Vývoj a použití hybridní GPS-Biologging technologie pro studium volně žijících zvířat

Ing. Václav Silovský

Doctoral thesis

Development and usage of hybrid GPS-Biologging technology for research on wild animals

Abstract:

Sledování a pozorování volně žijících zvířat pro získávání dat o místě, čase, pohybu a orientaci, nebo typu chování a aktivitě jsou stále více se rozvíjejícím trendem v ekologii mnoha živočišných druhů. Cílem studií je získávání komplexních poznatků vhodných pro rozšíření znalostí o biologii a ekologii daného druhu nebo pro jeho management a ochranu. Významným technologickým pokrokem je používání multi-senzorové biologging technologie v kombinaci se standartním GPS telemetrickým systémem ve formě obojkového systémů. V rámci našeho projektu jsme vyvinuli hybridní zařízení vybavené vysoko frekvenčním akcelerometrem a magnetometrem s tříosým záznamem dat na frekvenci 10 Hz a GPS modulem s frekvencí záznamu pozic v intervalu 30 minut. Vyvinuté zařízení bylo testováno pro dlouhodobé pořizování záznamu (více než 1 rok) u jedinců jelena evropského (Cervus elaphus) a prasete divokého (Sus scrofa). Hybridní technologie byla testována vzhledem k hmotnosti celého systému vůči tělesné hmotnosti sledovaných zvířat. Výsledky prokázaly vhodnost použití vyvinutého zařízení, a to bez vlivu na změny v chování a pohyb sledovaných zvířat. Technologie splňuje doporučený 3% váhový limit hmotnosti zařízení z tělesné hmotnosti zvířete. Rekonstrukce detailního pohybu označených zvířat pomocí biologging technologie prokázala využívaní nižší rychlosti pohybu při vyšší směrové diferenciaci, ve srovnání s výrazně rychlejším přímým pohybem. Další výsledky práce pocházející z biologging dat byly zaměřené na spánkové rytmy prasete divokého (Sus scrofa). Data prokázala negativní vliv extrémních klimatických faktorů na kvalitu a frekvenci spánkových cyklů sledovaných jedinců. U jelení zvěře byla pozitivně testována schopnost navigace (tzv. homingu) do původních domovských okrsků po řízené translokaci mimo ně. Směrová orientace vůči domovskému okrsku byla významná u GPS pozic, které byly ve vzdálenosti do 100 m a do 5000 m od místa vypuštění. Výsledky zdůrazňuji značnou fidelitu jelení zvěře k domovským okrskům. Stejně významný poznatkem je testovaná vhodnost použití přezimovacích obůrek pro jelení zvěř v zimním a jarním období s cílem redukce pohybu a energetických výdajů, potažmo snížení tlaku na lesní porosty. Jelení zvěř prokázala snížení pohybové aktivity po dobu strávenou uvnitř obůrky a značně vyšší aktivitu pohybu před samotným vypuštěním do volnosti. Publikované výsledky lze využít pro pochopení ekologie a chování několika druhů zvířat, případně ve spojení s ochranou a managementem přírody a procesů v ní probíhajících.

Abstract:

Monitoring and observing wild animals to collect data on location, time, movement and orientation, or types of behavior and activity is an increasingly developing trend in the ecology of many animal species. The goal of these studies is to gain comprehensive insights suitable for expanding knowledge about the biology and ecology of a given species or for its management and conservation. A significant technological advancement is the use of multi-sensor biologging technology combined with standard GPS telemetry systems in the form of collar systems. As part of our project, we developed a hybrid device equipped with a high-frequency accelerometer and a magnetometer that records data in three axes at a frequency of 10 Hz, alongside a GPS module that records positions at intervals of 30 minutes. The developed device was tested for long-term data acquisition (over 1 year) on individuals of the European deer (Cervus elaphus) and wild boar (Sus scrofa). The hybrid technology was evaluated regarding the weight of the entire system relative to the body weight of the monitored animals. The results demonstrated the suitability of using the developed device without influencing changes in the behavior and movement of the monitored animals. The technology meets the recommended 3% weight limit of the device relative to the animal's body weight. The reconstruction of detailed movement of tagged animals using biologging technology showed a tendency for lower movement speeds with greater directional differentiation, compared to significantly faster direct movements. Other results derived from biologging data focused on the sleep rhythms of wild boars (Sus scrofa). The data indicated a negative impact of extreme climatic factors on the quality and frequency of sleep cycles of the monitored individuals. For deer, the ability to navigate (known as homing) back to their original home ranges after managed translocation was positively tested. Directional orientation towards the home range was significant for GPS positions within distances of up to 100 m and up to 5000 m from the release point. The results highlight a strong fidelity of deer to their home ranges. Another significant finding is the tested suitability of using winter enclosures for deer during the winter and spring periods to reduce movement and energy expenditure, thereby decreasing pressure on forest vegetation. The deer demonstrated reduced movement activity while inside the enclosure and significantly higher movement activity prior to their release into the wild. The published results can be utilized to understand the ecology and behavior of several animal species, as well as in connection with nature conservation and the processes occurring within it.

Keywords

chování zvířat, akcelerometr, magnetometr, detailní pohyb, navigace

Keywords

accelerometer, magnetometer, detailed movement, navigation, animal behavior

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 10. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Tomáš Kušta, Ph.D.
• Reader: Vladimír Bejček, CSc., prof. RNDr., Jaroslav Slamečka, externi, Tomáš Kunca, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Doctoral programme / field:
Forestry Engineering / Forest Protection and Game Management