动物生态学(郑成洋)第03讲动物生态学研究方法

第三讲动物生态学研究方法 动物生态学研究关注的内容 巢区 领地 家域食性分析生境分析 评价集群 扩散 迁移行为特征 等级 繁殖 通讯 种群结构 性比 年龄 种群出生率 死亡率 生命表 种群周期波动 动物生态学研究手段 直接观察环志无线电遥测GPS卫星定位照相 摄像 其它成像设备 野生动物研究必备工具 双筒望远镜一般选8倍镜 即8 42或8 32 ROOF棱镜双筒镜 两根直管 物体清晰 立体感和变形小 尽量不选用PORRO棱镜双筒镜单筒望远镜观鸟单筒选择折射式 口径在50 90毫米 选斜筒作为观鸟或观动物镜 有条件配备研究工具 长焦镜头 定焦 300mm 可连拍的机身 如canon70D 5DIII 7D 红外测离仪 野生动物研究 无线电遥测方法 野生动物无线电追踪技术 最早在上世纪50年代开始使用目的野生动物定位 帮助研究人员找到野生动物 记录其位置 了解其活动状态 获得野生动物一些行为信息 行走 卧息 获得野生动物一些生理信息 呼吸频率 体温 计算领地 家域大小工作基本原理野生动物配带无线电发射装置 研究人员在一定范围接收无线电信号 确定信号源的方位角或下载电子设备预先存贮的位置信息 无线电跟踪设备组成无线电发射器无线电接收机天线 手机式 探测式 性能与技术指标无线电发射机常制成颈圈 套在动物的颈 脚发射机电池寿命 40d 5y发射机发出甚高频 215 220兆赫 的无线电信号 标准长度从18ms 1250ms 标准响声48times 1minutes 长度可人工调整 间隔长短与电池寿命有关 附带一些感应器 将感应到的生物学信息通过改变无线电发射机电信号频率或信号长度发出 FM GPS VHF 无线电跟踪位置计算方法 采用公式求得动物所在位置 感应器类型 A感应器 动物活动状态感应器 当动物活着的时候 无线电频率增高 60t m 不活动时降低 35t m M感应器 运动感应器 动物活动剧烈动物状态时 无线电频率达100t m 不活动时下降至25t m 与A感应器相似O感应器 倾斜 5o时 发射机信号周期性发生改变L感应器 光照感应器 光照增加 发射机信号长度加长T感应器 温度感应器 动物体温变化 发射机信号改变 使用步骤 使用方法观察动物活动习性 1 2个月 动物捕获 麻醉 笼捕 网捕 陷阱等动物测量 采样配带无线电发射器放归跟踪研究生产公司例子 如Televilt Yagi www positioning televilt se 不同动物 使用不同的发射机类型固定方式 颈圈 背负式 植入型号见附表 适用于草食动物 肉食动物 1 肉食动物 2 海洋动物 鸟类动物 鱼类动物 两爬动物 无线电跟踪 改进型 无线电跟踪实例 长期观测一地区动物活动情况多种动物无线电跟踪 雷达遥测 无线电延伸应用 密蜂雷达跟踪例子 鸟类雷达跟踪例子 野生动物研究方法 GPS定位 非洲大象研究举例 GPS定位优 缺点 GPS与无线电跟踪技术相比 GPS价格昂贵GPS使用较复杂 GPS复杂性较高 需要相应配套设备体积和重量 与无线电追踪设备相比 GPS难于做到极小体积和很轻重量 在使用上受限定点容易 无线电双点定位 GPS单点定位 少花费大量跟踪时间精度 GPS精度大大提高 尤其是P码 精码 解禁后 30m 5 10m长距离定位 可长距离使用 无线电技术无法实现 野生动物研究与GPS应用 1995年才开始研制野生动物用的GPS 1996年开始第一次野外实验1997年制成第一只simplex TM GPS颈圈2000年研制成GPS发射机和天线 及相配套GPS接收机和处理软件 simplexProjectManager 设计GPS颈圈 那些功能需要考虑 GPS颈圈功能要如何设计 卫星 接收机 方式一 GPS颈圈 卫星 方式二 GPS颈圈 无线电跟踪 GPS颈圈设计功能 GPS颈圈设计需要考虑的功能 在数据下载之前 存贮在GPS颈圈内 数据传输 1 卫星传输和接收 2 发射下载信号 能遥控下载数据 发射信号 甚高频信号传送 接收机 RX 900 电脑 电池耗尽之前 GPS颈圈设有自动脱落系统 并通过无线电发射信号回收 但增加颈圈的重量 150g 兼带常规无线电发射机功能 接收GPS信号 发射无线追踪信号 便于定位动物 接近动物 动物死亡 发射死亡信号 主电池和备用电池 主电池耗尽 备用电池自动启动 但不再接收 发射GPS信号 发射常规双脉冲无线电信号 脉冲周期1500ms 40个脉冲 分 备用电池55 110天 三种GPS颈圈数据下载方式 卫星信号接收UHF无线电信号下载回收GPS下载 目前野生动物GPS定位系统主要生产商 SimplexTMGPS和PosrecTMSimplexTMGPS 研究大型动物和中型动物GPS颈圈需要调式PosrecTMGPS 研究小型动物的GPS颈圈 