張相鋒 郭 鋒 彭阿輝 董世魁 陳冬勤 溫 璐

(1.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京，100875；2.內(nèi)蒙古阿拉善交通運(yùn)輸局，阿拉善左旗，750306；3.北京中交弘毅環(huán)保工程有限公司，北京，101405；4.內(nèi)蒙古大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，呼和浩特，010021)

道路為人類(lèi)生活提供便捷的同時(shí)，對(duì)野生動(dòng)物的種群存續(xù)產(chǎn)生了影響，諸如車(chē)輛撞壓死亡、棲息地破碎化和喪失、遷徙通道受阻等負(fù)面影響[1-5]，且多數(shù)情況下該影響是不可逆的。如何在保證人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益需求的同時(shí)，最大限度降低道路對(duì)動(dòng)物的影響，是野生動(dòng)物保護(hù)工作面臨的一大挑戰(zhàn)[6]。20世紀(jì)五六十年代，國(guó)外一些生態(tài)學(xué)家通過(guò)優(yōu)化道路網(wǎng)，設(shè)計(jì)動(dòng)物通道來(lái)減輕道路對(duì)野生動(dòng)物的負(fù)面影響，以期保護(hù)有限的生物多樣性資源[7-8]。我國(guó)在該領(lǐng)域的研究剛剛起步[9]，自2003年青藏鐵路建設(shè)引進(jìn)野生動(dòng)物通道以來(lái)，已在青藏公路、鐵路[10]、云南省思茅-小勐陽(yáng)高速公路[11]和陜西觀音山保護(hù)區(qū)東涼公路[12-13]等路段進(jìn)行了應(yīng)用。

內(nèi)蒙古哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)地理位置特殊，分布有典型的荒漠動(dòng)植物資源、動(dòng)植物區(qū)系構(gòu)成復(fù)雜，對(duì)荒漠野生動(dòng)植物資源和生物多樣性保護(hù)、荒漠動(dòng)植物生存生長(zhǎng)規(guī)律及生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律科學(xué)研究具有重要意義[14]。北京至烏魯木齊(京新)高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)在內(nèi)蒙古境內(nèi)的重要路段，其不可避免地穿越哈騰套海保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)。該段公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)將對(duì)區(qū)域內(nèi)野生動(dòng)物的遷移活動(dòng)造成阻隔，對(duì)沿線野生動(dòng)物的生存及發(fā)展造成影響。因此，研究京新高速公路運(yùn)營(yíng)對(duì)哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)野生動(dòng)物的影響，分析野生動(dòng)物對(duì)通道利用的效果及活動(dòng)規(guī)律，提出相應(yīng)的改進(jìn)和優(yōu)化措施，對(duì)于保護(hù)野生動(dòng)物資源，協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有十分重要的價(jià)值與意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)地處巴彥淖爾市磴口縣哈騰套海蘇木和沙金套海蘇木境內(nèi)，東北接烏蘭布和沙漠，北部與杭錦后旗接壤，西北部鄰接烏拉特后旗，南部接阿拉善左旗及納林套海農(nóng)場(chǎng)。地理位置為106°9′—106°50′E，40°30′—40°57′N(xiāo)，海拔為1 030—2 046 m。哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)屬于典型荒漠向草原化荒漠的過(guò)渡帶，年平均降水量?jī)H119 mm，年蒸發(fā)量高達(dá)2 377 mm，年平均大風(fēng)日多達(dá)80余天，夏季炎熱少雨，冬季寒冷漫長(zhǎng)[14]。

哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)屬荒漠生態(tài)類(lèi)型自然保護(hù)區(qū)，主要保護(hù)對(duì)象為荒漠生態(tài)系統(tǒng)和珍稀瀕危野生動(dòng)植物及其生存環(huán)境，其地理位置的特殊性、自然性、生物多樣性、物種稀有性決定了它的重要保護(hù)價(jià)值[14-15]。保護(hù)區(qū)內(nèi)地貌較為復(fù)雜多樣，主要分為山地、沙漠、平原濕地三大地貌類(lèi)型，是典型的生態(tài)復(fù)合體。根據(jù)保護(hù)區(qū)地形地貌的特點(diǎn)，保護(hù)區(qū)對(duì)象具有明顯的區(qū)域分布特性。山地地貌位于保護(hù)區(qū)的西部，屬狼山山系的終端，是巖羊(Pseudoisnayaur)等保護(hù)動(dòng)物的重要生活地帶[14]。沙漠地貌位于保護(hù)區(qū)的中部，是珍稀瀕危植物主要生長(zhǎng)地帶。平原濕地地貌位于保護(hù)區(qū)的東部，是各種水禽棲息繁殖的主要場(chǎng)所[14]。

