我们10个月取得的4 618张照片中有1 895张记录为空，占照片总数的41%。本研究空拍率低于陕西观音山国家级自然保护区2014年1—6月的监测研究(82.31%)[20]，且所用相机为空拍率较高的被动式红外感应相机，说明长青保护区的物种相对丰度较高。

通过比较分析提出如下建议：设置相机时应优先选择开阔区域，同时清除镜头前的杂物；镜头的方向要与林下动物通道保持一致，从而延长野生动物通过的时间；避免阳光直接照射、树叶的影子投射、触发区正对石头等传热性能较高的物体[21]。

4.3 为保护管理提供指导依据

陕西长青保护区的核心区是我国大熊猫分布密度最大的地区[22]，也是大熊猫秦岭亚种(A.m.qinlin-gensis)的主要分布区之一[23]，因此监测结果对于这一濒危物种的保护具有重要意义。此外调查区内既有处于食物链顶端的食肉动物如金钱豹、金猫、豹猫，也有黑熊、野猪、青鼬、花面狸、猪獾等杂食动物，还有秦岭羚牛、毛冠鹿(Elaphoduscephalophus)、中华斑羚、小麂(Muntiacusreevesi)等食草动物。说明该区域内物种组成的食物链及其生态系统比较完整，生物多样性丰富且极具保护价值。因此需要进一步扩大监测力度，增加相机数量和监测时间，充分掌握物种动态，为采取有效保护措施提供科学依据。

致谢：感谢北京大学生命科学院王大军博士、李晟博士，陕西师范大学生命科学学院于晓平教授科学指导；山水自然保护中心的资金、设备支持；特别感谢长青保护区所有外业工作人员付出的艰辛努力。