[论文解读] Trends in bird abundance differ among protected forests but not bird guilds

Jeffrey W. Doser, Aaron S. Weed+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2020

Wildlife Ecology and Conservation参考文献 103被引用 12

一句话总结

本研究开发了一种新颖的分层多物種、多區域移除抽樣模型，以估算2006–2019年美国东北部八个保护区森林中鸟类丰度趋势。尽管各国家公园间趋势差异显著，鸟类功能群的响应却相似，表明局部森林条件对每个公园内整个生物群落具有广泛影响，其中森林覆盖率对丰度的影响最强。

ABSTRACT

Improved monitoring and associated inferential tools to efficiently identify declining bird populations, particularly of rare or sparsely distributed species, is key to informed conservation and management across large spatio-temporal regions. We assess abundance trends for 106 bird species in a network of eight national park forests located within the northeast USA from 2006-2019 using a novel hierarchical model. We develop a multi-species, multi-region removal sampling model that shares information across species and parks to enable inference on rare species and sparsely sampled parks and to evaluate the effects of local forest structure. Trends in bird abundance over time varied widely across parks, but species showed similar trends within parks. Three parks (Acadia, Marsh-Billings-Rockefeller, and Morristown) decreased in bird abundance across all species, while three parks (Saratoga, Roosevelt-Vanderbilt, and Weir-Farm) increased in abundance. Bird abundance peaked at medium levels of basal area and high levels of percent forest and forest regeneration, with percent forest having the largest effect. Variation in these effects across parks could be a result of differences in forest structural stage and diversity. Our novel hierarchical model enables estimates of abundance at the network, park, guild, and species levels. We found large variation in abundance trends across parks but not across bird guilds, suggesting that local forest condition may have a broad and consistent effect on the entire bird community within a given park. Management should target the three parks with overall decreasing trends in bird abundance to further identify what specific factors are driving observed declines across the bird community. Understanding how bird communities respond to local forest structure and other stressors is crucial for informed and lasting management.

研究动机与目标

• . 评估八个国家公园网络中森林鸟类丰度的时空趋势。
• . 评估局部森林结构（特别是基底面积、森林更新状况和森林覆盖率）对鸟类丰度的影响。
• . 开发一种新颖的分层建模框架，以实现对稀有物種和采样稀疏的公园的稳健推断。
• . 确定鸟类功能群是否对环境变化作出一致响应，或是否应针对特定功能群实施管理。
• . 识别鸟类群落持续下降的公园，以实施针对性的保护干预措施。

提出的方法

• . 开发了一种多物種、多区域的移除抽樣模型，通过在物種和公园之间共享信息，提升对稀有和采样不足物種的估计精度。
• . 采用贝叶斯分层模型，考虑检测不完善性，并实现丰度估计的不确定性量化。
• . 建模物种特异的鸟类丰度随时间的变化趋势，同时整合空间异质的协变量（基底面积、森林更新状况、1公里范围内森林覆盖率）。
• . 使用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法进行模型参数的后验推断和趋势估计。
• . 在物種（群落）和公园（区域）之间共享信息，以提高丰度估计的精度并降低不确定性。
• . 通过后预测检验和交叉验证评估模型拟合度和敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 . 美国东北部不同保护区森林中的鸟类丰度趋势是否存在显著差异？
• RQ2 . 鸟类功能群（如食虫类、食果类）在各公园中丰度趋势是否一致，或对环境变化的响应是否不同？
• RQ3 . 森林结构特征（基底面积、森林更新状况、森林覆盖率）对整个网络中鸟类丰度的相对影响如何？
• RQ4 . 分层建模框架是否能有效估计大空间和时间尺度下稀有及检测稀疏鸟类物種的丰度趋势？
• RQ5 . 哪些公园显示出鸟类丰度的持续下降？尽管森林结构指标相似，这些下降可能由哪些因素解释？

主要发现

• . 三个公园——阿卡迪亚国家公园（ACAD）、马什-比尔斯-洛克菲勒公园（MABI）和莫里斯敦国家历史公园（MORR）——所有物種的鸟类丰度均呈现持续下降趋势。
• . 三个公园——萨拉托加国家历史公园（SARA）、罗斯福-范德比尔特公园（ROVA）和韦尔农场公园（WEFA）——鸟类丰度随时间呈上升趋势。
• . 鸟类丰度在基底面积中等水平和森林覆盖率高水平时达到峰值，其中森林覆盖率对丰度的正向影响最大。
• . 森林更新状况与鸟类丰度的关系微弱且不一致，仅有一个公园（ROVA）显示出显著的正向影响。
• . ACAD、MABI和MORR的下降趋势可能由森林结构以外的因素驱动，包括采伐（MABI）、风暴损害和绿刺蛾（MORR）以及早期演替生境的丧失（ACAD）。
• . 分层模型成功实现了对所有物種和公园的不确定性量化丰度估计，即使在稀有物種和数据匮乏的地点也表现良好。