Возможности применения биоакустических методов для дистантного мониторинга млекопитающих и птиц

 

Биоакустические методы дистантного мониторинга обладают рядом важных достоинств: они оперативны, работают в темноте, плотной растительности и других сложных условиях.

При работе с редкими угрожаемыми видами, как в природе, так и в неволе важным преимуществом вышеупомянутых методов является их бесконтактность. Наконец, они доступны широкому кругу специалистов, поскольку для их использования часто достаточно бытового звукозаписывающего оборудования и бесплатных программ для анализа звуков.

В настоящее время существует три основных направления применения биоакустических методов. Первое - это определение видового разнообразия по крикам. Такие методы активно используются в природоохранных проектах для оценки видового разнообразия летучих мышей и картирования ареалов наземных беличьих.

Второе направление биоакустических исследований связано с определением пола у птиц без внешнего полового диморфизма, таких как гусеобразные, журавлеобразные, совы, попугаи, чистиковые и многие другие. Традиционные зоотехнические методики определения пола (лапароскопия, клоакальная инспекция) и современные методы генетического анализа сопряжены с поимкой особей для осмотра или взятия проб, что увеличивает трудозатраты и зачастую травмирует птиц. Различия в голосах самцов и самок часто основаны на половых особенностях анатомии вокального аппарата, например у самцов свистящих уток в месте слияния бронхов наблюдается заметное расширение, трахеальная булла, тогда как у самок ее нет. При значительных различиях в голосе бесконтактное определение пола возможно даже на слух, как, к примеру, для султанки или свистящих уток. Однако яркие половые различия могут быть найдены и у птиц без заметных связанных с полом особенностей вокальной анатомии, например, у журавлей, и проявляться в специфичных для самцов и самок партиях парных дуэтов. Бесконтактный метод определения пола по звукам может использоваться при подборе пар в неволе, а также для оценки соотношения полов во время учетов в природных популяциях и для избирательных отловов птиц определенного пола.

Третье направление - это биоакустический мониторинг особей по индивидуально различимым голосам. Этот метод очень важен при изучении популяций угрожаемых видов, а также для прослеживания жизненных историй животных, выращенных в неволе и затем выпущенных в природу. Разработка метода разделяется на два этапа: во-первых, поиск индивидуальных различий в звуках и, во-вторых, оценка стабильности обнаруженных различий год от года. Индивидуальные различия в голосах обнаружены у подавляющего большинства видов млекопитающих и птиц, для которых они были исследованы. Напротив, устойчивость индивидуальных различий изучена только для небольшого числа видов, и лишь для некоторых групп птиц была подтверждена перспективность долговременного отслеживания особей по голосам (для некоторых видов сов, журавлей, гусеобразных и пингвинов). Однако для немногих исследованных видов млекопитающих (домашних собак, американского корсака, сусликов, игрунок) непостоянство индивидуальных признаков голоса во времени практически исключает возможность применения к ним методов дистантного биоакустического мониторинга.

Рукокрылые (Chiroptera) - второй среди млекопитающих отряд по числу видов. Скрытный образ жизни и повышенная мобильность затрудняют обнаружение и учет этих животных. Современные методы учета рукокрылых можно условно разбить на две группы: регистрация в убежищах и регистрация вне убежищ в местах наибольшей двигательной активности (охоты или пролета к местам охоты и водопоя).

