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Methods in Ecology and Evolution最新文献

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Macrophenological dynamics from citizen science plant occurrence data 从公民科学的植物发生数据看宏观生态动态
IF 6.3 2区 环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY
Methods in Ecology and Evolution
Pub Date : 2024-07-08 DOI: 10.1111/2041-210X.14365
Karin Mora, Michael Rzanny, Jana Wäldchen, Hannes Feilhauer, Teja Kattenborn, Guido Kraemer, Patrick Mäder, Daria Svidzinska, Sophie Wolf, Miguel D. Mahecha

植物物种的物候变化是量化气候变化影响的有力指标。如今，可自动识别物种的移动应用程序为跨时空物候监测提供了新的可能性。在此，我们介绍了一种创新的时空机器学习方法，该方法可利用此类众包数据来量化不同类群、不同空间和不同时间的物候动态。我们的算法采用相似性测量方法，将数千个物种和地理位置的个体物候反应联系起来。该分析借鉴了 2018 年至 2021 年通过基于人工智能的植物识别应用程序 Flora Incognita 在德国收集的近千万植物观测数据。我们的方法量化了整个年周期中同步性的变化。在生长季节，同步行为可由一些特征性的宏观表观模式编码。这些模式的非线性时空变化可通过数据压缩度量进行有效量化。在生长季节之外，物候同步性会减弱，从而在模式中引入噪声。尽管众包数据存在偏差和不确定性，例如人为数据收集行为造成的偏差和不确定性，但我们的研究证明了从单个植物观测数据中得出有意义的植物宏观表观监测指标的可行性。随着众包数据库的不断扩大，我们的方法有望用于研究气候引起的物候变化和反馈回路。
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Recognize nuance when interpreting monitoring results 在解释监测结果时认识到细微差别
IF 6.3 2区 环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY
Methods in Ecology and Evolution
Pub Date : 2024-07-08 DOI: 10.1111/2041-210X.14381
Christopher J. W. McClure, Brian W. Rolek

我们最近发表了一项研究，讨论了在选择监测点时采用非概率抽样的弊端。我们证明，根据丰度选择监测点往往会导致推论出现偏差，因此我们建议研究人员使用概率取样。我们还呼吁，在解释使用非概率抽样的监测计划结果时，要注意细微差别。我们建议，在推断猛禽等长寿物种的种群动态时，从丰度高的地点进行推断可能仍然有用。佩雷特等人似乎将我们要求细微差别的呼吁误解为提倡非概率取样。他们说，我们的结论是，使用概率取样的一般建议应该修改。我们并没有得出这样的结论。事实上，我们同意他们的建议。Perret 等人进行的模拟在我们的研究中是不现实的。我们使用了 12 种猛禽的经验数据来证明我们之前的结果是有效的，Perret 等人的模拟并不能反映长寿猛禽的生物学特性。Perret 等人模拟的时间序列在数量上波动很大，种群数量往往在一年内增加一倍以上。这对于对地点高度忠诚的长寿物种种群来说是极不可能的。许多历史项目都会对丰度较高的地点进行监测，因此结果可能会有偏差。我们的研究表明，在一些重要条件下，这种风险很小，我们的结果很可能适用于其他长寿物种。认识到这一细微差别可以挽救许多长期监测项目及其数据，从而保护成本高昂的保护项目。与我们最初的研究一致，这些例外情况并不能使避免非概率取样的一般建议失效；但是，它们确实支持了我们的呼吁，即在解释对大量地点的动物进行监测的研究结果时应保持细微差别。
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A wireless, remotely operable and easily customizable robotic flower system 无线、可远程操作、易于定制的机器人花卉系统
IF 6.3 2区 环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY
Methods in Ecology and Evolution
Pub Date : 2024-07-02 DOI: 10.1111/2041-210X.14342
Kamiel Debeuckelaere, Dirk Janssens, Estefanía Serral Asensio, Tom Wenseleers, Hans Jacquemyn, María I. Pozo

