利用热成像无人机评估塔诺埃-埃希森林受威胁灵长类的出现与空间分布

《Global Ecology and Conservation》：Occurrence and spatial distribution of threatened primates in the Tanoé-Ehy Forest assessed with thermal drones

　　

摘要 监测西非热带森林中的灵长类动物受到地形崎岖、林冠郁闭以及持续的人为压力的严重限制。本研究使用搭载热成像（thermal）与可见光（RGB）传感器的遥控飞行器（Remotely Piloted Aircraft，RPA），在科特迪瓦与加纳交界处的塔诺埃-埃希森林（Tanoé-Ehy Forest）开展了一项具有空间显式性的灵长类保护调查。研究人员记录了物种出现情况、空间分布，并根据标准化的2024年调查得出了探索性种群规模指数。2023年3月和2024年3月开展的野外调查共包含88次飞行，在160 km2范围内累计约63小时的记录时长。热成像传感器能够在郁闭林冠下实现探测，尤其是在黎明和黄昏时段。两次调查共记录了309个灵长类记录点和2,332次灵长类探测。其中，108次探测（4.6%）无法鉴定到物种水平，已从物种特异性分析中剔除。共记录到6种灵长类，其中5种面临灭绝威胁：罗洛威长尾猴（Cercopithecus roloway）和白臀疣猴（Colobus vellerosus）（极危，Critically Endangered，CR）、月斑白眉猴（Cercocebus lunulatus）（濒危，Endangered，EN）、洛氏长尾猴（Cercopithecus lowei）和绿疣猴（Procolobus verus）（易危，Vulnerable，VU），而白须长尾猴（Cercopithecus petaurista）为近危（Near Threatened，NT）。2024年的探索性刀切法（jackknife）种群规模指数显示，C. petaurista和C. lowei的个体数均超过1,000只，C. vellerosus约为344只，P. verus为184只，而C. roloway和C. lunulatus均不足100只。这些结果支持搭载热成像传感器的RPA作为在难以进入的沼泽森林中监测树栖野生动物的补充工具具备操作可行性，并凸显了在这一高优先级区域持续监测和采取紧急保护行动的重要性。

论文解读：基于热成像无人机对塔诺埃-埃希森林受威胁灵长类动物的监测研究

一、研究背景与科学问题

科特迪瓦与加纳地处西非热带雨林带，该区域生物多样性极为丰富，拥有约2,250种特有植物和270种脊椎动物，其中包括22个灵长类分类单元。然而，自1950年以来，科特迪瓦已丧失约90%的天然森林，年毁林率达2.0%至3.0%，远高于撒哈拉以南非洲约0.8%的区域平均水平。此外，保护区面临非法狩猎和农业扩张的持续压力。塔诺埃-埃希森林位于科特迪瓦东南部，面积约12,000公顷，地处塔诺埃河与埃希泻湖之间，属于亚赤道气候下的常绿林，地形以沼泽为主。该森林未被正式纳入保护体系，由当地社区依传统惯例进行资源管理。该区域被认定为西非灵长类保护的重点区域，是极危物种白臀疣猴（Colobus vellerosus）和罗洛威长尾猴（Cercopithecus roloway）以及濒危物种月斑白眉猴（Cercocebus lunulatus）的重要栖息地。

以往对该区域灵长类的监测主要依赖沿既有小径和道路的长途步行调查，单次调查常持续20天以上，因为沼泽环境使线性样线难以实施。自2019年起，研究人员也在森林中布设了红外相机。然而，传统方法在郁闭林冠和难以到达的地形条件下效率受限。无人机（Remotely Piloted Aircraft，RPA）具有覆盖大面积、到达难以进入区域的能力，并可搭载热成像传感器，基于动物体温与周围环境的温差实现林冠下个体的实时探测。本研究旨在利用搭载热成像与可见光（RGB）传感器的无人机，在塔诺埃-埃希森林开展空间显式保护调查，具体目标包括：记录灵长类物种的出现与空间分布；评估无人机热成像监测在洪泛热带森林中的操作可行性；基于标准化的2024年调查推导探索性种群规模指数，为未来监测和保护规划提供支持。

