地理信息系统及其在动物空间行为研究中的应用

空间属性是动物行为的重要特征，也是行为生态学研究中必须要面对的难题之一。地理信息系统(Geographic Information System，GIS)具有强大的空间分析功能，它在动物行为生态学研究中得到了越来越广泛的应用，如生境选择、领域分析、迁徙路线、活动节律等。本文较系统地阐述了GIS的原理以及在行为生态学研究中所涉及的基本概念和原理，对近年来利用GIS进行的行为生态学研究做了回顾和总结，并对其未来的发展进行了展望。     

行为的结构、刚性和多样性

有关动物行为的定义、结构和多样性是一个被长期忽视的研究领域。然而,动物行为多样性不仅是一个生物多样性基础理论问题,也与濒危动物的成功保护有关。本文定义了动物行为以及行为的刚性与弹性,探讨了行为表达的空间条件以及生境因素与行为多样性之间的关系。我们发现雌雄大熊猫个体在较大的活动空间里的发情行为表现的频次及活动频率显著地高于那些在较小的空间里的雌雄个体,说明活动空间对雄性或雌性大熊猫的发情行为有显著影响。圈养空间影响麋鹿的社会行为、通讯行为和聚群行为。圈养在小圈中的麋鹿没有出现同性聚群现象,当圈养麋鹿野放后即表现出这种现象。圈养环境中长大的动物个体由于缺乏行为的表达空间,仅仅表现出刚性大的行为,丧失了许多弹性大的行为,从而导致动物行为的多样性下降。对那些生活在开阔草原和荒漠上的野生有蹄类动物实施迁地保护时,必须考虑其逃逸空间,为那些动物建立自然保护区时,则必须考虑其迁移空间。此外,动物行为的多样性与生境元素有关。我们应当给圈养动物提供复杂而多样的环境,以增加圈养野生动物表达寻找食物、建立领域、筑巢和避开不利环境等行为的可能性,维持濒危个体的行为多样性。     

GIS在野生动物空间分布格局研究中的应用

地理信息系统(GIS)在绘制动物分布图、确定物种丰富度、预测动物的空间分布格局、建立物种分布数据库等方面都有极大的应用价值。本文介绍了GIS技术在野生动物空间分布格局研究中的应用,并探讨了今后GIS技术在野生动物生态学领域的应用前景。     

基于GIS的产业生态学研究述评

产业生态学由于缺少关于空间分析的工具,使得研究结果因缺乏空间维度信息而影响对管理效率和精准度的支持。基于GIS的产业生态学相关研究已成为产业生态学研究的一个新的方向。为总结已有的研究成果并展望未来的研究方向,运用文献计量及对比分析的手段,系统分析了国内外基于GIS的产业生态学的相关研究进展,得出以下结论:当前基于GIS的产业生态研究主要集中在物质代谢、产业共生和生命周期评价3个方面,将GIS技术引入到物质代谢研究中,可以更好的展示物质代谢的时空分布格局,为物质代谢研究提供了一种新的方法;基于GIS技术,不仅可以更加高效地挖掘潜在的产业共生机会,还可应用于生态产业园的规划管理如企业的选址、空间布局等以及废弃物的回收再利用方面;将GIS与LCA耦合在一起,可以很好地补充、完善和管理传统数据,有助于探索产品、活动或工艺的环境影响的空间特性以及进行土地利用相关的环境影响评价。另外,国内外研究的侧重点也不尽相同。在物质代谢研究中,国内研究较少,仅在城市尺度上进行了基础设施的物质代谢及其存量分析,国外在国家、城市尺度上研究了铜、锌等金属的物质代谢情况;在产业共生研究中,国内侧重于生态产业园的研究,而国外侧重于城市尺度的产业共生机会识别的研究;在LCA的研究中,国内开展了基于GIS的生命周期评价数据库和产品材料信息管理系统的研究,而国外侧重于进行区域化的生命周期评价、进行土地利用影响类型的相关评价以及污染物的追踪,国内在该方面尚处于起步阶段。国内外在研究方法上存在共性,都是基于GIS的空间分析方法、缓冲区分析方法以及数据库技术等。未来将GIS作为一个平台,面向产业转型展开产业生态学综合理论方法的研究,可以为产业的可持续性管理提供有效支持。     

地质统计学理论与方法及其在昆虫生态学中的应用

空间相关是昆虫生态学中普遍存在的一种客观现象 ,但这种空间相关性在传统的统计学分析中被忽略了。据此 ,文章对常用的地质统计学的空间相关理论和方法、以及这些理论和方法在昆虫生态学中的应用途径和研究进展作了简述。此外 ,对GIS在昆虫空间相关分析中的应用途径和方法也作了探讨。通过综合分析和比较 ,作者认为 ,未来地质统计学的发展将更多地与GIS融为一体 ,并且二者将与传统的时间序列方法和生物统计学方法有机结合 ,共同应用于昆虫生态学的时空分析和预测之中     

