Применение искусственной нейронной сети для дешифровки данных дистанционного зондирования Земли с целью выявления природных стаций, используемых европейским лосем Alces alces (Linnaeus, 1758) в осенне-зимний период 2023 г.

Н.В. Седихин и А.Ф. Вакуленко

Труды Зоологического института РАН, 2024, 328(3): 515–534 · https://doi.org/10.31610/trudyzin/2024.328.3.515

Резюме

В статье приведены результаты использования нейронных сетей попиксельной классификации изображений для дешифровки мультиканальных космических снимков, полученных спутником Landsat 8. Природные стации были выделены на основании различий фитоценотических характеристик участков пространства. Уровень их использования лосем определялся по встречаемости показателей присутствия лося, которыми являлись плотность размещения кучек зимних экскрементов (в весенний период) и показатель обилия окрыленных форм моноксенного эктопаразита лосей оленьей кровососки, Lipoptena cervi (Linnaeus, 1758), в виде количества нападающих на учетчика особей (в летне-осенний период). Материалы, составляющие основу для дешифровки, были получены методом маршрутного учета в разных районах Ленинградской области. Высокие значения измеряемых показателей были отмечены на участках лесовозобновления, во влажных сосняках и березняках, осинниках-кисличниках, по окраинам верховых болот и на зарастающих полях – в типичных зимних кормовых стациях лосей. По данным о максимальных значениях измеряемых показателей впервые установлена положительная корреляция показателя обилия окрыленных форм L. cervi с показателем физиологической активности хозяина (плотность размещения кучек «зимних» экскрементов). В статье также приведена действующая ссылка на материалы схематических карт, разработанных для части территории Ленинградской области и Санкт-Петербурга. Схема использования лосем участков местности составлена на основании относительного индекса, рассчитанного по измеряемым показателям учета. Наиболее достоверно идентифицированы участки полевых наблюдений и близлежащие к ним территории (точность 90–95%). Для участков, не затронутых полевыми наблюдениями, в статье даны комментарии об основных неточностях схем и причинах выявленных расхождений, основываясь на анализе литературных источников, посвященных аналогичной тематике исследований. Результаты исследования свидетельствуют о том, что частота нападений окрыленных форм оленьей кровососки может быть применена в качестве дополнительного критерия оценки стациальных предпочтений лося в зимний период при использовании сведений периода активного лёта, а упомянутый в статье метод дешифровки может быть использован на ограниченных участках конкретных территорий, в том числе заказников, участков охотничьих хозяйств и участковых лесничеств.

Корректировка. В статье была допущена неточность в названии, в которое было ошибочно включено упоминание «2023 г.». Правильным является следующее название статьи: «Применение искусственной нейронной сети для дешифровки данных дистанционного зондирования Земли с целью выявления природных стаций, используемых европейским лосем Alces alces (Linnaeus, 1758) в осенне-зимний период». Для соблюдения библиографической точности при цитировании статьи следует использовать первоначальное опубликованное название. Приносим извинения за эту ошибку.

Ключевые слова

копытные, местообитание, нейросеть, паразиты, Северо-Запад России, следы, Alces

Поступила в редакцию 22 марта 2023 г. · Принята в печать 23 августа 2024 г. · Опубликована онлайн 23 сентября 2024 г.

Литература

Baigas P., Olson R., Nielson R., Miller S. and Lindzey F. 2010. Modeling seasonal distribution and spatial range capacity of moose in southeastern Wyoming. Alces: A Journal Devoted to the Biology and Management of Moose, 46: 89–112.

Bakhtushkina A.I. 2018. Survivability of imaginal forms of deer louse flies (Diptera, Hippoboscidae). Russian Journal of Parasitology, 12(3): 23–26. [In Russian]. https://doi.org/10.31016/1998-8435-2018-12-3-23-26

Balashov Yu.S. 1996. The fluctuations of abundance of the deer louse-fly Lipoptena cervi (Hippoboscidae) in forests of the North-West Russia. Parazitologiya, 30(2): 182–184. [In Russian].

