利用红外相机调查北京松山国家级自然保护区的野生动物物种

红外相机是监测野生动物的有效工具,目前广泛用于兽类资源调查以及动物损害、鸟巢生态学、种群评估、行为生态学等研究领域。为了调查北京松山国家级自然保护区的野生动物,于2010年5—12月采用红外相机进行系统调查,在210个位点放置了红外相机,每台相机在每个地点上放置一个月。研究期间共拍摄到照片2203张,其中73%为兽类,12%为鸟类,13%为工作人员,2%为其它人员。共鉴定出17种兽类(分属5目10科)以及36种鸟类(分属5目17科)。兽类中拍摄率最高的前5种动物分别是岩松鼠(Sciurotamias davidianus)、猪獾(Arctonyx collaris)、豹猫(Prionailurus bengalensis)、狗獾(Meles meles)和貉(Nyctereutes procyonoides),鸟类中拍摄率最高的前5种动物分别是紫啸鸫(Myophonus caeruleus)、雉鸡(Phasianus colchicus)、松鸦(Garrulus glandarius)、勺鸡(Pucrasia macrolopha)和宝兴歌鸫(Turdus mupinensis)。红外相机在不同海拔、不同植被类型以及不同月份所拍摄动物的拍摄率不同:在1000—1400m的海拔段,拍摄率显著高于低海拔(600—1000m)以及中高海拔(1400—1700m);在阔叶林中的拍摄率最高,在针叶林、针阔混交林和灌丛中的拍摄率相似;秋季(8—10月)拍摄率较高,夏季(6—7月)次之,冬季(11—12月)最低。红外相机拍摄到的累积物种数与相机放置的时间成上升曲线,但曲线的增长速率逐渐变缓。研究表明红外相机适合于调查和监测大中型兽类和部分鸟类,所采集的动物数据以及拍摄的图片和视频资料将为保护区的监测、科研和环境教育提供资料。讨论了应用红外相机调查和监测野生动物的技术细节。     

红外相机技术在我国野生动物监测中的应用: 问题与限制

红外相机(camera traps)作为对野生动物进行“非损伤”性采样的技术, 已成为研究动物多样性、种群生态学及行为学的常用手段之一。其发展和普及为中国野生动物多样性和物种保育研究带来了诸多机会。如今, 国内大多数自然保护区都在运用红外相机技术开展物种监测工作。本文结合20年来已发表的相关研究, 从内容、实验设计以及发展趋势方面, 总结了目前红外相机技术在应用过程中出现的共性问题; 并就相机对动物的干扰性、影像识别、研究的适用范围及安全保障四个方面, 对该项技术在实践中存在的限制进行了探讨。最后结合红外相机技术未来的发展方向, 提出了建立技术规范、数据集成和共享、影像数据版权维护、提高监测效率等问题。     

红外相机技术在我国野生动物研究与保护中的应用与前景

20年来, 红外相机技术在国内外野生动物研究、监测与保护中得到了广泛应用。基于红外相机技术, 我国在野生动物生态学研究、动物行为学研究、稀有物种的探测与记录、动物本底资源调查、生物多样性监测及保护地管理与保护评价等领域取得了众多成果。目前, 数学模型、统计分析方法和新的概念正在促进红外相机技术在野生动物监测研究与保护管理中的发展和推广应用。同时, 随着红外相机技术的成熟、成本降低和应用普及, 这一技术也将会被更多的野生动物研究人员、管理人员和自然保护区管理者所采用, 并成为全国各级保护地和区域生物多样性监测研究的关键技术和方法。今后, 建立并完善系统化的监测网络和数据共享平台、开发新一代的数据分析方法与模型, 将是此项技术进一步发展和应用的主要方向。     

探讨我国森林野生动物红外相机监测规范

野生动物多样性是生物多样性监测与保护管理评价的关键指标, 因此对野生动物进行长期监测是中国森林生物多样性监测网络(CForBio)等大尺度生物多样性监测研究计划的一个重要组成部分。2011年以来, CForBio网络陆续在多个森林动态监测样地开展以红外相机来监测野生动物多样性。随着我国野生动物红外相机监测网络的初步形成, 亟待建立和执行基于红外相机技术的统一监测规范。基于3年来在我国森林动态监测样地红外相机监测的进展情况, 以及热带生态评价与监测网络针对陆生脊椎动物(兽类和鸟类)所提出的红外相机监测规范, 本文从监测规范和监测注意事项等方面探讨了我国森林野生动物红外相机监测的现状和未来。     