机器学习在动物行为分析中的应用研究进展

动物行为分析是研究动物高级神经中枢功能的一项重要技术手段,动物的行为及其规律综合反映了其心理和生理状况,在实验动物学领域得到了广泛研究。近年来,行为采集手段的发展让大量行为数据得以产生,机器学习的出现大大提升了动物行为数据的处理效率。其中,监督学习可以实现对动物行为的自动识别和分类,而无监督学习则有利于发现人眼所观测不到的新行为或异常行为,探索行为结构。本文对机器学习方法在动物行为分析中的应用进行了阐述,为后期的研究工作和方向提供参考。     

分子生物学技术在动物行为生态学中的应用

分子生物学技术在动物行为生态学研究中的应用目前主要集中于繁殖行为、亲缘选择、社会分工、空间定位和聚群行为等几个方面。其中在繁殖行为中的应用最为广泛和深入,包括探讨动物优势等级与繁殖成功度之间的关系、配偶外性行为、种内巢寄生以及交配对策。     

论昆虫空间生态学研究

空间特征是昆虫生态学研究的热点之一 ,具有重要的理论与应用意义。该文从理论、尺度、时空动态模型、技术手段及研究热点几个方面概述近期昆虫空间生态学研究进展。主要理论包括概率及统计模型、地学统计学、景观生态学、集合种群生态学 ;研究技术涉及地理信息系统、遥感、计算机辅助分析等。简要论述研究的空间尺度问题 ,介绍空间分子生态、进化生态等新研究热点在昆虫空间生态领域的发展 ,并分析昆虫空间生态学存在的问题和发展趋势。     

利用红外相机建立野生水鹿行为谱及PAE编码系统

动物行为谱是动物行为学研究的基础。2015年1月至2016年6月,在四川卧龙自然保护区,利用PAE编码分类系统并结合红外相机所获得的照片和视频数据开展水鹿(Rusa unicolor)行为谱的研究,建立了野生水鹿行为谱及其PAE编码系统。本研究共分辨并记录了野生水鹿的7种姿势,63种动作和74种行为,基本涵盖了水鹿的主要行为,并区别了各种行为在成年雄性、成年雌性和亚成体之间的相对发生频次,分析水鹿的具体行为与环境之间的关联。通过建立野生水鹿的行为谱,能为更深入地开展水鹿行为生态学研究提供基础信息,也为水鹿的保护与管理提供依据。该研究可以推广到其他不易直接观测的野生动物的行为学研究中。     

城市景观多样性的空间尺度分析——以上海市外环线以内区域为例

景观生态学研究的就是某一空间尺度范围内的景观格局与生态过程。因为景观格局与生态过程中存在的尺度多样性 ,导致尺度成为理解景观格局和生态过程相互作用的关键 ,其已经成为景观生态学的一个重要概念 ,但是由于理论和方法的限制 ,对景观生态学的尺度研究还不够 ,特别是景观格局综合性指标在不同幅度上的变化特征和效应。在 GIS与 RS技术支持下 ,采用基准分辨率为 5 m的 SPOT遥感图像作为数据源 ,对不同幅度下的城市景观多样性的空间分布格局进行了分析 ,并进一步利用半变异函数对其空间异质性进行定量描述。结论揭示 :随着空间尺度的增加 ,景观多样性程度也不断增加 ,另外多样性的空间分布格局也具有显著变化 ,由于受城市发展历史和目前城市扩展方向的影响 ,多样性在总体上是不平衡的 ,尺度越大 ,不平衡越明显 ;不同尺度下景观多样性空间格局的变化 ,与城市景观的特点和城市景观的功能息息相关 ,不过其受经济效益和社会文化效益的影响更大 ;随着尺度增加由于掩盖了更小尺度上的变异 ,导致块金效应增强 ,空间自相关部分对系统总的变异则明显下降 ;景观多样性具有尺度依赖性 ,可以说景观多样性也是尺度的函数 ,在不同的尺度上 ,结果差异显著 ,所以在景观生态学的研究中绝对不能忽略尺度对格局的影响     

Primates got personality,too: Toward an integrative primatology of consistent individual differences in behavior

In recent years, research on animal personality has exploded within the field of behavioral ecology. Consistent individual differences in behavior exist in a wide range of species, and these differences can have fitness consequences and influence several aspects of a species' ecology. In comparison to studies of other animals, however, there has been relatively little research on the behavioral ecology of primate personality. This is surprising given the large body of research within psychology and biomedicine showing that primate personality traits are heritable and linked to health and life history outcomes. In this article, I bring together theoretical perspectives on the ecology and evolution of animal personality with an integrative review of what we know about primate personality from studies conducted on captive, free‐ranging, and wild primates. Incorporating frameworks that emphasize consistency in behavior into primate behavioral ecology research holds promise for improving our understanding of primate behavioral evolution.     

