基于微电子感应新技术研究鸿雁年生活周期中日活动节律与个体适合度的关联

The classic Stringent Model predicts that the environmental and physiological stress can affect time budgets of animals and thus influence the individual fitness. Breakthroughs in microelectronics in recent years enables the testing of this hypothesis in animals, especially in long-distance avian migrants. The waterbirds in East Asian-Australasian Flyway are most threatened in the world, due to the rapid change in the environment. The research on the correlation of time budget, environmental and physiological stress, and individual fitness will provide the basis for bird and habitat conservation. In this project, we plan to (1) deploy accelerometers to record the positions and accelerations of the globally threatened Swan Goose Anser cygnoides, (2) record behavior and survival rate in the field, and (3) implement models and machine-learning algorithms, to establish the acceleration-behavior relationship and to illustrate the time budgets of Swan Geese within the annual cycle, and therefore reveal the environmental and physiological stress in different sites and fitness consequences. This projects aims to investigate new approaches to studying animal behavior, stress and population dynamics, and to predicting animal behavior with regard to changes in the environment.

胁迫理论认为，环境和生理胁迫，能够改变动物的日活动节律，最终影响个体适合度。近年来微电子技术的不断进步，为检验上述理论提供了技术支撑，尤其是针对活动范围广阔的长距离迁徙水鸟。由于环境的快速变化，东亚-澳大利西亚迁徙路线成为了全球最受胁的水鸟迁徙路线。研究水鸟日活动节律-环境和生理胁迫-个体适合度之间的内在关联，揭示环境变化对水鸟种群动态的影响机制，为物种和栖息地的保护提供理论基础。本项目拟采用加速度传感器，获得全球受胁物种鸿雁在年生活周期内的位置和加速度数据，结合野外行为与环境胁迫观察记录，通过数学建模与机器学习，建立加速度-行为关系判定模型，阐明鸿雁在不同阶段的日活动节律，揭示它们在不同区域的受胁程度及其对个体适合度的影响。本项目旨在探索研究动物行为-胁迫度-种群动态关系的新方法，以及环境变化对动物行为模式的影响规律。

鸿雁是我国二级保护物种，在IUCN红色名录中被列为易危物种。了解鸿雁年生活周期中的日活动节律与个体适合度的关联，可以为鸿雁的保护工作和保护区域生境管理提供理论支撑，也为研究鸿雁种群数量变化的原因提供线索。本项目旨在利用微电子感应技术研究鸿雁年生活周期中日活动节律与个体适合度的关联，在长江流域和鸿雁所在迁徙路线上开展相关工作。本研究发现，鸿雁在我国共有60余处重要分布区和栖息地，在长江流域鸿雁主要集中在江西鄱阳湖。在鸿雁所在迁徙路线上翘鼻麻鸭秋季迁徙模式呈现多样化，这对理解鸿雁迁徙模式复杂性具有重要意义。另外在鸿雁迁徙路线上，泰加林生物群落是长途迁徙候鸟的主要迁徙障碍，我国东北地区为候鸟成功跨越泰加林地区承担着重要角色，为候鸟提供重要的能量补给。通过微电子感应技术追踪我国主要的五种雁（鸿雁、豆雁、白额雁、小白额雁、灰雁）在鄱阳湖地区的活动情况，鸿雁、白额雁、小白额雁主要活动于自然湿地中，以湿地植被的根茎叶为食，揭示了鸿雁日活动节律和栖息地利用模式。结合研究团队前期的研究结果，越冬雁类种群数量下降的原因，与长江集水区经济发展导致的湿地退化和丧失密不可分。另外微电子感应技术与环志工作在鸿雁成活率的研究发现，我国鸿雁成活率较低，达到欧洲和北美雁类成活率的最低值，导致成活率的原因可能是栖息地环境破坏和破碎化，以及偷猎盗猎行为有关。鸿雁物种的保护离不开其主要生境条件的保护，以及保护方法的合理性。