评估自主记录装置和春季个体计数方法在监测松鸡（Bonasa umbellus）数量方面的实用性

《Wildlife Biology》：Assessing the utility of autonomous recording units and spring point counts for monitoring abundance of ruffed grouse Bonasa umbellus

松鸡种群监测中自主录音单元（ARUs）与传统点计数结合的研究显示，ARUs能显著提高低密度种群和高不确定性监测环境下的种群 abundance 估计精度与成本效益。通过模拟不同密度（0.003-0.022只/公顷）、路线数量（20-50条）、重复调查次数（1-3次）及ARU部署量（0/40/80个），发现整合ARUs后模型收敛率提升，MSE（均方误差）和CV（变异系数）降低。成本分析表明，当管理对准确性的权重≥50%时，部署80个ARU并结合30-50条路线、2-3次重复调查是最优方案，10年总成本约3.4万美元，但可降低偏差率至50%以下。研究证实，ARUs通过提供时空冗余数据，有效补充了传统点计遗漏的检测，尤其适用于 trailing-edge 低密度种群监测。

　　本研究聚焦于一种受到保护关注的物种—— Rufed 鸡（*Bonasa umbellus*），其种群在大部分分布范围内呈下降趋势。特别是在美国东南部的分布边缘地区，如佐治亚州，这种鸟类仅限于600米以上的高海拔区域，种群数量相对稀少。传统的春季点计调查方法在这些低密度和碎片化种群中存在明显的局限性，尤其是在估算种群数量时精度不足。因此，本研究通过模拟实验评估了非侵入式自主录音单元（ARUs）在提高 Rufed 鸡监测效率方面的潜力。研究结果表明，将 ARUs 与传统点计相结合，尤其是在低密度和低调查强度的情况下，可以显著提高种群数量估计的准确性和精确度，并且在整体上具有较高的成本效益。

### 研究背景与意义

野生动物的种群保护通常不仅关注物种的生存状况，还涉及遗传多样性和其在生态系统中所扮演的生态角色。为了确保不同种群段的存续，需要进行种群层面的保护工作。而种群的边缘区域，尤其是与核心种群基因交流较少的地方，往往是保护工作的重点和难点。由于边缘区域的种群密度较低，传统的调查方法在准确性和效率上面临较大挑战。因此，研究者需要探索更先进的技术手段，以提高对这些稀有或难以接触种群的监测能力。

近年来，随着技术的进步，ARUs 在野生动物监测中的应用迅速增加。这种设备能够自动记录声音，适用于研究多种声源的野生动物，包括鸟类、蝙蝠、海洋生物、青蛙和昆虫等。ARUs 的优势在于其可以长时间部署，记录大量重复性的调查数据，而不需要大量的人力投入。相比于传统的人工调查，ARUs 在某些情况下能够更有效地捕捉稀有物种的活动信号，提高季节性检测的准确性。此外，由于 ARUs 可以覆盖更长时间段和更大范围，因此在某些情况下能够提供更全面的数据支持。

然而，ARUs 的应用也面临一定的挑战。例如，每个设备可以记录数百小时的音频数据，而这些数据的处理需要大量的人工参与，包括手动扫描频谱图和听录音，或者使用自动化算法来识别目标物种的声音。尽管自动化处理可以加快数据处理速度，但在某些情况下，其准确性仍无法完全替代人工判断。此外，ARUs 收集的数据主要是声音信号，而不是个体数量，因此在从 ARU 数据中估算种群数量时需要采用更为复杂的统计方法。

### 研究对象与方法

Rufed 鸡是一种典型的山地鸟类，广泛分布于加拿大和美国的多个地区。在佐治亚州北部的阿巴拉契亚山脉，该物种的种群数量已经经历了数十年的下降，成为保护工作的重点。其分布边缘的种群可能因森林砍伐减少、过度捕猎、气候变化以及西尼罗河病毒等多种因素而受到影响。传统的 Rufed 鸡调查方法主要依赖于春季的固定路线点计调查，即调查人员在固定时间间隔内从公路旁进行观察，并记录鼓翅声。然而，由于该地区 Rufed 鸡的密度非常低（如每公顷仅0.003只雄性），这种方法难以提供准确的种群数量估计。

本研究采用模拟实验的方式，评估不同监测策略对 Rufed 鸡种群数量估计的影响。模拟数据基于之前对佐治亚州 Rufed 鸡点计调查的分析，包括种群密度、调查路线数量、重复调查次数以及 ARUs 的部署数量。研究假设 ARUs 的时间重复性能够显著提高种群数量估计的准确性，并通过比较不同监测方案的性能，评估其在实际应用中的可行性。

### 研究发现与结果

研究结果显示，将 ARUs 与传统点计结合后，种群数量估计的准确性和精确性显著提高。特别是在低密度和低调查强度的情况下，这种结合方式能够有效克服传统点计在数据收集上的不足。模拟数据显示，随着 ARUs 部署数量的增加，准确性和精确性也相应提升。例如，当 ARUs 从0增加到40时，准确性和精确性的提升幅度较大；而从40增加到80时，提升幅度则相对较小。这表明在低密度环境中，增加 ARUs 的数量对提高估计精度具有显著效果。