Balashov Yu.S. 2009. Parasitism of ticks and insects on terrestrial vertebrates. Nauka, Saint Petersburg, 357 p. [In Russian].

Bjørneraas K., Solberg E.J., Herfindal I., Van Moorter B., Rolandsen C.M., Tremblay J.-P., Skarpe C., Sæther B.-E., Eriksen R. and Astrup R. 2011. Moose Alces alces habitat use at multiple temporal scales in a human-altered landscape. Wildlife Biology, 17(1): 44–54. https://doi.org/10.2981/10-073

Bjørneraas K., Herfindal I., Solberg E.J., Sæther B.-E., van Moorter B. and Rolandsen C.M. 2012. Habitat quality influences population distribution, individual space use and functional responses in habitat selection by a large herbivore. Oecologia, 168(1): 231–243. https://doi.org/10.1007/s00442-011-2072-3

Boria R.A., Olson L.E., Goodman S.M. and Anderson R.P. 2014. Spatial filtering to reduce sampling bias can improve the performance of ecological niche models. Ecological Modelling, 275: 73–77. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2013.12.012

Boyce M.S. and McDonald L.L. 1999. Relating populations to habitats using resource selection functions. Trends in Ecology & Evolution, 14(7): 268–272. https://doi.org/10.1016/s0169-5347(99)01593-1

Burakova O.V. 2002. Should we be afraid of the deer ked Lipoptena cervi L. (Diptera, Hippoboscidae). RAT-info, 2(42): 16–19. [In Russian].

Chervonnyi V.V. 2014. Comparative analysis of different methods of accounting ungulates and their evaluation. Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Estestvennye nauki, 17(28): 86–94. [In Russian].

Courtois R., Dussault C., Potvin F. and Daigle G. 2002. Habitat selection by moose (Alces alces) in clear-cut landscapes. Alces: A Journal Devoted to the Biology and Management of Moose, 38: 117–192.

Danilkin A.A. 1999. Deer (Cervidae). Mammals of Russia and adjacent regions. GEOS, Moscow, 552 p. [In Russian].

Dussault C., Courtois R. and Ouellet J.-P. 2011. A habitat suitability index model to assess moose habitat selection at multiple spatial scales. Canadian Journal of Forest Research, 36: 1097–1107. https://doi.org/10.1139/x05-310

Fauna of the Leningrad Province 2022. Committee for the Protection, Control and Regulation of the Use of Wildlife of the Leningrad Province. Available from: https://lenobl.ru/opendata/7842387513-fauna_organ_reestr_1_7/ (accessed 20 August 2024) [In Russian].

Filonov K.P. 1983. Elk. Lesnaya promyshlennost’, Moscow, 246 p. [In Russian].

Fortin D., Beyer H.L., Boyce M.S., Smith D.W., Duchesne T. and Mao J.S. 2005. Wolves influence elk movements: behavior shapes a trophic cascade in Yellowstone National Park. Ecology, 86: 1320–1330. https://doi.org/10.1890/04-0953

Gao Y. 2013. Seasonal moose habitat selection in Minnesota. Available at: https://gis.smumn.edu/GradProjects/GaoY.pdf (accessed 1 October 2022)

Gillingham M.P. and Parker K.L. 2008a. The importance of individual variation in defining habitat selection by moose in northern British Columbia. Alces: A Journal Devoted to the Biology and Management of Moose, 44: 7–20.

Gillingham M.P. and Parker K.L. 2008b. Differential habitat selection by moose and elk in the Besa-Prophet area of Northern British Columbia. Alces: A Journal Devoted to the Biology and Management of Moose, 44: 41–63.

