红外相机技术在物种监测中的应用及数据挖掘

由于濒危物种数量稀少以及大多数野生动物对人类活动敏感, 增加了传统调查的难度。众所周知,红外相机在野生动物调查研究中具有天然优势; 然而随着红外相机技术的广泛推广应用及数据采集量的不断加大, 科研人员也面临了一系列关于红外相机监测及后续数据处理中出现的问题。本文详细阐述了红外相机数据管理和利用方面存在的3个关键问题: 数据管理缺乏规范化、数据网络缺乏一体化、数据获取缺乏标准化。同时以秦岭、卧龙等地的一些研究为主体, 列举分析了红外相机照片后续数据挖掘中8个方面的内容, 即兽类的个体识别、物种时间活动格局、物种空间活动格局、偶见物种信息利用、物种行为活动、繁殖信息、疾病情况、人为干扰。这些信息的有效利用可为野生动物及生物多样性的保护、管理提供一定科学支撑。     

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。     

带状间伐对巴山木竹林复壮更新及大熊猫取食的影响

间伐是竹林复壮更新的有效手段之一.以陕西佛坪国家自然保护区为研究区域,对大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)冬季栖息地非主要采食区域竹林老龄化严重且密度过大的巴山木竹(Bashania fargesii)林进行为期3年(2017至2019年)的带状间伐样方监测,研究间伐对竹林复壮更新以及大熊猫觅食选择...     

佛坪自然保护区川金丝猴种群动态

陕西佛坪国家级保护区是我国最重要的自然保护区之一,包括大熊猫、金丝猴在内的很多珍稀濒危物种分布其中。20世纪90年代后期,全国林业开始实施“天然林保护工程”,这对佛坪保护区当地的农业、工业、经济发展和生活质量产生了很大的影响。为了探究“天然林保护工程”对野生川金丝猴的保护产生何种影响,我们于2015年至2016年采用访问调查和实地踏查方法对佛坪保护区20世纪90年代至今的川金丝猴种群动态变化进行研究,结果发现不论是种群数量 (从少于500只增至671只左右) 还是栖息地面积 (从147.8 km2增至236.5 km2) 都明显增长; 家域范围随着年代的推移向低海拔位置扩大 (秋季平均海拔为1680m±304m),越来越靠近人类;川金丝猴在家域范围内,对常绿阔叶林和落叶阔叶林有明显的选择偏好,活动比例分别达到了40.11%和38.41%。实施“天然林保护工程”后,当地农业开发和经济活动在逐渐转型,减少了人类活动对野生动物栖息地的干扰,提升了栖息地保护的质量和生态环境。因此,此项工程的实施在该地区川金丝猴保护方面表现出积极的效果,促进了当地金丝猴栖息地的改善,种群数量得以增加扩大,是一个野生动物保护的成功案例。     

红外相机技术在陕西观音山自然保护区兽类监测研究中的应用

国外使用红外相机技术开展野生动物调查研究已有较长的历史,最早的报道见于Champion(1927),在20世纪90年代逐渐发展成熟,广泛用于动物种群数量和密度的研究.如应用红外相机和种群捕获模型(Capture-recapture)对印度Nagarahole国家公园的孟加拉虎(Panthera tigris)的种群数量和密度的研究(Karanth,1995;Karanth和Nichols;1998),验证了红外相机技术与种群捕获模型的结合在孟加拉虎种群预测方面的优势,有效解决了监测中孟加拉虎数量稀少、活动隐秘等问题.     

利用红外相机技术分析秦岭有蹄类动物活动节律的季节性差异

2009年8月至2013年4月期间,在陕西观音山自然保护区,利用18台红外相机收集到羚牛(Budorcas taxicolor)、川西斑羚(Naemorhedus griseus)、中华鬣羚(Capricornis milneedwardsii)、毛冠鹿(Elaphodus cephalophus)、小麂(Muntiacus reevesi)、林麝(Moschus berezovskii)6种有蹄类动物的照片数据,通过相对丰富度指数分析了它们的活动规律及季节性差异。结果表明:(1)6种有蹄类动物在研究区域总丰富度达到了58.71%,其中羚牛的相对丰富度是28.02%,川西斑羚13.24%,毛冠鹿10.08%,中华鬣羚4.21%,小麂2.26%,林麝0.90%。(2)6种有蹄类动物的月相对丰富度反映了其年活动格局,其中羚牛、川西斑羚、毛冠鹿、中华鬣羚、小麂表现出一致性,即夏季活动最为频繁,秋季减弱,冬季达到活动低谷,春季逐渐回升;而林麝则在冬季活动最为频繁,夏季最弱。(3)日时间段相对丰富度反映了动物全年的日活动规律,其中川西斑羚和羚牛相似,主要以白天活动为主;毛冠鹿、小麂、林麝具有明显的晨昏活动习性;中华鬣羚活动高峰出现在02:00–06:00和20:00–22:00,以夜间活动为主。(4)分析不同季节6种有蹄类动物日活动规律,羚牛在春季出现一定的差异,活动高峰出现在16:00–20:00;川西斑羚、毛冠鹿、中华鬣羚在冬季表现出一定的差异,活动高峰相对延迟或者提前;小麂春季表现出差异,活动主要集中在00:00–10:00和18:00–20:00;林麝由于数据相对较少,在4个季节表现出不同的活动规律。(5)夜行性分析得到中华鬣羚具有较强的夜间活动能力,夜间相对丰富度达到了65.81%。这些研究结果有助于监测有蹄类动物种群的变化,为保护区有效保护管理提供了数据支持。     

利用红外相机技术监测道路对野生动物丰富度的影响——以观音山国家级自然保护区道路为例

2014年7月至2018年10月,利用20台红外相机监测陕西观音山国家级自然保护区一条内部道路对兽类和鸟类活动的影响.监测期间获得照片16168张,共鉴定到13种兽类和14种鸟类,包括4种国家Ⅰ级重点保护野生动物和7种国家Ⅱ级重点保护野生动物.结果 显示,距道路的距离越远,出现的物种种类越多.有2种兽类只活动于距离道路...