0 引言
新疆是我国野生动物通道设置较多且监测研究开展较多的地区之一。近年来，学者们评估了8个保护区160处动物通道的效果，发现人为干扰、交通基础设施密度、通道尺寸、通道类型、附近有无水体分布等因素都是影响野生动物穿越的重要因素[19]。在评估S11穿越卡拉麦里国家级自然保护区的高速公路动物通道时也发现，通道尺寸、附近有无水体、与伴行铁路的距离、人为干扰、天敌活动等是影响穿越的重要因素[16]。G7京新高速巴里坤至梧桐大泉段（以下简称G7巴梧段）毗邻喀尔里克山自治区级自然保护区和穿越哈密东天山自治区级生态功能保护区，沿线蒙古野驴（Equus hemionus Pallas）、鹅喉羚（Gazella subgutturosa）等野生动物活动较多。该段高速公路设置了18处野生动物通道，包括14处下穿式通道及4处上跨式通道，其中2处上跨式通道是已知的全球首个集高速公路、铁路与野生动物通行于一体的三层复合式立体通道（见图1）。G7巴梧段于2021年6月通车运营，但对于该类型通道目前缺乏跟踪监测与效果评价。
本研究以G7巴梧段野生动物通道为对象，通过应用红外相机技术开展为期2年左右的持续监测，以探讨通道利用率与通道参数及周边栖息地环境的关系。基于红外相机监测结果，拟验证以下两点假设：①上跨式通道具有更高的利用偏好；②在通道尺寸较大的情况下，周边生境质量较人为干扰更显著地影响通道利用率。本研究旨在通过对G7巴梧段动物通道的系统监测与评价，揭示干旱荒漠区公路野生动物通道利用的关键影响因素与优化方向，为我国西北干旱荒漠区公路铁路野生动物通道设计和管理提供科学依据。
1 研究方法
1.1 研究区概况
G7巴梧段主线全长254.97 km，设计速度为120 km/h，有分离式路基和整体式路基两种断面。分离式路基宽2×13.25 m，整体式路基宽27 m。其中，伊吾至巴里坤段69.35 km为整体式路基段，伊吾至梧桐大泉段的K3+000—K168+620段为分离式路基，其余20 km为整体式路基。项目线路约13.81 km伴行喀尔里克山自然保护区（自治区级自然保护区），距保护区边界（实验区）最近距离约900 m。主线78.16 km穿越哈密东天山自治区级生态功能保护区（如图2所示）。高速公路建设可能对沿线鹅喉羚、北山羊（Capra sibirica）、蒙古野驴、赤狐（Vulpes vulpes）、沙狐（Vulpes corsac）、马鹿（Cervus canadensis）、盘羊（Ovis ammon）等产生影响，为此设置了前文所述的14处桥梁通道和4处上跨式通道，其中2处是三层复合式立体通道（见图1）。
1.2 监测方法
研究人员于2023年3月12日至16日对18处动物通道逐一开展现场踏勘，筛选周边人为干扰小、红外相机设置便利、周围栖息地具有典型性的12处动物通道进行监测，包括9处桥梁通道和3处上跨式通道（见图2）。共设置17台红外相机：在3处上跨式通道和2处较大尺寸的桥梁通道（长度>50 m）分别设置红外相机2台，在通道出入口呈对角线设置；在其他7处桥梁通道下部的中央分隔带位置各设置红外相机1台。相机绑扎于隔离栅立柱处，镜头高于地面约1 m（视地形而定），相机镜头与地面平行，统一设置参数（拍照+视频），包括：照片大小（5 M）、连拍张数（3）、视频时长（10 s）、拍摄间隔（1 min）等。每6个月对相机进行一次维护。每次维护时，更换相机存储卡及电池，并对通道内的动物粪便、足迹等进行记录，作为动物通道效果评价的辅助证据。监测时间自2023年3月12日起，至2025年6月11日结束。由于兽类受交通的影响相比其他种类动物大，且对交通安全运营有显著影响，故本研究只关注兽类，尤其是大中型兽类对通道的利用情况。
1.3 动物通道影响因素调查与量化方法
本研究中，动物通道的影响因素主要包括栖息地环境、通道尺寸、通道类型、人为干扰和交通量（见表1）。栖息地环境指标通过无人机调查并解译得到。研究人员于2024年6月对G7巴梧段12座动物通道进行了现场调查和无人机航拍，对以目标动物通道为中心，沿公路走向两侧不小于600 m，垂直公路方向两侧各不小于600 m的范围进行拍摄，并根据通道特征进行适当调整。无人机飞行高度设置为120 m，飞行速度小于 4.5 m/s。拍摄完成后的数码相片通过影像处理软件Pix4D处理，生成正射影像与数字表面模型（Digital Surface Model, DSM）。采用人工目视解译方法，对正射影像进行处理，提取拍摄区域适宜因素、干扰因素、地形因素等空间信息。
