利用紅外相機技術對大型貓科動物及其獵物的種群評估

長期進行物種豐富度監測，掌握物種多樣性的變化趨勢對自然保護區而言是十分重要的工作。然而對於數量稀少、活動隱蔽的野生動物，以往只能通過痕迹來間接評估其豐富度。目前我國野生動物豐富度調查主要使用傳統的糞堆法、樣線法(FMP)、樣帶法、大樣方調查法、非損傷性法(CMR)以及紅外相機監測法。

樣線法利用雪地足跡鏈數量、動物日活動距離等指標預測動物密度，但季節、生境的差異會對動物的日活動距離造成影響繼而降低該方法的準確性。樣帶法通過樣帶內足跡、糞便、卧跡等動物痕迹並結合樣帶面積求出動物密度。因不同調查者對動物痕迹的數量、新鮮程度等用來判定動物個體的指標估計有所不同, 使得該方法主觀性較強，得到的調查結果誤差較大。大樣方法基於一個密閉的多邊形，通過24h內進出多邊形的動物實體數量來統計樣方內的動物密度。該方法的結果較樣線法與樣帶法更加保守。CMR法準確性較高，但DNA的降解以及較高的花費是制約其發展的主要因素。紅外相機技術的發展促進了對野生動物相對豐富度、活動節律、行為生態等方面的研究。該技術較傳統監測方法的優點是具有非損傷性、可日夜連續監測。此外結合標誌重捕法等生態模型，紅外相機監測還可以從多角度對種群密度進行評估。

紅外相機技術的發展促進了捕食者–獵物關係的研究，目前已經較為系統地應用於荒漠貓(Felis bieti)、孟加拉虎(Panthera tigris tigris)、美洲虎 (Panthera onca)、山貓(Lynx rufus)等貓科動物的分布調查。但在貓科動物相機監測中仍然存在一系列的問題：

(1)最適監測密度與監測位置的確定。因為多數監測物種活動隱蔽，相機監測仍屬於抽樣調查而不是整體計數。有研究認為相機布設的密度與位置應確保相機獲得一個最佳的捕捉概率，並且每個目標物種家域中至少應保證有2個監測點。但是實際上監測密度多為在實驗設計與實際約束上的一個折中。

(2)如何快速對貓科動物進行個體識別。在影像數據樣本量較少時，簡單的目視可以進行個體識別，但是隨著影像數據的增加，如何快速準確的通過體側花紋對貓科動物進行個體識別是研究者們面臨的一個問題。

(3)最佳相機監測方式的探索(包括相機架設方式與參數設置)。不同的貓科動物因為形態大小、生境等存在差異, 所以紅外相機的監測參數也各有不同。

因此，針對不同區域不同物種找到一個最佳的相機監測方式, 對於提高監測質量是至關重要的。東北虎、東北豹作為我國瀕危珍稀的貓科動物, 因其數量稀少、活動隱蔽, 採用傳統的調查方法並不能得到較為理想的監測結果。以琿春自然保護區春化與馬滴達區域內東北虎、東北豹及其獵物的紅外相機監測為例，擬探討基於紅外相機技術的大型貓科動物及其獵物的種群評估方法。

相機的架設

監測位點的預設與選擇

首先對春化和馬滴達地區地形圖按5km×5 km進行網格劃分, 在每個網格中選擇適宜東北虎、東北豹活動的區域進行監測點預設, 這些區域包括虎比較偏愛的河谷、廢棄運材道以及豹比較偏愛的山崗、石砬子等處的獸道。其次, 按照預設點坐標進行實地評估, 注意虎豹的足跡、排泄物、掛爪、刨痕等信息, 根據野外實際情況對預設點進行微調並確定最終監測點坐標。本研究在春化至馬滴達區域, 按照1對相機/25km2的密度架設紅外相機21對, 覆蓋監測面積525km2。

