红外触发相机自动拍摄技术，在种群密度调查中的应用和新情境下的考法

 

来源公众号：生物乐学堂 作者：土豆老师

红外触发相机自动拍摄技术是一种利用红外传感器触发相机进行拍摄的先进技术。它的出现为摄影领域带来了革新，并在商业、科学、安全等领域得到了广泛应用。

工作原理

红外触发相机自动拍摄技术的工作原理主要是通过红外传感器对目标物体进行探测，当目标物体进入红外传感器的探测范围时，红外传感器会发出信号，该信号触发相机进行拍摄。在此过程中，红外发射灯和光敏传感器扮演着重要角色。红外发射灯发射出红外光线，光敏传感器则负责检测这种红外光线是否被反射回来。当红外光线被反射回来时，说明目标物体已经进入红外传感器的探测范围，从而触发相机进行拍摄。

应用领域

在野生动物的野外生态学研究中，红外触发相机调查技术属于无人自动拍摄技术（Remote Photography）中的一类。按照工作原理不同，无人自动拍摄分为固定时间间隔拍摄和目标动物触发拍摄两大类。前者多应用于研究对象频繁出现的情况下，特别是针对特定动物个体或家庭的行为学研究，如鸟类筑巢行为、育雏行为的研究；后者更适合于在目标动物的出现频率很低且不可预测的情况，例如对鸟巢掠食者的确定、大型兽类的记录等。由目标动物触发的无人自动拍摄装置也被称作“相机陷阱”（Camera Trap），运用这种装置来记录、调查野生动物的方法也被称作“相机陷阱调查法”（Camera Trapping）。

红外触发相机自动拍摄的野生动物相片

野生动物种群和种群动态数据必须通过监测系统获得。红外触发相机监测野生动物方法是一种新型调查手段，特别适用于对活动隐秘的大中型、珍稀兽类、鸟类的记录。具体讲，红外触发相机在野生动物研究、监测、保护的应用主要作用是：

1、证实某物种的存在；

2、种群密度预测：

3、个体识别；

4、标记－重捕；

5、计算物种相对丰度；

6、研究动物活动模式,

7、偷捕盗猎行为监控。

利用红外相机进行种群密度调查的应用

红外相机是一种重要的工具，用于野生动物研究和种群密度的调查。通过红外相机，研究人员可以无干扰地监测野生动物的活动，提供了一种非侵入性的方式来估算物种的种群密度。以下是一些利用红外相机进行种群密度调查的方法：

摆放相机陷阱：红外相机通常设置在野生动物经常出没的地点，如动物通道、饮水点、食物源和领域边界来捕捉动物的活动。相机通常被安装在树木、岩石或固定支架上，以获得最佳的拍摄角度。

设置触发机制：相机装备了运动感应器和红外传感器，当有动物靠近相机时，它会自动触发拍摄。这确保了仅在有动物出现时才会拍摄照片，减少了浪费存储空间和电池寿命的风险。

数据记录和分析：红外相机捕获的图像通常包括日期、时间和温度等数据。这些信息对于分析种群活动模式和行为非常重要。这些数据通常被导出到计算机上进行进一步的处理和分析。

拍摄时间：设置相机拍摄的时间段通常取决于目标物种的活动时间。一些动物是夜行性的，因此相机通常在夜间拍摄，而其他物种可能在白天更活跃。

校准和测试：在进行实际的野外监测之前，研究人员通常会对红外相机进行校准和测试，以确保其正常工作。这包括检查传感器的灵敏度和相机的触发速度。

确定标志物：有时研究人员需要确定目标动物的个体身份，以估算种群密度。这可以通过标志物如斑点、花纹或领地边界来实现。

通过这些方法，红外相机可以提供有关野生动物种群活动和密度的宝贵数据，而且不干扰动物的正常行为。这些信息对于野生动物保护、生态学研究和野生动植物管理都具有重要意义。

新情境下相关试题解析

1、为了研究和保护我国东北地区某自然保护区内的野生哺乳动物资源,研究人员采用红外触发相机自动拍摄技术获得了该保护区内某些野生哺乳动物资源的相应数据,为生态学研究提供了相关依据。下列叙述错误的是( )

A.通过对数据的分析和处理,可以了解保护区内大型野生哺乳动物的物种丰富度

B.与标记重捕法相比,采用该技术进行调查对野生哺乳动物的生活干扰相对较小

C.采用红外触发相机拍摄技术可调查生活在该自然保护区内东北豹的种群密度

D.该技术能调查保护区内东北豹种群中成年个体数量,不能调查幼年个体数量

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答案解析：

A、红外触发相机自动拍摄技术可以记录大中型、珍稀兽类、鸟类的活动,通过对数据的分析和处理,可以了解保护区内大型野生哺乳动物的物种丰富度,A正确;

B、红外触发相机自动拍摄技术不需要捕捉野生哺乳动物,与标记重捕法相比,采用该技术进行调查对野生哺乳动物的生活干扰相对较小,B正确;

C、红外触发相机自动拍摄技术可以获得该自然保护区内东北豹种群数量及分布情况,从而计算得其种群密度,C正确;

D、红外触发相机自动拍摄技术可以记录所有东北豹种群中的所有个体情况,D错误。

故答案为:D。

2、某研究小组借助空中拍照技术调查草原上地面活动的某种哺乳动物的种群数量,主要操作流程是选取样方、空中拍照、识别照片中该种动物并计数。回答下列问题。

（1）为保证调查的可靠性和准确性,选取样方时应注意的主要事项有                           (答出3点即可)。

（2）已知调查区域总面积为S,样方面积为m,样方内平均个体数为n,则该区域的种群数量为        。

（3）与标志重捕法相比,上述调查方法的优势有                (答出2点即可)。

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 答案：

（1）随机取样、样方大小一致、样方数量适宜

（2）(S×n)/m

（3）对野生动物的不良影响小、调查周期短,操作简便

 解析：

（1）采用样方法估算种群密度时，随机选取若干个大小相同的样方，一般采用五点取样法或者等距取样法，通过计数每个样方的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估算值，需要注意一定要随机取样,并且样方大小一致、样方数量适宜等问题。故答案为:随机取样、样方大小一致、样方数量适宜。