表1 动物通道的影响因素及提取方式 |
| 影响因素 | 提取方式 | |
|---|---|---|
| 通道尺寸 | 长度/m | 设计图纸量测，现场复核 |
| 高度/m | ||
| 开阔率 | 下穿式通道：通道长度 × 通道高度/路宽； 上跨式通道：通道长度/路宽 | |
| 通道类型 | 上跨式通道 | 设计图纸量测，现场复核 |
| 下穿式通道 | ||
| 通道 人为干扰 | 独立照片数 （人、车、家畜等） | 红外相机拍摄 |
| 栖息地 | 适宜因素（水体、植被） | 无人机航拍 |
| 干扰因素 （道路、居民点等） | ||
| 地形因素（崎岖度等） | ||
| 交通量 | 月度车流量 | 高速公路养护单位收集 |
适宜因素提取：由无人机影像解译获取荒漠灌丛分布矢量图层以及地表干河沟矢量数据。
干扰因素提取：由无人机影像解译获取通道两侧的施工便道、车辙印、房屋、矿坑等人为干扰数据。
地形因素提取：采用空间分析模块Spatial analyst 中的焦点范围模块Focal range，利用无人机影像生成的DSM数据，计算通道两侧的地形起伏度。
以无人机沿公路走向的矢量线为中心，应用缓冲区分析功能，生成各通道两侧各600 m缓冲区。应用空间统计功能，分别提取各缓冲区内的河流、道路总长度与植被总面积，计算各缓冲区内地形起伏度平均值。
1.4 数据分析
1.4.1 动物通道利用率测度
参考前人监测动物通道的方法，以30 min内同个物种在某一相机位点出现而被拍摄到的照片（组）为一份独立有效照片（Independed Photo, IP）[20]；采用相对多度指数（Relative Abundance Index, RAI）衡量动物通道穿越效率；采用月相对多度指数（Monthly Relative Abundance Index, MRAI）和时间段相对多度指数（Time-Period Relative Abundance Index, TRAI）衡量动物通道穿越效率的月度和每日的变化情况。各指数的计算公式如下：
式（1）中：Ai为第 i 类动物的独立照片数；N 为总有效拍摄天数。
式（2）中：Mij为第j个月度动物i出现的独立照片数；Ni为动物i在研究期间的独立照片总数。
式（3）中：Tij为第j个时间段动物i出现的独立照片数。
1.4.2 上跨式通道和下穿式通道的利用率对比
以动物通道作为观测样本，包括上跨式通道3个、下穿式通道9个。由于样本量较少，针对主要的穿越动物种类和全体兽类的RAI，采用SPSS软件中的非参数检验Mann-Whitney方法，分析两种类型通道的穿越效果。由于赤狐与沙狐通过红外相机较难准确辨别，本研究将二者汇总统计为“狐狸”。
1.4.3 通道穿越率的影响因素
以全体兽类、鹅喉羚与狐狸的RAI为因变量，以通道尺寸、人为干扰与栖息地指标为自变量，通道类型作为随机因子，数据标准化后利用广义线性混合模型（Generalized Linear Mixed Model, GLMM）分析各个因素的影响大小。该分析借助R 4.2.2软件完成。采用Origin软件进行统计制图。
2 研究结果
2.1 动物通道利用情况
2023年3月12日至2025年6月11日，共获取801张兽类的独立照片，其中：鹅喉羚最多，有559张（占比69.79%）；其次为狐狸，210张（占比26.21%）；其他兽类的独立照片数量很少，分别是蒙古野驴18张（占比2.25%）、狼（Canis lupus）10张（占比1.25%）、草兔（Lepus capensis）4张（占比0.5%）。所监测的12个动物通道全部被野生动物利用，通道被利用的比例为 100%，即所有通道至少被野生动物通过一次。鹅喉羚利用了所有的12个通道，狐狸利用了10个通道，狼利用了6个通道，蒙古野驴利用了2个通道。监测到的6种兽类中，除草兔之外均为国家重点保护野生动物。图3所示为红外相机拍摄到部分兽类照片。
通过监测发现，鹅喉羚常小群活动，数量从1只到9只不等；狐狸和狼基本为1~2只活动，多为单独活动；蒙古野驴大多数时候是1~2只活动，只有一次发现10只蒙古野驴群体穿越上跨式通道。由于获取的鹅喉羚与狐狸的监测数据较多，后续对通道利用率的影响因素分析以这两种动物为主。