二、主要技术方法

研究采用三款搭载热成像和可见光传感器的无人机：DJI Mavic 3 Thermal（M3T）、DJI Mavic 2 Enterprise Advanced（M2EA）和DJI Matrice 30T（M30T）。三款机型均配备640×512像素热成像相机和48 MP可见光相机。调查采用沿预定航线的主动搜索方法，飞行安排在清晨和傍晚等低日照、温度较低的时段，以增强动物热信号与周围环境的对比度。热成像作为主要探测工具，发现目标后无人机受控接近，利用可见光影像进行物种形态学鉴定。视频逐帧人工分析，记录点基于无人机生成的SRT（SubRip Subtitle）文件进行地理配准。空间分析使用ArcGIS Pro 3.4软件，采用核密度估计（Kernel Density Estimation，KDE）生成密度图。采样单元采用1 km2六边形网格，依据监测物种的家域范围和行为生态学特征设定，以降低重复计数概率。2024年调查于3月8日至22日连续13天进行，共获得228个六边形样本。种群规模估计采用封闭种群刀切法（jackknife）框架，使用EstimateS软件计算，以Pollock（1982）封闭种群模型和Burnham & Overton（1979）刀切估计量为基础。

三、研究结果

3.1 总体调查结果

2023年3月和2024年3月两次野外调查共执行88次无人机飞行，累计约63小时视频记录。2023年37次飞行产生13小时28分钟素材，2024年51次飞行产生49小时16分钟素材。调查覆盖160 km2，包括2023年科特迪瓦33 km2、2024年科特迪瓦87 km2和加纳40 km2。视频人工审查共识别出309个灵长类记录点，其中2023年103个，2024年206个。调查平均每次飞行产生3.5个记录点，每小时视频约37.0次灵长类探测。在2,332次探测中，108次（4.6%）无法鉴定到物种水平，已从物种特异性分析中剔除。此外，在10次探测事件中机会性地识别出14只幼年个体，涉及C. petaurista、P. verus、C. vellerosus和C. lowei等物种，这些记录被视为繁殖和补充的定性证据。共记录6种灵长类：Cercopithecus petaurista（近危，NT）、Cercopithecus lowei（易危，VU）、Cercopithecus roloway（极危，CR）、Cercocebus lunulatus（濒危，EN）、Colobus vellerosus（极危，CR）和Procolobus verus（易危，VU）。探测频率最高的物种为C. petaurista（140个记录点，952次探测）和C. lowei（91个记录点，831次探测），两者合计占所有灵长类探测的76%以上。

3.2 探索性种群规模指数

基于2024年标准化调查，采用刀切法估计各物种的探索性种群规模指数。C. petaurista的平均指数为1,098只（95%置信区间：803–1,393），C. lowei为1,025只（95%置信区间：759–1,291）。C. vellerosus的平均指数为344只（95%置信区间：221–468），P. verus为184只（95%置信区间：122–247）。C. roloway和C. lunulatus的指数较低，分别为71只（95%置信区间：47–95）和84只（95%置信区间：41–128），反映了其更受限的探测模式和较少的空间定义群体数量。

3.3 极危物种（CR）

Cercopithecus roloway在2024年记录于9个位置，共37次探测，记录集中在塔诺埃-埃希森林边界内，呈现碎片化但重复出现的空间分布。共观察到8个群体，群体大小介于2至8只，探索性种群规模指数范围为47至95只。Colobus vellerosus在2024年记录于23个位置，共179次探测，记录强烈集中在森林西北部。共识别出12个空间定义群体，群体大小介于1至27只，探索性种群规模指数范围为221至468只。

3.4 濒危物种（EN）

Cercocebus lunulatus的探测次数在中小型昼行性物种中最少，2024年仅记录3个位置和45只个体，全部位于科特迪瓦境内。尽管遭遇频率低，3个群体规模相对较大，介于11至20只。探索性种群规模指数范围为41至128只。