雅鲁藏布大峡谷鸟兽多样性及其海拔和季节分布

雅鲁藏布大峡谷地区海拔高差大,开发程度较低,生物多样性高,生态系统保存相对完整,近年来不断有新的物种和记录发现。2020年10月至2021年11月,我们在西藏墨脱县、波密县和米林县雅鲁藏布大峡谷区域内布设红外相机进行生物多样性本底调查,选择了7个不同海拔样区,累计设置116个红外相机位点(海拔范围646–4,360 m),监测24,741个相机工作日,获得独立有效视频12,010段。近一年的调查共记录到物种136种,其中可确定物种的兽类37种,分属4目14科,此外还记录到难以定种的鼠兔、鼠类和蝙蝠;鸟类99种,分属9目28科;记录到国家I级重点保护野生动物共14种,国家Ⅱ级重点保护野生动物37种。本次拍摄到10个之前红外相机监测未拍摄到的兽类和雉类物种,包括林麝(Moschus berezovskii)、马麝(M. chrysogaster)、棕熊(Ursus arctos)、亚洲狗獾(Meles leucurus)、黄鼬(Mustela sibirica)、灰头小鼯鼠(Petaurista caniceps)、黑白飞鼠(Hylopetes alboniger)、灰鼯鼠(Petauri...     

基于红外相机网络促进我国鸟类多样性监测:现状、问题与前景

近20年来,红外相机调查技术在我国生物多样性监测与野生动物研究中得到了广泛应用。已有的红外相机调查不仅关注哺乳动物类群,而且也记录到了大量鸟类物种,但大多被作为兽类监测中的兼捕(by-catch)记录。我们系统检索并收集了1992年以来,在我国使用红外相机技术的野生动物监测与研究所发表的学术文献、会议报告、新闻报道和部分未发表数据集共230篇(份),从中提取并汇总鸟类物种与分布记录。结果显示,全国通过红外相机技术共记录到至少393个鸟种,分属17目56科,占全国鸟类物种总数的28.67%,其中雀形目物种数最多(268种)。在科的水平上,记录到物种数最多的分别是鸫科(58种)、画眉科(50种)与雉科(42种);另有23科各仅记录到1个物种。在物种数及探测数方面,地面及林下层活动的森林鸟类均是红外相机记录到的绝对优势类群。已发表的红外相机鸟类记录具有区域性不均衡的特征,四川(16个)和云南(14个)是红外相机调查点最多的省区,而四川(160种)、云南(91种)和浙江(66种)则是记录到鸟类物种数最多的省区。据不完全统计,红外相机共记录到区域性鸟类物种新记录104种(次)。考虑到仍有大量红外相机调查中的鸟类记录被忽视或未及发表报道,我国红外相机所记录到的实际鸟类物种多样性应该更高。这些结果表明,红外相机技术在我国鸟类多样性监测和区域性编目工作中具有重要的作用,可以提供高精度、高质量和大数据量的鸟类物种分布数据。对于以鸡形目为代表的地栖鸟类,可以作为目标类群之一纳入现有的基于红外相机技术的标准化长期监测体系,而这样的监测体系也可以为其他鸟类类群的多样性编目和监测提供数据补充和支持。     

秦岭中段野生动物多样性的红外相机监测数据库平台介绍

秦岭地处我国中西部, 生物地理位置重要, 拥有丰富的生物多样性, 有大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、秦岭羚牛(Budorcas bedfordi)、金丝猴(Rhinopithecus roxellana)和朱鹮(Nipponia nippon)等4个秦岭森林旗舰物种, 被称为“秦岭四宝”。利用红外相机技术开展秦岭野生动物的非损伤性监测不仅可以为秦岭山系提供物种名录信息, 还可以为了解秦岭野生动物的行为和活动格局提供科学数据。清华大学环境学院生态团队自2009-2020年在秦岭中段南坡先后实施了7个项目, 对秦岭南坡的4个保护区进行了野生动物监测, 面积达1,113 km ²(26.5 km × 42 km), 红外相机位点数267个, 相机日数152,160天, 共获取红外相机照片855,260张。共鉴定出27种野生兽类和63种野生鸟类, 并应用这些照片数据开展了信息挖掘工作, 对野生动物行为、稀有物种、与生境的关系, 以及人为活动对野生动物的影响等领域进行了研究, 已取得部分成果。在此基础上建立了“秦岭中段野生动物多样性的红外相机监测数据库平台”, 供团队内部及合作者使用。通过10年的监测, 我们提出未来研究建议: (1)对于非常偶见的物种, 还需要更长的时间并在更多样化的生境布设相机, 以获取更多影像数据评估其现状; (2)数据库需要在更大程度和深度上进行信息挖掘, 尤其在种间关系、物种-生境关系、种群动态等方面; (3)对典型大种群数量的物种(如秦岭羚牛和野猪Sus scrofa)及食物链顶端大型捕食动物(如金钱豹Panthera pardus)进行种群动态研究, 为整个秦岭生态系统的健康持续提供科学支撑; (4)利用数据库的数据及今后红外相机监测数据进行野生动物疾病的发生发展监测研究。     

