野生动物监测现状与技术方法的应用研究

李晓艳

宁夏固原市六盘山林业局，宁夏固原 756000

野生动物是大自然生态圈不可或缺的部分。发挥野生动物监测作用，保护好野生动物资源，有利于保持生态平衡，改善自然环境，保持生物多样性，从而促进人类社会健康有序发展。但是近年来，由于人类不加限制地对野生动物进行猎杀，使得大量物种灭绝，野生动物资源种类减少，生态环境退化，人类生存环境日趋恶劣。

以大型动物物种为代表的全球动物群损失危机已经超过了人类追踪、监测和了解生物多样性及其生态系统变化的能力。以往的动物监测方法主要依赖人工监测，常常要耗费大量人力资源，同时因为一些环境条件，监测人员难以稳定监测动物密度，影响野生动物监测结果的有效性以及可信度。在现代先进技术手段的帮助下，现阶段的野生动物监测技术以及方法已经逐渐突破了时间、环境等因素的桎梏，逐渐朝着自动化、智能化和非入侵性的趋势发展。

1 野生动物监测现状

以往，野生动物监测通常需要人工进行野外实地调查，不仅会耗费大量物力、人力以及财力，而且所需周期也相当久，资料收集能力也较弱，无法满足生物多样性保护的需求。近年来，随着信息技术、传感技术、人工智能等科技的持续发展和应用，野生动物监测效率得到了大幅提升。

现阶段，野生动物监测的关键技术包括3个方面：基于无线通信的实时传输网络、小型低功耗监测设备的商业应用以及基于人工智能的自动识别算法和模型。例如，声纹设备、红外相机被用于收集野生动物声学、图像等信息资料，成为了野生动物监测资料的关键来源。这些资料分辨率高、监测来源多且覆盖区域广阔，相关部门可以通过这些资料预测野生物种、生态系统变化趋势，以便更好地对野生动物进行精细化管理，保护生物多样性。

2 野生动物监测技术方法的应用

2.1 GPS追踪技术方法的应用

无线电跟踪技术主要借助无线电信号的传输来定位目标野生动物佩戴的发射器，从而掌握野生动物的位置信息，实现对野生动物的追踪。GPS跟踪技术的使用能够获取大规模、连续和高频的动物运动资料。这类监测技术受气候因子干扰小，具有准确度高、重复性好等特点。GPS跟踪技术可以助力动物学家获悉动物的移动走向，从多个层面洞悉动物生态学中的关键问题，包括个体、种群、社区以及生态系统。当前，GPS跟踪技术在监测以及研究哺乳动物和鸟类的行为和运动方面得到普遍应用。例如，2023年4月，在报请国家林草局批准后，科研人员在云南省普洱市景东彝族自治县境内的云南无量山国家级自然保护区，成功为2只国家一级保护动物印支灰叶猴佩戴了GPS项圈跟踪器，以借助于卫星定位技术开展对该野生动物种群的监测。这是我国迄今为止第一次通过对该物种佩戴项圈跟踪器进行科研监测，是对野生动物动态监测的新尝试，也是传统野生动物调查监测技术的延伸。

最初，动物追踪数据通常用于掌握动物栖息地偏好、家域等方面的情况。随着科技的进步，GPS及遥感技术水平得到明显提升，高频动物运动信息以及高分辨率遥感数据的结合，可以掌握环境对动物运动的影响和运动决策机制，从而准确剖析动物家域的特征以及使用模式，还可以探析栖息地异质性对动物种群动态的影响。凭借对若干个体以及物种的运动的追踪，能够更加深入地掌握个体动物生活史、种族间相互作用机制以及动物群落行为。这种高分辨率的运动资料可为掌握野生动物运动背后的生态机制提供参考。

2.2 红外相机技术方法的应用

红外相机是一种配备了红外传感器或者运动传感器的自动拍摄设备。在自然保护区的林区中，野生动物经常活跃在无人值守的森林中。为了避免危险和伤害，多数野生动物都非常谨慎，远离人类，保护区的工作人员要想清楚地了解野生动物的情况并不是一项容易的任务。因此，基于红外触发相机的野生动物监测系统广泛应用于野生动物种群监测、多样性调查以及种群密度评估等保护工作[1]。