京新高速巴彥淖爾境內(nèi)于2014年9月開(kāi)工建設(shè)，2017年7月通車(chē)運(yùn)行，約24.6 km穿越哈騰套海自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)，公路采用四車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度100 km/h，路基寬度26 m。

1.2 相機(jī)布設(shè)

根據(jù)青藏高原野生動(dòng)物通道監(jiān)測(cè)結(jié)果，大型通道、中小型橋梁和涵洞都是野生動(dòng)物的遷徙通道[16-17]。因此我們選擇京新高速穿越哈騰套海保護(hù)區(qū)路段中設(shè)置的6座動(dòng)物橋梁通道和2座涵洞通道為監(jiān)測(cè)點(diǎn)(表1)。每座橋梁(QL)和涵洞(HD)各設(shè)置1臺(tái)紅外相機(jī)，共設(shè)置8臺(tái)。紅外相機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)tl Acorn 6210(深圳獵科電子有限公司)，拍攝照片為1 200萬(wàn)像素，連續(xù)拍攝3次，拍攝最短時(shí)間間隔為10 s。監(jiān)測(cè)時(shí)間從2017年10月22日—2018年7月6日，工作正常，無(wú)丟失現(xiàn)象。

表1 動(dòng)物通道類(lèi)型與位置

Tab.1 Wildlife corridor type and location

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)獲得的照片數(shù)據(jù)，先去除人類(lèi)活動(dòng)、未拍到動(dòng)物和無(wú)法識(shí)別的照片，在處理連續(xù)照片時(shí)，為降低同一物種照片的自相關(guān)性，設(shè)置一定的時(shí)間間隔，以30 min為間隔分開(kāi)的照片作為1次獨(dú)立捕獲即如果同一相機(jī)在30 min中連續(xù)多次內(nèi)拍到同一物種，視為1張獨(dú)立有效照片[6，18]。根據(jù)某種動(dòng)物的獨(dú)立有效照片數(shù)計(jì)算物種相對(duì)豐富度(Relative abundance index，RAI)、月相對(duì)豐富度(Monthly relative abundance index，MRAI)、時(shí)間段相對(duì)豐富度(Time period relative abundance index，TRAI)、夜間相對(duì)豐富度(Night time relative abundance index，NRAI)和通道相對(duì)利用率(Corridor relative effectivene index，CREI)[19-20]。

物種相對(duì)豐富度計(jì)算公式為：

(1)

其中，RAI代表物種相對(duì)豐富度(%)；Ai代表第i類(lèi)動(dòng)物的獨(dú)立照片數(shù)，N代表所有動(dòng)物的照片總數(shù)[19-20]。

月相對(duì)豐富度計(jì)算公式為：

(2)

其中，MRAI代表月相對(duì)豐富度(%)；Mij代表第j月動(dòng)物i出現(xiàn)的獨(dú)立照片數(shù)，Ni代表動(dòng)物i在研究期間的所有獨(dú)立照片總數(shù)[19-20]。

時(shí)間段相對(duì)豐富度計(jì)算公式為：

(3)

其中，TRAI代表某個(gè)時(shí)間段的相對(duì)豐富度(%)；Tij代表第j時(shí)間段動(dòng)物i的出現(xiàn)獨(dú)立照片數(shù)，Ni代表第i種動(dòng)物的獨(dú)立有效照片總數(shù)[19-20]。

夜行性采用夜間相對(duì)豐富度(Night time relative abundance index，NRAI)，計(jì)算公式為：

(4)

其中，NRAI代表夜間相對(duì)豐富度；Ti代表第i類(lèi)動(dòng)物在夜間時(shí)間段出現(xiàn)的相片數(shù)；Ni代表第i種動(dòng)物的獨(dú)立有效照片總數(shù)。根據(jù)研究地區(qū)的氣候特點(diǎn)，以巴彥淖爾市杭錦后旗每天的日出日落時(shí)間劃分為晝夜。若NRAI>13/24，則認(rèn)為動(dòng)物具有夜行性，反之則具有晝行性，接近則認(rèn)為夜行性不明顯[19]。

通道相對(duì)利用率計(jì)算公式為：

(5)

其中，CREI代表通道相對(duì)利用率(%)；Eij代表第j個(gè)通道動(dòng)物i出現(xiàn)的獨(dú)立照片數(shù)，Ni代表第i種動(dòng)物的獨(dú)立有效照片總數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 物種相對(duì)豐富度