Glushkov V.M. 1988. The amount of feed consumed by moose and the number of defecations in various types of land. In: S.A. Korytin (Ed.). Rationalization of methods of studying hunting animals: Methodological recommendations. All-Russian Research Institute of Game Management and Fur Farming, Kirov: 47–54. [In Russian].

Ivanov V.I. 1974. On the damage done by Lipoptena cervi L. (Diptera, Hippoboscidae) in Byelorussia. Parazitologiya, 8(3): 252–253. [In Russian].

Ivanov V.I. 1975. On the attacks on humans by Lipoptena cervi L. (Diptera, Hippoboscidae). Medical Parasitology and Parasitic Diseases, 4: 491–495. [In Russian].

Joly K., Sorum M.S., Craig T. and Julianus E. 2016. The effects of sex, terrain, wildfire, winter severity, and maternal status on habitat selection by moose in North-Central Alаska. Alces: A Journal Devoted to the Biology and Management of Moose, 52: 101–115.

Jurgenson P.B. 1961. Elk’s census and their winter activity evaluation in forest areas of temperate zone by the counting of number of spring defecation. Proceedings of the Prioksko-Terrasny Reserve, 3: 19–28. [In Russian].

Kaunisto S., Harkonen L., Niemela P., Roininen H. and Ylönen H. 2011. Northward invasion of the parasitic deer ked (Lipoptena cervi), is there geographical variation in pupal size and development duration? Parasitology, 138(3): 354–363. https://doi.org/10.1017/S0031182010001332

Kaunisto S., Ylönen H. and Kortet R. 2015. Passive sinking into the snow as possible survival strategy during the off-host stage in an insect ectoparasite. Folia Parasitologica, 62: 038. https://doi.org/10.14411/fp.2015.038

Korosov A.V. and Zorina A.A. 2016. Ecological applications of Quantum GIS: a textbook for students of biological specialties. Izdatelstvo PetrGU, Petrozavodsk, 211 p. [In Russian].

Lebedeva N.L. 1986. Methods of counting the number. In V.E. Sokolov (Ed.). Biology and use of the elk. Research Review. Nauka, Moscow: 109–116. [In Russian].

Madslien K., Ytrehus B., Viljugrein H., Solberg E.J., Bråten K.R. and Mysterud A. 2012. Factors affecting deer ked (Lipoptena cervi) prevalence and infestation intensity in moose (Alces alces) in Norway. Parasites & Vectors, 5: 251. https://doi.org/10.1186/1756-3305-5-251

Månsson J., Andrén H. and Sand H. 2011. Can pellet counts be used to accurately describe winter habitat selection by moose Alces alces? European Journal of Wildlife Research, 57: 1017–1023. https://doi.org/10.1007/s10344-011-0512-3

McLaren B.E., Taylor S. and Luke S.H. 2009. How moose select forested habitat in Gros Morne National Park, Newfoundland. Alces: A Journal Devoted to the Biology and Management of Moose, 45: 125–135.

Meier C.M., Bonte D., Kaitala A. and Ovaskainen O. 2014. Invasion rate of deer ked depends on spatiotemporal variation in host density. Bulletin of Entomological Research, 104: 314–322. https://doi.org/10.1017/S0007485314000042

Mysterud A., Madslien K., Herland A., Viljugrein H. and Ytrehus B. 2016. Phenology of deer ked (Lipoptena cervi) host-seeking flight activity and its relationship with prevailing autumn weather. Parasites & Vectors, 9: 95. https://doi.org/10.1186/s13071-016-1387-7

Ogurtsov S.S. 2019. Brown bear (Ursus arctos) habitat suitability and distribution modelling in the southern taiga subzone using the method of maximum entropy. Nature Conservation Research, 4(4): 34–64. [In Russian]. https://doi.org/10.24189/ncr.2019.061

Pogrebnyak P.S. 1968. General forestry. Second edition, revised. Kolos, Moscow, 440 p. [In Russian].