Учет зверьков в убежищах (на дневках или в местах зимовки) требует предварительного обнаружения этих убежищ (что не всегда возможно и часто очень трудоемко) и позволяет оценить численность зверьков. При проведении стационарных долговременных исследований этот метод дает наиболее точную оценку численности животных. Однако при первичном обследовании нового участка, где еще неизвестны убежища, наиболее полную информацию можно получить при регистрации зверьков в местах наибольшей двигательной активности. Подобные учеты позволяют также сформировать представления о биотопическом распределении летучих мышей в местах проявления активности (кормежки, водопоя). Для решения последних задач традиционно используется отлов зверьков с помощью различных методов и приспособлений - сачком, мобильной ловушкой (Борисенко, 1999), струнной ловушкой (Tuttle, 1974) и др. (Kunz, Parsons, 2009), из которых наиболее популярен отлов паутинными сетями (ОПС). Этот метод часто используется специалистами по изучению рукокрылых и если сбор данных проводить по единой методике, то он позволяет получить относительно адекватную картину (пространственную и/или временную) распространения зверьков. В числе недостатков метода - ограничение облавливаемого пространства размерами сети, и особенно ее высотой, что приводит к недоучету (или отсутствию в отловах) высоколетающих видов. Также сильное влияние на эффективность отлова оказывает квалификация и опыт исследователя (как при выборе места для отлова, так и при установке паутинных сетей). В настоящее время интенсивно развивается новый метод дистанционного учета рукокрылых, в меньшей степени зависящий от высоты пролета летучих мышей и квалификации учетчиков - регистрация испускаемых зверьками ультразвуковых сигналов. На современном этапе развития методики стало возможно использовать записанные сигналы для видовой идентификации рукокрылых.

Мы сравнили два метода учета рукокрылых (ОПС и регистрация с помощью ультразвукового детектора) в окрестностях НЭБ " Черноголовка" ИПЭЭ РАН в 2011 г. (Московская область, Ногинский район, 4 км от г. Черноголовка). Паутинную сеть (размером 10х5 м, ячея 1, 5х1, 5 см) устанавливали над небольшим прудом в смешанном лесу. Параллельно записывали эхолокационные сигналы рукокрылых с помощью детектора D-240 (Pettersson Electronic, Швеция) в режиме 10-кратного " временного растяжения" (" time expension" ) с отрезками записи по 3, 4 секунды. Отлов и запись ультразвуковых сигналов проводили 18 июля с 22: 45 до полуночи. За это время было поймано всего два Pipistrellus nathusii (самцы, sad). Однако данные сделанного в это же время акустического учета позволяют утверждать, что в окрестностях пруда летало не менее четырех видов рукокрылых: P. nathusii, Myotis brandtii, Plecotus auritus, 􀀱 yctalus noctula. Таким образом, метод акустического учета в определенных условиях оказывается более эффективным при решении задач оценки видового состава рукокрылых по сравнению с традиционно используемыми отловами с помощью паутинных сетей.

