鸟类监测技术现状与发展趋势_孙戈.pdf

地理信息世界GEOMATICS WORLD第29卷 第6期2022年12月Vol.29 No.6December，2022自然资源统一调查监测技术体系构建鸟类监测技术现状与发展趋势Current Status and Development Trend of Bird Diversity Monitoring Technology引文格式：孙 戈，曾立雄，钱法文，等.鸟类监测技术现状与发展趋势J.地理信息世界,2022,29(6):26-29.孙 戈，曾立雄，钱法文，江泽平中国林业科学研究院 森林生态环境与自然保护研究所，北京 100091作者简介：孙戈（1984），男，浙江定海人，助理研究员，博士，主要从事野生动物监测与保护相关的工作E-mail：收稿日期：2022-08-24SUN Ge，ZENG Lixiong，QIAN Fawen，JIANG ZepingEcology and Nature Conservation Institute,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China【摘要】鸟类的生物学特性使其成为最易监测的陆生动物类群之一。由于对环境变化敏感，鸟类多样性也是环境质量监测的重要指标。常规监测需要专业技术人员前往野外进行调查，通常的监测方法包括样线法、样点法、鸟类环志以及挖掘公民科学数据库。但人工监测受时间和人力所限。自动相机技术对于大中型鸟类监测非常有效，但难以用于小型鸟类的监测。自动录音装置更适于雀形目鸟类的多样性监测。不过在获取大量影像和声音数据后，对于鸟类物种的自动识别技术，目前尚不完善，仍需依赖人工识别。对鸟类多样性野外数据的自动记录和传输，以及对鸟类物种的自动判别，是鸟类多样性监测技术的未来发展方向。【关键词】鸟类多样性；鸟类环志；自动监测技术【中图分类号】P2；X1 【文献标识码】A 【文章编号】1672-1586（2022）06-0026-04 Abstract：Thebiologicalcharactersofbirdsareunique，whichmakesiteasytomonitorthisterrestrialanimalgroup.Duetoitssensitivitytoenvironmentalchanges,birddiversityisalsoanimportantindicatorforenvironmentalqualitymonitoring.Thecustomarymonitoringmethodrequiresprofessionalpersonneltogotothefieldandusetransectlinesorplotstocountbirds，conductbirdbanding，orextractdatafromcitizensciencedatabases.However，thecustomarymonitoringmethodssufferfromthelimitationoftimeandlogistics.Thecamera-traps，whichareusedforlargemammalmonitoringoriginally，areprovedtobeveryeffectivetomonitorlargeandmedium-sizedbirds，butunsuitabletosmallbirds.Theautomaticsoundrecordingdevicesaremoresuitableforpasserinediversitymonitoring.Afterweobtainalargenumberofimagesandsounddata，sincetheautomaticspeciesidentificationtechnologyisyettobedeveloped，manualidentificationisstillneeded.Therefore，theautomaticrecordingandtransferringofbirdbiodiversityfielddata，andtheautomaticidentificationofbirdspecies，isthefuturedevelopmenttrendsofbirdmonitoringtechnologies.Key