了解影响授粉昆虫觅食行为的外部和内部因素之间复杂的相互作用，对于了解生态系统功能、设计农业实践或制定有效的保护策略至关重要。然而，以合理的人员和工作量收集大量可靠的数据集仍然具有挑战性。在这项研究中，我们提出了一种配备物联网技术的无线且经济高效的机器人花，它能自动为来访昆虫提供花蜜，同时监测来访时间和持续时间。机器人花易于操作，花蜜补给率等设置可远程更改，因此非常适合野外环境。该系统完全以无线方式自主传输数据，可移动且易于清洁。原型设置允许每次电池充电后不间断地收集约两周的数据。作为概念验证应用，对熊蜂进行了觅食偏好双选实验。在由 16 朵机器人花组成的装置中，平均每个蜂群每天要访问 7000 多朵花。数据显示，大黄蜂对低浓度糖水的偏好逐渐偏离预先训练的浓度，从而证实了大黄蜂偏爱高浓度糖水的假设。机器人花提供了准确可靠的昆虫行为数据，大大降低了价格和/或劳动力成本。虽然该系统主要是为（熊）蜂设计的，但也很容易适用于其他光顾花朵的昆虫。机器人花便于用户使用，可轻松解决授粉生态学、保护生物学、生物控制和生态毒理学方面的各种研究问题，并可对花蜜特性、花的颜色和形状或污染物如何影响觅食行为进行详细研究。
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Accounting for observation noise in equation-free forecasting: The hidden-Markov S-map 在无方程预测中考虑观测噪声：隐马尔科夫S图
IF 6.3 2区 环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY
Methods in Ecology and Evolution
Pub Date : 2024-07-01 DOI: 10.1111/2041-210X.14337
Dylan Esguerra, Stephan B. Munch

生态系统包含众多物种，它们之间以及它们与环境之间存在相互作用。然而，很少有关于所有相关状态变量的数据，这妨碍了推理和预测。经验动态建模（EDM）是对此类部分观测系统进行预测、推理和控制的重要工具。然而，EDM 通常假设可用的时间序列是无差错观测到的。如果不考虑观测噪声，Lyapunov 指数的估计值就会出现严重偏差，并降低预测精度。为解决这一局限性，我们建议将 EDM 纳入隐马尔可夫框架，并使用基于期望最大化（EM）算法的迭代方案来获得过滤后的状态和参数估计。我们在具有一系列加性噪声水平的几个模拟动态系统以及昆虫种群时间序列上评估了这种方法的性能。在与生态时间序列相关的各种噪声水平下，考虑观测噪声提高了种群预测和李亚普诺夫指数（LE）估计的准确性。
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Measuring deoxygenation effects on marine predators: A new animal-attached archival tag recording in situ dissolved oxygen, temperature, fine-scale movements and behaviour 测量脱氧对海洋捕食者的影响：一种新的动物附着档案标签，可就地记录溶解氧、温度、细尺度运动和行为
IF 6.3 2区 环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY
Methods in Ecology and Evolution
Pub Date : 2024-07-01 DOI: 10.1111/2041-210X.14360
Ivo da Costa, David W. Sims, Bruno Loureiro, Matt J. Waller, Freya C. Womersley, Alexandra Loveridge, Nicolas E. Humphries, Emily J. Southall, Marisa Vedor, Gonzalo Mucientes, Sophie Prendergast, Jorge Fontes, Pedro Afonso, Bruno C. L. Macena, Yuuki Y. Watanabe, Nuno Queiroz

