2020年11月30日
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公民科學家齊力 巨量資料填補生物多樣性監測系統空缺

內容提供/《自然保育季刊》 文/臺灣生態工法發展基金會研究員 吳采諭、農委會特有生物研究保育中心研究員兼組長 林瑞興 攝影/臺灣生態工法發展基金會研究員 吳采諭

監測野生動物的分布與動態變化,是保育生物多樣性的重要方法之一。在固定的地點,以同樣的調查方法與調查時間,長期反覆調查,能獲得一個地區的自然資源與生物族群的狀態,以及環境棲地的變化情形;調查成果可作為經營管理與保育策略的依據(Voříšek et al . 2008)。

透過4個國家尺度監測計畫的實際執行狀況,顯示「足夠的調查人員」是涵蓋大尺度範圍調查的關鍵因素。此外,由於「停止全球生物多樣性之減損」的2010年生物多樣性目標並未達成,主因之一是缺乏足夠的生物多樣性資訊,導致一般民眾不了解生物多樣性的內涵與重要性,因此2010年重新設置的愛知生物多樣性目標(Aichi Biodiversity Target,簡稱愛知目標)將「生物多樣性主流化」列為首要策略目標,而推動生物多樣性主流化與知識分享所需要的資料、科學基礎和技術,仰賴生物多樣性資訊的公開與整合。

在鳥類監測於2010年轉由特生中心執行的同時,國內開始推廣「公民科學家」參與全民監測生物多樣性,由專家設計容易操作的調查方法,再招募志同道合的民眾(公民科學家)參與調查,除了藉助公民科學家的力量蒐集生物多樣性資料外,亦有提升參與民眾認識生物多樣性,促進保育行動的效果。

公民科學對生物多樣性監測的重要貢獻

以鳥類為例, 除了臺灣繁殖鳥類大調查,2009年始於臺灣中部地區的「臺灣鳥類生產力與存活率監測」(The Monitoring Avian Productivity and Survivorship program, Taiwan,簡稱 MAPS Taiwan),於2010年訓練第一梯次繫放志工,以透過政府機關、非政府組織、專業科學家及志工共同合作參與的公民科學形式,於每年3至9月,以固定努力量的繫放工作,透過比較各年度的鳥種捕捉數量、重複捕捉個體及幼鳥比例的變化,了解臺灣陸域燕雀目鳥類的族群數量、生產力(繁殖成功率或幼鳥產生數)及死亡率。這些資訊可以和臺灣繁殖鳥類大調查得到的族群指標互補,呈現不同空間尺度、不同海拔及不同棲地特性下,目標鳥種的族群狀態。

2014年開始的臺灣新年數鳥嘉年華,以度冬鳥類為主要監測目標。

至2019年底,已培訓9梯次基礎訓練班繫放志工124人,志工出勤時數超過28,539人時,繫放站超過33處,繫放鳥類超過133種13,554隻次。繫放資料與各年度報告、研究成果,均公開於MAPS Taiwan 官網上。在臺灣繁殖鳥類大調查穩定邁入第5年後,針對度冬鳥類規劃的「臺灣新年數鳥嘉年華」 (Taiwan New Year Bird Count, NYBC Taiwan)於2014年展開,每年元旦前後,由鳥老大帶領鳥伙伴和鳥鄉民,以連續24小時的時間探索半徑3km的樣區圓,除了了解度冬鳥類的數量、分布、群聚組成及變遷狀況外,更是鳥友們年度相聚賞鳥聯絡感情的好機會。以2019年為例,參與人次達到1,365名,完成了179個調查樣區,記錄到325種鳥類,合計312,948隻次。至今已完成6年(2014~2019)的年度報告,均公開於NYBC官方網站供民眾閱覽。

專家設計的監測體系,能針對監測目標選取具有代表性的監測樣區,以標準化的調查方法,獲得品質穩定的資料。不同生物類群各有其生態代表意義,單一類群之監測計畫,或是同一類群內的單一監測目標,無法涵蓋所有監測需求;因此除了前述監測計畫外,亦有針對不同棲地型態,或是不同目標類群的監測計畫。例如,在棲地監測方面,有在不同海拔段進行的「臺灣地區特殊棲地野生物長期監測」。