3.5 易危物种（VU）

Cercopithecus lowei探测频率较高，2024年记录61个位置和533次探测，高探测浓度区域与保存较好的森林斑块重叠。共观察到39个群体，群体大小介于1至92只，探索性种群规模指数范围为759至1,291只。Procolobus verus在2024年记录于19个位置，共96次探测。共检测到16个空间定义群体，群体大小介于1至20只，探索性种群规模指数范围为122至247只。记录在研究区域分布相对异质，较大群体出现在森林北部。

3.6 近危物种（NT）

Cercopithecus petaurista是监测活动中探测频率最高的物种。2024年记录于91个位置，对应571次探测，分布遍及整个研究区域，涵盖塔诺埃-埃希森林及加纳境内的邻近森林斑块。共观察到40个空间定义群体，群体大小介于1至92只，探索性种群规模指数范围为803至1,393只。

四、讨论与结论

讨论部分总结

本研究证实了搭载热成像传感器的RPA在洪泛和难以进入的热带森林中记录灵长类出现与空间分布的操作可行性。研究检测到6种灵长类，其中5种为受威胁物种，进一步强化了塔诺埃-埃希森林的保护重要性。刀切法估计值应被解释为探索性种群规模指数而非确定性种群估计，因为群体身份通过空间推断获得，探测概率未直接建模。RPA应被视为传统调查的补充手段而非替代。传统步行样线方法在沼泽和郁闭林冠环境中面临后勤挑战，而热成像无人机通过扩大空间覆盖范围和探测隐蔽树栖动物，代表了热带森林种群监测的重要方法学进展。

方法论存在若干局限：密集林冠可能阻碍动物探测；108只个体仅被鉴定为“灵长类”，占全部探测的4.6%；研究未正式估计漏检率、物种特异性探测概率或林冠遮挡的定量影响；群体身份通过1 km2六边形网格近似推断，无法完全排除相邻六边形间的移动和同一六边形内多个群体的存在。

塔诺埃-埃希森林对西非灵长类保护具有全球重要性。C. petaurista和C. lowei是最常探测的物种，合计占全部记录的76%以上，这与两物种对栖息地改造具有较高耐受性的特征一致。幼年个体的机会性识别提供了至少部分群体处于繁殖活跃状态的补充证据。C. vellerosus（CR）的探索性指数表明该森林可能支持相对于该物种受限全球分布而言数量可观的个体。C. roloway（CR）的全球种群低于2,000只，塔诺埃-埃希森林是其已知的最后庇护所之一。对C. lunulatus的观测显示平均群体大小为15只，高于此前调查报道的5.13只平均值，但两种调查方法未采用配对设计，无法直接评估传统调查是否低估该物种。科特迪瓦与加纳调查区域的对比显示，加纳一侧森林破碎化程度更高，仅探测到C. petaurista和C. lowei两种适应性较强的物种，但栖息地结构未纳入统计模型，这些模式应视为观测性关联而非因果证据。研究确认了5种受威胁物种和1种近危物种的存在，包括极危物种的重复探测和空间独立群体，这强化了授予塔诺埃-埃希森林正式保护地位的紧迫性。该区域目前处于社区管理之下，面临农业扩张和非法狩猎压力，亟需立即的保护行动。

结论部分翻译

本研究证明了使用搭载热成像和RGB传感器的RPA在洪泛和难以进入的热带森林中开展空间广泛灵长类保护调查的操作可行性。所采用的方法能够记录6种灵长类物种，包括5种受威胁分类单元，并提供了它们在塔诺埃-埃希森林及邻近区域出现情况的空间信息。极危物种（包括Colobus vellerosus和Cercopithecus roloway）的重复探测强化了塔诺埃-埃希森林的保护重要性。刀切法结果提供了探索性种群规模指数，可为未来调查设计和保护规划提供支持；然而，由于群体身份通过空间推断获得且探测概率未直接建模，这些结果不应被解释为确定性种群估计。科特迪瓦与加纳之间观察到的探测模式差异与加纳一侧目视观察到的更高破碎化程度一致，但需要定量栖息地分析来检验这一关系。总体而言，基于无人机的热成像监测代表了在后勤挑战环境中记录受威胁树栖野生动物的有用补充方法。重复的标准化调查、与地面方法的整合以及探测概率的形式化建模，将是加强未来种群和栖息地层面推断的必要条件。