Миграции являются составным элементом жизненного цикла большинства рыб, обитающих в речных системах. Против течения происходит ход производителей на нерест, а по течению осуществляется их скат после размножения, а также покатная миграция молоди. Изучение перемещений рыб водотоках, особенно массовых нерестовых и покатных миграций представляет актуальную, но сложную в методологическом аспекте проблему. К числу наиболее эффективных инструментов исследования миграций рыб в настоящее время следует отнести компьютеризированные гидроакустические системы: мультилучевой идентификационный сонар " DIDSON" (SMC, США) и многолучевой сканирующий научно-исследовательский комплекс " NetCor" (ООО" Промгидроакустика", Россия). Эти комплексы позволяют решать задачи оценки численности мигрирующих рыб, определения их размерного состава и направления перемещения в водотоках, в том числе мелководных. Сонар " DIDSON" основан на использовании акустической линзы, создающей 48 лучей в секторе 29°. Ширина диаграммы направленности каждого луча 0.5° в горизонтальной и 12° в вертикальной плоскости. Рабочая частота 1.2 МГц в режиме идентификации целей и 0.7 МГц в режиме регистрации. Частота зондирования от 2 до 10 кадров/с, в зависимости от дальности действия. Максимальная дальность действия в режиме идентификации по рыбе 20 м, в режиме регистрации 36 м. Связь с сонаром осуществляется по многожильному кабелю с использованием технологии Ethernet. Сонар обладает высокой разрешающей способностью, позволяющей наблюдать рыб в реальном изображении. Различные модификации этого сонара широко используются в США и Канаде в том числе для исследования миграций ценных видов лососевых рыб. Нами были проведены исследования преднерестовой миграции камчатской анадромной семги (Parasalmo myriss, W) в р. Утхолок. (-Камчатка). Впервые была определена ее численность и размерный состав, исследованы сезонная и суточная динамика миграции, а также интенсивность хода. Комплекс " NetCor", создает в выбранном сечении водотока стационарную зону регистрации естественно проходящих рыб. Комплекс состоит из сети плавучих гидроакустических высокочастотных многолучевых станций связанных по радиоканалу пакетной передачи данных с береговой контрольно-измерительной системой. На плавучей платформе установлены: сканирующая акустическая антенна, цифровой генератор-приемник и радиопередающее устройство. Рабочая частота 445 КГц, длительность импульсов от 0.1 до 0.8 мс; ширина характеристики направленности одного луча 10°, многолучевой сектор обзора до 70°. В горизонтальном режиме обеспечивается регистрация рыб на расстояние до 10 м при глубине места до 0.5 м, и 20 м при глубине более 1.5 м. Дистанция предельной радиосвязи 800 м Использование комплекса позволило выполнить исследования нерестовой миграции Salmo salar в р. Шуя (оз. Онега), определить его численность, суточную и сезонную динамику перемещений, а также оценить влияние РУЗ на условия прохода производителей вверх по реке. При исследованиях распределения рыб в пойменно-русловом комплексе Нижнего Иртыша, впервые были проведены инструментальные наблюдения за миграциями покатной молоди карповых и окуневых рыб в мелководных протоках пойменных озер. Получены данные о численности молоди этих рыб, осуществляющих покатную миграцию через пойменные протоки в реку Иртыш, выявлена динамика суточной активности их перемещения.

В последнее время значительно возрос интерес к использованию беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в целях изучения морских млекопитающих. Мы протестировали возможность применения низкобюджетных малоразмерных дистанционно управляемых летательных аппаратов (ЛА) - радиоуправляемых авиамоделей, для исследования прибрежных китообразных. Работы проводились в репродуктивном скоплении белух (Delphinapterus leucas) у м. Белужий о-ва Соловецкий в Белом море. Использовали две авиамодели с электродвигателями:

) специализированный FPV (First Person View) самолет (размах крыльев - 1, 67 м) с толкающим винтом и 2) мотопланер (размах крыльев - 2 м) классической схемы. Бортовое оборудование (электроника и видеокамеры) было герметизировано. Отдельные узлы ЛА подвергнуты специальной водозащитной обработке. Запуск ЛА осуществлялся с рук, посадка - на неподготовленную площадку, покрытую травой. Управление производили с помощью пульта дистанционного управления в пределах хорошей видимости модели. Полезная нагрузка включала видеокамеры переднего, бокового и нижнего обзора. Камеры давали видеоизображение высокой четкости (HD формат). Всего в период с 3 по 12 августа совершено 7 тестовых и 30 рабочих полетов общей продолжительностью около 7 часов. Полеты осуществляли при отсутствии осадков и скорости ветра - не более 5 м/с. Практическая дальность полетов составила около 400 м, высота от 10 до 100 м, скорость от 0 до 40 км/ч, продолжительность от 15 до 30 мин. Недалеко от места запуска находилась страхующая лодка. Обе модели имели хорошие летные характеристики, отличались стабильностью и легкостью управления. При проходе ЛА над белухами на сверхмалых высотах (менее 20 м) животные могли проявлять слабую негативную реакцию. Собранные материалы пригодны для определения численности и возрастно-полового состава групп белух, а также для исследования их поведения. В случае использования ЛА, специализированных на аэрофотосъемке, возможно получение данных для фотоидентификации. Выполненные полеты позволяют дать следующие рекомендации. Для точного наведения на цель необходимо использование FPV системы. Кроме того, для полетов на большом удалении от базы (далее 600-1000 м) крайне желательно оснащение ЛА приборами телеметрии. Для воздушного наблюдения за белухами в ближней зоне (до 200 м) наилучшим образом подходит малоразмерный многороторный вертолет (мультикоптер). В средней зоне (от 200 до 1000 м) наиболее эффективным является мотопланер, в дальней зоне (более 1000 м) - FPV самолет. При близком расположении белух (не далее 300 м) использование планера более целесообразно, чем самолета. Планер - универсальный ЛА, пригодный как для выполнения маршрутных учетов, так и для воздушного наблюдения за малоподвижными объектами. Полезная нагрузка платформы для исследования морских млекопитающих, должна включать два блока приборов:

