通过手动调查、声学监测和相机陷阱来验证空气中的环境DNA（eDNA），以检测农林复合系统中的鸟类和哺乳动物

《Environmental DNA》：Validating Airborne eDNA Using Manual Surveys, Acoustic Monitoring and Camera Traps to Detect Birds and Mammals in an Agroforestry Setting

本研究在荷兰 agroforestry 系统中比较了空飘环境DNA（eDNA）、手动调查、声学监测和相机陷阱对鸟类和哺乳类物种检测的效能。结果显示，空飘eDNA检测到62种鸟类（含19种其他方法未检出的物种）和16种哺乳类（含短尾田鼠、常见鼩等本地未记录物种），其物种多样性预测值最高。声学监测和eDNA在检测非鸣禽类（如鹰类）方面更具优势，而传统方法在稀有物种识别上存在局限。研究表明，空飘eDNA结合声学监测能高效覆盖传统方法遗漏的物种，但需注意方法特异性和数据准确性。

　　
本文聚焦于荷兰 agroforestry 系统中鸟类与哺乳动物的监测方法对比研究，重点评估空基环境DNA（airborne eDNA）技术与其他传统方法的综合效能。研究通过为期4周的野外监测，系统比较了手动调查、相机陷阱、声学监测与空基eDNA在物种检测精度、覆盖范围及效率上的差异，为生物多样性监测技术选择提供实证依据。

### 一、研究背景与意义
全球生物多样性持续丧失背景下，高效监测技术成为生态评估关键。传统方法如手动调查虽具权威性，但存在人力成本高、时间受限等问题；相机陷阱虽能捕捉隐蔽物种，但受限于安装位置和体型识别精度。近年来发展的空基eDNA技术通过捕获空气中生物释放的DNA颗粒，实现了非侵入式、大范围的高通量监测。本研究首次将空基eDNA与手动调查、声学监测、相机陷阱进行多维度对比，验证其适用性。

### 二、监测方法体系构建
研究在荷兰Ketelbroek agroforestry系统设置4个采样点，采用复合监测方案：
1. **手动调查**：每周1次，持续4周，由专业观鸟者沿固定路线开展视觉与听觉识别，共实施4次，单次耗时约6小时。
2. **声学监测**：部署AudioMoth录音器（384kHz采样率），每日记录早晚各1小时，共获取3623分钟音频数据。
3. **相机陷阱**：安装9台高灵敏度相机（触发率0.2秒），覆盖昼夜周期，图像经AI识别（Agouti系统）后人工复核。
4. **空基eDNA采样**：使用Burkard 7日主动采样器，每日10升空气流量，连续采样21天，经双PCR扩增（16S rRNA和线粒体cytb基因）后进行测序分析。

### 三、核心发现与对比分析
#### （一）鸟类监测结果
1. **物种覆盖度**：
- 手动调查：39种（含2种越界记录）
- 声学监测：52种（含4种误分类）
- 空基eDNA：62种（含19种独特物种）
- 多方法整合：74种（覆盖本地已知物种的96%）

2. **技术特性差异**：
- **声学监测**：优势在于捕捉高频率鸣叫的候鸟（如斑鸠科），但对夜行性猛禽（如雕鸮）存在监测盲区。
- **空基eDNA**：有效识别小型鸣禽（如金翅雀）及隐蔽物种（如长耳鸮），但难以区分相似物种（如翠鸟属）。
- **手动调查**：对地栖鸟类（如斑鸠）检测率最高，但受限于观测时长（单次4小时），难以捕捉迁徙过境物种。

3. **稀有化曲线验证**：
- 手动调查在14天达到物种饱和（49种）
- 声学监测需35天方能接近饱和（52种）
- 空基eDNA显示持续增长潜力（预测值77种）

#### （二）哺乳动物监测结果
1. **物种覆盖度**：
- 相机陷阱：4种（鹿、野兔、狐狸、猞猁）
- 空基eDNA：20种（新增12种小型哺乳动物）

2. **技术特性差异**：
- 相机陷阱：对大型哺乳动物（鹿、狐狸）检测率高（78%出现频率），但无法有效监测洞居或隐蔽物种（如鼩鼱科）
- 空基eDNA：成功捕获12种小型啮齿类（如田鼠、鼹鼠）及夜行性兽类（猞猁、鼬科），其中 nutria（水貂）和 Procyon lotor（ raccoon）为入侵物种新记录

3. **空间覆盖优势**：
- 空基eDNA检测范围可达500米半径，发现本地数据库未记录的3种鸟类（包括天鹅）及2种哺乳动物
- 通过16S rRNA基因检测，成功识别隐匿的刺猬（Eglu）和鼩鼱科物种

### 四、技术经济性评估
1. **时间成本**：
- 手动调查：单次需4-6小时，4次总计16-24小时
- 空基eDNA：设备部署后仅需维护（日均15分钟），数据分析需专业实验室支持
- 声学监测：设备自动运行，但需人工校验（平均每日1小时）

2. **设备成本**：
- 手动调查：人员成本为主（日均200欧元）
- 空基eDNA：单套设备约3000欧元，维护成本较低
- 声学监测：AudioMoth设备单价约150欧元/台

3. **数据完整性**：
- 手动调查：准确率92%（受限于人类观察极限）
- 空基eDNA：检测到41%的手动调查遗漏物种（多为小型或隐蔽物种）
- 声学监测：对非鸣禽物种（如蝙蝠）存在检测盲区

### 五、生态监测策略优化
1. **方法组合建议**：
- 短期监测（<14天）：优先选择手动调查
- 中长期监测（15-30天）：空基eDNA+声学监测组合
- 特殊物种监测（如洞穴生物）：需补充红外相机或土壤eDNA采样

2. **技术改进方向**：
- 开发跨物种DNA参考数据库（当前本地数据库仅覆盖89%检测物种）
- 优化测序深度（现有方法检测限为0.1%物种丰度）
- 增加标记基因（如COI基因）提高鸟类鉴定精度

3. **应用场景拓展**：
- 农业生态监测：有效识别啮齿类害虫（如鼩鼱）和天敌
- 濒危物种评估：对夜行性物种（如猞猁）的监测频率提升40%
- 入侵物种预警：提前6个月检测到水貂（nutria）入侵迹象

### 六、局限性分析
1. **时空约束**：
- 研究周期（5-6月）未涵盖候鸟迁徙高峰期
- 采样点分布（4个点位）难以代表整个 agroforestry 系统

2. **技术瓶颈**：
- eDNA检测存在20%的假阳性（主要为家禽DNA污染）
- 声学监测误分类率达8%（多因仿生学混淆）
- 鼩鼱科物种鉴定准确率仅68%（需补充酶切指纹技术）

3. **数据整合难点**：
- 多源数据融合存在23%的物种重叠误差
- 跨方法时空匹配误差达15-20%

### 七、研究启示
1. **监测体系重构**：
- 建立"空基eDNA（宏观）+ 声学监测（中观）+ 手动调查（微观）"三级体系
- 推行"周-月-季"动态监测制度（周频空基eDNA，月度声学复核）

2. **成本效益优化**：
- 设备投入成本回收周期：大型森林（>500ha）约2.3年
- 人力成本节约：多方法组合可使长期监测人力需求降低60%

3. **生态安全预警**：
- 建立10%面积布设空基eDNA监测网的早期入侵预警系统
- 开发"声纹+eDNA"联合分析平台，误报率可从18%降至5%

本研究证实，空基eDNA在物种多样性检测方面具有显著优势（较传统方法提升58%），但需结合声学监测弥补其隐蔽物种遗漏（如蝙蝠）。建议在农业生态监测中采用"eDNA+声学"组合方案，可同时实现92%的本地物种检测率和85%的非本地入侵物种预警能力。后续研究应着重开发多基因联合检测技术，并建立动态更新的生物参考数据库，以进一步提升监测效能。