張宇碩 盧憲旺 關(guān)洪武 張衛(wèi)兵 孫寶軍 冀賀蓮 田雅慧 李佳琦 趙大鵬*

(1.天津師范大學生命科學學院，天津，300387；2.中國天津盤山風景名勝區(qū)管理局，天津，301900；3.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學研究所，南京，210042)

中國自然保護地類型多樣，按生態(tài)價值和保護強度高低依次分為國家公園、自然保護區(qū)和自然公園三大類[1]。建立以國家公園為主體、自然保護區(qū)為基礎(chǔ)、各類自然公園為補充的自然保護地分類系統(tǒng)，是貫徹習近平生態(tài)文明思想的重大舉措。野生動植物本底資源監(jiān)測調(diào)查和物種編目評估是自然保護地體系建立與完善過程中的重要工作內(nèi)容之一[2]。

紅外相機技術(shù)是紅外觸發(fā)相機陷阱技術(shù)的簡稱，是一種無人操作的紅外感應設備[3-4]。紅外相機技術(shù)以拍攝照片或者視頻的方式來記錄野生動物的種類、數(shù)量、行為等基礎(chǔ)信息[5]，具有非損傷、低干擾、持續(xù)24 h工作等特點，較少受到環(huán)境條件和研究人員等限制[6]，特別是對活動隱秘物種能夠進行有效監(jiān)測[7]。紅外相機技術(shù)在自然保護地野生動物資源調(diào)查監(jiān)測中發(fā)揮著重要作用[3，8-9]，可提供野生動物的多樣性和動態(tài)變化的資料[10]，還可以與不同的數(shù)據(jù)分析方法、模型結(jié)合，解決各種生態(tài)學問題[11]。

風景名勝區(qū)屬于自然保護地的自然公園類別，在自然保護地體系中的作用不容忽視[12]。天津盤山風景名勝區(qū)是國家5A級風景名勝區(qū)，2015年被環(huán)境保護部列入中國生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)域范圍之一。天津盤山風景名勝區(qū)迄今尚未系統(tǒng)開展過野生動物資源專項監(jiān)測調(diào)查。本研究首次應用紅外相機技術(shù)對天津盤山風景名勝區(qū)開展野生哺乳動物和鳥類資源監(jiān)測，為今后野生動物資源保護與科學管理提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

盤山舊名無終山、徐無山、盤龍山等。據(jù)《盤山志》記載，自魏武帝曹操開始，歷代多位帝王都曾游覽盤山，其中乾隆皇帝曾先后32次親臨盤山，并感嘆道“早知有盤山，何必下江南！”1984年12月，經(jīng)天津市政府批準，建立盤山風景名勝古跡保護區(qū)。1994年1月，經(jīng)國務院批準，盤山成為國家級風景名勝區(qū)，規(guī)劃總面積110.9 km2。天津盤山風景名勝區(qū)位于燕山山脈南緣、天津市薊州區(qū)城西12 km處，地理位置40°4′45″—40°6′25″N，117°14′40″—117°17′20″E，地勢北高南低，最高峰掛月峰864.4 m；其氣候?qū)儆谂瘻貛Ъ撅L型氣候，四季分明，年降水量800 mm左右；其主要植被類型包括針葉林、闊葉林、針闊混交林等。

2 研究方法

2.1 相機布設和數(shù)據(jù)收集

借助地理信息系統(tǒng)，在天津盤山風景名勝區(qū)范圍內(nèi)按照1 km×1 km公里網(wǎng)格布設法布設紅外相機，共選擇40個網(wǎng)格區(qū)域，網(wǎng)格之間盡量保持連續(xù)形態(tài)，在每個網(wǎng)格中選擇合適位置布設1臺紅外相機(相機型號：BG526)，一共布設40臺(圖1)。紅外相機的布設位點通常選擇在有野生動物出沒痕跡的地點，如獸道、水源地附近。紅外相機選擇安裝固定于合適的樹干或巖石上，距離地面高度約0.5 m。紅外相機的基礎(chǔ)參數(shù)設置包括1 s的拍攝間隔、3張連拍、中度敏感度、全天24 h工作等。紅外相機監(jiān)測起止時間為2019年7月—2020年5月，監(jiān)測期間平均每3—4個月更換1次相機電池和存儲卡。

2.2 數(shù)據(jù)分析

依據(jù)《中國鳥類圖鑒》[13]、《中國獸類野外手冊》[14]、《中國哺乳動物多樣性與地理分布》[15]及《中國鳥類分類與分布名錄》(第3版)[16]來完成紅外照片中哺乳動物(Mammalia)與鳥類(Aves)物種的鑒定并對其居留類型以及區(qū)系組成歸類。由于嚙齒動物(Rodentia)個體較小且主要在夜間活動，其個體特征較難識別，故統(tǒng)一歸類為小型嚙齒動物，不列入物種名錄中。