四川老君山国家级自然保护区林下鸟兽多样性及动态变化数据集

物种编目是生物多样性研究和保护的基础,开展野生动物多样性监测对更新本底物种编目至关重要。目前红外相机的应用十分普通,已成为陆生大中型兽类和林下鸟类监测的最有效方法之一。老君山国家级自然保护区位于四川省屏山县,面积35 km²,是我国第一个以四川山鹧鸪(Arborophila rufipectus)等珍稀濒危雉科鸟类以及常绿阔叶林生态系统为主要保护对象的保护区。本文整理了保护区2013年4月至2020年9月的红外相机监测数据并进行了详细的物种鉴定,提供了按照年度统计的红外相机监测数据集。本数据集展示了不同监测年度下的相机位点坐标和相机工作日、每个相机位点拍摄的兽类和鸟类物种数、独立有效记录数、整体鸟兽物种名录(包括分布海拔、分布区域以及不同年度下的网格占有率与相对多度指数等)、代表性物种的红外相机照片等。该数据集是保护区开展红外相机监测工作以来首次全面的成果汇总,可为保护区制定针对性保护与管理决策提供重要科学依据。     

物种相对多度指数在红外相机数据分析中的应用及局限

多度是衡量物种种群数量的参数之一, 多度的动态及其影响因素是种群生态学研究的经典问题。物种相对多度指数(relative abundance index, RAI)作为一种简单、便利的指标, 广泛应用于动物本底清查中。但RAI易受物种自身特征、探测率和环境因素的影响, 需要结合其他物种数量分析方法, 以验证其与种群大小的相关性。随着红外相机技术在野生动物调查中的广泛应用, 用红外相机数据估计动物种群数量的研究越来越多。目前, 基于红外相机数据计算RAI的方法有多种, 不同计算方法和应用范围存在差异, 亟需对现有方法和应用进行梳理。本文综述了根据红外相机数据计算物种相对多度的4种主要方法: (1)拍摄一张有效照片所需要的天数; (2)基于单位调查强度的物种拍摄率; (3)每个位点每天的物种拍摄率; (4)某一物种的照片数占所有物种的比例。总结了我国野生动物监测调查中采用红外相机方法计算RAI的应用现状。国内的研究主要采用第2种和第4种计算方法, 其中约72.5%的研究论文应用第2种计算方法, 而第4种方法一般适用于群落中的物种组成比较。我们建议根据红外相机数据计算RAI时尽量使用第2种计算方法, 这有助于研究或管理人员对不同研究中的物种RAI进行比较分析。     

自然保护区生物标本资源共享子平台红外相机数据库建设进展

红外相机技术在野生动物调查研究中得到广泛应用, 其发展和普及为中国自然保护地生物多样性保护带来了诸多机会。为进一步推广该技术在我国自然保护地野生动物监测中的应用, 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所在自然保护区生物标本资源共享子平台增设野生动物红外相机数据库专栏, 并通过门户网站“中国自然保护区生物标本资源共享平台” (http://www.papc.cn/)对外发布, 向公众开放, 可以随时查阅、下载信息。本文重点介绍了该平台的野生动物红外相机数据库建设进展, 包括所监测的自然保护区、监测方案、数据规范存储、标准化分析、成果介绍、工作计划等内容。2010-2019年间, 该平台使用红外相机调查技术在全国13个不同类型的保护地开展兽类和鸟类资源调查, 累计27.25万个有效工作日, 共拍摄到8.41万张独立图像, 经鉴定有80种野生兽类和200种野生鸟类, 并利用这些数据对野生动物行为、稀有物种探测、人为干扰, 以及气候变化影响等方面进行研究, 取得了重要的阶段性成果。下一步, 子平台牵头单位将筹建自然保护地红外相机数据共享平台, 制定红外相机调查设计、监测技术、数据格式等统一标准化方案, 逐步完善我国自然保护地野生动物红外相机监测网络。     