2.2 动物通道利用的时间特征
2.3 上跨式通道和下穿式通道的对比分析
上跨式通道和下穿式通道的穿越率对比如图9所示。穿越上跨式通道的兽类的RAI均值为13.5±6.07，穿越下穿式通道的兽类的RAI均值为11.61±1.9，经Mann-Whitney检验，二者无显著差异（秩检验指数Z 为-0.092，显著性p 为0.926）。鹅喉羚穿越上跨式通道的RAI值为8.78±4.83，穿越下穿式通道的RAI值为8.35±1.5，经Mann-Whitney检验，无显著差异（Z为-0.092，p为 0.926）；狐狸穿越上跨式通道的RAI值为4.23±0.86，穿越下穿式通道的RAI值为2.6±1.08，经Man-Whisky检验，也无显著差异（Z 为-1.019，p为0.308）。
2.4 动物通道影响因素
GLMM分析结果显示，通道长度与兽类总体RAI和狐狸的RAI均呈正相关关系（对于兽类总体，回归系数t为2.16，显著性p<0.05；对于狐狸，t为2.55，p<0.01）；通道高度与兽类总体RAI和狐狸的RAI均呈负相关关系（对于兽类总体，t为-2.30，p<0.05；对于狐狸，t 为-2.94，p<0.01）；人类干扰因子与兽类总体、鹅喉羚和狐狸的RAI都呈正相关关系（对于兽类，t为4.03，p<0.05；对于鹅喉羚，t为2.38，p<0.05；对于狐狸，t为5.34，p<0.05）；600 m缓冲区内，道路密度、植被密度、河流密度和崎岖度与兽类总体、鹅喉羚、狐狸的RAI相关性均不显著，仅河流密度与狐狸的RAI呈负相关关系（t 为-3.11，p<0.05）。
表2 不同物种的RAI与动物通道影响因素的关系 |
| 物种 | 指标（影响因素） | t | p |
|---|---|---|---|
| 所有兽类 | 通道长度 | 2.16 | 0.03* |
| 通道高度 | -2.30 | 0.02* | |
| 通道开阔率 | -1.89 | 0.06 | |
| 人类干扰 | 4.03 | 0.01* | |
| 道路密度 | -0.47 | 0.64 | |
| 河流密度 | -1.29 | 0.20 | |
| 植被密度 | 1.73 | 0.08 | |
| 崎岖度 | 0.28 | 0.78 | |
| 鹅喉羚 | 通道长度 | 1.76 | 0.08 |
| 通道高度 | -1.78 | 0.08 | |
| 通道开阔率 | -1.28 | 0.20 | |
| 人类干扰 | 2.38 | 0.02* | |
| 道路密度 | -0.18 | 0.85 | |
| 河流密度 | -0.63 | 0.53 | |
| 植被密度 | 1.03 | 0.30 | |
| 崎岖度 | 0.56 | 0.58 | |
| 狐狸 | 通道长度 | 2.55 | <0.01** |
| 通道高度 | -2.94 | <0.01** | |
| 通道开阔率 | -3.37 | <0.01** | |
| 人类干扰 | 5.34 | <0.01** | |
| 道路密度 | -1.72 | 0.09 | |
| 河流密度 | -3.11 | 0.01* | |
| 植被密度 | 1.26 | 0.21 | |
| 崎岖度 | 0.50 | 0.61 |
注：*表示显著相关，**表示极显著相关。 |
3 讨论
3.1 动物通道的重要性
G7京新高速公路野生动物通道是我国公路野生动物通道示范项目。该高速公路设置了多种型式的野生动物专用通道，大型通道包括3座上跨式通道和10多座下穿式通道，小型通道更是数量众多[21]。本研究选择3座上跨式通道和9座下穿式桥梁通道为对象，经过2年多的监测，发现所有通道都被大中型兽类成功穿越，通道被利用的比例为 100%。监测到的兽类种类为6种，相对较少，以鹅喉羚和狐狸为主，狼和蒙古野驴出现较少。这也反映了鹅喉羚和狐狸的适应性很强。既有研究显示，狐狸可利用几乎所有类型及尺寸的通道[14]。蒙古野驴利用的通道较少，这可能是因为其潜在分布区仅与部分路段交叉，而其利用的动物通道恰恰位于栖息地与高速公路交叉区域[22]。此外，根据走访调查，研究期间高速公路养护机构记录到了马鹿、盘羊、猞猁在路侧活动或翻越隔离栅的行为，说明这些动物虽然数量较少或者偶尔靠近高速公路活动，但是也有穿越动物通道的需求。因此，未来应加强对路侧野生动物活动的持续监测。
