包欣欣, 劉丙萬(wàn)

東北林業(yè)大學(xué)野生動(dòng)物資源學(xué)院,哈爾濱 150040

生物多樣性監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)是自然保護(hù)區(qū)的重要工作[1- 4]。鳥類和獸類是生物多樣性保護(hù)和評(píng)價(jià)中的重要指示類群[4- 6]。生物多樣性調(diào)查主要使用樣線法[7]、樣帶法[8]、大樣方調(diào)查法[9]、訪問(wèn)法[10]以及近些年廣泛運(yùn)用的紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)法[11- 12]。紅外相機(jī)作為一種具有人為干擾小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、非損傷性等特點(diǎn)的取樣技術(shù),被廣泛應(yīng)用于鳥獸的監(jiān)測(cè)與研究中[13]。

本文以涼水和豐林保護(hù)區(qū)為例探討紅外相機(jī)技術(shù)在鳥獸多樣性中的應(yīng)用,并對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)鳥獸多樣性進(jìn)行研究,掌握重要鳥獸物種的種群現(xiàn)狀,同時(shí)對(duì)涼水和豐林保護(hù)區(qū)內(nèi)鳥獸多樣性進(jìn)行了比較研究。

1 研究地概況

圖1 涼水保護(hù)區(qū)、豐林保護(hù)區(qū)位置示意圖Fig.1 The location of Liangshui and Fenglin Reserve

涼水保護(hù)區(qū)位于黑龍江省伊春市帶嶺區(qū),地處小興安嶺山脈的東南段——達(dá)里帶嶺支脈的東坡,128°47′8″—128°57′19″E,47°6′49″—47°16′10″N,面積為12133hm2,森林覆蓋率達(dá)95%以上；豐林保護(hù)區(qū)位于黑龍江省伊春市五營(yíng)區(qū),地處小興安嶺南坡北段,128°58′—129°15′E、48°02′—48°12′N,總面積18165hm2,森林覆被率約為96%；涼水保護(hù)區(qū)和豐林保護(hù)區(qū)的主要保護(hù)對(duì)象是以紅松為主的溫帶針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)(圖1)。

2 研究方法

2.1 相機(jī)布設(shè)

東北林業(yè)大學(xué)分別于2005年和2009年在黑龍江涼水和豐林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱為涼水和豐林保護(hù)區(qū))建立了一塊9hm2和30hm2的典型紅松林監(jiān)測(cè)樣地,用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)該區(qū)域植物群落動(dòng)態(tài)。為了研究保護(hù)區(qū)的鳥獸資源現(xiàn)狀,分別于2013年12月到2015年5月在涼水樣地、2014年4月到2015年5月在豐林樣地設(shè)置30個(gè)紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn),每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)相機(jī)1臺(tái),布設(shè)密度0.5臺(tái)/hm2,總覆蓋面積為60hm2,用于林下鳥類和獸類的初步監(jiān)測(cè)。

將相機(jī)用繩子固定于樹干上,距離地面60—100cm保證相機(jī)與地面平行。盡量避免拍攝鏡頭內(nèi)有干擾物,確保視線開(kāi)闊,避免陽(yáng)光直射。

進(jìn)行相機(jī)、SD卡檢測(cè),確保正常工作后將相機(jī)和SD卡統(tǒng)一編號(hào),相機(jī)和SD卡編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。統(tǒng)一對(duì)相機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,包括日期、時(shí)間、閃光、拍攝間隔、靈敏度。詳細(xì)記錄相機(jī)安裝位點(diǎn)的地理坐標(biāo)、林班號(hào)、樹牌號(hào)、生境。

將相片逐一挑選去除無(wú)效照片,上傳于CameraData數(shù)據(jù)系統(tǒng),進(jìn)行物種識(shí)別。

2.2 數(shù)據(jù)分析

對(duì)相同相機(jī)位點(diǎn)及相近時(shí)間拍攝的同種個(gè)體進(jìn)行識(shí)別,確定是否為同種個(gè)體,獨(dú)立有效照片的確定標(biāo)準(zhǔn)為同一相機(jī)位點(diǎn)含同種個(gè)體的相鄰有效照片間隔時(shí)間至少為30min[14]。

1) 相對(duì)豐富度(RAI)：

將各物種出現(xiàn)的獨(dú)立有效照片數(shù)與所拍到的動(dòng)物的總照片數(shù)的百分比作為各物種的相對(duì)豐富度(RAI)[15]。式中,Ai表示第i(i=1,2,3,4…,28)類物種出現(xiàn)的獨(dú)立照片數(shù),N表示獨(dú)立相片總數(shù)。