全球气候导致的海洋变暖使溶解氧（DO）水平下降（海洋脱氧），从而导致缺氧区扩大，这将影响海洋动物的活动、行为、生理和分布。然而，人们对动物对低溶解氧的精确反应仍然知之甚少，因为很少在现场记录动物的运动和活动水平以及瞬时溶解氧。我们介绍了一种新的动物附着（溶解氧测量，DOME）档案标签，除了记录溶解氧的光学氧传感器外，还有温度和深度传感器、用于精细运动和活动的三轴加速度计以及用于标签回收的全球定位系统。所有传感器都集成在一块电子板上。校准测试表明，DOME 标签与出厂校准的溶解氧传感器之间的平均差很小（平均相对误差为 5%）。在比最长部署时间长三倍的测试期间，没有发生时间漂移。在北大西洋中部对四条大青鲨（Prionace glauca）进行的部署显示，从海面到最大 404 米处有规律的垂直摆动。潜水鲨鱼的剖面记录到的溶解氧浓度范围为 217 到 272 μmol L-1，温度在 13°C 到 23°C 之间，并在大约 45 米深处发现了氧气最大值，所有这些都与船上的测量结果一致。有趣的是，与更深的水层相比，鲨鱼在最上层 85 米处爆发性游动的时间比例更大，这可能是因为表层有更多的猎物。DOME 标签描述了与精确测量的原位溶解氧和温度相关的大青鲨精细尺度运动和活动水平，有可能为了解动物在低氧环境中的表现提供新的视角。开发在一块电子板上安装物理化学和运动传感器的标签，是在更大的时空尺度（数千公里上的数月）上卫星转发这些数据，以确定海洋动物对热浪和脱氧事件的直接和间接反应的第一步。
{"title":"Measuring deoxygenation effects on marine predators: A new animal-attached archival tag recording in situ dissolved oxygen, temperature, fine-scale movements and behaviour","authors":"Ivo da Costa,&nbsp;David W. Sims,&nbsp;Bruno Loureiro,&nbsp;Matt J. Waller,&nbsp;Freya C. Womersley,&nbsp;Alexandra Loveridge,&nbsp;Nicolas E. Humphries,&nbsp;Emily J. Southall,&nbsp;Marisa Vedor,&nbsp;Gonzalo Mucientes,&nbsp;Sophie Prendergast,&nbsp;Jorge Fontes,&nbsp;Pedro Afonso,&nbsp;Bruno C. L. Macena,&nbsp;Yuuki Y. Watanabe,&nbsp;Nuno Queiroz","doi":"10.1111/2041-210X.14360","DOIUrl":"10.1111/2041-210X.14360","url":null,"abstract":"<p>\u0000 \u0000 </p>","PeriodicalId":208,"journal":{"name":"Methods in Ecology and Evolution","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":6.3,"publicationDate":"2024-07-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/2041-210X.14360","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"141546737","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":2,"RegionCategory":"环境科学与生态学","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"OA","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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Osmia3DNest—Novel designed 3D printed artificial nest for solitary cavity-nesting bees Osmia3DNest-为独居穴巢蜜蜂设计的 3D 打印人工蜂巢
IF 6.3 2区 环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY
Methods in Ecology and Evolution
Pub Date : 2024-07-01 DOI: 10.1111/2041-210X.14362
Łukasz Dylewski, Sandra Kaźmierczak, Karol Giejdasz, Weronika Banaszak-Cibicka

筑巢场所的可用性和适宜性对野生蜜蜂的繁殖成功率和整体福利有着重大影响。人为因素导致自然筑巢生境遭到破坏。为了解决这些限制因素，开发人工巢穴等创新解决方案为支持野生蜜蜂种群提供了替代巢址。我们设计了茭白3D巢（Osmia3DNest），这是一种3D打印的标准化巢管，用于独居穴居的蜜蜂，旨在提供一种对环境终身安全、省时和可生物降解的产品，任何人都可以打印。我们隆重推出使用聚乳酸长丝为泥水匠蜂设计的封闭式和开放式两种 Osmia3DNest 模型。与传统的芦苇巢相比，我们展示了 Osmia3DNest 对石匠蜂繁殖参数的有效性。茭白3D巢可以作为其他人工巢的替代品，人们可以根据自己的居住地（农村或城市）定制自己所需的人工巢，还可以多次清洗和重复使用，然后分解。茭白3D巢为野生生物学家、授粉者管理和教育推广提供了潜力，可适应不同的蜜蜂物种和实验需要。
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When to monitor or control: Informed invasive species management using a partially observable Markov decision process (POMDP) framework 何时监测或控制：利用部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）框架对入侵物种进行知情管理
IF 6.3 2区 环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY
Methods in Ecology and Evolution
Pub Date : 2024-06-28 DOI: 10.1111/2041-210X.14374
Thomas K. Waring, Vera L. J. Somers, Michael A. McCarthy, Christopher M. Baker