（2）某一区域的种群数量=区域面积×种群密度，种群密度=样方内平均个体数/样方面积，故若调查区域总面积为S，样方面积为m，样方内平均个体数为n，则种群密度=n/m，种群数量=区域面积×种群密度=s×n/m=(S×n)/m。故答案为:(S×n)/m 。

（3）由题意可知，题目中使用的估算种群密度的方法为航拍法，航拍法不需要直接观察或捕捉，就能调查科种群密度或种群数量，减少了对野生动物的影响，并且操作简单、调查周期短。故答案为:对野生动物的不良影响小、调查周期短，操作简便。

3、为保护和合理利用自然资源，某研究小组对某林地的动植物资源进行了调查。回答下列问题。

（1）调查发现，某种哺乳动物种群的年龄结构属于增长型，得出这一结论的主要依据是发现该种群中________。

（2）若要调查林地中某种双子叶植物的种群密度，可以采用的方法是______；若要调查某种鸟的种群密度，可以采用的方法是______。

（3）调查发现该林地的物种数目很多。一个群落中物种数目的多少称为______。

（4）该林地中，植物对动物的作用是______（答出2点即可）；动物对植物的作用______（答出2点即可）。

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 答案：

（1）幼年个体偏多，成年和老年个体偏少

（2）样方法     标志重捕法

（3）丰富度

（4）为动物提供食物，为动物提供栖息场所（合理即可）     为植物提供CO2和肥料，利于植物的传粉和种子传播（合理即可）

 解析：

（1）年龄结构为增长型的种群中，老年和成年个体数目较少，幼年个体数目较多。

（2）一般采用样方法调查双子叶植物的种群密度；调查活动范围较大的动物的种群密度时一般采用标志重捕法。

（3）群落中物种数目的多少称为丰富度。

（4）植物可为动物提供食物和栖息场所。动物可以帮助植物传播种子；动物呼吸作用产生的CO₂可以被植物用来进行光合作用；动物的粪便可以肥沃土地；动物取食植物，可以调节植物种群的大小，同时提高植物抗性。

 知识链接

——种群密度的调查方法:

种群密度是指单位面积或单位体积中的个体数。是种群最基本的数量特征。

（1）逐个计数法:

分布范围较小,个体较大的个体。如柳树、琪桐等。

（2）估算法：

估算种群密度时，常用样方法、标记重捕法和黑光灯诱捕法。

①样方法

一般适用于植物，也可以用于昆虫卵的数量调查及一些活动范围较小的动物，如作物植株上的蚜虫、跳蜻等，在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个小大小相同的样方，一般采用五点取样法或者等距取样法，通过计数每个样方的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估算值，其步骤是确定调查对象→选取样方→计数→计算种群密度。

②活动能力大的动物常用标志重捕法

其步骤是确定调查对象→捕获并标志个体→重捕并计数→计算种群密度。种群个体总数=标志数(第一次捕获)×重捕个体数/重捕中标志个体数。

③具有趋光性的昆虫常用黑光灯诱捕法

如飞蛾等。

（3）其他方法:

不需要直接观察或捕捉，就能调查种群密度或种群数量的新方法。原因是在调查生活在隐蔽、复杂环境中的动物，特别是猛禽和猛兽时，这些方法就不适用了。为此，科学家开发出一些不需要直接观察或捕捉就能调查种群密度或种群数量的新方法。例如，

航拍法、红外触发相机、分析粪便、标记声音等。

①航拍法

一种基于无人机航拍影像对大型野生动物种群数量进行调查。将无人机应用于野生动物调查工作的方法和流程，可以避免了对野生动物的干扰，大幅减少了野外调查工作量，提高调查精度和效率，并使调查工作变得易于重复和具有了更高的对比性。

②红外触发相机

在动物的栖息地布设若干台红外触发相机，恒温动物一靠近，就会触发相机自动拍摄照片或视频。经过一段时间，科学家利用计算机分析处理这些照片或视频，就能确定所调查动物的种群数量。运用这种方法，我国科学家于2015年查明，我国东北长白山脉北部地区至少有27只东北虎和42只东北豹。

③分析粪便

不同动物的粪便具有不同的特征，先区分粪便来自哪种动物，在分析这种动物的粪便来自多少个个体，就可以获得总群的数量信息。例如，在四川王朗国家级自然保护区，科学家采集了大量大熊猫的粪便，通过分析其中的微卫星DNA分子标记（又被称为短串联重复序列(STRs)或简单重复序列（SSR），是均匀分布于真核生物基因组中的简单重复序列，由2～6个核苷酸的串联重复片段构成，重复单位的重复次数在个体间呈高度变异性并且数量丰富，具体方法可以参考文章后的链接：科技侦探：Y染色体－STR基因检测技术的原理和应用），查明在2003年到2004年，这些地区大熊猫的种群数量为66只，其中雄性35只，雌性31只。

④标记声音

动物的声音也存在个体差异，成熟个体的声音特征往往可以长期保持稳定。因此，动物的声音可以作为一种非损伤、低干扰的标记，用于对不同个体进行识别，进而进行种群数量的监测。利用这套基于声音的个体识别技术，科学家成功地对鲸、长臂猿等哺乳动物以及鸮、秧鸡等鸟类开展了野外种群数量的监测。

（参考人教版高中生物学教材）

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