红外相机主要是借助动物和环境之间的温差，在穿过相机的感应区域时野生动物自动触发拍摄，以此收集野生动物的照片或视频信息。由于红外相机具备设计紧凑便携、功耗低、图像质量高以及抵御恶劣环境的能力强等优势，野生动物研究人员能够大范围部署大量红外相机，且连续工作数月，从而获得大量物种信息。相较于传统的野生动物人工调查(如使用动物足迹、粪便和其他痕迹)，无人红外相机技术具有显著优势，可适应许多野生动物的高度机动性、保密性和对人类的恐惧，提高监测效率。此外，红外相机的监测具有非侵入性，不需要捕捉活体动物，有利于研究、保护和隐藏稀有物种。

一般而言，红外相机可以对大多数具有独特自然标记的猫科动物进行拍摄。基于标记物-重捕获框架，工作人员可以了解动物种群参数(数量、存活率等信息)[2]。通过红外相机的隐蔽拍摄，可实现全天候监测区域内的野生动物，自动获取野生动物图像数据，工作人员可以更加清楚地掌握珍稀濒危物种(老虎、雪豹等)的种群数量，进一步掌握野生动物的活动及分布规律，并凭借这些资料更好地开展珍稀野生动物保护工作[3]。

经过几十年的发展，利用红外相机采集野生动物图像数据已在世界各地广泛开展，是全球生物多样性大数据的重要来源。目前，红外相机技术已成为研究陆地哺乳动物和鸟类的主要工具之一，可以在更大的时空尺度上加强监测工作，从而产生大量关于动物物种分布和丰度的新信息。这些信息对于了解保护现状和提出问题解决方案至关重要。红外相机获得的图像数据包括物种、位置、行为、日期、时间、天气等基本信息。这些数据分辨率高、覆盖范围广、来源广，不仅提供了丰富、多维的物种分布和丰度动态数据，还记录了各种野生动物的行为等相关特征，使研究人员能够更好地预测和管理可能发生的重大变化，了解动物种类和生态系统现状[4-6]。

随着数字无源红外相机的出现和广泛应用，加上其显著降低成本、体积小而轻、拍摄质量和容量显著提高，红外相机在我国各地也得到了广泛推广。红外相机能够监测若干个物种，研究种间关系的时空机制、群落多样性和动态，为掌握区域内的动物种类、种群、数量和群落组成、物种分布情况提供重要依据，并为加强地方野生动物保护管理以及资源利用提供重要参考。例如，2017年8月25日，六盘山国家级自然保护区管理局安装在六盘山林区的红外相机拍到了我国北方稀有野生动物——毛冠鹿。毛冠鹿属于国家二级野生保护动物，通常在我国亚热带海拔1 000～4 000 m之间的山上分布，在我国福建、浙江、江西、安徽、云南、四川、等地均有发现，在缅甸北部也有零星分布。此前，毛冠鹿出现在我国最北端的区域是南北分水岭——秦岭。此次利用红外相机监测到毛冠鹿，将该类野生动物的活动范围向北延伸了500 km。

2.3 DNA条形码技术方法的应用

作为一种用于物种识别的技术，DNA条形码具备准确、高效、便捷等优势。在过去的十多年里，DNA条形码的应用推动了对以昆虫为代表的无脊椎动物物种、个体数量庞大但缺乏传统分类专家的土壤动物多元化的探究。相较于以往的形态分类学，以DNA条形码技术作为代表的分子分类学能够解决以形态学为代表的传统分类学所面临的大量挑战，且不需要学者们掌握太多分类学知识。分子技术不仅为无脊椎动物的遗传多样性监测带来了遗传多样化评估方式，还凭借自身快速、容易理解的特点，在无脊椎动物的分类以及鉴定中起到有利作用。

相关研究发现，标记扩增引物可以将多个样本的PCR产物混合进行高通量测序，通过生物信息学方法获得每个样本的DNA条形码序列，从而降低常规DNA条形码的成本，因此适用于常规DNA条形码方面的研究。同时，标记扩增引物可以及时、精准、经济地设置DNA条形码数据库。尽管个体标本的识别仍旧很关键，但DNA条形码已逐渐应用于整个群落生物的识别中[9]。随着NGS(高通量测序)平台的发展，DNA宏条形码技术可以帮助监测和评估生物群体的多样性。