2) 捕獲率(CR)：

根據(jù)在相同位點(diǎn)同種物種的獨(dú)立照片的相對(duì)數(shù)量,即捕獲率(CR)[16],式中N為拍攝到某一物種的獨(dú)立照片數(shù)量,T為總有效監(jiān)測(cè)日。

計(jì)算結(jié)果如下定義：常拍種(>10%)、較常拍種(1%—10%)、偶拍種(0.1%—1%)和罕拍種(< 0.1%)。

3) Shannon-Wiener指數(shù)(H)：

其中：Pi為第i種個(gè)體數(shù)占群落內(nèi)總個(gè)體數(shù)的比例,此處以i物種的獨(dú)立照片數(shù)占總獨(dú)立照片數(shù)的比例代替。

4) 均勻度指數(shù)(J′)

其中H為Shannon-Wiener指數(shù),S為監(jiān)測(cè)到的總物種數(shù)。

5) Sorenson指數(shù)(Cs)：

式中：j為兩個(gè)保護(hù)區(qū)中的共有種,a和b分別為兩個(gè)保護(hù)區(qū)的物種數(shù)。

6) 利用EstimateS9.0進(jìn)行物種與相機(jī)數(shù)擬合的稀疏化,利用ACE(基于多度的物種估計(jì)量)、ICE (基于蓋度的物種估計(jì)量)的估計(jì)方法進(jìn)行物物種豐富度估計(jì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 鳥類、獸類組成

2013年12月至2015年5月、2014年4月至2015年5年利用紅外相機(jī)分別對(duì)涼水樣地和豐林樣地內(nèi)的鳥獸資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)。涼水、豐林樣區(qū)共發(fā)現(xiàn)鳥獸29種,隸屬9目18科。其中獸類中,偶蹄目2科2種,兔形目1科1種,食肉目1科4種。嚙齒目3科5種。鳥類中雀形目7科13種,鴷形目1科1種,鸮形目1科1種,雞形目1科1種,隼形目1科1種(表1)。

涼水保護(hù)區(qū)內(nèi)累計(jì)捕獲日為10736,累計(jì)獲得獨(dú)立照片621張,經(jīng)過(guò)鑒定,隸屬于9目14科22種。 獸類獨(dú)立照片514張,古北界5種,廣布種6種,古北型9種。共4目7科11種,偶蹄目2科2種,兔形目1科1種,食肉目1科3種,嚙齒目3科5種。其中國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物1種-紫貂(Marteszibellina)。豐林保護(hù)區(qū)累計(jì)捕獲日為7460,累計(jì)獲得獨(dú)立照片884張,隸屬于8目16科25種。獸類獨(dú)立照片638張,古北界4種,廣布種5種,古北型8種。共3目6科9種,偶蹄目2科2種；食肉目1科3種；嚙齒目3科4種。保護(hù)區(qū)獸類以古北界及廣布種為主,分布型以古北型為主(表1)。

表1 涼水、豐林保護(hù)區(qū)紅外相機(jī)捕獲物種名錄及區(qū)系劃分

涼水保護(hù)區(qū)獲得鳥類獨(dú)立照片107張,古北界5種,廣布種5種,古北型6種,東北型4種,共4目8科11種,鳥類中雀形目 5科8種,鴷形目1科1種,雞形目1科1種,隼形目1科1種。國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物2種,為花尾榛雞(Bonasiabonasia)和松雀鷹(Accipitervirgatus)(表1)。豐林保護(hù)區(qū)獲得鳥類獨(dú)立照片166張,古北界6種,廣布種9種,古北型7種,東北型6種；共4目10科16種,雀形目7科13種,鴷形目1科1種,雞形目1科1種,鸮形目1科1種。國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物2種,分別為花尾榛雞和長(zhǎng)尾林鸮(Strixuralensis)保護(hù)區(qū)鳥類以古北界和廣布種為主,分布型以古北型和東北型占優(yōu)勢(shì)(表1)。

3.2 涼水、豐林保護(hù)區(qū)物種稀疏化曲線

利用EstimateS9.0對(duì)涼水和豐林保護(hù)區(qū)內(nèi)獸類、鳥類物種數(shù)及二者之和與紅外相機(jī)臺(tái)數(shù)進(jìn)行擬合的稀疏化曲線(圖2—圖4),對(duì)兩個(gè)保護(hù)區(qū)進(jìn)行對(duì)比。

從稀疏化曲線可以看出鳥類和獸類及二者之和隨著相機(jī)數(shù)目的增加而增加；監(jiān)測(cè)中獸類曲線在急劇上升后變?yōu)闈u近線,上升舒緩慢,說(shuō)明取樣充分,鳥類的曲線比獸類的更陡,說(shuō)明鳥類取樣不很充分；圖3中兩條曲線相交說(shuō)明交點(diǎn)前后物種多樣性大小排序相反。