鸟类和哺乳类 直接使用 中大型颈圈 小型GPS颈圈 GPS跟踪数据收集与处理 地理位置信息 经度 纬度和海拔高度 测定所有能标识目标动物的活动痕迹 粪堆 卧穴及其它能辩识的痕迹 资料来源 西藏东南部地区马麝家域的研究 杨奇森等 1998 资料来源 马麝 Moschussifanicus 不同时间的家域变化 杨奇森等 1998 GPS定位展望单纯传统的无线电追踪技术会逐步被GPS定位技术所取代 但无线电技术不会因此而消失 会发展成更加紧密与GPS定位技术结合GPS跟踪与GIS一体化 大大加快数据分析能力 分类 分层 叠加 提取 测定 分析 地形 各种环境因子以及人为因素等分析 动物GPS定位技术实现实时监控支持决策和管理系统 服务于自然保护 生物多样性管理 动物研究辅助工具 照相 摄像 其它成像设备 摄像机应用 红外照相机应用 红外相机应用实例 红外相机 最早见于1927年Champion研究老虎主动式 红外发射器 接收器和相机 发射器能够发射一束红外线光束 光束被隔断 就会触发相机拍摄被动式 红外传感器 控制电路板 供电系统 相机扇形区域内热量的变化 红外摄像机 红外摄像机 洞穴拍摄实例 深海拍摄 其它摄像机 高速录像机 微型录像机 热成像 伪装摄像机 声纳设备 地声研究 鼹鼠 声纳成像仪 野生动物数量统计方法 直接计数法总体计数法样方计数法样带法样线法样地哄赶法捕捉统计法铗日法去除取样法标记重捕法 一 绝对数量统计方法 二 相对数量统计方法 痕迹指标转换法洞口 巢穴计数法粪堆计数法印迹统计法 足迹链计数法 家域法其它痕迹统计法频度 优势度动物皮张及其产品 样带法 样带法固定宽度不固定宽度GIS视角样带法 通过GIS计算有效的样带的面积 样带法 续 按照预定路线行走 不改变方向 观察遇到观察的动物 并记录下来 只记录前方 不记录后方出现的动物个体 以动物与行走路线的垂直平均距离为样带宽 种群数量计算公式 P 种群数量 A 研究区面积 X 调查路线的长度 Y 样带宽度 Z 出现的动物数 样带方法假设 动物是随机地 又是相互独立地分布在发现动物个体的地方 不易看到其它的个体相同动物不会被重复记录动物被惊吓位置为观察者起始观察位置动物性别 年龄出现概率相同 样带法调查种群数量要求 一个地区划分选择多条样带严格按规定线路方向调查考虑被调查动物活动规律考虑发现动物的最大可信垂直距离例 0 5m 80只 5 1 10m 85只10 1 15m 78只 15 1 20m 75只 20 1 25m 32只 25 1 30m 6只 续上 不选择恶劣的气候条件下进行调查多次重复调查需要不同时间 季节进行比较分析 重捕标记法 适用性 小型动物 如昆虫 啮齿动物等方法 捕获一部分个体 进行标记 放回 经过一定期限后进行重捕 假定条件 标志个体在整个调查种群中均匀分布 标志个体和未标志个体都有同样被捕的机会没有迁入和迁出没有新的出生和死亡不确定因素 捕获率改变 被标记的动物或易于捕获 或不易捕获动物 使得动物捕获率被改变死亡率发生改变 设全部个体为N 标志数为M 再捕个体数为n 获得标志数为m公式N M n m置信区间 重捕标记法 1 一次标志 重捕 种群数量表达 N 2SE 多次重捕法 2 再标志再释放 Schnabelmethod 施夸尔法 在每一次重捕 检查捕获动物情况 再标志 再释放 ni 第i次捕获动物总数mi 第i次捕获动物中 已标志动物的总数Mi 第i次时 种群已标志动物总数公式置信区间 1 N的方差 S21 N Schumacker Eschmeyer公式 标记重捕法 2 1 N的标准误S1 N Mi Ui 14 ni 16说明有两个动物死亡N 970296 2294 420 计算方法 举例 重捕标记 2 Schnabelmethod方法存在缺陷 野外绝大多数的种群是开放性有死亡 出生和迁移数量处于变化之中 重捕标志方法 3 乔利 西尔法 Jolly Sebermethod Jolly 1965 连续多次地取样 标志和释放记录各次重捕中已标志的动物数和未标志的动物数记录每一个动物的重捕历史 分清各次的标志 重捕记录历史 标志过程中有动物死亡 公式参数 i 捕获或取样的序号Ni 第i次取样时的种群大小估计值ni 第i次取样时捕获的动物数Mi 第i次取样前 野外种中全部已标志动物总数的估计值mi 第i次取样的捕获数中 已标志的动物数Si 第i次取样时释放的动物总数 包括过去标志和新标志的 Zi 在第i次取样前标志的 在第i次取样中未重捕到 但在以后取样中又被重捕到的动物总数Ri 在第i次取样时释放的动物总数 即Si 中以后被陆续重捕到的动物总数 种群数量计算 先计算出各次取样的种群大小 种群已标志动物的数量估计值 种群大小估计值 设 种群出生率和死亡率计算方法 种群阶段存活率估计 假定只有死亡或迁出 种群的存