《Wildlife Biology》：Combining non-invasive survey methods increases cumulative detection probability for breeding harlequin ducks Histrionicus histrionicus
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本文通过对比评估三种非侵入性调查方法——传统地面徒步调查（GBS）、环境DNA（eDNA）和相机陷阱——在丑鸭（Histrionicus histrionicus）繁殖期（孵卵期和育雏期）的检测概率，为优化低密度、隐蔽性强的流水生水鸟监测方案提供了科学依据。研究发现，单一方法检测概率有限，而将eDNA与GBS结合，可在单日调查中使累积检测概率（cumulative detection probability）提升至>0.95，极大地增强了监测效率和置信度。此研究框架也为监测其他类似习性的物种提供了有价值的参考。
引言
有效开展野生动物种群监测一直是生态学与管理学面临的长期挑战，这需要将有限资源优化分配，以选择能实现特定科学与管理目标的方法。监测方法随着新技术（如环境DNA和自动监测设备）的涌现而不断革新。然而，新方法的适用性受限于我们对影响其效能的各种因素的理解。对于丑鸭（Histrionicus histrionicus）这类在落基山脉北部繁殖、种群密度低、被列为受关注物种的水鸟而言，其监测尤其困难。它们栖息在动态、湍急的山间溪流，体色隐蔽，行为难以预测（如潜水躲避），且历史上主要依赖的地面徒步调查（GBS）数据变异性大，难以解读种群趋势。因此，量化GBS的检测概率，并评估eDNA和相机陷阱这两种非侵入性技术的有效性，对于制定更可靠的监测策略至关重要。
材料与方法
研究区域：研究区域涵盖美国蒙大拿州和爱达荷州落基山脉丑鸭的繁殖种群分布区。研究选择了该区域内10条已知有丑鸭繁殖的溪流作为研究点，这些溪流长度在5至8公里之间，海拔、水流模式和植被覆盖各异。
研究方法：研究在2022和2023年的丑鸭繁殖季（分为孵卵期和育雏期）进行。在每个采样时段（持续3天），对同一条溪流段采用三种方法进行调查：
- 1.
地面徒步调查（GBS）：至少两名调查员每日沿溪流徒步而上，记录丑鸭数量、观测者人数、调查时长和水流速度（立方英尺/秒，CFS）等。
- 2.
环境DNA（eDNA）采样：在GBS过程中，沿溪流段在不同空间尺度（250米、500米、1000米间隔）采集水样。每份样品过滤5升水，随后在实验室通过物种特异性定量PCR（qPCR）检测丑鸭DNA。通过标准曲线估算每升水中的DNA拷贝数（QeDNA）。
- 3.
相机陷阱部署：在溪流沿岸每英里（约1600米）设置两个相机，一个为定时拍摄（每5分钟一张），另一个为运动触发。相机部署约3周，收集的照片先经AI（Microsoft MegaDetector）预筛选，再人工鉴定物种。
统计分析：使用广义线性混合模型（GLMMs）分析每种方法的检测概率（二分类变量：检测到/未检测到），并考察不同协变量（如水流速度、调查步速、陷阱夜数等）的影响。基于单一重复样本的平均检测概率（p），通过公式 Pcumulative= 1 ? (1 ? p)n计算达到0.8、0.9和0.95累积检测概率所需的方法重复次数（n）或组合策略。
结果
地面徒步调查（GBS）：单次5公里GBS的平均检测概率在孵卵期和育雏期分别为0.51和0.45。达到>0.95累积检测概率需要5次GBS。在孵卵期，检测概率与平均QeDNA和水流速度（CFS）呈正相关；在育雏期，与平均QeDNA呈正相关，与调查者步速呈负相关。
环境DNA（eDNA）：单份eDNA样品在平均水流条件下，孵卵期的平均检测概率为0.49，育雏期为0.27。达到>0.95累积检测概率，在孵卵期需要6份散布在5公里溪流段的水样，在育雏期需要12份。水流速度对检测概率的影响在两个时期相反：孵卵期呈负相关，育雏期呈正相关。空间自相关分析（lorelogram）显示，eDNA样品在间隔约750-1000米后趋于空间独立。
相机陷阱：运动触发相机和定时相机的平均检测概率均较低，分别为0.13和0.16。达到>0.95累积检测概率分别需要35台和21台相机部署22天。运动触发相机的检测概率与陷阱夜数呈正相关。
方法组合：最有效的单日调查策略是结合GBS与eDNA采样。在孵卵期，一次5公里GBS配合5份eDNA水样，可使累积检测概率达到0.97。在育雏期，则需要配合9份eDNA水样。另一种跨季节策略是，在孵卵期和育雏期各进行一次GBS，期间部署4台定时相机22天，累积检测概率可达0.87。
讨论
本研究首次系统量化并比较了三种非侵入性方法监测繁殖期丑鸭的效能。传统GBS的检测概率约为0.5，证实了单一调查可能低估物种存在。eDNA在空间重复采样下表现出高效能，而相机陷阱虽然能长期监测，但单位努力检测率最低，且后期数据处理耗时。
不同时期的监测意义：孵卵期的调查更能反映繁殖尝试和溪流占据情况；而育雏期的检测则能指示繁殖成功与否（失败的个体会提前离开）。因此，监测目标应决定调查时机。
方法权衡与推荐：
- •
GBS：可提供即时数据和相对多度信息，但提高置信度需多日重复，资源消耗大。
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eDNA：标准化操作可减少观测者偏差，允许非专业人士参与，单日多样本即可实现高累积检测概率，但仅能提供存在/缺失数据，且结果返回有数月延迟。其样品还可用于多物种检测，性价比较高。
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相机陷阱：适用于难以抵达或需长期监测的区域，但不能区分个体，且数据处理负担最重。
管理启示与普适性：对于丑鸭的监测，推荐采用eDNA与GBS相结合的单日调查方案，以实现高效高置信度的检测。eDNA尤其适合资源有限、或需要对历史水质样品进行回溯性分析的场景。相机陷阱不建议作为丑鸭监测的首选，但可用于特定聚集地或地形复杂区域。本研究建立的评估框架也可应用于其他低密度、隐蔽的流水生水鸟（如湍鸭、河鸟等），但需根据目标物种的特定生活史（如领地性、在岸时间等）对方法进行相应调整。
