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东北虎豹生物多样性红外相机监测平台概述

生物多样性 2020年第9期28卷 1059-1066页

作者：王天明冯利民杨海涛鲍蕾王红芳葛剑平生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京100875 东北虎豹国家公园保护生态学国家林草局重点实验室北京100875 北京师范大学生命科学学院北京100875

东北虎豹生物多样性红外相机监测平台始建于2006年,位于中国东北温带针阔混交林区,覆盖老爷岭、张广才岭和完达山,面积达1.5万多平方公里。平台的监测目标是从生态系统水平上对东北虎(Panthera tigris altaica)、东北豹(*** orientalis... 详细信息

东北虎豹生物多样性红外相机监测平台始建于2006年,位于中国东北温带针阔混交林区,覆盖老爷岭、张广才岭和完达山,面积达1.5万多平方公里。平台的监测目标是从生态系统水平上对东北虎(Panthera tigris altaica)、东北豹(*** orientalis)、有蹄类猎物及同域分布的其他哺乳动物、森林栖息生境、环境要素和人类活动等进行全面系统的调查和观测。截至2019年6月,平台产生视频记录超过78.5万条,有效相机工作日173.6万多天,记录了28种野生兽类和32种野生鸟类。另外,利用红外相机平台已经在野生动物多样性本底调查、虎豹种群分布、数量与扩散限制、同域食肉动物种间关系、动物生境利用等方面取得一些成果,同时为东北虎豹国家公园生物多样性监测、评估和管理提供了科技支撑。

关键词：东北虎东北豹物种名录红外相机生物多样性监测

东北虎豹国家公园梅花鹿的空间遗传格局及其影响因素

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生态学报 2023年第17期43卷 7181-7192页

作者：段兴汉吴峰张素青鲍蕾王红芳生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京100875 东北虎豹国家公园保护生态学国家林草局重点实验室北京100875 北京师范大学生命科学学院北京100875

东北梅花鹿是东北虎豹国家公园主要的大型食草动物之一,是东北虎豹的主要猎物,对针阔混交林群落的维持有关键的作用,探究其遗传多样性及空间遗传格局对东北梅花鹿的保护以及国家公园生态系统的健康至关重要。在国家公园珲春保护区内,通... 详细信息

东北梅花鹿是东北虎豹国家公园主要的大型食草动物之一,是东北虎豹的主要猎物,对针阔混交林群落的维持有关键的作用,探究其遗传多样性及空间遗传格局对东北梅花鹿的保护以及国家公园生态系统的健康至关重要。在国家公园珲春保护区内,通过非损伤方法获得遗传样本,利用微卫星标记,研究该梅花鹿种群的空间遗传格局及其影响因素。结果表明:本研究区梅花鹿种群平均期望杂合度为0.721,遗传多样性较为丰富。有限的扩散能力常常导致种群在遗传距离上具有显著的空间自相关模式,本研究区梅花鹿种群在0-1km距离等级内在遗传距离上具有显著的空间自相关现象,据此可推测,该地区梅花鹿扩散距离为1km左右。STRUCTURE分析表明,珲春地区梅花鹿种群不存在明显的遗传分化。各种空间变量可以显著影响物种的遗传分化。本研究选取海拔、坡度、坡向、地表起伏率、人类干扰5个变量,研究其对梅花鹿种群遗传结构的影响,这5个变量多被认为与大中型哺乳动物扩散阻碍相关。依据5个变量建立了336个阻力模型,并进行偏曼特尔检验。其中,依据海拔、坡向、地表起伏率、人类干扰假设建立的246个阻力模型与遗传距离之间的关系并不显著,综合所有变量的15个生境适宜性模型阻力模型与遗传距离的关系也都不显著。在依据坡度假设建构的75个阻力模型中,只有1个模型与遗传距离有显著的正相关关系,该模型同时也是在控制空间自相关影响后,在所有模型中与遗传距离相关性最高的模型。根据该模型推测,最适宜梅花鹿扩散的坡度为10°,梅花鹿可能倾向于利用缓坡进行扩散。结果对东北虎豹国家公园梅花鹿种群的保护具有重要意义。

关键词：空间遗传格局梅花鹿遗传多样性非损伤方法微卫星

东北地区张广才岭2015–2020年野生动物红外相机监测数据集

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生物多样性 2024年

作者：王大伟程帅冯佳伟王天明东北虎豹生物多样性国家野外科学观测研究站东北虎豹国家公园保护生态学国家林草局重点实验室北京师范大学生命科学学院

长期监测不同生物类群、不同区域和不同时空尺度的生物多样性,对于摸清我国生物多样性的资源家底、时空动态、威胁因子和保护现状具有重要意义。张广才岭位于黑龙江省中南部和吉林省东部部分地区,是中国东北虎(Panthera tigris altaica... 详细信息