Landscape ecology development supported by geospatial technologies: A review

Numerous technologies have contributed to the recent development of landscape ecology, especially the geospatial technological advances constitute a revolution in landscape ecology. Extensive applications of geospatial technologies, such as fractal theory, geographic information systems (GIS) and remote sensing (RS) in landscape ecology research, suggest the necessity of such a review of research progress in this field. In this study, a brief introduction to fractal theory, GIS and RS and how they were applied in landscape ecology were provided first. Then, the current state-of-the-art was summarized and analyzed as reference for further promoting the development of landscape ecology science and its applications. Finally, opportunities and challenges of landscape ecology applications using these new technologies were discussed and concluded for future research. It was contended that a combination and integration of these technologies can substantially advance the study of landscape ecology for data acquisition, process modeling, scale transformation, result analysis and visualization. However, as no theoretical framework and application cases of applying an integration of fractal theory, GIS and RS techniques to landscape ecology research have been established, further studies are still much needed.     

“水生动物行为”专辑责编简介

行为学研究越来越受到动物科研工作者的重视, 尤其是动物个性研究。然而, 目前在个性的概念、实验设计和统计方法上仍存在不少问题, 因而规范行为学研究方法有着十分重要的意义。鉴于以上目的, 文章对动物个性和行为集概念的发展过程进行了简要回顾, 并归纳了动物个性和行为集研究的实验设计和目前最佳的数据统计分析方法。这些标准的建立, 可以帮助科研人员避免动物个性研究中常见的错误, 使个性研究的设计更加缜密、实验结果更加可靠, 从而推动行为生态学的蓬勃发展。     

野生大熊猫行为谱及PAE编码系统

行为谱是动物行为学研究的基础。大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)是生物多样性保护中的旗舰物种,其行为生态的研究备受关注,然而由于大熊猫数量稀少且警惕性强,很难在野外进行观察,有关其行为谱等基础行为研究结果主要是基于圈养大熊猫的观察研究。为了促进野生大熊猫行为学的深入研究,2015年1月—2016年6月,2018年8月— 2019年4月我们在卧龙自然保护区基于红外相机图片和视频数据,利用PAE编码系统建立了野生大熊猫行为谱和PAE编码系统。研究共计在14种环境背景中记录到大熊猫12种姿势、52种动作、56种行为。一方面,本研究结果基本涵盖了大熊猫的主要行为,并发现了一些未在圈养大熊猫行为谱中记录到的行为,如野生大熊猫利用植物的茎进行自我除雪行为;另一方面丰富了观察大熊猫行为的环境因素。以上结果为深入研究野生大熊猫行为生态学提供了基础信息。       

Sexual ornaments as animal signals

Workers in both animal communication and behavioral ecology have long been interested in animal signals. Animal-communication researchers often have a background in ethology or comparative psychology, and place priority on signal analysis, whereas modern behavioral ecologists are concerned with the effects of natural selection on the exaggeration or development of a trait. Although the two fields examine the same problems, this division has hindered the solution of the problems themselves. Recent theoretical and empirical work has started to bridge the gap, but several important questions, particularly regarding sexual selection, have remained unanswered. Here I examine the differences in these two approaches to the study of animal signals, and suggest additional areas that would benefit by combining the two viewpoints.     

中国兽类行为学和行为生态学研究进展与展望

行为学与行为生态学通常研究动物的行为特征、行为方式和行为机制,以及适应环境变化而采取的行为策略。本文回顾了我国近40年来主要哺乳动物行为学和行为生态学的研究进展,发现随着近20年来新技术和新方法的广泛应用,野外数据收集和实验设计更加科学有效,产生出很多有代表性和创新性的成果,标志着我国在这一领域研究取得了长足的进步和发展。其中大熊猫的行为生态研究已处于国际领先水平,啮齿类的种间互作关系和行为适应机制研究、灵长类的社会行为和觅食行为生态研究以及蝙蝠的回声定位行为研究等已达到国际水平,然而关于食肉目、有蹄类和海兽类的行为生态学研究相对较少。随着国家对基础学科研究重视不断提升,更多高水平研究基地的建设和科研人才队伍的壮大,以及交叉学科和先进信息技术的应用,将助力我国行为学和行为生态学未来研究蓬勃发展。     

