结构化和非结构化调查方法在低丰度隐花植物检测中的效率比较：以三叶天南星为例

《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：Testing the efficiency of structured and unstructured surveys for detecting a small population of Jack in the Pulpit ( Arisaema triphyllum) plants

本研究针对低丰度隐花植物检测难题，通过对比结构化和非结构化调查方法对三叶天南星（Arisaema triphyllum）模拟种群的检测效率，发现两种方法在检测率上无显著差异（结构化27% vs 非结构化31%），但非结构化调查单位时间检测效率更高。研究首次量化了单次调查漏检风险（全种群检出概率仅7.59×10–4%至8.89%），提出需2-4次重复调查方可达到95%置信度的科学标准，为濒危物种保护与入侵物种早期监测提供了关键方法论依据。

　　

在保护生物学领域，如何有效监测低丰度、隐蔽性强的植物物种一直是个棘手难题。无论是濒临灭绝的珍稀植物，还是刚刚开始入侵的外来物种，它们的种群数量往往稀少且难以被发现。如果无法准确探测到这些物种的存在，可能会带来严重的保护后果——对于濒危物种而言，漏检可能导致保护措施不及时；对于入侵物种来说，则可能错失早期防控的最佳时机。

尽管已有研究探讨了植物形态、调查强度、斑块大小等因素对物种探测率的影响，但关于调查方法本身如何影响探测效率的实验研究却相对匮乏。这正是加拿大卡尔顿大学研究团队开展本研究的出发点，他们的研究成果发表在《Brain, Behavior, 》期刊上。

研究人员选择三叶天南星（Arisaema triphyllum）作为研究对象，这种林下植物在营养生长期与大白延龄草（Trillium grandiflorum）极为相似，难以辨认，是研究隐蔽物种探测的理想模型。研究团队在安大略省的High Lonesome自然保护区设置了两个100×100米的样地，随机布设了8株三叶天南星模拟种群，其中样地A有5株，样地B有3株，这种差异设计是为了避免调查者因发现植株数量相同而产生行为偏差。

研究采用的关键技术方法包括：通过ArcGIS Desktop 10.5进行随机布点设计确保空间分布的随机性；使用GPS轨迹记录分析调查覆盖度；采用广义线性混合效应模型（GLMM）进行统计检验；基于二项分布原理计算探测概率和必要调查次数。9名具有不同植物学背景的调查者分别进行结构化和非结构化调查，每种方法都配有记录员确保数据准确性。

调查方法设计

结构化调查要求调查者按照预先规划的10米宽平行样线系统搜索，使用手机上的Google Earth导航，扫描左右各5米的范围。非结构化调查则允许调查者基于个人经验自由探索，直到认为已充分搜索样地。这种设计使研究人员能够比较系统性与灵活性调查策略的优劣。

探测效率比较

结果显示，在总共70次探测机会中（9名调查者×8株植物-2株缺失植物），仅有23次成功探测，总探测率为33%。统计分析表明，两种调查方法在植物探测率上无显著差异——结构化调查平均探测率为27%，非结构化为31%。这一发现挑战了传统认知，即系统性调查必然优于自由探索。

时间效率与覆盖度

在时间效率方面，非结构化调查显示出轻微优势，平均每次调查耗时95分钟，而结构化调查需113分钟。单位时间探测率非结构化为0.4%/分钟，高于结构化的0.2%/分钟，但这一差异未达统计显著性。相反，结构化调查在面积覆盖度上表现更好，平均覆盖74%的样地，显著高于非结构化的62%。

样地间差异

一个意外发现是样地间存在显著差异，样地A的探测率（44%）明显高于样地B（15%）。这种差异可能源于植被背景的细微差别，如样地B可能有更多易混淆的大白延龄草，或与植株数量布局有关，提示即使表观相似的生境也存在探测率差异。

探测风险评估

研究量化了单次调查的局限性：在样地A发现全部5株植物的概率仅为0.2%-3.5%，样地B发现全部3株的概率为0.3%-8.9%，整体发现全部8株的概率极低（7.59×10^–4%至8.89%）。要达到95%置信度至少发现一株植物，样地A需要2次调查，样地B需要4次。

讨论与意义

本研究揭示了隐蔽物种调查中的关键问题：即使采用看似完善的调查方法，低丰度物种的探测率仍可能很低。结构化调查虽能提供更系统的覆盖，但实际执行中可能因GPS误差、林下导航困难等因素影响效果。非结构化调查虽具时间效率优势，但覆盖全面性不足。

与先前研究比较，Huebner（2007）发现定时漫游法最适合物种存在性检测，而系统方法更适合丰度估计；Perret等（2023）证明网格法能提高探测率。本研究在此基础上提供了针对低丰度隐蔽物种的具体数据支持。

研究结果对保护实践具有重要启示：单次调查结果可能严重低估物种存在，这对濒危物种保护和入侵物种监测决策具有直接影响。建议根据目标物种特性选择调查策略——当时间紧迫时，非结构化调查可能更高效；当物种生态位不明时，结构化调查能确保全面覆盖。

结论

本研究通过严谨的实验设计证明，对于低丰度隐蔽植物，结构化和非结构化调查方法在探测效率上无显著差异，但各具特点：非结构化调查时间效率更高，结构化调查覆盖更全面。研究强调了重复调查的必要性，为优化物种监测方案提供了科学依据，对生物多样性保护与生态系统管理具有重要实践价值。