Pohlert T. 2014. The pairwise multiple comparison of mean ranks: package (PMCMR). R package. https://doi.org/10.32614/CRAN.package.PMCMR

Popov A.V. 1965. The life cycle of louse-flies Lipoptena cervi L. and Stenepteryx hirundinis L. (Diptera, Hippoboscidae). Entomological Review, 44(3): 573–583. [In Russian].

Puzachenko Yu.G., Zheltukhin A.S. and Sandlersky R.B. 2010. Hunting taxation methods for in-farm management using remote information. Available at: http://www.sevin.ru/ecosys_services/game/game_method.pdf (accessed 26 October 2022) [In Russian].

R Core Team 2021. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. Available at: https://www.R-project.org/

Samuel B., Madslien K. and Gonynor-McGuire J. 2012. Review of deer ked (Lipoptena cervi) on moose in Scandinavia with implications for North America. Alces: A Journal Devoted to the Biology and Management of Moose, 48: 27–33.

Schamberger M.L. and O’Neil L.J. 1986. Concepts and constraints of habitat-model testing. In: J. Verner, M.L. Morrison and C.J. Ralph (Eds). Wildlife 2000: Modeling habitat relationships of terrestrial vertebrates. University of Wisconsin Press, Madison: 5–10.

Sedikhin N.V. and Dmitryukov A.V. 2022. Density of winged forms of the deer ked Lipoptena cervi (Linnaeus, 1758) in different biotopes and intensity of infestation of its main host in Leningrad Province. Entomological Review, 102: 227–235. https://doi.org/10.1134/s0013873822020075

Semenov-Tyan-Shansky O.I. 1948. Elk on the Kola Peninsula. Trudy Laplandskogo gosudarstvennogo zapovednika, 2: 92–162. [In Russian].

Sennov S.N. 2022. Forest science and forestry: textbook. Third edition revised and supplemented. Lan’, Saint-Petersburg, 336 p.

Sukachev V.N. 1961. General principles and procedure in the study of forest types. In: V.N. Sukachev and S.V. Zonn (Eds). Methodological guidelines for the study of forest types. Second edition, revised and expanded. Izdatelstvo AS USSR, Moscow: 11–122. [In Russian].

Timofeeva E.K. 1974. Elk (ecology, distribution, economic value). Izdatelstvo Leningradskogo Universiteta, Leningrad, 167 p. [In Russian].

Varnakov A.P. 1977. Deer louse-fly in the European taiga. Trudy Vsesoyuznogo sel'skohozyajstvennogo instituta zaochnogo obrazovaniya, 138: 78–81. [In Russian].

Yudin A.A. and Skumatov D.V. 2020. The assessment of moose numbers with the help of their excrements accounting in springtime. Far East Agrarian Bulletin, 4(56): 124–133.

Zheltukhin A.S., Puzachenko Yu.G., Kozlov D.N., Sandlerskiy R.B. and Korablev N.P. 2007. Implementation of the modern methods of collection and analysis of the field materials while mapping habitats of mammals and birds in the nature reserves and estimating its quality. Trudy Tsentral'no-Lesnogo Gosudarstvennogo prirodnogo biosfernogo zapovednika, 5: 227–244. [In Russian].

Zheltukhin A.S., Puzachenko Yu.G. and Sandlersky R.B. 2009. The quality of animal habitats estimated from track activity and remote sensing data. Contemporary Problems of Ecology, 2(3): 176–184. https://doi.org/10.1134/s1995425509030035

Zhu S., Qu Y., Liu Y., Dobrynin D.V., Sukhova O.V., Kotlov I.P., Sandlersky R.B., Yachmennikova A.A. and Rozhnov V.V. 2019. The structure of the Amur tiger (Panthera tigris altaica) potential habitats and evaluation of its prey in the Taipingou National Park (China) based on remote sensing data. Issledovanie Zemli iz kosmosa, 4: 60–86. [In Russian]. https://doi.org/10.31857/S0205-96142019460-86