監測時間的選擇

為防止環境因素對調查結果的影響，本次調查選擇在春秋兩季進行。春秋兩季的監測點位置無變化。

相機的架設方式與參數設置

為清晰地拍攝東北虎、東北豹左右體側花紋,每個監測點布設兩台相機，垂直於獸道相對拍攝。相機距離獸道中線約3.5m,設置高度約0.5m。每個監測點有一台相機為拍照模式，另一台相機使用錄像模式,兩次觸發的時間間隔為0s。為防止產生過多誤拍，相機的PIR感應器靈敏度設置為低。

相機數據的篩選與統計

在完成監測周期回收數據後, 對每一台相機進行圖片或視頻篩選, 刪除非動物觸發造成誤拍的影像。「獨立有效照片」時間間隔為含同種個體的相鄰有效照片間隔時間。本研究將此時間間隔定為1min。一個監測點的兩台相機數據統計完畢後, 再按照時間序列把該監測點的兩台相機信息進行比對與修正, 得出該監測點在監測期間的綜合監測信息。

東北虎和東北豹的體側花紋個體識別技術

對於東北虎、東北豹等具有體側花紋的動物個體, 可以利用動物個體體側花紋來進行個體識別, 從而精確得出監測到的虎豹個體數量。東北虎的條紋與東北豹的斑點是其體表的主要特徵。虎豹的體側中部、後肢外側等部位條紋與斑點具有很大的個體差異性。本研究使用動物體側花紋識別軟體以及目視對比識別軟體來對虎豹圖片/視頻進行個體識別。

物種相對豐富度指數的計算

監測物種被相機拍攝的頻率可以表示該物種的豐富度。目前通常使用相對豐富度指數(RAI)表示監測物種的豐富度, 即100個捕獲日所獲取某一物種在所有相機位點(i = 1, 2, ...) 的獨立有效照片數。

構建捕食者–獵物豐富度關係模型

本研究使用廣義可加模型來建立捕食者與獵物之間的豐富度關係。作為廣義線性模型的延伸, 廣義可加模型不僅可以承載更多分布類型的數據, 更可以反映自變數與因變數之間高度非線性、非單調的作用關係。由於本次調查只在4個點拍到了東北豹, 樣本量較少, 因此只構建東北虎與獵物的豐富度關係模型。按照出現–不出現的情況, 把監測期間拍到東北虎的監測點記為「1」, 未拍到東北虎的監測點記為「0」。使用廣義可加模型對東北虎是否出現與野豬(Sus scrofa)、梅花鹿(Cervus nippon)、西伯利亞狍(Capreolus pygargus) 的相對豐富度指數建立回歸。

有研究發現物種的RAI與密度之間存在很強的相關性, 希望在RAI與實際密度之間建立聯繫, 並嘗試利用RAI來對不能進行個體識別的物種進行密度評估。但是本次調查得到的RAI值與樣線調查的物種密度之間卻未能進行很好的回歸。RAI值與密度值都表明在琿春地區有較高的西伯利亞狍分布, 但是野豬和梅花鹿的RAI卻與密度調查結果相反。究其原因，FMP樣線調查方法本身存在較大誤差, 且以前的樣線調查是在冬季針對整個琿春保護區進行，而本調查是在春秋季節針對春化至馬滴達區域進行。對琿春地區有蹄類調查顯示，琿春至馬滴達區域較保護區其他區域有著更高的梅花鹿密度，本次紅外相機調查支持這一結論。保護區內部有蹄類的異質分布以及調查季節的差異可能是造成相機監測與已有的樣線調查結果差異的原因。

結合本次調查的結論，我們認為在今後開展大型貓科動物及獵物種群評估時, 應該：

(1)相機監測技術應與樣方調查法進一步結合；

(2) 繼續完善體側花紋個體識別技術圖形數據的自動提取與相似度閾值判別；

(3)使用質量可靠的紅外相機、生態統計模型；

(4)選擇適宜的相機架設高度和獨立有效照片時間間隔。

此外, 1對/25km2的監測密度基本上滿足對於琿春保護區東北虎、豹的探測需求, 但兼顧虎豹及獵物的最適監測密度在今後的研究中還要持續關注。

參考文獻：《探討基於紅外相機技術對大型貓科動物及其獵物的種群評估方法》，李治霖等。

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