本次監(jiān)測(cè)中共布設(shè)紅外相機(jī)8臺(tái)，有效相機(jī)的總工作日為2 056 d，分析后獲取有效獨(dú)立照片99張。經(jīng)鑒定，共拍攝到2種野生獸類(lèi)，分別為食肉目(Carnivora)、犬科(Canidae)、狐屬的赤狐(Vulpesvulpes)和兔形目(Lagomorpha)、兔科(Leporidae)、兔屬的蒙古兔(Lepuscapensis)。其中，赤狐的物種相對(duì)豐富度為24%，蒙古兔的物種相對(duì)豐富度為76%。

2.2 利用動(dòng)物通道遷移獸類(lèi)月活動(dòng)規(guī)律

赤狐在11月的月相對(duì)豐富度最高(29%)，10月次之(25%)，其他月份對(duì)動(dòng)物通道的利用率較低。蒙古兔6月的月相對(duì)豐富度最高(55%)，5月次之(23%)，在10—12月未監(jiān)測(cè)到蒙古兔利用動(dòng)物通道(圖1)。

圖1 利用動(dòng)物通道遷移獸類(lèi)月活動(dòng)規(guī)律Fig.1 Monthly activity patterns of mammals by using wildlife crossing structures

2.3 利用動(dòng)物通道遷移獸類(lèi)日活動(dòng)規(guī)律

赤狐與蒙古兔的日活動(dòng)規(guī)律相似，屬于雙峰型，但活動(dòng)高峰出現(xiàn)的時(shí)間段存在差異。赤狐的活動(dòng)高峰出現(xiàn)在夜間(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未被監(jiān)測(cè)到。蒙古兔晝夜均利用動(dòng)物通道，日活動(dòng)高峰期出現(xiàn)在6：00—10：00和18：00—20：00，21：00—5：00較平穩(wěn)并出現(xiàn)小幅波動(dòng)。

圖2 利用動(dòng)物通道遷移獸類(lèi)日活動(dòng)規(guī)律Fig.2 Daily activity rhythm of mammals by using wildlife crossing structures

2.4 通道利用率

赤狐對(duì)涵洞的利用率為54.2%，對(duì)橋梁的利用率為45.8%；蒙古兔對(duì)涵洞的利用率為82.66%，對(duì)橋梁的利用率為17.34%。赤狐對(duì)HD-1的利用率最高(46%)，其次為QL-4(25%)，未利用QL-3和QL-5兩處通道。蒙古兔僅利用HD-1(49.33%)、HD-2(33.33%)和QL-2(17.33%)3處通道進(jìn)行遷移，通道利用率較高的兩處動(dòng)物通道均為涵洞類(lèi)型。

圖3 通道相對(duì)利用率圖Fig.3 Corridor relative effectivene index

2.5 野生獸類(lèi)遷移夜行性分析

利用夜間相對(duì)豐富度分析2種獸類(lèi)遷移的夜行性特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)赤狐的夜間相對(duì)豐富度為87.50%，明顯高于13/24，說(shuō)明夜間活動(dòng)能力較強(qiáng)，屬于夜行性。蒙古兔的夜間相對(duì)豐富度為18.67%，明顯低于13/24，說(shuō)明晝間活動(dòng)能力較強(qiáng)，具有晝行性。

3 討論

3.1 紅外相機(jī)技術(shù)對(duì)野生動(dòng)物通道利用情況監(jiān)測(cè)效果分析

與其他傳統(tǒng)的調(diào)查方法相比，利用紅外相機(jī)技術(shù)調(diào)查道路對(duì)野生動(dòng)物的影響，具有全天候拍攝、對(duì)動(dòng)物干擾小，記錄客觀準(zhǔn)確、能夠長(zhǎng)期和持續(xù)的野外監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)[21-22]，已成為調(diào)查道路對(duì)野生動(dòng)物影響最有效的方法之一[6，23]。本次紅外相機(jī)調(diào)查中監(jiān)測(cè)到獸類(lèi)赤狐和蒙古兔2種利用動(dòng)物通道，這可能與其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，分布較廣，數(shù)量較多，為保護(hù)區(qū)內(nèi)的常見(jiàn)種有關(guān)。未監(jiān)測(cè)到其他野生動(dòng)物穿越公路，動(dòng)物通道的利用率較低，這可能與哈騰套海保護(hù)區(qū)動(dòng)物活動(dòng)范圍及通車(chē)時(shí)間較短有關(guān)。