圖2 鳥類物種數(shù)與紅外相機(jī)臺(tái)數(shù)所擬合的稀疏化曲線 Fig.2 Rarefaction curves (Sobs) for estimating species diversity of avians with increased camera traps

圖3 獸類物種數(shù)與紅外相機(jī)臺(tái)數(shù)所擬合的稀疏化曲線 Fig.3 Rarefaction curves (Sobs) for estimating species diversity of mammals with increased camera traps

圖4 鳥、獸物種數(shù)與紅外相機(jī)臺(tái)數(shù)所擬合的稀疏化曲線 Fig.4 Rarefaction curves (Sobs) for estimating species diversity of species with increased camera traps

通過(guò)EstimateS9.0獲得涼水鳥類ACE值為12.17,ICE值為13.82,這2種方法對(duì)保護(hù)區(qū)目標(biāo)鳥類的物種豐富度估計(jì)為12種和14種。豐林保護(hù)區(qū)鳥類ACE值為18.78,ICE值為22.46,保護(hù)區(qū)目標(biāo)鳥類的物種豐富度估計(jì)大約為19種和22種。從監(jiān)測(cè)結(jié)果看,涼水實(shí)際監(jiān)測(cè)到的鳥類種數(shù)目為11種,約為全部物種的78%—91%。豐林實(shí)際監(jiān)測(cè)到的鳥類物種數(shù)目為16種,約為全部物種的72%—84%,保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分鳥類被監(jiān)測(cè)到。

涼水獸類ACE值為13.69,ICE值為13,豐林獸類ACE值為9.46,ICE值為9.63,涼水實(shí)際監(jiān)測(cè)到的獸類種數(shù)目為11種,約為全部物種的78%—84%。豐林實(shí)際監(jiān)測(cè)到的獸類物種數(shù)目為9種,約為全部物種的90%—95%,保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分獸類被監(jiān)測(cè)到。

涼水鳥獸ACE值為28.7,ICE值為31.17。豐林鳥獸ACE值為28.1,ICE值為31.27。涼水實(shí)際監(jiān)測(cè)到的鳥獸物種數(shù)目為22種,約為全部物種的70%—78%。豐林保護(hù)區(qū)實(shí)際監(jiān)測(cè)到的鳥獸物種數(shù)目為25種,約為全部物種的80%—89%,保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分鳥獸被監(jiān)測(cè)到。

3.3 涼水、豐林保護(hù)區(qū)鳥獸多樣性

涼水和豐林保護(hù)區(qū)鳥、獸多樣性及物種多樣性無(wú)顯著差異,均勻度指數(shù)相近(表2)。

表2 涼水、豐林保護(hù)區(qū)多樣性指數(shù)

涼水、豐林保護(hù)區(qū)物種相似度指數(shù)為Cs=0.621,說(shuō)明兩地的物種有較多重疊。

3.4 涼水、豐林保護(hù)區(qū)物種豐富度

涼水、豐林保護(hù)區(qū)內(nèi)相對(duì)豐富度最高的獸類均為松鼠和花鼠,其次為西伯利亞狍。涼水保護(hù)區(qū)獸類相對(duì)豐富度最低的是野豬(Susscrofa)和東北兔(Lepusmandshuricus),豐林保護(hù)區(qū)獸類相對(duì)豐富度最低的是香鼬(Mustelaaltaica)；鳥類中相對(duì)豐富度最高的是普通鳾(Sittaeuropaea)和白腹鶇(Turduspallidus)(表3)。

表3 涼水、豐林保護(hù)區(qū)鳥獸相對(duì)豐富度(%)

本次監(jiān)測(cè)的鳥類中既有留鳥,也有遷徙較晚的候鳥如紅脅藍(lán)尾鴝(Tarsigercyanurus)、白眉地鶇(Zootherasibirica),從對(duì)鳥類的監(jiān)測(cè)結(jié)果看,主要以林下活動(dòng)的鳥類為主(表1—表3),所以可以利用紅外相機(jī)對(duì)林下鳥類進(jìn)行監(jiān)測(cè)研究,但是想要對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)鳥類多樣性進(jìn)行深入研究需結(jié)合傳統(tǒng)調(diào)查方法。