长期监测不同生物类群、不同区域和不同时空尺度的生物多样性,对于摸清我国生物多样性的资源家底、时空动态、威胁因子和保护现状具有重要意义。张广才岭位于黑龙江省中南部和吉林省东部部分地区,是中国东北虎(Panthera tigris altaica)潜在栖息地之一。本文整理了张广才岭南部2015年8月至2020年11月的红外相机监测记录,并进行了详细的物种鉴定,提供了包含72个有效红外相机位点的完整监测数据集。红外相机累计88,093个相机工作日,共获得野生兽类9,206次,野生鸟类655次独立视频。经鉴定,兽类有5目11科18种,鸟类有9目16科31种。本数据集展示了相机位点坐标、相机工作日、兽类和鸟类物种独立事件数,和不同监测年度下每个相机位点拍摄的不同物种独立事件数,以及整体鸟兽物种名录(包括濒危等级和相对多度指数等)。该数据集是张广才岭地区开展红外相机监测工作以来首次全面的成果汇总,可为保护区制定针对性保护与管理决策提供重要科学依据。

关键词：红外相机陷阱技术物种编目野生动物监测张广才岭东北虎豹生物多样性红外相机监测平台

基于深度学习的红外相机动物影像人工智能识别:以东北虎豹国家公园为例

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兽类学报 2019年第4期39卷 458-465页

作者：宫一男谭孟雨王震赵国静蒋沛林蒋仕铭张鼎基葛剑平冯利民东北虎豹生物多样性国家野外科学观测研究站东北虎豹国家公园保护生态学国家林业和草原局重点实验室国家林业和草原局东北虎豹监测与研究中心东北虎豹国家公园研究院生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京师范大学生态研究所北京100875 天津通信广播集团有限公司天津300140

为解决大量红外相机监测影像数据量庞大、亟待快速和自动识别的问题,本研究以东北虎豹国家公园为例,应用卷积神经网络,通过深度学习算法对红外相机影像实现物种自动识别。本研究选择8个物种的红外相机视频影像,以50帧率均匀采集成图片格... 详细信息

为解决大量红外相机监测影像数据量庞大、亟待快速和自动识别的问题,本研究以东北虎豹国家公园为例,应用卷积神经网络,通过深度学习算法对红外相机影像实现物种自动识别。本研究选择8个物种的红外相机视频影像,以50帧率均匀采集成图片格式,每个物种筛选不同角度、不同环境条件的图片,建立图片数据集,包括训练集2 074张,测试集519张。对图片进行目标打框、类别标注,选用darknet框架下的YOLO v3模型进行训练。首先不区分昼(RGB)夜(灰度)图像进行训练,再区分昼夜进行训练,最后分别对昼夜图像利用微调(fine-tune)进行训练。研究初步结果显示,基于YOLO v3模型对自然条件下拍摄的红外相机图像进行物种自动识别能够一定程度减轻人力负担,但其效果还需通过完善数据集进行提升。fine-tune在小数据集时或可作为辅助。模型对8个物种识别的平均精确率达到84.9%~96.0%,且模型收敛。

关键词：深度学习卷积神经网络微调自动识别野生动物

东北虎豹国家公园东部的野猪生境利用和活动节律初步研究

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兽类学报 2019年第4期39卷 431-441页

作者：赵国静宫一男杨海涛谢冰王天明葛剑平冯利民东北虎豹生物多样性国家野外科学观测研究站教育部生物多样性与生态工程重点实验室东北虎豹国家公园保护生态学国家林业和草业局重点实验室国家林业和草业局东北虎豹监测与研究中心北京师范大学生态研究所

野猪是世界上分布最广的大型哺乳动物之一,也是东北虎豹国家公园内主要的有蹄类动物,东北虎主要的猎物之一。本文采集了中国虎豹观测网络架设在东北虎豹国家公园东部区域的红外相机完整一年的拍摄数据(2015年5月至2016年4月),通过占域... 详细信息

野猪是世界上分布最广的大型哺乳动物之一,也是东北虎豹国家公园内主要的有蹄类动物,东北虎主要的猎物之一。本文采集了中国虎豹观测网络架设在东北虎豹国家公园东部区域的红外相机完整一年的拍摄数据(2015年5月至2016年4月),通过占域模型和核密度分析获得不同季节的野猪生境利用情况和日活动节律,探究人为因素、环境因素和生物因素对野猪生境利用的影响。结果显示,野猪偏好于针叶林和针阔混交林,在靠近居民点的区域活动增加。不同物种间的相互作用对野猪的生境利用产生不同影响,受捕食者压力野猪倾向于躲避东北虎,但东北豹对野猪占域显示为正向影响。梅花鹿和狍对野猪的影响在不同季节呈现相反,梅花鹿对野猪的占域在冬季呈负向影响,而狍对野猪的占域则在夏季呈负向影响。本研究区域内的野猪夏季有2个活动高峰,冬季有1个活动高峰,在不同季节都倾向于白天和晨昏活动,在日落前达到活动最高峰。本研究揭示东北虎豹国家公园东部区域的野猪生境利用和活动节律是受到植被生境、大型食肉动物以及人类因素等多种因素相互作用长期相适应的结果。