入侵物种管理的资源分配需要有关入侵种群规模的信息，而获取这些信息可能既昂贵又耗时。如何权衡在监测和控制工作上的投资是一个具有挑战性的决策问题，而现有的数学工具往往难以解释，并且/或者仅限于特定的案例研究。我们提出了一个部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）框架，以帮助决策者理解有效的监测和控制决策。POMDPs 可以处理系统模型和状态的不确定性，但由于其状态空间是连续的、高维的，因此解决起来更具挑战性。我们并没有像之前提出的大多数方法那样限制系统的可能状态，而是通过开发密度投影方法来降低信念空间的维度，将其限制为参数化的概率分布系列。这样做的目的是使问题的数学表达与现实世界中与人类决策相关的数量保持一致。我们模型的结果是一系列行动，这些行动能最大限度地降低管理入侵物种的预期成本，其中的建议取决于对物种丰度的估计以及该估计的不确定性。我们通过一个热带火蚁（Solenopsis geminata）控制案例研究和两个复杂程度不同的一般案例研究，证明了我们提出的框架的有效性。此外，我们还研究了结果对控制成本和效果以及监测成本和误差选择的敏感性。本文提出的框架为环境管理者提供了强大的 POMDPs 机制。它可以计算出管理不断增长的入侵物种种群的最佳行动方案，其中包含不同的时间跨度和多种控制干预措施。我们避开了一般 POMDPs 在计算上的困难，提供了清晰、直观的决策建议概览，以及这些决策在新情况下如何变化。初步结果和基于情景的分析表明结果很有希望，该框架可扩展到疾病管理的相关领域。
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Geographic principles applied to population dynamics: A spatially interpolated integrated population model 应用于人口动态的地理原理：空间内插综合种群模型
IF 6.3 2区 环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY
Methods in Ecology and Evolution
Pub Date : 2024-06-27 DOI: 10.1111/2041-210X.14334
Brian G. Prochazka, Peter S. Coates, Shawn T. O'Neil, Shawn P. Espinosa, Cameron L. Aldridge

从定量的角度来看，野生动物保护和管理的一个主要障碍是处理与种群估计相关的高度不确定性。综合种群模型（IPMs）可以帮助缓解这一挑战，但由于获取所需数据集所带来的经济和后勤负担，这些模型往往局限于狭窄的空间或时间窗口。为了扩大 IPM 实际应用的时空范围，我们开发了一种新方法，利用空间自相关的地理原理来表达取样地点和未取样地点之间的人口相关性。我们利用来自数据信息地点的参数估计，对未采样地点的人口统计参数进行内插。利用联合似然法和当地记录的计数数据（"便宜 "且分布广泛）对内插法过程中产生的误差进行了校正。我们使用模拟数据和 "留空交叉验证"（LOOCV）技术评估了空间内插 IPM（SIIPM）在不同空间自相关水平下的精度和准确性。传统的 IPM 和状态空间模型（SSM）被拟合到相同的模拟数据集上，以便对新方法进行比较评估。在最后的实证演示中，我们将 SIIPM 与 2013-2021 年间从美国内华达州大松鸡（Centrocercus urophasianus; sag-grouse）种群收集的数据进行了拟合。在拟合具有中度到高度空间自相关性的数据时，SIIPMs 的表现优于传统 IPMs。在中等自相关水平下，参数估计的平均改进率分别为：存活率13.6%、招募率65.3%和种群变化率23.7%（）。当空间自相关性较低时，在与取样地点地理位置较近（67 千米）的区域，SIIPM 的性能仍优于当代方法。在低自相关性-近距离情况下，我们观察到 SIIPM 参数比当代模型精确 30.8%（招募）、32.5%（IPM 比较）和 54.0%（SSM 比较）。在比较大地域范围内的种群动态时，通常会假设空间自相关性，但很少进行测试。我们证明，当将模型推断外推到有长期监测数据的种群之外时，SIIPMs 可以提高物种生命率估计的精确度。具体到松鸡，这些结果支持了以前的结论，即种群动态的大尺度空间自相关性和以前在较小尺度上记录的繁殖-生存权衡。
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Response to Discretising and validating Keyfitz' entropy for any demographic classification 对任何人口统计分类的克菲兹熵的谨慎化和验证的回应
IF 6.3 2区 环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY
Methods in Ecology and Evolution
Pub Date : 2024-06-27 DOI: 10.1111/2041-210X.14335
Connor Bernard, Charlotte de Vries, Owen R. Jones, Roberto Salguero-Gómez