哈騰套海保護(hù)區(qū)屬荒漠生態(tài)系統(tǒng)，所分布的野生動(dòng)物種類(lèi)和數(shù)量較少，也沒(méi)有固定的、成規(guī)模的動(dòng)物從公路區(qū)域遷徙穿過(guò)，且京新高速穿越哈騰套海保護(hù)區(qū)路段主要位于沙漠地貌類(lèi)型，是珍稀瀕危植物主要生長(zhǎng)地帶，并非北山羊(Caprasibirica)、盤(pán)羊(Ovisammon)、鵝喉羚(Gazellasubgutturosa)等保護(hù)獸類(lèi)分布主要區(qū)域。保護(hù)區(qū)內(nèi)無(wú)常年性河流，動(dòng)物飲水源主要為北側(cè)的山洪水和南側(cè)的海子等10處水源，其中位于公路北側(cè)狼山地區(qū)有8處水源點(diǎn)，公路南側(cè)平原地區(qū)有2處水源點(diǎn)。公路沿線分布的河流、湖泊、泉眼周邊植被相對(duì)較好的區(qū)域是野生動(dòng)物的主要覓食區(qū)域，因此動(dòng)物主要分布于保護(hù)區(qū)西部的狼山山地區(qū)域，除在食物比較缺乏的季節(jié)時(shí)而到保護(hù)區(qū)中部的沙地覓食外，一般均在北側(cè)狼山區(qū)域活動(dòng)[14]。公路對(duì)地面活動(dòng)范圍較大、需要不同季節(jié)進(jìn)行穿越的動(dòng)物影響較大[24]，而保護(hù)區(qū)內(nèi)重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物多位于狼山地區(qū)，活動(dòng)范圍較為固定，北山羊等部分物種有季節(jié)性遷徙活動(dòng)，多傾向于垂直方向上遷或下移[25]，因此本次監(jiān)測(cè)中并未監(jiān)測(cè)到重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物穿越公路。此外在野外調(diào)查過(guò)程中也未觀察到大型獸類(lèi)及其活動(dòng)痕跡，公路沿線兩側(cè)各兩公里范圍內(nèi)分布有這些大型獸類(lèi)的可能性非常低。

本段公路走向基本與省道312和臨河至策克口岸鐵路(臨策鐵路)平行通過(guò)該保護(hù)區(qū)，公路的修建雖未對(duì)該區(qū)域野生動(dòng)物棲息地產(chǎn)生新的切割，但動(dòng)物對(duì)通道的利用頻次與通道到公路的距離顯著的正相關(guān)，動(dòng)物在穿越公路后需要合適的環(huán)境以緩解穿越公路時(shí)的高度緊張狀態(tài)。本段公路距離臨策鐵路最遠(yuǎn)處不到500 m，且路基較高(4—6 m)，動(dòng)物在穿越公路后仍受到鐵路的阻擋，這也是導(dǎo)致動(dòng)物通道利用率較低的原因之一。

本次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為通車(chē)運(yùn)營(yíng)1年后的數(shù)據(jù)，公路運(yùn)營(yíng)時(shí)間較短，野生動(dòng)物對(duì)新環(huán)境需要一個(gè)適應(yīng)過(guò)程，目前可能尚未適應(yīng)高速公路修建對(duì)環(huán)境帶來(lái)的變化[16]。雖然施工期對(duì)野生動(dòng)物產(chǎn)生的阻隔效應(yīng)不像公路營(yíng)運(yùn)期的影響持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，但由于施工人員等的迅速進(jìn)入，將野生動(dòng)物的棲息地及覓食空間分割開(kāi)，影響動(dòng)物的覓食、活動(dòng)等行為，特別對(duì)警惕性較高的野生動(dòng)物產(chǎn)生的影響更大。

3.2 野生獸類(lèi)利用動(dòng)物通道的活動(dòng)規(guī)律分析

在研究區(qū)域內(nèi)赤狐和蒙古兔利用動(dòng)物通道遷移的月相對(duì)豐富度隨月份發(fā)生相應(yīng)的變化，這可能與不同季節(jié)的食物資源分布和動(dòng)物生活習(xí)性有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)赤狐在10—12月相對(duì)豐富度較高，其他月份相對(duì)較低。赤狐主要以沙鼠類(lèi)和兔類(lèi)等荒漠嚙齒動(dòng)物為食，而此時(shí)期是鼠類(lèi)等動(dòng)物密度較高的時(shí)期，食物充足，因此其月豐富度較高[26]。蒙古兔與赤狐的月相對(duì)豐富度相比有明顯的差異，其在2月以及5—6月相對(duì)豐富度較高，其他月份則處于較低水平。蒙古兔繁殖期處于1—9月[27]，2月是蒙古兔繁殖的一個(gè)小高峰，雌雄個(gè)體相遇的幾率提升，從而增加了物種相對(duì)豐富度；而夏季食物充足，加上處于繁殖期，因此蒙古兔在5—6月相對(duì)豐富度較高。