关键词：红外相机技术野猪占域模型生境利用日活动节律

森林放牧对东北虎豹国家公园土壤理化性质和微生物群落组成的影响

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北京师范大学学报（自然科学版） 2023年第4期59卷 661-673页

作者：胡永春王丽博朱逸晓冯佳伟王天明东北虎豹国家公园保护生态学国家林草局重点实验室生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京师范大学生命科学学院北京100875

选取典型的放牧区和非放牧区,采用分层抽样设立了100个样方(放牧区47个、非放牧区53个),采用高通量测序数据并结合大数据分析的方法探讨了森林放牧对土壤理化性质和土壤微生物群落组成的影响.研究结果显示:放牧显著增加了土壤密度(P=0.0... 详细信息

选取典型的放牧区和非放牧区,采用分层抽样设立了100个样方(放牧区47个、非放牧区53个),采用高通量测序数据并结合大数据分析的方法探讨了森林放牧对土壤理化性质和土壤微生物群落组成的影响.研究结果显示:放牧显著增加了土壤密度(P=0.005)和电导率(P=0.045),降低了土壤含水量(P=0.022),表明家畜的活动可能已经破坏土壤结构和降低土壤保水能力;放牧区的土壤可交换K+(P=0.015)与Ca2+(P=0.006)、全钙质量分数(P=0.004)显著高于非放牧区,表明放牧干扰加速了国家公园土壤养分积累.通过高通量测序技术,依据97%相似性原则,将细菌序列划分为9488个可操作分类单位(operational taxonomic units,OTUs),真菌序列划分为5676个OTUs.放牧区与非放牧区的土壤细菌和真菌群落组成差异显著,坡度、土壤电导率和植物丰富度是影响土壤细菌群落组成的主要因素,而真菌群落组成受到放牧强度、海拔、坡度、植物丰富度、土壤电导率、全氮和速效磷的显著影响.进一步分析表明:变形菌门的相对丰度与放牧强度、海拔、电导率显著正相关,而与植物丰富度显著负相关;放线菌门的相对丰度与电导率显著正相关;绿弯菌门的相对丰度与电导率、植物丰富度显著正相关;担子菌门的相对丰度与海拔、坡度显著正相关,而与电导率、速效磷质量分数、植物丰富度显著负相关;子囊菌门和孢霉菌门的相对丰度与电导率、速效磷质量分数、植物丰富度显著正相关,而与海拔、坡度显著负相关;罗兹菌门的相对丰度与全氮、速效磷质量分数、植物丰富度显著正相关,而与海拔、坡度显著负相关.本研究表明,长期林下放牧对东北虎豹国家公园土壤理化性质和土壤微生物群落结构产生了不同影响,考虑到土壤与其微生物之间的强相互作用,可以预计土壤微生物群落结构的变化将极大地改变土壤功能,这对指导野生动物栖息地的恢复具有重要意义.

关键词：放牧土壤理化性质土壤养分池土壤微生物群落国家公园

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东北虎豹国家公园植物DNA微条形码数据库

北京师范大学学报（自然科学版） 2023年第4期59卷 623-628页

作者：吴峰温佩颖唐志珍李青鉴朱頔王天明葛剑平王红芳生物多样性与生态工程教育部重点实验室东北虎豹国家公园保护生态学国家林草局重点实验室北京师范大学生命科学学院北京100875

DNA宏条形码技术已成为环境DNA分析的常用手段,选择合适的引物并建立本地微条形码数据库,对于环境DNA结果的进一步探究十分重要.本文通过数字模拟PCR技术,对食草动物环境DNA研究中常用的3个微条形码进行比较,发现psbCL具有最高或略低于... 详细信息

DNA宏条形码技术已成为环境DNA分析的常用手段,选择合适的引物并建立本地微条形码数据库,对于环境DNA结果的进一步探究十分重要.本文通过数字模拟PCR技术,对食草动物环境DNA研究中常用的3个微条形码进行比较,发现psbCL具有最高或略低于最高的覆盖度和分辨率,在环境DNA分析中推荐优先使用.利用psbCL建立了东北虎豹国家公园本地微条形码库,同时利用psbCL扩增梅花鹿粪便中的进食物种,以比较本地微条形码库和公共数据库在物种鉴别能力方面的差异.结果表明,本地数据库在属和种水平均提高了鉴别能力.因此,本研究推荐环境DNA分析中建立本地微条形码库,以提高研究的精度,本研究所建立的东北虎豹国家公园植物DNA微条形码数据库也将为未来高精度的环境DNA分析提供基础.