) телекамеру переднего обзора, необходимую для пилотирования ЛА и 2) блок регистрации, состоящий из видеокамеры высокого разрешения, дистанционно управляемого фотоаппарата и телекамеры нижнего обзора, выполняющей роль видоискателя. В будущем автоматизация систем управления ЛА приблизит авиамодели к уровню полноценных беспилотных авиационных систем, что сделает их применение для исследования морских млекопитающих крайне перспективным.

Манул (Otocolobus manul) - единственный вид диких кошек, обитающий в степях Евразии. В Красном списке МСОП статус манула рассматривается как близкий к угрожаемому (категория NT - Near Threatened) (Ross et al., 2009). Манул включен в Красные книги практически всех стран, где он обитает, в том числе в Красную книгу России. Как редкий и стенотопный вид манул требует особого подхода при изучении его в природе. Несмотря на обширный ареал, территория обитания манула носит мозаичный характер, и распространение его сильно зависит от особенностей рельефа, глубины снежного покрова, наличия колоний грызунов и пищух. Нами разработан и частично апробирован комплексный подход для оценки численности и изучения распространения манула. Поскольку манул - территориальный вид, для оценки плотности его популяции важно исследовать структуру распределения индивидуальных участков. ГИС является отличным инструментом для этого.

В результате наложения в ГИС ландшафтной карты (созданной путем дешифрирования космоснимков), топографических карт масштаба 1: 200000, других карт (климатических, карт растительности, землеустройства и т.д.), литературных и других данных выделяется территория предполагаемого обитания манула, которая делится на разные типы биотопов. Внутри этой территории также выделяются участки, на которых обитание манула предполагается с большей вероятностью (южные малоснежные склоны, выходы скал и т.д.). Полученный в результате ГИС-проект используется для планирования учетных маршрутов. Учеты манула проводятся в зимнее время по следам на снегу и основаны на стандартной методике зимних маршрутных учетов (ЗМУ), адаптированной специально к манулу в связи с особенностями его экологии. В отличие от стандартных ЗМУ проводится более подробное изучение местности с целью обнаружения животных и следов их жизнедеятельности. На маршруте проверяются скальные обнажения, овраги, норы и другие возможные укрытия, колонии пищух, малоснежные склоны и т.д. С помощью GPS фиксируются координаты всех встреченных следов манула, мест его охоты, посещаемых нор и пр. Маршруты закладываются так, чтобы охватить все разнообразие биотопов, в том числе малопригодных для манула. Расчет плотности популяции производится по формуле, предложенной А.Н. Формозовым (1932) с поправочным коэффициентом В.И. Малышева и С. Д.

Перелешина (Учеты…, 2007). При возможности проводится тропление для уточнения средней длины суточного хода, используемой в формуле (по нашим данным - 1, 5-2 км).