3.2 穿越动物通道的时间特征
鹅喉羚穿越通道主要发生在春秋季，狐狸除了春秋季外，在冬季也较多利用通道。这两种兽类穿越通道并不受交通量的影响。通过红外相机所拍摄的照片发现，鹅喉羚穿越通道时，常常有货车驶过通道上方的高速公路，这表明其对交通干扰有较强的适应能力。通过照片能看到，狐狸多在夜间穿越通道，而鹅喉羚主要在白天利用通道，这与其他学者的研究结果一致[16]。基于这一研究结果，应对动物通道周边的人为干扰进行全天候限制，而不仅限于特定时间段。
3.3 动物通道穿越率的影响因素
由于有蹄类偏好宽阔的通道，故本研究初始假设为：视野开阔的上跨式通道利用率高于视野相对狭窄的下穿式通道。然而通过观测，发现事实并非如此，比如鹅喉羚对两者的选择并无倾向性。本研究监测的9个下穿式通道，长度为16~160 m，高度为3.5~6.0 m，都满足国家标准对此的最低限值要求[23]。因此，无论是上跨式通道还是下穿式通道，都能满足鹅喉羚和狐狸的最小穿越需求。这可能是本研究中通道类型和尺寸对兽类穿越的影响不大的重要原因。
在干旱缺水的荒漠地区，水体和植被的分布对野生动物具有强烈的吸引作用[19,24]。本研究的结果显示，通道两侧无论是水体、植被分布还是临时道路干扰等对兽类利用通道影响都不大。由于本研究定义的水体是干涸河道（夏季降雨后可能有短暂储水），并非长流水河道，植被均为稀疏荒漠灌草丛，且几乎所有动物通道周边植被条件类似，故对野生动物通道利用的吸引作用无明显差别。这不同于内蒙古西部阿拉善保护区内G7沿线既有长流水也有乔木分布的栖息地条件[25]。本研究还发现，通道长度与通道利用率呈正相关，通道高度与通道利用率呈负相关，通道尺寸对通道利用率的影响不大。这一互相矛盾的结果也表明，在通道尺寸足够大的情况下，其利用率不能用单个通道的参数进行解释。而本研究的重要发现之一是，无论对于鹅喉羚还是狐狸，人类干扰与通道穿越率均呈正相关关系，这说明即使人类干扰较大，野生动物仍然会利用通道穿越。对此只有一种解释，即动物通道只要位于野生动物迁移路线上，动物就一定会穿越。因此，应在野生动物高频穿越的动物通道附近加强管理，尽量减少人为干扰，为野生动物穿越动物通道营造良好环境。
本研究还发现，部分野生动物通道下部积沙严重（6号通道），几乎覆盖了半个桥梁下部空间，该通道的RAI仅为2，是所有通道中最低的，可以推测风积沙会严重影响野生动物的穿越，提示应加强动物通道内部的日常养护，及时清理积沙，保持动物通道内部的通畅。研究期间，道路养护部门记录了盘羊从隔离栅破损处穿越进入高速公路内部的现象，也说明要加强通道设施的养护，及时对破损的隔离栅进行修补完善，避免野生动物进入高速内部造成安全隐患。此外，还发现部分通道内侧残存垃圾，不仅影响环境，塑料等污染物还有可能进入野生动物体内影响其健康。
4 结论
本研究通过红外相机技术对G7京新高速12处野生动物通道开展持续2年多的监测，结果表明：①G7巴梧段野生动物通道全部被野生动物利用，监测到6种兽类，其中5种为国家重点保护野生动物，利用通道最多的动物为鹅喉羚和狐狸（包括赤狐和沙狐），鹅喉羚和狐狸利用了几乎所有通道；②不同动物对上跨式和下穿式两种类型的动物通道没有明显的选择倾向；③不同动物穿越通道存在时间上的差异，狐狸主要是在夜间穿越，而鹅喉羚主要是在白天穿越；④不同动物对通道的利用率并不受通道尺寸和栖息地等因素的制约，且与人为干扰和交通量有正相关关系，显示了兽类对人为干扰具有较强的适应能力，即使有一定强度的人类干扰，只要野生动物通道位于动物的迁移路线或者生境廊道处，野生动物仍然会穿越动物通道。因此，为了进一步提升通道的利用率，建议高速公路养护部门加强对野生动物通道内外环境的管理，减少通道附近的人类干扰。
本研究仅关注穿越通道的兽类，在研究过程中，还发现在路侧活动的马鹿、盘羊、猞猁等国家重点保护野生动物，它们可能利用了通道但未被红外相机拍摄到；高速公路及伴行铁路沿线都设置了大量的桥梁、涵洞通道，这些可能会被野生动物利用穿越，但并未全部监测到，这也提示应加强对综合交通廊道（包括高速公路和铁路等）沿线野生动物活动的持续系统监测，并借助人工智能新技术开展关于野生动物通道对两侧动物种群稳定性的影响研究，从种群和遗传多样性层面进行综合评价。