关键词：植物DNA微条形码环境DNA DNA宏条形码条形码数据库 psbCL

鸟类迁徙对图们江下游湿地声景时间格局的影响

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生物多样性 2023年第1期31卷 83-96页

作者：王士政孙翊斐李珍珍舒越冯佳伟王天明东北虎豹国家公园保护生态学国家林业和草原局重点实验室北京100875 生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京100875 北京师范大学生命科学学院北京100875

声景生态学是一个相对较新和快速发展的研究领域,被动声学监测技术和声学指数已经成为研究湿地鸟类和声景多样性的重要方法。本研究评价了鸟类迁徙对中国东北图们江流域下游湿地声景日、月和季节变化的影响。我们从2020年11月至2021年1... 详细信息

声景生态学是一个相对较新和快速发展的研究领域,被动声学监测技术和声学指数已经成为研究湿地鸟类和声景多样性的重要方法。本研究评价了鸟类迁徙对中国东北图们江流域下游湿地声景日、月和季节变化的影响。我们从2020年11月至2021年12月在图们江下游敬信湿地设置10个采样点,获得91,988条时长5min的有效音频,计算了声音复杂度指数(acoustic complexity index,ACI)、生物声学指数(bioacoustic index,BIO)、声音均匀度指数(acoustic evenness index,AEI)和标准化声景差异指数(normalized difference soundscape index,NDSI)以及1–11 k Hz频段的功率谱密度(power spectral density,PSD)。结果表明,声学指数对鸟类迁徙活动敏感,其中2个迁徙期声景(2–4月和10–11月)都以1–2k Hz雁类白天的叫声为主,NDSI显著降低,1–2k Hz的PSD显著升高,但雁类向北迁徙时几个声学指数变化更为敏感,有效地捕获了迁徙峰值,表明不同季节鸟类迁徙模式存在差异。非迁徙期声景由夏候鸟、蛙类和昆虫发声为主,4种声学指数和PSD随月份呈现不同的动态特征,反映了声景的多样性和复杂性,其中5–7月声景以2–11 k Hz的夏候鸟鸣唱(呈现显著高的黎明和鸣行为)和2–3 k Hz的蛙类鸣叫为主,8–9月声景以2–3 k Hz、4–5 k Hz和6–10 k Hz频段的夜间昆虫鸣叫为主,12月至次年1月仅记录到少量的鸟类发声活动。综上所述,图们江下游湿地声景呈现明显的日和月变化规律,多种声学指数联合使用可以有效地监测迁徙鸟类物候的变化,特别是追踪春季雁类向北迁徙的时间和规模。随着全球气候变暖,我们的结果强调声景监测与声学指数的应用可成为监测迁徙鸟类群落对气候变化响应的有效方法。

关键词：生态声学声景监测声学指数功率谱密度图们江下游湿地候鸟迁徙

基于色木枫转录组数据的核低拷贝基因引物开发

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北京师范大学学报（自然科学版） 2022年第6期58卷 844-852,I0014,I0015页

作者：邓雅文陈荣樟鲍蕾管宇王红芳生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京100875 东北虎豹国家公园保护生态学国家林草局重点实验室北京100875 北京师范大学生命科学学院北京100875

基于色木枫的转录组数据初步设计166对引物,并根据琼脂糖凝胶电泳与Sanger测序结果筛选出其中的26对核低拷贝基因引物.在东亚63个种群的182个个体中大批量扩增所开发引物,单倍型多样性范围为0.45~0.97,核苷酸多样性为(1.90~18.03)×10^(... 详细信息

基于色木枫的转录组数据初步设计166对引物,并根据琼脂糖凝胶电泳与Sanger测序结果筛选出其中的26对核低拷贝基因引物.在东亚63个种群的182个个体中大批量扩增所开发引物,单倍型多样性范围为0.45~0.97,核苷酸多样性为(1.90~18.03)×10^(-3);9~15对引物可在金钱槭、茶条槭、青榨槭和鸡爪槭中扩增;STRUCTURE聚类结果与之前核微卫星研究结果类似,且展示了更多的谱系地理结构,结果表明引物多态性高、拓展性强、具有可靠性.本研究的转录组数据为槭属的研究提供重要遗传信息,所用方法被证明可以有效开发大量核低拷贝基因引物,已开发出的26对引物将为色木枫的进化历史和槭属系统发育研究提供丰富有效的分子标记.

关键词：引物开发转录组测序核低拷贝基因槭属