Beetle assemblages from an Australian tropical rainforest show that the canopy and the ground strata contribute equally to biodiversity

There remains great uncertainty about how much tropical forest canopies contribute to global species richness estimates and the relative specialization of insect species to vertical zones. To investigate these issues, we conducted a four-year sampling program in lowland tropical rainforest in North Queensland, Australia. Beetles were sampled using a trap that combines Malaise and flight interception trap (FIT) functions. Pairs of this trap, one on the ground and a second suspended 15-20 m above in the canopy were located at five sites, spaced 50 m or more apart. These traps produced 29986 beetles of 1473 species and 77 families. There were similar numbers of individuals (canopy 14473; ground 15513) and species (canopy 1158; ground 895) in each stratum, but significantly more rare species in the canopy (canopy 509; ground 283). Seventy two percent of the species (excluding rare species) were found in both strata. Using IndVal, we found 24 and 27% of the abundant species (n>or=20 individuals) to be specialized to the canopy and the ground strata, respectively, and equivalent analyses at the family level showed figures of 30 and 22%, respectively. These results show that the canopy and the ground strata both provide important contributions to rainforest biodiversity.     

东北虎豹生物多样性红外相机监测平台概述

东北虎豹生物多样性红外相机监测平台始建于2006年, 位于中国东北温带针阔混交林区, 覆盖老爷岭、张广才岭和完达山, 面积达1.5万多平方公里。平台的监测目标是从生态系统水平上对东北虎(Panthera tigris altaica)、东北豹(P. pardus orientalis)、有蹄类猎物及同域分布的其他哺乳动物、森林栖息生境、环境要素和人类活动等进行全面系统的调查和观测。截至2019年6月, 平台产生视频记录超过78.5万条, 有效相机工作日173.6万多天, 记录了28种野生兽类和32种野生鸟类。另外, 利用红外相机平台已经在野生动物多样性本底调查、虎豹种群分布、数量与扩散限制、同域食肉动物种间关系、动物生境利用等方面取得一些成果, 同时为东北虎豹国家公园生物多样性监测、评估和管理提供了科技支撑。     

Past Human Disturbance Effects upon Biodiversity are Greatest in the Canopy; A Case Study on Rainforest Butterflies

A key part of tropical forest spatial complexity is the vertical stratification of biodiversity, with widely differing communities found in higher rainforest strata compared to terrestrial levels. Despite this, our understanding of how human disturbance may differentially affect biodiversity across vertical strata of tropical forests has been slow to develop. For the first time, how the patterns of current biodiversity vary between three vertical strata within a single forest, subject to three different types of historic anthropogenic disturbance, was directly assessed. In total, 229 species of butterfly were detected, with a total of 5219 individual records. Butterfly species richness, species diversity, abundance and community evenness differed markedly between vertical strata. We show for the first time, for any group of rainforest biodiversity, that different vertical strata within the same rainforest, responded differently in areas with different historic human disturbance. Differences were most notable within the canopy. Regenerating forest following complete clearance had 47% lower canopy species richness than regenerating forest that was once selectively logged, while the reduction in the mid-storey was 33% and at ground level, 30%. These results also show for the first time that even long term regeneration (over the course of 30 years) may be insufficient to erase differences in biodiversity linked to different types of human disturbance. We argue, along with other studies, that ignoring the potential for more pronounced effects of disturbance on canopy fauna, could lead to the underestimation of the effects of habitat disturbance on biodiversity, and thus the overestimation of the conservation value of regenerating forests more generally.     