在遷移的日活動(dòng)規(guī)律上，赤狐在夜間(1：00—4：00和19：00—21：00)和清晨(6：00—7：00)活動(dòng)較為頻繁，白天(8：00—20：00)觀測(cè)到的活動(dòng)頻率很低，這與赤狐為夜行性動(dòng)物一致，主要在夜間和晨昏覓食[28]。赤狐在冬季和不受干擾地區(qū)也會(huì)在白天活動(dòng)[28]，因此在12：00—13：00和14：00—15：00也觀測(cè)到赤狐利用動(dòng)物通道。蒙古兔晝夜均利用動(dòng)物通道穿越公路，高峰期出現(xiàn)在6：00—10：00和18：00—20：00，與其晝夜皆活動(dòng)，但在清晨和黃昏時(shí)間段較為活躍的習(xí)性一致。

青藏高原的研究中發(fā)現(xiàn)野生動(dòng)物對(duì)橋梁的利用率高于涵洞，本文卻發(fā)現(xiàn)野生動(dòng)物對(duì)兩個(gè)涵洞的利用效果高于其他橋梁。不一致的最主要的原因可能是紅外相機(jī)的監(jiān)測(cè)距離短于橋梁長(zhǎng)度，而涵洞寬度較窄，當(dāng)動(dòng)物利用涵洞穿越公路時(shí)，紅外相機(jī)能捕獲所有利用涵洞的影像，因此本文得出的結(jié)果存在偏頗，在以后的監(jiān)測(cè)中可增加紅外相機(jī)數(shù)目以解決此類(lèi)問(wèn)題。另外一個(gè)原因可能是青藏鐵路的主要關(guān)注對(duì)象為藏野驢(Equuskiang)、藏羚羊(Pantholopshodgsoni)等大中型重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物，橋梁通道適合大型有蹄類(lèi)動(dòng)物穿越[29]。而本次研究中觀測(cè)到的為赤狐和蒙古兔兩種動(dòng)物體型較小，而涵洞形式的動(dòng)物通道主要適合小型哺乳動(dòng)物、兩棲類(lèi)、爬行類(lèi)動(dòng)物通過(guò)[30]。

4 結(jié)語(yǔ)及建議

本研究通過(guò)紅外相機(jī)對(duì)保護(hù)區(qū)動(dòng)物通道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)僅有赤狐與蒙古兔利用動(dòng)物通道，未發(fā)現(xiàn)國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物利用動(dòng)物通道，動(dòng)物通道的利用率較低?；诒狙芯?，對(duì)道路建設(shè)的不同階段野生動(dòng)物通道建設(shè)提出以下改進(jìn)或優(yōu)化措施。

4.1 在公路工程選線規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意避開(kāi)生態(tài)敏感區(qū)，在無(wú)法避繞野生動(dòng)物敏感區(qū)時(shí)，應(yīng)采用實(shí)地調(diào)查和資料收集的方法系統(tǒng)確定沿線野生動(dòng)物資源現(xiàn)狀(分布、數(shù)量、習(xí)性、活動(dòng)規(guī)律、遷徙路線、飲用水源)和棲息環(huán)境(主要食物種類(lèi)及分布、繁殖地、避難所、棲息地)、阻隔因素等信息，在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)條件允許的情況下針對(duì)不同類(lèi)型動(dòng)物設(shè)置不同形式(上跨式、下穿式、緩坡通道)和大小(長(zhǎng)度、寬度、高度)的動(dòng)物通道及其他輔助設(shè)施(警示牌、圍欄、防護(hù)網(wǎng))等緩解對(duì)野生動(dòng)物的阻隔效應(yīng)。

4.2 開(kāi)展野生動(dòng)物遷徙規(guī)律、動(dòng)物通道有效性的持續(xù)監(jiān)測(cè)，對(duì)野生動(dòng)物通道的作用及效果進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整、優(yōu)化動(dòng)物通道的設(shè)置，為以后類(lèi)似工程項(xiàng)目動(dòng)物通道的設(shè)計(jì)、施工、評(píng)價(jià)、優(yōu)化、管理積累實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。