近年来，人口学家将存活率的变化分为两个不同的部分：老龄化的形状和速度。老龄化速度由平均预期寿命或最长寿命等寿命指标来定义，而老龄化形状指标则试图对存活率曲线的不同形状进行分类。我们最近发表了一篇论文，指出常用的形状测量离散化方法--Keyfitz'熵，并不能正确地将存活率曲线分为负衰老曲线和正衰老曲线（de Vries et al.）de Vries 等人（2023 年）最后提出了两个悬而未决的问题，Giaimo（2024 年）已经回答了这两个问题：(1) 除了基于年龄的种群模型之外，离散时间的存活率熵指标还能推广吗？Giaimo (2024) 引入了一个新公式来实现这一目标。(2) 将 Keyfitz 的推导离散化为寿命对死亡率均匀变化的弹性，能否得出与 Keyfitz 结果离散化相同的公式？Giaimo (2024) 回答说：不是。在此，我们简要讨论 Giaimo（2024 年）所获结果的意义，以及将其新公式应用到广泛用于人口比较研究的 Rpackage Rage 中的情况。我们通过重新分析 Keyfitz熵与另一种形状测量方法的比较，展示了新方法的优势。我们发现，使用 Giaimo 的新 Keyfitz 公式后，比较结果发生了显著变化。这个例子强化了 Giaimo（2004 年）的警告之言，即要谨慎对待离散化。
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Discretizing and validating Keyfitz' entropy for any demographic classification 对任何人口统计分类的 Keyfitz熵进行离散化和验证
IF 6.3 2区 环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY
Methods in Ecology and Evolution
Pub Date : 2024-06-27 DOI: 10.1111/2041-210X.14331
Stefano Giaimo

Keyfitz's entropy 原本是连续时间模型的衰老形状度量，但后来也出现了离散时间的 Keyfitz's entropy 公式。de Vries 等人（2023 年）指出，这个离散时间公式并不是真正的衰老形状度量，并提出了一个新的符合形状度量的离散时间熵公式。然而，这些作者是通过将 Keyfitz 连续时间公式的另一个版本离散化，而不是按照他最初的推导，即不是通过计算预期寿命对年龄均匀死亡率变化的弹性，得到他们的新公式的。因此，他们认为，将 Keyfitz 的原始推导离散化是否也能得出他们的新公式，是他们工作中的一个未知数。这些作者还认为，缺乏对阶段分类模型的直接适用性是他们提出的新公式的主要缺点。在这里，我们分别做了两件事：将 Keyfitz 对熵的原始推导离散化，并对 de Vries 等人（2023 年）提出的新离散时间公式进行归纳。我们证明，de Vries 等人（2023 年）提出要取代的熵离散时间公式，虽然对研究衰老可能有问题，但与 Keyfitz 的原始公式一样，是一个弹性公式。对 de Vries 等人（2023 年）的工作进行归纳后，我们得到了一个熵公式，它可以作为衰老的形状测量方法直接应用于任何人口统计分类的模型。我们还证明了收敛特性，从而验证了这一通用公式在按阶段分类的模型中的应用。因此，我们支持并推广了 de Vries 等人（2023 年）从形状角度获得 Keyfitz熵的新离散时间公式的成功方法：衰老的形状度量能捕捉死亡率的整体年龄模式，其优劣应基于其理想特性，而不一定是其推导方法。此外，我们的工作还提供了一个例子，说明在生态和进化建模中，从连续时间到离散时间的转变可能并不明显。
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