运动模式研究可以揭示动物个体和动物群体在一定尺度内的物种特征。激光雷达技术（Light detection and ranging LiDAR）可以为量化动物的运动模式与其特殊栖息地之间的关系提供精准的三维数据。目前，已有研究在热带和亚热带地区开展了灵长类与其栖息地三维结构关系的研究，由于热带和亚热带温度适宜，食物丰富，相比于温带地区的灵长类对森林的利用模式可能存在一定差异。而温带森林结构对灵长类的空间利用模式的影响，还未得到检验。为了帮助灵长类的保护工作以及增进了解灵长类对森林退化和人为干扰影响的认识，灵长类运动模式与温带森林三维结构之间相互作用的研究是必不可少的。西北大学金丝猴研究团队研究人员通过机载激光雷达绘制的秦岭温带森林三维结构数据，结合秦岭地区川金丝猴野外观察的运动数据，探讨了（1）森林结构和环境对个体运动模式的影响是否存在差异？（2）受森林三维结构影响的食物可获得性和热调节策略是否会影响其运动模式？，研究成果以题为“Three-dimensional assessment of movement patterns of Sichuan snub-nosed monkeys affected by habitat structure in temperate forests.” 发表在Zoological Research上。
西北大学金丝猴研究团队在陕西观音山国家级自然保护区选取了由95个个体组成的猴群为研究对象，将猴群分为成年雄性（>7岁）、成年雌性（>5岁）、亚成雄性（5-7岁）、亚成雌性（3-4岁）四个年龄-性别组进行野外行为调查。由于幼年猴子难以确定性别，因此研究中排除了幼年猴子的数据。在2018年11月16日至2019年1月5日期间共记录到20只猴子个体的3087条运动路径数据，包括5只成年雄性个体的748条、5只成年雌性个体的741条、6只亚成年雄性个体的813条和4只亚成年雌性个体的785条数据。2019年1月7日至1月14日期间，使用Riegl VUX-1UAV激光雷达扫描仪在地面300米以上使用30°扫描角对研究区域进行了机载激光雷达数据的收集，并使用LiDAR360 V5.0进行激光雷达数据处理（图1）。
图1 (a)机载激光雷达设备（b）采集的点云信息
通过SSF定性分析发现川金丝猴的运动轨迹与森林的三维结构相关（图2B）。分析表明：树冠上层特征以及垂直复杂度特征对成年猴运动模式的影响大于对亚成年猴的影响，其中对成年雄性的影响最大（图2Ba-g）。在冬季，猴子更不容易选择针叶林存在的路径，主要表现为猴子的路径选择与植被类型和冠层厚度呈负相关（图1Bf, h）。成年猴和亚成年雌猴会避开冠层有间隙的地方，其路径选择与到间隙的距离呈正相关（图2Bi-j）。对于地形带来的影响，坡度、坡向和海拔的影响在年龄-性别组间存在差异（图2Bl-m）。
此外，研究还量化了包括森林三维结构和环境结构对猴群运动模式的影响，成年雌性倾向于在冠层覆盖度0.44到1之间的区域活动，活动峰值在0.81到0.88之间，活动的冠层高度区间为14.61-20.87m（图2Ce-h），其运动与冠层厚度和冠层底部高度分别在9.76-15.83m和3.57-8.21m之间呈负相关（图2Ce-h）。成年雄性倾向于在冠层覆盖度0.65到0.89之间的区域活动，活动峰值在0.74，活动的冠层高度区间为14.96-21.74m（图2Ca-d），其运动与冠层厚度和冠层底部高度分别在12.00-20.83m和3.57-5.00m之间呈负相关（图2Ca-d）。亚成年雌性和亚成年雄性所活动的范围较成年更大，运动与冠层厚度及最低枝下高的负相关性更弱（图2Ci-p）。此外，川金丝猴个体的运动还会避开冠层的空隙（图2Cq-x）。
图2通过激光雷达获取的森林三维结构数据与川金丝猴运动数据（A），通过定性（B）和定量（C）两种分析模式，阐释三维结构数据对金丝猴运动模式的影响研究
对于地形影响的量化如图3所示，猴子倾向于使用中海拔的栖息地（1,310–1,408m）（图2a-d），对于运动路径的选择也倾向于在特定的坡向（180°-260°）（图2e-h）和坡度（35°-60°）（图2i-l）范围内。
图3环境变量对川金丝猴运动模式的影响
由于温带森林冬季的低温和食物的短缺，食物的可获得性和热调节是影响川金丝猴在寒冷冬季生存和活动的关键因素，森林的三维结构则是影响川金丝猴运动过程中导航能力和运动能力的一个外部因素。不同年龄性别组的川金丝猴对大多数生境结构变量的反应强度和方式都不同（图2B）。通过描述川金丝猴运动的基本机制可以深入了解森林结构的变化对不同年龄和性别的川金丝猴的运动模式的影响，有助于川金丝猴的保护规划。
森林成熟度（以冠层盖度和冠层高度为特征）是决定川金丝猴运动方式的主要因素，成熟的森林可以增加猴子在冠层的横向移动能力，以及供食物获取和躲避捕食的能力，研究发现川金丝猴喜欢冠层盖度0.88（图2C）的区域，但成年雄性更喜欢冠层盖度0.74（图2C）的区域，这可能是成年雄性喜欢更开阔的区域以此来监视其他家庭成员的活动，同时也为其提供了阻止家庭中的成年雌性与其他雄性交配的条件。亚成年的川金丝猴利用森林三维结构的范围较广（图2C），并且较轻的体重可以使其在更细的树枝上运动，这可能为其提供了更多的食物获取机会，同时也更容易躲避捕食者。
为了避免人为干扰的影响，川金丝猴更倾向于在海拔>1500米，人为活动较少的区域活动,但本研究的对象猴群却停留在了较低海拔（1300-1650m），这可能反应了川金丝猴对人类干扰和阔叶林食物可获得性之间的权衡。此外，35°到60°之间的斜坡是人类较难接近的地方，180°到260°之间的坡向比其他区域更暖和，有助于在寒冷的冬季维持川金丝猴的体温，这可能是川金丝猴选择特定坡向和坡度的原因。
遥感科学、地理信息技术和生态信息学的快速发展，为尺度依赖的生物与环境之间相互作用的研究提供了新的发展机遇。以激光雷达为代表的新兴遥感技术的发展，为快速准确还原动物所处环境的三维结构提供了新的技术支持，将生态学的研究由二维平面推进到三维立体研究，由此产生了“三维生态学（three-dimensional ecology，3D ecology）”的概念。尽管目前LiDAR在动物生态学的应用较少，但随着LiDAR应用成本的降低和基于环境三维信息处理方法的革新，基于真实环境重建，提出以动物行为或适应与真实环境作用过程为出发点的研究理念，促进三维生态学的进一步发展。
原文链接：
https://www.zoores.ac.cn/en/article/doi/10.24272/j.issn.2095-8137.2022.358
供稿【杨海涛】