此外，研究还发现，监测方案的收敛率（即模型能否有效拟合数据）在引入 ARUs 后显著提高。在没有 ARUs 的情况下，某些参数（如种群数量的截距项和季节性可用性参数）的估计可能不够可靠，而引入 ARUs 后，这些参数的估计变得更加稳定。这意味着，ARUs 能够为监测提供更全面的数据支持，有助于减少模型估计的不确定性。

在成本效益分析方面，研究发现虽然 ARUs 的初始部署成本较高，但在长期监测中，其总成本可能低于传统点计调查。特别是当需要进行多次重复调查时，ARUs 的部署可以显著降低调查成本。然而，对于某些高密度种群的监测，传统点计调查在成本和精度之间可能更具优势。因此，研究建议在低密度种群中，应采用较高数量的 ARUs 和重复调查，以确保监测的有效性。

### 保护意义与应用前景

本研究的结果对 Rufed 鸡的保护具有重要意义。在佐治亚州这样的低密度地区，传统的点计调查方法难以提供准确的种群数量信息，而 ARUs 提供了更高效的数据采集方式。结合 ARUs 和点计调查，不仅能够提高数据的准确性和精确性，还能减少对人力资源的依赖，从而提高监测效率。这对于保护机构来说，具有重要的实际应用价值，尤其是在制定狩猎政策、评估种群健康状况以及制定保护措施时。

此外，研究还指出，尽管 ARUs 在数据采集和处理方面具有优势，但其成本问题仍然需要关注。特别是在一些资源有限的研究项目中，高昂的初始成本可能成为推广 ARUs 的障碍。然而，随着技术的进一步发展和设备成本的降低，ARUs 的应用前景仍然十分广阔。尤其是在需要长期监测的项目中，ARUs 的部署可以显著减少调查频率，从而降低总体成本。

研究还强调了 ARUs 在某些特定条件下的优势。例如，在非重复点计调查的情况下，ARUs 能够提供更全面的数据支持，从而提高对种群数量的估计精度。此外，ARUs 可以有效覆盖公路以外的区域，减少因公路环境对种群数量估计的干扰。因此，在未来的监测工作中，将 ARUs 与传统点计相结合，可能成为一种更为科学和高效的监测方法。

### 研究局限与未来方向

尽管本研究提供了关于 ARUs 在 Rufed 鸡监测中的应用价值，但也存在一定的局限性。例如，研究假设种群在春季鼓翅季节是封闭的（即没有迁移、死亡或新生），这在实际应用中可能并不完全成立。因此，在设计监测方案时，研究者需要谨慎考虑这一假设是否适用于目标种群。

此外，研究中并未考虑 ARU 数据中的假阳性问题，但在实际应用中，假阳性可能会影响最终的种群数量估计。因此，未来的研究可以进一步探讨如何通过改进算法或增加人工验证来减少假阳性带来的误差。同时，研究还可以探索其他影响 Rufed 鸡分布和数量的因素，如时间因素（例如鼓翅活动在黎明时分达到高峰）对监测结果的影响。

### 结论与建议

综合来看，本研究的结论表明，将 ARUs 与传统点计调查相结合，是一种提高 Rufed 鸡种群监测效率的有效方法。尤其是在低密度和低调查强度的情况下，ARUs 的引入能够显著提升数据的准确性和精确性，同时减少对人力资源的依赖。因此，研究建议在佐治亚州及其他类似低密度地区，采用较高数量的 ARUs 和重复调查，以确保种群数量估计的可靠性。

此外，研究还指出，尽管 ARUs 在某些情况下具有较高的成本，但其长期效益可能远高于传统方法。特别是在需要进行多次重复调查的项目中，ARUs 可以提供更稳定和精确的数据，从而帮助研究人员更好地理解种群动态，并制定有效的保护策略。因此，对于野生动物保护机构而言，将 ARUs 引入现有的监测框架，可能是提高种群监测效率和准确性的关键一步。

### 作者贡献与致谢

本研究的成果得到了多位研究人员的共同努力。其中，Clayton D. Delancey 负责研究的概念设计、数据整理、调查方法的实施以及论文的撰写与修改。William B. Lewis 参与了研究的整体设计、数据分析以及论文的撰写与编辑。Gregory T. Wann 和 Richard B. Chandler 在方法设计和监督方面提供了重要支持。Emily Rushton 和 James A. Martin 在资金获取和调查实施方面也发挥了关键作用。此外，研究团队还感谢了在野外调查中提供帮助的多名技术人员和相关机构的支持。

### 总结

本研究通过模拟实验，展示了 ARUs 在 Rufed 鸡监测中的潜在价值。结果显示，ARUs 能够显著提高种群数量估计的准确性和精确性，尤其是在低密度和低调查强度的情况下。同时，ARUs 的引入也能够改善模型的收敛性，减少数据估计的不确定性。尽管 ARUs 存在一定的成本问题，但在长期监测和重复调查中，其成本效益可能优于传统方法。因此，研究建议在低密度地区推广 ARUs 与传统点计相结合的监测策略，以提高 Rufed 鸡种群数量估计的可靠性，并为保护机构提供更科学的决策依据。未来的研究可以进一步探索 ARUs 在不同物种和环境中的应用潜力，以推动野生动物监测技术的持续发展。