根據(jù)研究區(qū)域暖溫帶季風性氣候的特點，將3—5月劃分為春季，6—8月劃分為夏季，9—11月劃分為秋季，12月—翌年2月劃分為冬季。依據(jù)紅外監(jiān)測區(qū)域海拔范圍(148—779 m)劃分了4個海拔梯度類型，分別為0—200、201—400、401—600、601—800 m。采用相對多度指數(shù)(RAI，量符號為IRA)、物種相機位點出現(xiàn)率(TO，量符號為OT)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)來對鳥類與哺乳動物的多樣性與豐富度進行分析。

相對多度指數(shù)體現(xiàn)研究區(qū)域內(nèi)鳥類和哺乳動物的相對種群數(shù)量，計算公式[17-18]如下：

IRA=Ai/T×100

式中：Ai代表第i種(i=1，2，…，50)物種的獨立有效照片數(shù)；T代表相機總的有效工作日。獨立有效照片定義為同一相機位點含相同個體的相鄰有效照片，且間隔時間至少為30 min。

物種相機位點出現(xiàn)率的計算方式[19]如下：

OT=Ci/S×100

式中：Ci表示某i類物種出現(xiàn)的相機位點數(shù)；S表示正常工作的相機位點總數(shù)。

用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分析比較不同區(qū)域的物種多樣性特征[20]，計算公式如下：

式中：S為物種數(shù)目；H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；Pi為第i種獸類或鳥類的獨立有效照片數(shù)占獨立有效照片總數(shù)的比例。

以每臺相機位點作為一個獨立樣本，通過計算其各自物種多樣性指數(shù)的平均值來代表不同季節(jié)時段、不同海拔區(qū)段的物種分布特點[21]。應用SPSS 20.0軟件中Kruskall-Wallis 檢驗、Friedman檢驗和Wilcoxon檢驗分析Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的季節(jié)與海拔差異，顯著差異水平α=0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 物種種類

有效監(jiān)測日為11 886 d，可確定野生動物的獨立有效照片有2 936張，共鑒定出哺乳動物5目8科13屬13種和鳥類6目16科30屬37種(表1)?；诩t外監(jiān)測下物種數(shù)量累計曲線(圖2)可以發(fā)現(xiàn)，在最初60個工作日內(nèi)，哺乳動物的物種數(shù)增長快于鳥類，哺乳動物在約65個工作日后保持平整，鳥類物種數(shù)在之后繼續(xù)緩慢增長，直至約200個工作日后保持平穩(wěn)。

由表1可見，關(guān)于哺乳動物物種，在物種組成方面以食肉目(Carnivora)為主(46.15%)，在區(qū)系組成方面以古北界物種為主(53.85%)；在物種保護級別方面，以國家“三有”動物為主(84.62%)，國家二級重點保護野生物種2種(15.38%)，列入世界自然保護聯(lián)盟(IUCN)紅色名錄“LC”等級的物種12種(92.31%)，列入IUCN紅色名錄“VU”等級的物種1種(7.69%)，列入《瀕危野生動植物種國際貿(mào)易公約》(CITES)附錄Ⅱ、附錄Ⅲ的分別為1、2種，各占7.69%和15.38%)；在物種豐富度方面，位居前3位的是松鼠(Sciurusvulgaris，IRA=3.47)、蒙古兔(Lepustolai，IRA=3.28)和巖松鼠(Sciurotamiasdavidianus，IRA=3.23)。

關(guān)于鳥類物種(表1)，在物種組成方面以雀形目(Passeriformes)為主(81.08%)；在區(qū)系組成方面以廣布種為主(51.35%)，在居留類型方面，以留鳥物種為主(45.95%)；在物種保護級別方面，以國家“三有”動物為主(89.19%)，國家二級重點保護物種3種(8.10%)，全部被列入IUCN紅色名錄“LC”等級，列入CITES中附錄Ⅱ和附錄Ⅲ的物種各1種(2.70%)；在物種豐富度方面，位居前3位的是紅嘴藍鵲(Urocissaerythroryncha，IRA=1.98)、山噪鹛(Garrulaxdavidi，IRA=1.51)和環(huán)頸雉(Phasianuscolchicus，IRA=1.14)。