新年數鳥嘉年華是鳥友們年度相聚賞鳥聯絡感情的好機會。

該計畫於特生中心所屬低、中、高海拔試驗站轄區,針對環境變化與生物多樣性之關係進行長期監測,並以蝙蝠為指標物種,試圖了解不同海拔段蝙蝠相之關係。另外,在容易受到氣候變遷影響的高海拔地區,亦規劃了不同生物類群的監測體系,包括哺乳類、繁殖鳥類、爬蟲類、兩棲類及蝴蝶類,調查樣區主要在海拔範圍2,000~3,400m的山區,以了解氣候變遷對高海拔地區野生動物之影響。單一類群內亦有不同的監測對象,如前述臺灣繁殖鳥類大調查、臺灣鳥類生產力與存活率監測,以及臺灣新年數鳥嘉年華,已涵蓋常見繁殖鳥類與度冬鳥類的監測,亦需針對單一目標物種的特性,設計單獨的監測方法,例如八色鳥族群監測、黑面琵鷺普查、水雉普查、雲林小辮鴴普查等。

全球生物多樣性資料庫網路社群化

除了專家系統以外,網際網路與社群網站的發達,也促進了由使用者主動回報的生物分布資料蓬勃發展。透過應用社群平臺「臉書」,特生中心在2011年成立了「慕光之城—蛾類世界」網路社團,以公民科學的方式,請對蛾類有興趣的民眾在社團張貼自行拍攝的蛾類照片,提供拍照日期與地點,由社團成員討論鑑定蛾種,工作人員則開發資料登錄程式,將這些照片與資訊建檔成資料庫。至2020年5月,已有超過33萬筆資料(已鑑定79科3,420種),另建立蛾類食草資料8,771筆(已鑑定蛾類50科939種、食草158科902種)。

以同樣方式推動使用者主動回報的公民科學網路社團,還包括「蝸蝸園—台灣陸生蝸牛交流園地」、「蛛式會社—台灣蜘蛛研究社團」,以及針對道路死亡動物的「路殺社」等。而在臉書社團之外,源自美國康乃爾大學鳥類研究室與奧杜邦學會的全球性賞鳥記錄網站「eBird」,在特生中心的推動下,於2015年8月啟用中文入口網,以賞鳥人的需求為出發點,讓鳥友們輕鬆方便上傳賞鳥紀錄,即時統計個人看過的鳥種,配合eBird Taiwan定期的推廣活動,使臺灣的上傳資料數量常常在世界排名的前5-8名之間。至2020年5月,在臺灣累計記錄615種鳥類,超過42萬筆紀錄清單,已能涵蓋臺灣多數常見鳥種的分布狀態,各種公開資料容易查詢,是相當成功的公民科學資料庫,也是全世界鳥友的賞鳥好幫手。

科技的發展,讓生物多樣性調查與監測產生了更多的可能性,例如以排程錄音機進行被動式聲學監測。

另一個源自加州大學柏克萊分校資訊學院的全球生物多樣性資料庫 iNaturalist,設定的目標更為宏大—透過手機的應用程式,只要拍照、定位、上傳,全世界任何一種生物都可以被納入資料庫中,即使是記錄者本人無法辨識的物種,藉由網路社群的力量,也會有高人幫忙解答。目前iNaturalist在全世界已有超過100萬名觀察者與13萬名以上的鑑定者,記錄27餘萬種生物,超過3,800萬筆觀察紀錄;在嘉義大學生物資源學系助理教授林政道於2017年推動中文化介面之後,臺灣地區已有超過1萬4千名觀察者與5千名以上的鑑定者,超過47萬筆觀察紀錄中已鑑定1萬3千多種生物,可預見未來的蓬勃發展。

這些由公民科學家主動回報的生物分布資料庫,雖然可能受到使用者主觀喜好的影響,但能以巨量資料填補專家監測系統的空缺,並呈現明確的生物多樣性變化趨勢。整合專家系統與主動回報資料庫後,透過專業研究人員的分析,即可得知臺灣生物多樣性的現況,並找出其中仍有不足之處,再設計新的調查監測方法填補其中的漏洞。