words：birddiversity；birdbanding；automaticmonitoringtechnology0 引 言鸟类由于种类多样且易于分辨、昼行、易于侦测、栖息环境多样、对环境变化敏感等原因，是生物多样性监测的重要指标1-2。一个地区鸟类的多样性、种群规模及分布模式的时空动态，可以反映出该地区相应的植被、水文、气候等环境因子的变化规律，以及人为活动对环境的影响范围及强度3。通过固定的监测方式持续对某一地区的鸟类多样性进行记录，就可以比较出一个地区鸟种组成和鸟类数量的年际变化，特别是依赖某种特定生境（如老龄林和林下灌丛）的鸟种的种类和数量变化，进而推测该地区环境质量的变化趋势4-6。尤其是繁殖鸟类的种类和数量，与当地环境质量的相关性更高7。1 鸟类监测技术原理与其他动物类群相比，鸟类的种类辨识和野外侦测都较为容易，可通过直接观察实现，而无须进行诱捕等损伤性取样，对调查对象的干扰较小。种类辨识主要基于外貌、声音和行为。多数鸟类在昼间活动，不甚惧人，且外观特征明显，可通过望远镜直接观察，辨识种272022年 第6期自然资源统一调查监测技术体系构建类和计数。习性较为隐秘、难以侦测的鸟种，如雉类、鸮类、噪鹛类和八色鸫类，则可通过声音侦测并记录。尤其是雀形目鸟类，平时的叫声（Call）较单调，但在繁殖前期（一般为早春），每天日出前后会进行占域鸣唱，发出复杂悦耳、特征明显的鸣声（Song），此时也是通过声音来调查鸟类多样性的最佳时段。如柳莺（Phylloscopus spp.）等小型雀形目鸟类，属内各种长相非常相近，即使经验丰富的鸟类研究人员，也难以通过外观识别；但不同种类的鸣声差异巨大，可通过声音轻松识别。此外，部分类群还可通过行为远距离识别，如猛禽可通过其飞行姿态进行鉴定，鸻鹬类可通过其觅食行为进行鉴定。由于鸟类移动能力较强，如果调查时间过长，极易导致对相同个体的重复计数。因此针对鸟类数量的调查方法，主要设计依据就是在尽可能短的时间内覆盖尽可能广的范围，记录尽可能多的鸟类。鸟类一般在清晨或雨后最为活跃，而在中午前后行踪隐秘，不易侦测，因此针对鸟类的调查一般在这两个时间段进行。此外，繁殖期的鸟类，活动范围较小且相对固定，此时调查，重复计数的概率较低。2 鸟类监测技术现状由调查人员在现场，对鸟类的种类、数量及行为等信息进行记录，是鸟类监测中最常用，也是目前使用最多的方式。常规监测中最常用的方法是样线法。样线通常为直线，但在地形特别崎岖的地区，也可以适度调整为曲线。布设样线时采用分层取样原理，根据调查区域不同生境类型的相对面积，决定不同生境中的样线长度和数量。调查人员徒步或驱车沿样线匀速行进，记录见到和听到的样线两侧的鸟类及其距样线的垂直距离，然后通过距离取样原理，计算出该生境中鸟类的密度8。该方法可以覆盖较大的区域和记录尽可能多的鸟类，通过设立固定样线，可以获得一个地区长期且便于比较的鸟类多样性监测数据。该方法尤其适用于调查分布不均匀的稀有鸟种、喜好开阔生境和边缘生境的鸟种，以及热带亚热带森林中集群移动的鸟浪9。对于行踪隐秘、难以侦测的林下鸟类，以及偏好连续生境、分布区域远离道路和小径的森林内部鸟类，使用样线法则很难记录到它们10；此外在地形特别崎岖，以及植被非常茂密、难以穿越的地区，也很难设计出足够长度的直线样线。此时使用样点法更为合适，即调查人员依次到达事先在地图上定好的样点，原地静立，记录 5 10 min 内听到和见到的鸟类种类、数量和距离；该方法的优势是不受地形和路线的限制，也无须记录两个样点之间的鸟类信息2,5。