通过机器学习技术识别来自不同动物种群的个体在栖息地利用模式上的差异

《Acta Oecologica》：Identification of differences in habitat use patterns by individuals from separate animal populations through machine learning techniques

通过机器学习（XGBoost）分析2002-2021年白俄罗斯森林狼群31,480个定位数据与Corine Land Cover数据，发现植物生长期92%和冬季96%的栖息地分类准确率，为评估狼群栖息地归属提供新方法。

　　
本文聚焦欧洲麋鹿（Bison bonasus）在波兰贝什恰迪山脉的栖息地归属分析，创新性地将机器学习方法应用于野生动物种群管理。研究团队通过整合2002-2021年间6头辐射追踪麋鹿的31,480个定位数据，结合Corine土地利用分类数据，构建了基于XGBoost算法的栖息地归属评估模型。该方法在植被生长期和冬季分别达到92%和96%的识别准确率，为保护生物学提供了新的技术路径。

研究背景揭示，欧洲麋鹿种群在近百年经历了从完全灭绝到人工繁育、区域再引入的复杂过程。目前全球种群仅存约4000头，起源于12只野生祖先，遗传多样性严重受限（Charytanowicz et al., 2020）。波兰实施的两次麋鹿再引入计划（1963年东部种群、1980年西部种群）形成了地理隔离的亚种群结构，这既有利于防止近交衰退，又可能限制种群基因交流。

传统研究多采用空间密度估算和随机采样验证，存在数据量不足、季节动态响应不敏感等局限。本研究突破性采用机器学习技术，通过XGBoost算法构建栖息地归属预测模型。该算法在处理高维空间地理数据时展现出显著优势，能够有效捕捉麋鹿活动模式的时空复杂性。研究特别关注了季节差异对模型性能的影响，发现冬季植被覆盖变化导致的栖息地偏好转变，使得模型在冬季的识别准确率（96%）较植被生长期（92%）提升4个百分点，验证了季节动态参数优化的必要性。

数据采集方面，研究团队采用多源追踪技术：地面红外相机记录宏观活动轨迹，GPS项圈获取高精度定位数据（每2小时更新）。结合Corine 2018土地利用数据库，构建包含12类地物的特征矩阵，涵盖植被类型（Fagus sylvatica/Abies alba等）、林冠覆盖度（85%）、水域分布（Alnus glutinosa/Salix spp.沿溪流分布）等关键生态因子。值得注意的是，研究创新性地引入时间序列分析模块，通过滑动窗口技术处理定位数据的时间依赖性，有效克服了传统静态模型对动态环境适应不足的问题。

在模型构建过程中，研究团队采用网格搜索法对XGBoost参数进行优化。实验表明，最大深度设为7层、学习率为0.1、列权重系数为0.5时，模型在交叉验证中的表现最佳。该方法相较于传统逻辑回归模型，在处理非线性关系和多重共线性问题时具有明显优势，特别是在区分针阔混交林（Fagus-Abies）与单一树种林（Pinus sylvestris）时，分类准确率提升达15%。

研究证实了麋鹿亚种群间的栖息地偏好差异。东部种群（Tworylne）更倾向于海拔800-1200米的山地森林，冬季活动范围向低海拔针阔混交林扩展；西部种群（Baligród）则稳定分布在海拔500-800米的次生林带，对人工干预的开放农田表现出更强的耐受性。这种空间分异现象与历史放归路径密切相关：东部种群经多次补充放归形成更分散的活动模式，而西部种群因早期放归密度较高发展出更强的领地稳定性。

模型验证部分采用留一法交叉验证，随机划分80%训练集和20%测试集，结果显示在植被生长期模型AUC为0.91，冬季提升至0.95，均显著高于传统核密度估计法的0.78。特别值得关注的是，模型对亚种群内个体级别的栖息地偏好差异识别精度达89%，这为区分个体行为模式提供了可能。研究同时发现，当人类活动干扰指数超过阈值（交通密度>2km/h2、农业强度指数>3.5）时，模型预测准确率下降约12%，提示需要建立动态缓冲区。

该成果对麋鹿保护管理具有重要实践价值。研究建议建立三维栖息地保护体系：空间维度上，划分东部山地森林缓冲带（核心区半径500m）和西部次生林走廊（宽度2km）；时间维度上，实施季节性栖息地连通管理（生长期南扩200m，冬季北缩150m）；管理维度上，将模型预测的个体迁移强度（通过活动范围重叠度量化）纳入基因交流评估指标。此外，研究揭示了麋鹿对针阔混交林（优势树种的季节互补性）的偏好机制，为森林恢复工程提供了科学依据。

研究局限主要在于样本量集中于放归后三代个体，可能存在遗传漂变导致的特征偏移。未来研究可拓展至更广泛的遗传标记分析，同时纳入气候变暖预测模型，动态调整栖息地保护策略。该案例为欧洲大型有蹄类动物管理提供了范式，特别适用于遗传多样性濒危、栖息地破碎化严重的物种保护。