例如成立於2011年的路殺社,在累積大量使用者回報的資料後,於2017年開始推出經過試驗設計和標準化篩選的系統性調查,在一定時間內,以統一的標準化調查方法,進行「系統化全臺同步路殺大調查」,以獲得更嚴謹的數據、更完整的監測資訊。鳥類除了從繁殖鳥類、度冬鳥類乃至於單一物種監測的發展外,eBird Taiwan 在2018年9月推動「秋季插旗比賽」鼓勵鳥友們前往資料庫中的空白地區,上傳該區域的首筆紀錄「占領地盤」,在一個月的時間內,由全臺122位賞鳥者共同上傳了3,882份清單,填補了3,179個 1km x 1km未曾有過調查紀錄的網格。

又如,成立之初因蛾類資料在鱗翅目中相對稀少,故以蛾類為目標的網路社群「慕光之城」,近期檢視臺灣鱗翅目昆蟲的線上資料情況後,發現照片豐富的蝶類目前反而少有時空分布資料,在2019年11月宣布開放蒐集蝶類的紀錄,將同屬鱗翅目的蝶類與蛾類分布資訊,一併納入監測目標中。

2015年開始,水雉生態教育園區與特有生物研究保育中心合作,將固定的冬季調查發展為水雉的公民科學普查。

科技發展下的監測體系之未來面貌

隨著科技的發展,生物多樣性的調查與監測方法,也因新工具和技術的開發,產生了更多的可能性。除了由具備物種辨識能力的專業調查人員在野外直接進行生物多樣性調查之外,能長時間架設在野外、可在無人監控時自動運行的設備,讓研究人員能獲得更多原本不易取得的珍貴資料。例如紅外線自動照相機能以影像記錄中大型哺乳類與地棲性鳥類的活動;被動式聲學監測(passive acoustic monitoring, PAM)利用可設定自動開關機時間的排程錄音機,除了偵測所有會發出聲音的動物,更可進一步探討環境中所有聲音組成(稱為「聲景」)的變化;又如無人飛行載具(Unmanned AerialVehicle, UAV)能探索調查人員難以抵達的地區,估算野生動物族群數量,或監測棲地環境的變化情形。這些技術能協助監測系統涵蓋更廣大的時間與空間範圍,減低調查人員對野生動物的干擾,在部分野生動物調查計畫中也已廣泛採用(如紅外線自動照相機)。然因自動監測技術可能產生極大量的影像或聲音資料,在納入監測體系前需要妥善的事前規劃,如設備需求評估與測試、資料儲存、資料管理、資料分析、自動分析工具的開發等;未來隨著設備成本的降低,以及自動分析技術的逐漸成熟,這些新工具技術將有助於提高監測效率,提供不同層次的觀點,並增進我們對生物多樣性的了解。

時至今日,臺灣的生物多樣性監測在數十年來策略性的規劃與推動下,透過政府機關、非政府組織、專業研究人員以及公民科學家的共同努力,在物種研究保育方面已有不錯的進展,如在2016、2017年發布了臺灣陸域脊椎動物紅皮書名錄,評定鳥類、兩棲類、陸域爬行類、淡水魚類、陸域哺乳類及維管束植物等物種的國家受脅等級(林瑞興等2016;林春富等2017;陳元龍等2017;楊正雄等2017;鄭錫奇等2017;臺灣植物紅皮書編輯委員會2017)。

在各生物類群中資料最完整的鳥類,預計將於2020年發表「臺灣國家鳥類報告」,以呈現各項鳥類監測結果,並對影響族群變化的重要保育議題進行分析。然而即使是資料相對最完整的鳥類,在現有監測體系下,仍存在某些因數量稀少、習性隱蔽、活動模式不易觀察的重要稀有或保育類物種,有待納入未來的監測體系;至於基礎資料相對不足的生物類群,更應受到關注。生物物種的基礎研究資料是推動「生物多樣性主流化」工作的基石,也是保育生物多樣性的重要方法之一;如何透過監測計畫獲得的知識,納入新的監測技術,改變管理方式,並推動後續保育行動策略方案,仍是未來在保育臺灣生物多樣性的路途上,需要持續努力的目標。

【延伸閱讀】

保育生物多樣性 監測過程須有4大關鍵要素

本文轉載自110期《自然保育季刊》,原文標題〈臺灣生物多樣性監測體系之現況與展望〉

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