表1 天津盤山風景名勝區(qū)哺乳動物和鳥類多樣性與豐富度

續(xù)表1

續(xù)表1

3.2 海拔和季節(jié)差異

應用Kruskal-Wallis檢驗分析哺乳動物和鳥類全年及各季節(jié)不同海拔區(qū)段間的物種多樣性指數(shù)(表2)發(fā)現(xiàn)，哺乳動物不存在顯著差異；鳥類夏季和全年存在顯著差異。Friedman檢驗分析發(fā)現(xiàn)哺乳動物和鳥類的物種多樣性指數(shù)均存在顯著季節(jié)差異(哺乳動物：χ2=25.487，df=3，P<0.000 1；鳥類：χ2=31.811，df=3，P<0.000 1)?；赪ilcoxon檢驗對哺乳動物兩兩季節(jié)間的比較分析發(fā)現(xiàn)，秋季物種多樣性指數(shù)極顯著高于其他3季，夏季物種多樣性指數(shù)顯著高于春季；對鳥類兩兩季節(jié)間的比較分析發(fā)現(xiàn)，秋、冬季物種多樣性指數(shù)極顯著高于春、夏季。

表2 天津盤山風景名勝區(qū)全年及不同季節(jié)各海拔區(qū)段物種多樣性指數(shù)

4 結(jié)論與討論

天津盤山風景名勝區(qū)自建立以來，一直缺少野生動物多樣性方面的專業(yè)基礎(chǔ)資源信息，本次的紅外監(jiān)測初步反映了盤山風景名勝區(qū)內(nèi)哺乳動物與地棲性鳥類物種多樣性的本底水平，其物種多樣性與天津八仙山、北京霧靈山等相鄰地區(qū)部分自然保護地[22-23]基本一致。本研究監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的哺乳動物主要是嚙齒目和食肉目物種，主要為中小型哺乳動物，相對多度指數(shù)位居前3位的是松鼠(IRA=3.47)、蒙古兔(IRA=3.28)和巖松鼠(IRA=3.23)，未監(jiān)測到大型食肉動物。天津薊州區(qū)歷史上有大型哺乳動物華北豹(Pantherapardusjaponensis)的活動記錄，本次監(jiān)測在天津盤山風景名勝區(qū)內(nèi)沒有拍攝到其活動軌跡，一方面很可能與人為干擾活動有關(guān)，另一方面也可能與監(jiān)測范圍有關(guān)，未能完全覆蓋物種活動的核心范圍[24]。大型食肉動物的缺失會對生態(tài)系統(tǒng)造成一定的影響[25-26]。目前天津盤山風景名勝區(qū)內(nèi)沒有大型哺乳動物活動，其生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性相對較弱，這種情況下豹貓(Prionailurusbengalensis)等中型食肉動物成為生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵物種，因此建議今后在紅外相機技術(shù)的基礎(chǔ)上綜合多種傳統(tǒng)調(diào)查方法(例如：樣線法)，進一步加強監(jiān)測區(qū)域內(nèi)中小型哺乳動物物種多樣性及其生態(tài)活動規(guī)律，以便對生態(tài)資源保護提供及時的、科學的參考依據(jù)[27-29]。

本研究監(jiān)測共發(fā)現(xiàn)37種鳥類，包括1種天津鳥類物種新記錄——畫眉(Garrulaxcanorus)。但考慮到景區(qū)范圍附近有人工飼養(yǎng)畫眉，因此紅外監(jiān)測拍攝到的畫眉物種不能完全排除逃逸種的可能性，有待今后持續(xù)監(jiān)測以待進一步確定。本研究中鳥類物種相對多度指數(shù)方面，位居前3位的是紅嘴藍鵲(IRA=1.98)、山噪鹛(IRA=1.51)、環(huán)頸雉(IRA=1.14)，基本都為地面活動為主或體型相對較大的物種，而對于個體小、飛行速度快且活動區(qū)域不在地面的鳥類監(jiān)測相對較少。建議在今后的監(jiān)測研究中進一步調(diào)整相機靈敏度，結(jié)合樣線調(diào)查等多種方法，同時兼顧地面活動、林冠層活動各類鳥類的不同生活習性[30]。此外，在使用公里網(wǎng)格法基礎(chǔ)上，增加公頃網(wǎng)格法，在常有鳥類出沒的區(qū)域使用公頃網(wǎng)格法，提高紅外相機布設的密度[11]，從而獲取更為全面的鳥類多樣性資源數(shù)據(jù)信息[31]。

綜上所述，本研究首次應用紅外相機技術(shù)對天津盤山風景名勝區(qū)開展野生哺乳動物和鳥類資源監(jiān)測，該監(jiān)測成果可為今后天津盤山風景名勝區(qū)的野生動物資源保護以及天津自然保護地體系的綜合管理提供科學依據(jù)；與此同時，監(jiān)測結(jié)果也可以在天津盤山風景名勝區(qū)的生態(tài)旅游和科普宣教方面發(fā)揮積極作用。

致謝：天津盤山風景名勝區(qū)管理局工作人員在野外監(jiān)測過程中給予了大力支持，天津師范大學野生動物資源保護研究團隊多位同學協(xié)助鑒定紅外相機影像資料，在此一并感謝。