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。     

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。     

红外相机技术监测效率分析——以陕西佛坪北部山区鸟兽监测为例

利用红外相机对陕西汉中市佛坪县北部山区3个监测样地内的大型兽类和地栖鸟类进行了初步调查和监测,分析了在该区域利用红外相机监测的效率、相机数量和相机工作日与物种数量间的关系以及物种的最佳拍摄地点。结果表明:59台红外相机共拍摄到物种独立照片22 089张,鉴定出野生动物40种,其中,国家一级重点保护野生动物5种,国家二级重点保护野生动物8种。当相机数量增加到54台时拍摄到了本次记录的全部40种野生动物,当单台相机工作日达到140 d时,监测物种数趋于饱和。不同物种的最佳拍摄地点受季节和海拔的双重影响,表现出一定的规律性。综上所述,现有的红外相机布设方法,能够有效地对大型兽类和地栖鸟类进行监测调查,但对于其他啮齿类和树栖鸟类,还应该从物种的体型、生活习性、栖息环境,红外相机布设的位点选择、布设时间、相机参数设置等方面,重新考虑监测方法。此研究不仅积累了监测样地的本底资料,也为红外相机在该区野生动物保护的应用提供了可借鉴的基础资料。     

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。     

利用红外相机调查浙江省凤阳山兽类和鸟类多样性

2008年11月至2009年11月,2010年8月至2016年8月期间,采用红外相机调查浙江凤阳山–百山祖国家级自然保护区内凤阳山片区的兽类和鸟类多样性。调查期内共布设98个不同相机位点（45个公里网格）,累计28 256相机日,共拍摄到8 208张有效独立照片,鉴定为18种野生兽类和38种野生鸟类物种,分别隶属5目12科和7目16科;家畜及家禽共5种。红外相机拍摄率最高的前5种野生动物依次为小麂（Muntiacus reevesi）（拍摄率CR=11.15）、白鹇（Lophura nycthemera）（CR=2.63）、黑麂（M. crinifrons）（CR=1.03）、野猪（Sus scrofa）（CR=0.96）、猕猴（Macaca mulatta）（CR=0.59）;国家I级重点保护野生动物2种,国家II级重点保护野生动物有6种;被中国脊椎动物红色名录评估为濒危（EN）、易危（VN）、近危（TN）的物种分别有2、4、9种。调查中记录到倭花鼠（Tamiops maritimus）、凤头鹰（Accipiter trivirgatus）和丘鹬（Scolopax rusticola）等15个物种为凤阳山保护区新记录种,其中斑尾鹃鸠（Macropygia unchall）为浙江省鸟类新记录物种。此外红外相机还拍摄到大量的人类活动照片,表明当地人类活动较为严重,应加强管理。调查结果提供了较为全面的凤阳山保护区兽类和鸟类的本底信息,为后续的保护管理和长期监测提供了数据支持和指导。     

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。     

云南哀牢山国家级自然保护区野生鸟兽的红外相机初步监测

红外相机技术目前已成为调查监测大中型兽类和地面活动鸟类的一种常规手段,在自然保护区物种资源编目中具有重要的应用价值。在2014年10月至12月期间,我们采用红外相机技术在云南哀牢山国家级自然保护区北部布设了40个相机位点,布设密度为1台/2 hm2,对中山湿性常绿阔叶林野生鸟兽进行了一次初步调查。相机累计工作1961个有效工作日,共获得野生动物独立有效照片566张,鉴定出隶属4目9科的10种兽类和2目4科的10种鸟类。相对丰富度指数较高的前2种兽类和3种鸟类分别为红颊长吻松鼠（Dremomys rufigenis）、野猪（Sus scrofa）和白鹇（Lophura nycthemera）、长尾地鸫（Zoothera dixoni）及斑背燕尾（Enicurus maculatus）。属于国家II级重点保护野生动物的有4种,被IUCN红色名录评估为“易危 VU”级别的物种有2种,列入CITES附录II和III的物种分别有2种和3种。本次调查仍有多种重要大中型兽类和鸟类未被记录,但是为保护区后续的野生动物红外相机常规监测和保护管理提供了基础信息。     

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。     

野生动物多样性监测图像数据管理系统CameraData介绍

红外相机的应用获得了海量野生动物物种分布和行为的数据信息。然而,如何存贮和管理这些图像数据,并及时提供给研究者、管理决策部门和公众,已成为野生动物监测所面临的新问题。为此,中国科学院动物研究所组织研发了图像数据管理系统CameraData(http://cameradata.ioz.ac.cn)。这是一个开放的网络交互式平台,用于收集和管理通过红外相机所拍摄的野生动物图像数据,集成了野生动物图像数据规范存贮、标准化分析和共享功能。该系统的目标在于促进野生动物图像数据的快速分析和充分利用,为野生动物研究、保护和管理等提供服务。本文对其功能模块、主要构成和使用注意事项等进行了简要介绍。     

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。