The behavioral ecology of sympatric African apes: implications for understanding fossil hominoid ecology

The behavioral ecology of the great apes is key evidence used in the reconstruction of the behavior of extinct ape and hominid taxa. Chimpanzees and gorillas have been studied in detail in the wild, and some studies of their behavioral ecology in sympatry have also been been carried out. Although the two ape species have divergent behavior and ecology in important respects, recent studies have shown that the interspecific differences are not as stark as previously thought and subsequently urge new consideration of how they share forest resources when sympatric. These new data require re-examination of assumptions about key aspects of chimpanzee-gorilla ecological divergence, such as diet, ranging and nesting patterns, and the mating system. Diet is a key component of the species adaptive complexes that facilitates avoidance of direct competition from the other. While the nutritional basis for chimpanzee food choice remains unclear and no doubt varies from site to site, this species is a ripe fruit specialist and ranges farther during periods of ripe fruit scarcity. Gorillas in the same habitat also feed on ripe fruit when widely available, but fall back onto fibrous plant foods during lean periods. The inclusion of animal protein in the diet of the chimpanzees and its absence in that of the gorillas also distinguish the species ecologically. It may also offer clues to aspects of ecological divergence among early members of the hominid phylogeny. The paper concludes by suggesting likely characteristics of sympatric associations of Pliocene hominids, based on field data from extant sympatric apes.     

宏观生态学研究的特点与方法

宏观生态学是研究生态系统以上层次的生态学,研究对象为大尺度复杂系统,研究内容和方法都具有不同于传统生态学的明显特点。重视对空间异质性的研究,重视人类的生态作用,注意运用等级结构理论,其研究结果常常是非实验性和非稳定性的。遥感和地理信息系统是空间数据采集和管理、分析的主要手段,景观分析和景观模型是宏观生态研究的重要方法,定位观测试验的网络研究则是实现宏观整体研究的必由之路。     

BEEtag: A Low-Cost,Image-Based Tracking System for the Study of Animal Behavior and Locomotion

A fundamental challenge common to studies of animal movement, behavior, and ecology is the collection of high-quality datasets on spatial positions of animals as they change through space and time. Recent innovations in tracking technology have allowed researchers to collect large and highly accurate datasets on animal spatiotemporal position while vastly decreasing the time and cost of collecting such data. One technique that is of particular relevance to the study of behavioral ecology involves tracking visual tags that can be uniquely identified in separate images or movie frames. These tags can be located within images that are visually complex, making them particularly well suited for longitudinal studies of animal behavior and movement in naturalistic environments. While several software packages have been developed that use computer vision to identify visual tags, these software packages are either (a) not optimized for identification of single tags, which is generally of the most interest for biologists, or (b) suffer from licensing issues, and therefore their use in the study of animal behavior has been limited. Here, we present BEEtag, an open-source, image-based tracking system in Matlab that allows for unique identification of individual animals or anatomical markers. The primary advantages of this system are that it (a) independently identifies animals or marked points in each frame of a video, limiting error propagation, (b) performs well in images with complex backgrounds, and (c) is low-cost. To validate the use of this tracking system in animal behavior, we mark and track individual bumblebees (Bombus impatiens) and recover individual patterns of space use and activity within the nest. Finally, we discuss the advantages and limitations of this software package and its application to the study of animal movement, behavior, and ecology.     

Geographical Information Systems in parasitology: a review of potential applications using the example of animal trypanosomosis in West Africa

The epidemiology of vector-borne diseases is complex due to the variability in the ecology of the different actors involved, i.e. hosts, parasites and vectors. The transmission of African animal trypanosomosis in the West-African savannah region is an excellent example of this complexity: riverine tsetse flies have an heterogeneous distribution along the rivers, depending of suitable habitats, and transmit pathogenic trypanosomes were they use domestic animal as feeding hosts. Contrasting epidemiological situations may thus occur at the local scale, and a broad view of the overall environment is necessary to quantify the interfaces in time and space between hosts and vectors. Geographical Information Systems (GIS) can provide new insight into the study of such complex epidemiological processes. GIS is a powerful technology that has been used mainly in map-making, and an enormous amount of knowledge can be gained simply by geographical data projection. GIS also allows juxtaposition of different types of information, creation of new variables, testing of theories and correlation, and generating of predictive models. The purpose of the present paper is to exemplify the potential application of GIS using a recent study carried out on animal trypanosomosis in a cattle-raising area of Burkina Faso.