Параллельно с учетами организуется сбор опросных сведений у местного населения (чабанов, охотников и т.д.). Для этого посещаются скотоводческие стоянки, распространяются анкеты среди охотников и т.д. Опросные данные используются для уточнения границ распространения манула, выявления территорий с повышенной плотностью и угроз виду. Учетные, опросные и литературные данные накладываются в ГИС на карту биотопов, в результате становится видна структура распределения индивидуальных участков манула. Точность картины их распределения зависит от количества накопленного материала. Использование дополнительных методов - радиотелеметрии и фотоловушек - позволяет уточнить границы, площадь и степень пересечения индивидуальных участков. Полученные оценки плотности индивидуальных участков и плотности, рассчитанной по результатам ЗМУ, экстраполируются на всю территорию обитания манула в изучаемом районе. В результате получаются две сравниваемые оценки общей численности манула.

Метод радиотелеметрии широко используется для определения территорий, используемых отдельными особями животных - индивидуальных участков. Данных по использованию территории манулом (Otocolobus manul) в природе немного - радиотелеметрические исследования этого зверя проводились только в Монголии (Munkhtsog et al, 2004; Ross, 2009). В данной работе представлены предварительные результаты исследований манула в Даурском заповеднике, основанные на наблюдениях за 7 манулами (3 самками и 4 самцами) в период с 2007 по 2008 г. Наблюдения проводились на двух площадках, расположенных в заповеднике и его охранной зоне - на полуострове Мэрген и в возвышенностях к северу от оз. Зун-Торей. Карта распределения индивидуальных участков манулов построена по совокупности регистраций одиночных особей с помощью модуля Animal Movement 2.0 (Hooge & Eichenlaub, 2000) в ArcView 3.3 (ESRI, CA, USA). Для построения индивидуальных участков использовали два метода: (1) метод скользящего среднего с постоянным ядром и (2) метод минимального выпуклого полигона (Worton, 1989; Mohr, 1947). В первом методе брали в качестве границы доверительные уровни 50 и 95% вероятности. Средняя площадь участка размножающейся самки оказалась существенно меньше, чем у самцов - 6, 0±3, 4 км2 у самок и 22, 9±12, 9 км2 у самцов по методу (1) или соответственно 10, 0±5, 9 км2 и 16, 5±9, 4 км2 по методу (2). Если исключить из рассмотрения данные по молодому самцу, относящиеся к небольшому периоду, то площадь участка самца окажется еще большей: в зависимости от метода, 19, 5±8, 9 км2 (2) или 27, 4±11, 4 км2 (1). Однако между собой участки самцов (также как и самок) могут сильно различаться (иногда до 2-3 раз). Ядра индивидуальных участков самок, посчитанные методом (1) с доверительным уровнем 50% сравнимы и довольно небольшие (0, 5±0, 1 км2). У самцов эти величины выше и значительно отличаются у разных особей (4, 3±3, 4 км2). То, что манулы территориальные животные, подтверждается тем фактом, что практически не наблюдается перекрывания участков взрослых особей одинакового пола. Так, участки двух соседних самок не перекрывались. Участки молодых котов (возможно, из одного выводка) не пересекались с участком взрослого кота, хотя и перекрывали друг друга в зимне-весенний период. В летний период участок одного из молодых котов сместился к востоку в среднем на 4 км - манул занял другую территорию. В то же время участок одного взрослого самца практически перекрывал участок взрослой самки, исключая небольшую территорию вблизи логова с котятами. На другой территории наблюдались самец и самка, участки которых лишь соприкасались.

Относительно рельефа индивидуальные участки вытянуты либо вдоль долин и гряд, что характерно для особей, обитающих внутри сопочного массива к северу от оз. Зун Торей, либо поперек склонов, спускающихся к котловинам озер, что характерно для особей, обитающих на полуострове Мэрген и на фасе сопочного массива. Для полного представления структуры расположения индивидуальных участков манулов необходимо дальнейшее накопление радиотелеметрических данных, а также использование других методов, например, метода фотоловушек. Результаты исследования площади и расположения индивидуальных участков этого редкого зверя могут быть использованы для более точной оценки численности его популяции на данной территории.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: