《Trees, Forests and People》：Evaluating tree susceptibility to bark stripping by Asiatic black bears through multi-scale analysis and field surveys addressing time-varying environmental factors
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中文摘要翻译
在以往关于熊类剥皮危害决定因素的研究中，栖息地选择的层级结构往往被忽视。此外，危害发生与野外观察之间的时间差异也常被忽略，这可能导致虚假关联以及对风险因素的低估。例如，树木大小与剥皮概率之间的关联可能被误读，因为剥皮会对受害树木的生长产生负面影响
中文摘要翻译
在以往关于熊类剥皮危害决定因素的研究中，栖息地选择的层级结构往往被忽视。此外，危害发生与野外观察之间的时间差异也常被忽略，这可能导致虚假关联以及对风险因素的低估。例如，树木大小与剥皮概率之间的关联可能被误读，因为剥皮会对受害树木的生长产生负面影响，而周围未受害树木则继续生长。本研究在两个空间尺度上评估了与亚洲黑熊剥皮相关的因素——地点选择（林分斑块内部）和树木选择（地点内部）——同时通过仅分析2024年发生的剥皮事件，减少了危害发生与观察之间的时间错配。多尺度分析表明，在地点层面，日本柳杉（Cryptomeria japonica）的优势度与危害发生显著相关。在树木层面，在近期发生剥皮的地点内，相对树木大小（胸径的地点内偏差）与剥皮概率呈正相关（比值比（odds ratio, OR）= 2.73），而树种同一性未检测到显著关联（OR = 1.52）。地面坡度在两个模型中均与剥皮发生无显著关联。研究人员提出一个两步优先化框架：首先，识别柳杉优势地点；其次，在这些地点内优先对相对较大的树木采取保护措施。这些发现强调了多尺度分析和考虑时变环境因素的野外方法对制定森林保护策略的重要性。
论文解读
一、研究背景与问题
人熊冲突在全球范围内持续构成挑战，影响涉及社区安全、农业损失以及熊类剥皮导致的树木损失。剥皮行为在美洲黑熊（Ursus americanus）、棕熊（U. arctos）和亚洲黑熊（U. thibetanus）中均有记录。熊类常以爪和齿剥取针叶树树皮，取食其下维管组织和汁液，由此造成的损害可导致生长减缓、腐朽、因真菌侵入而变色，常致树木死亡，对商业木材生产产生不利影响。在日本，亚洲黑熊常对日本柳杉（Cryptomeria japonica）和扁柏（Chamaecyparis obtusa）造成影响。2024财政年度（2024年4月至2025年3月），亚洲黑熊造成的森林损害面积占日本野生动物损害总量的15.4%，位列第三，仅次于梅花鹿（Cervus nippon）和田鼠类。
以往关于剥皮危害决定因素的研究存在两个突出问题。其一，动物通常跨多个空间尺度层级化地选择栖息地，但剥皮危害的多尺度特征鲜少被研究。其二，危害发生与野外调查之间的时间差异可能混淆研究结果。例如，若通过野外观察评估胸径（diameter at breast height, DBH）与剥皮概率的关联，由于受害树生长缓慢或死亡而邻近未受害树持续生长，多年后调查可能显示受害树比未受害树更小——即使熊最初选择的是最大的树。此外，若森林管理者在调查前提前移除受害树，其缺失会导致风险因素被低估。因此，有必要采用能处理剥皮发生时间的研究设计，其中一种方法是仅关注调查年份之前不久发生的危害。
二、研究内容与意义
本研究旨在通过聚焦近期剥皮危害的野外调查，评估亚洲黑熊危害树木的特征，并针对危害发生时间与野外观察之间的时间差异可能产生的偏倚进行了研究设计。研究在两个空间尺度上评估受害树木特征：（1）地点选择——针叶林斑块内部；（2）树木选择——地点内部的针叶树。这一多尺度分析揭示了地点层面与树木个体层面影响剥皮因素的不同，为森林保护策略提供了两步优先化框架：首先识别柳杉优势地点，再在该地点内优先保护相对较大的树木。该研究强调了多尺度分析和考虑时变环境因素的野外方法对森林保护的重要性。
三、关键技术方法
研究区域位于东京都水道局管理的保水林，涵盖奥多摩町（东京都西多摩郡）和丹波山村（山梨县北都留郡）。研究人员调查了13个针叶林斑块，基于日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）10米分辨率土地利用/覆盖图产品（v. 23.12）确定斑块范围，利用QGIS生成随机调查点，点间最小距离100米，共产生79个随机点，最终完成71个样地的调查。野外调查于2024年5月29日至2025年2月7日进行，每个样地建立20米×20米样方，记录所有针叶树（共1785株，包括582株日本柳杉、971株扁柏、185株日本落叶松和47株日本冷杉）的剥皮有无及发生时间（区分2024年及2024年以前）。两名观察者独立判断剥皮时间，仅双方一致判定为2024年发生的事件才纳入分析。共确认480株树有剥皮痕迹，其中40株（30株日本柳杉、10株扁柏）估计发生于2024年，分布于22个样地。此外，研究还收集了DBH、树种、地面坡度及防护材料（如树脂网和绳索）的有无等数据。为确认研究期间亚洲黑熊的存在，在调查斑块附近布设了9台红外传感器相机。统计分析采用R 4.3.2和"glmmTMB"包构建两个广义线性混合模型（GLMM）：地点选择模型（N=71个样方）和树木选择模型（N=507株树，来自22个发生2024年剥皮的样方）。
四、研究结果
（一）地点选择模型结果
评估地点选择性的GLMM显示，样地优势树种与剥皮发生概率之间存在统计学显著关联。以日本柳杉为优势种的样方较其他针叶树种优势样方具有更高的剥皮概率（比值比（OR）= 44.33，95%置信区间（CI）5.01–392）。需注意，该较大的比值比暗示在小样本量下可能存在准完全分离，因此应避免对该效应量进行定量解释。该调整估计与原始比例一致：26个柳杉优势样方中有19个（73.1%）记录到2024年剥皮，而45个其他样方中仅3个（6.7%）。平均DBH（OR = 0.90，95% CI 0.30–2.66）和平均坡度（OR = 1.10，95% CI 0.47–2.58）均未检测到显著关联。随机效应方差接近于零（1.3×10-9），表明在考虑固定效应后，斑块间剩余变异极小。
（二）树木选择模型结果
评估地点内树木选择性的GLMM显示，样方内DBH偏差与剥皮概率之间存在显著正相关（OR = 2.73，95% CI 1.85–4.03），表明在近期发生剥皮的地点内，熊优先剥取相对邻近树木DBH更大的树。树种（OR = 1.52，95% CI 0.57–4.01）和坡度偏差（OR = 1.15，95% CI 0.81–1.62）均未检测到显著关联。防护材料的存在与剥皮概率呈显著正相关（OR = 2.92，95% CI 1.21–7.08），这一反直觉结果被解释为选择偏倚——防护材料往往被预先应用于被认为高度易受害的树木（即DBH较大的树）。2024年以前的剥皮与新的剥皮事件呈正相关但未达统计显著（OR = 2.02，95% CI 0.93–4.41）。随机效应方差为0.017。
五、讨论与结论
（一）地点与树木选择
日本柳杉在维管组织和汁液中含较高浓度的果糖、葡萄糖和蔗糖，特别是靠近形成层处，高于扁柏或日本落叶松。因此，一个合理的解释是熊利用柳杉优势地点以获取高质量营养资源（即基于质量的地点选择）。但研究人员未测量糖浓度，与柳杉优势度相关的其他属性（如林分结构、营林历史和树皮特征）也可能促成该关联。在树木层面，相对DBH的正相关支持了先前研究——熊在林地内优先选择直径较大的树，与熊在地点内最大化维管组织摄入的假说一致。树种效应信息有限，因为22个分析样方中仅6个为柳杉与其他针叶树的混交林，缺乏显著的树种效应并不证明各树种同样易受害。
（二）未来展望
以往研究常假设环境因素在观察时点之前保持不变，忽视了危害发生与观察之间的时间差异。本研究聚焦近期危害可减少时间差异造成的偏倚，但本身并不意味着因果关系的估计；未测量的混杂因素可能仍然存在。由于研究数据仅来自单一年份（2024–2025年），其结果的可推广性可能受限。研究区域在2023年秋季经历了低于平均水平的坚果产量，这可能促成了调查期间剥皮频率的增加。树木层面相对树木大小与剥皮的关联可能特定于坚果歉收或平均年份，未来应检验与坚果丰收年份的比较。此外，研究还存在若干局限：相机陷阱仅在研究区域尺度确认熊的存在而非每个样方；柳杉优势度的大比值比需谨慎解释（但经Firth偏倚校正逻辑回归重新拟合后关联仍为正且显著）；样方间最小距离100米不能保证统计独立性，且未评估残差空间自相关。
（三）管理启示
本研究强调在评估剥皮行为时明确空间尺度、区分广尺度选择（如地点层面）和局部尺度选择（如个体树木层面）的重要性。基于研究结果，提出两步优先化框架：首先识别日本柳杉优势地点，随后在该地点内优先对相对直径较大的树木采取防护措施，而非仅根据树种选择树木。由于该框架基于单一地区和单一年份的数据，其有效性需跨年份和跨地区验证。防护材料与剥皮概率的正相关不意味着防护材料吸引熊，而是可能反映选择偏倚——防护措施被预先应用于被认为高度易受害的树木。此前被剥皮树木的较高易受害性可能反映熊的学习行为，若该假说成立，有效的缓解措施需要持续维护防护材料并跨多年持续监测其效果，而非仅限于单一年度的干预。
研究结论：本研究通过聚焦调查年份前立即发生的剥皮事件，最大限度地降低了因生长抑制、树木死亡或剥皮后采伐导致的估计偏倚风险，从而更准确地评估了受害树木特征。多尺度分析表明，地点层面（林分斑块内的选择）与个体树木层面（地点内的选择）与剥皮相关的因素存在差异：在地点层面，日本柳杉优势度是唯一与剥皮发生显著相关的因素；在树木层面，相对树木大小与剥皮概率呈明确正相关，而树种未检测到显著关联。研究提出两步优先化框架：首先识别柳杉优势地点，然后在该地点内优先保护相对较大的树木。这些发现强调了多尺度分析和考虑时变环境因素的野外方法对制定森林保护策略的重要性。