4 討論

2011年以來(lái)紅外相機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)鳥獸多樣性研究中。在生物多樣性和群落調(diào)查中抽樣量充分性是研究中值得重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題[17- 18]。通過(guò)稀疏化曲線,可發(fā)現(xiàn)保護(hù)區(qū)內(nèi)獸類取樣比鳥類取樣更為充分,其主要是相機(jī)的安裝位置對(duì)鳥類監(jiān)測(cè)的限制性。本次監(jiān)測(cè)中對(duì)鳥獸物種豐富度估計(jì)在70% 以上,將本次監(jiān)測(cè)結(jié)果與近年相關(guān)研究資料對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),低緯度(22°—27°)地區(qū)監(jiān)測(cè)到的獸類種數(shù)較多[19- 22],中緯度(28°—33°)地區(qū)次之[13,23- 29],高緯度地區(qū)監(jiān)測(cè)到的獸類種數(shù)最少[30-32]；秦嶺處于古北界和東洋界兩大生物區(qū)的分界線上,以秦嶺為界,秦嶺以南[20- 22,24- 27,30]要比秦嶺以北[30- 32]監(jiān)測(cè)到的鳥類種數(shù)多(新疆除外),新疆卡拉麥里山屬于荒漠沙漠生境,與森林生態(tài)系統(tǒng)相比,紅外相機(jī)在其監(jiān)測(cè)過(guò)程中所拍攝范圍更廣,可監(jiān)測(cè)到的鳥類數(shù)量更多,對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)中鳥類進(jìn)行監(jiān)測(cè)過(guò)程中主要獲得林下鳥類,這也是與同緯度地區(qū)鳥類監(jiān)測(cè)中產(chǎn)生較大差異的原因。通過(guò)在緯度上的對(duì)比發(fā)現(xiàn),鳥獸多樣性在緯度上存在梯度變化,這與張榮祖所研究的結(jié)果相似[33]。

物種多樣性與生境間呈規(guī)律變化[34],本次調(diào)查區(qū)域?qū)儆卺橀熁旖涣?將已有研究區(qū)域根據(jù)不同生境類型可劃分為針闊混交林[31- 32]、落葉闊葉林[23,29]、常綠落葉闊葉混交林[25]、常綠闊葉林[21- 22]、熱帶雨林[20,35]和荒漠/沙漠[30],由于多地鳥類監(jiān)測(cè)未達(dá)到飽和[29,31,35],很難發(fā)現(xiàn)在不同生境中監(jiān)測(cè)到鳥類種數(shù)的變化；在荒漠/沙漠[30]和針闊混交林中[31- 32]監(jiān)測(cè)到的獸類種數(shù)相較于其他生境少,這些地區(qū)年平均降雨量、年平均氣溫小于其他地區(qū),是導(dǎo)致鳥獸多樣性相較于其他地區(qū)低的主要原因[33]。本次監(jiān)測(cè)與同種生境類型[31- 32]下監(jiān)測(cè)到的獸類物種數(shù)相近,但本次調(diào)查與北京松山保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)到的獸類差距較大,劉芳等人利用公里網(wǎng)格法對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)獸類進(jìn)行監(jiān)測(cè),相機(jī)覆蓋面積廣,而本研究相機(jī)以公頃網(wǎng)格布設(shè),是產(chǎn)生差距側(cè)主要原因[36]。

涼水、豐林保護(hù)區(qū)內(nèi)物種豐富度最高的為松鼠和花鼠,主要原因?yàn)樗墒蠹矣蜉^小,其次是由于相對(duì)于其他嚙齒類即使在夜間活動(dòng)也能被準(zhǔn)確的辨認(rèn)出來(lái)。除松鼠和花鼠外很多嚙齒類無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別[37- 38],針對(duì)這一類群的動(dòng)物傳統(tǒng)的籠捕法更為有效[39- 40]。豐富度第二高的獸類為西伯利亞狍,其主要原因是在涼水、豐林保護(hù)區(qū)內(nèi)都有相當(dāng)可觀的西伯利亞狍種群存在。

捕獲率可以作為野生動(dòng)物相對(duì)豐度的一個(gè)指標(biāo)[12],研究發(fā)現(xiàn)除松鼠和花鼠外其他物種捕獲率均不高,影響捕獲率的原因通常有種群數(shù)量多少、動(dòng)物自身家域大小以及最大活動(dòng)距離。相機(jī)鏡頭的拍攝視角約為40°,動(dòng)物個(gè)體經(jīng)過(guò)相機(jī)視角是隨機(jī)的,動(dòng)物種群越大,經(jīng)過(guò)相機(jī)拍攝視角的概率越高,拍攝率越高。動(dòng)物個(gè)體家域和最大活動(dòng)距離越大經(jīng)過(guò)相機(jī)視角的概率越小,反之則拍攝率越大。

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所肖治術(shù)研究員、東北林業(yè)大學(xué)金光澤教授對(duì)工作的支持，感謝豐林保護(hù)區(qū)宋國(guó)華、黃華及東北林業(yè)大學(xué)張鳴天、宋琪、楊洋、田鵬對(duì)野外調(diào)查幫助。

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