无人机高光谱影像与冠层树种多样性监测

冠层树种多样性是自然森林生态系统功能和服务的重要基础。及时掌握冠层多样性的现状及变化趋势, 是探讨诸多重要生态学问题的前提, 更是制定合理生物多样性保护策略的基础。但受制于传统的多样性信息采集方法, 区域尺度的高精度冠层多样性监测发展较为缓慢; 许多在气候变化和人类干扰下的生物多样性分布信息得不到及时更新。近年来基于无人机的冠层高光谱影像收集与分析技术的发展, 使得冠层多样性监测迎来了新的发展契机。本文从森林冠层高光谱影像出发, 介绍了与多样性监测相关的无人机航拍和基于深度学习的图像处理技术, 并结合已有文献, 探讨了无人机高光谱应用于森林冠层树种多样性监测的研究现状、可行性、优势及缺陷等。我们认为冠层高光谱影像为多样性监测提供了不可或缺且丰富的原始信息; 而无人机与高光谱相机的结合, 使得区域化高频率(如每周)、高精度(如分米乃至厘米级)的冠层多样性信息自动化收集成为可能。然而高光谱影像数据量大、数据维度高与数据结构非线性的特点为影像处理带来了挑战, 而深度学习技术的飞跃, 使得从冠层高光谱影像中提取个体及物种信息达到了极高精度。恰当地使用这些技术将大大提升冠层树种多样性的自动化监测水平, 由此也将帮助我们在当前剧变环境下及时掌握森林冠层多样性的现状与变化, 为生物多样性研究与保护提供可靠的数据支撑。     

笼捕法和陷阱法对森林小型兽类多样性监测效率比较

<正>小型兽类包括食虫目(Insectivora)、啮齿目(Rodentia)、翼手目(Chiroptera)、兔形目(Lagomorpha)等,物种数量多,分布广,适应能力强,对环境变化敏感,因此其群落组成和种群数量变化可较好地反映生境变化的质量和人类活动的干扰程度(肖治术等,2002;李俊生等,2003;仝磊和路纪琪,2010)。小型兽类多样性一直是生物多样性和生态环境监测与评价的重要指示类群之一(周立志和马勇,2002)。统计动物毛发、粪便、巢穴、叫声、足迹等动物痕迹以及直接观察等方法已被广泛用于兽类物种监测和种群密度估计(Eberhardt and Van Etten,1956;Bider,1968;Gannon     

Ants,Plants and Butterflies as Diversity Indicators: Comparisons between Strata at six Forest Sites in Venezuela

At six different forest sites in Venezuela, we estimated the diversity and abundance of ants and nymphalid butterflies on the ground and in the canopy, and of plants. Statistical analysis using eight different diversity indices for each species group revealed large variations among them. Ground ants appeared to be the most reliable bioindicators, even when only the five most common species are considered. Results showed in addition that ground ant diversity is correlated to that of canopy ants and that vegetational diversity is linked to butterfly diversity but not to that of canopy ants. Ant species diversity in the canopy was always less than that on the ground. We conclude that no simple index or single taxon describes completely complex ecosystems, thus, biodiversity assessments require tools still to be developed.     

利用红外相机技术对四川王朗国家级自然保护区野生动物物种多样性的初步调查

本研究以四川王朗国家级自然保护区为研究区域, 利用红外相机对保护区内的主要野生动物进行了初步调查, 分析了该区域的物种多样性现状、相机数量和相机工作日与物种数量间的关系以及物种的相对丰富度。结果表明: 42台红外相机共拍摄到物种独立照片1,793张, 鉴定出野生动物25种, 包括大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、四川羚牛(Budorcas tibetanus)和黄喉雉鹑(Tetraophasis szechenyii) 3种国家一级重点保护野生动物, 黑熊(Ursus thibetanus)、黄喉貂(Martes flavigula)、中华鬣羚(Capricornis milneedwardsii)、中华斑羚(Naemorhedus griseus)等8种国家二级重点保护野生动物。在相机数量增加到23台的时候拍摄到了本次记录的全部25种野生动物, 并且在单台相机工作日达到180天时, 物种数达到饱和。保护区内物种相对丰富度最高的是血雉(Ithaginis cruentus)(29.28)和毛冠鹿(Elaphodus cephalophus)(15.78); 大熊猫的相对丰富度为8.09; 红腹角雉(Tragopan temminckii)、中华鬣羚和黄喉雉鹑的相对丰富度在2-5之间; 中华斑羚、勺鸡(Pucrasia macrolopha)、黑熊、四川羚牛和蓝马鸡(Crossoptilon auritum)的相对丰富度最低, 不到1。综上所述, 红外相机能够有效地对野生动物资源进行监测调查, 对于相对丰富度较低的物种需要投入更多的精力, 这些物种的栖息地保护对于自然保护区的发展至关重要。