2.4 高通量测序技术方法的应用

高通量测序是一种常规的实验技术，以能一次性并行对数万条DNA分子进行序列测定和一般读长较短等为标志，该技术方法在生态学研究中应用较多。高通量测序方法主要包括鸟枪测序(宏基因组学)以及扩增子测序，可以探究全部生物体共有的核酸，且不管在任何生物群落、任何栖息地或者环境的样本中均可以识别生物群和其作用。因此，高通量测序资料能够当作通用、环境独立的生物监测系统，可通过划分和关联序列中的相应节点处理好生态烦琐的网络关联性。

高通量测序的流程中，通常第一步需从采样环境中分离DNA。接着再提取DNA，并选用宏基因组技术借助于基因特异性引物扩增靶系统发育或功能标记基因片段。“通用引物”通常在扩增生物体内主要的系统遗传信息标记基因中比较适用。此方式同样能够用于靶向和标记功能基因，特别是部分进行生物地球化学循环的基因，并进行生态系统功能的评估。同时，该方法还可以扩增或测序生态系统发育或功能标记基因。宏基因组学在这一步中以扩增为目标，并且把提取的DNA随机分裂成可以覆盖所有基因的小片段，有利于杜绝宏基因组学扩增步骤中极易出现的分类偏差。但是，一个群落内的全基因覆盖通常要求提取较多的DNA，而宏基因组学需要的经费目现阶段比宏基因测序高得多。高通量测序资料给予了基于序列之间差异的分类或功能多样性评估标准，并且同等序列的数量还能够用于对相对多度进行预测[10-11]。

近年来，高通量测序技术应用越来越广。它最为显著的优势是使用了单分子读取技术，从而提高了数据读取速度，并大大提升了测序通量和测序读取长度。同时，高通量测序技术有效突破了PCR扩增偏倚的约束。因此，高通量测序技术能够推断无脊椎动物样本中各物种的总DNA含量，并评估各类群的生物量以及相对多度，促使其在无脊椎动物多样性监测和研究中的发展得到有效应用。

3 野生动物监测技术方法应用建议

3.1 加强各种技术方法的交叉集成

尽管新的技术方法显著提高了野生动物监测的效率和质量，但同样也有不同程度的局限性。例如，GPS跟踪技术、红外相机主要对数量少、难以捕捉动物个体的脊椎动物进行监测，而DNA条形码技术更适宜容易获取组织样本的无脊椎动物。在监测中运用的微型设备昂贵，尤其是具有无线传输能力以及GPS跟踪的红外相机，通常需采取移动蜂窝网络以及卫星对数据资料进行接收或传输，需要大量额外经费，且无法获得大样本量，影响推断结果的有效性。又如，在具体使用DNA宏条形码技术时，PCR扩增存在偏差。由于无脊椎动物样本的多样性以及烦琐性，单个分子标记很难覆盖全部已知物种序列数据库。现阶段，各种节肢动物的参考序列数据库尚未健全，大量物种的DNA条形码未知，有些相应物种还会出现差错，不利于对高通量数据进行对比分析。

由此可见，有必要强化各种方法的交叉集成，解决相关问题，大幅提高野生动物监测质量，实现从分子进化、种群变化以及群落组成等方面来反映生态系统维持机制的目标[12]。

3.2 构建综合监测野生动物信息服务共享系统

构建综合性监测服务系统是今后野生动物监测的发展方向。通过建设共享系统能够高质量地优化、集成当前关键监控技术，还可以集成大数据、物联网、云计算、智能技术等现代化信息技术。综合性监测服务系统可以通过全面感知、实时传输以及智能在线处理进行操作，全面观测、实时采集、联网和智能化多源数据，并依托智能平台实现野生动物监测资料的综合管理和智能化管理，从而更高效地开展野生动物监测工作[13-14]。

4 结束语

野生动物监测是生态系统监测、管理和保护的重要任务之一。随着社会的不断发展以及科学技术的不断创新和进步，野生动物监测技术和方法发生了极大变化，逐渐从以往依靠人工观测转向自动化、信息化以及智能化观测。监测野生动物多样性的重要技术手段具有对动物干扰小、人为因素少、物种识别准确、监测不间断等优点。在新时代，通过大力应用红外相机技术、GPS追踪技术、DNA条形码技术、高通量测序技术等现代化监测技术和设备，能够大幅提升对野生动物的监测水平，也有助于进一步了解野生动物的种类、数量和栖息地状况，为加强野生动物保护提供重要的科学依据。