特别是由于调查人员在原地静止较长时间，更有可能记录到一些易受惊扰的隐秘鸟种11。鸟类调查的最佳时间是每日上午日出前 0.5h 至日出后23 h，这要求调查人员尽快穿越野外崎岖地形，同时还不能惊扰到鸟类，对人力、物力要求很高，对时间利用效率很低。尤其是很多艰险地区，如高山、沼泽、丛林等，穿越难度极大，无法保证按时到达指定样点，靠人力监测难度极大。近年，随着观鸟活动的兴起，公民科学成为重要的鸟类监测方式，如果每年定期开展，可以获得部分鸟类的长期数量动态。目前，我国使用的观鸟数据库包括中国观鸟记录中心（http:/ 国 鸟 类 记 录 中 心（http:/ eBird（https:/ebird.org），通过占位模型（Occupancy model）等算法，可以校正非系统取样造成的误差，从中提取鸟类种群的长期动态12。但这些方法取决于所在地区的到达难易程度，以及当地的观鸟者数量，仍不适宜在生态敏感区和保护区核心区推广。此外，观鸟者倾向于提交稀有鸟种的记录，而对常见鸟种，往往不准确计数，甚至不进行记录，导致数据出现偏差，而且观鸟者的物种辨认水平和数量估计水平也参差不齐，需要对数据进行严格的筛选和校正。除上述非损伤的调查方法外，针对鸟类多样性的监测方法还包括鸟类环志。鸟类环志是为研究鸟类迁徙规律而发明的方法，各地的环志人员为捕获的鸟类佩戴刻有编号和联系方式的脚环后放飞，当这只鸟在异地被再次捕获时，就可初步获知该鸟种的迁徙路线13。鸟类环志通常由固定的环志站进行，每年春秋迁徙季节，在山口、海岛等鸟类迁徙通道，使用雾网等方式捕捉路过的鸟类并进行记录。因此，鸟类环志数据同时也是一种固定时间和固定地点的长期鸟类多样性监测数据，通过比较一个地区长期的鸟类环志数据，就可获知该地区鸟类种类和数量的长期变化趋势13。各国都设有专门的政府机构对全国的鸟类环志数据进行统计和管理，我国由全国鸟类环志中心对全国的鸟类环志活动和数据进行管理。此外还可以针对某一地区的鸟类进行专门的网捕调查，该方法特别适于对侦测率低的隐秘鸟种的监测6。孙 戈，等.鸟类监测技术现状与发展趋势28地理信息世界GEOMATICS WORLD第29卷自然资源统一调查监测技术体系构建但该方法对鸟类伤害较大，同时不易侦测到飞行高度较高的鸟种11。3 鸟类自动监测技术的发展及展望由于人工监测受时间和人力所限，靠自动设备监测鸟类已成为大势所趋。红外触发相机（Camera-trap）问世后，一度用于鸟类调查，特别是雉类、噪鹛类、鸫类等大中型地栖鸟类及水鸟14。特别是目前已开发出可通过卫星远程传输画面的视频监控系统，使得在保护区内大范围实时监控野生动物成为可能。但因鸟类个体较小，如果要鉴定到种，需要非常高清的照片，用于兽类监测的自动相机，无法满足鸟类监测的需求。此外，鸟类活动敏捷，无法通过常规的自动相机清晰记录。一些保护区使用远程监控设备，对鸟类的集中营巢地和栖息地进行监测，但这类设备无法对其他类型的鸟类进行监测。对于某些类群，仅凭影像来鉴别鸟类，难度较大。因此可通过自动录音设备在每日的凌晨时段，定时录制周围的鸟类鸣声，之后用专业的软件将音频转换为可视化的波形图，并通过与已知的鸣唱声对比，人工鉴定种类15-16。早期的研究曾利用回收的旧手机改造成自动录音机，目前市面上已有价格适中的专业鸟声记录仪，具有良好的防水、隐蔽和性能，还可定时开关15,17。自动录音设备的布设与样点法一样，也遵循分层取样原理，在不同生境类型中均匀布设密度一致的设备。根据不同生境类型的相对面积来确定每种生境类型中的自动录音设备的数量。根据每个录音点记录到的鸟类种类和数量，即可对鸟类的分布模式和相对数量进行监测17。鉴别鸟种需要长期的专业训练和野外经验，难以在基层巡护人员之间快速普及。面对大量数据时，即使专业人员也难以快速完成对鸟种的鉴定，极大地制约了鸟类监测效率。因此，一些研究开始尝试通过电脑自动识别物种。目前已有一些可自动识别鸟类高清照片的APP，但仅能识别