生態取樣是統計推論在生態學中的核心應用,從傳統計數到分子工具的整合正在重塑調查方法學。
佔域模型(Occupancy Modeling)
MacKenzie et al.(2002, Ecology 83:2248)開創了考慮不完美偵測(imperfect detection)的佔域模型:物種在調查中未被偵測到不代表真正不存在——以重複調查(multiple visits)估計偵測機率 p 與佔域率 ψ。模型為 P(detection history) = f(ψ, p),以最大概似法(ML)或貝氏方法估計。此框架可擴展為多物種佔域模型、動態佔域模型(colonization/extinction),是現代物種監測的標準方法。
CMR 模型的發展
Cormack-Jolly-Seber(CJS)模型估計表觀存活率(φ)與重捕率(p),以 multinomial likelihood 為基礎。程式 MARK(White & Burnham, 1999, Bird Study 46(S1):S120)與 R 套件 RMark、unmarked 提供靈活的模型建構。Bayesian 隨機效應模型(如 Royle-Dorazio integrated population models, Kéry & Schaub, 2012, Bayesian Population Analysis using WinBUGS)整合 CMR 與計數資料,在資料稀少時特別有優勢。
空間捕捉再捕(SCR, Spatial Capture-Recapture)
傳統 CMR 只估計「超級族群」量,不提供密度。Efford(2004, Oikos 106:598)和 Borchers & Efford(2008)提出 SCR 模型:個體活動中心服從空間點過程,偵測率隨距離偵測器衰減→直接估計密度 D。已廣泛應用於大型食肉動物監測(虎、雪豹、石虎的相機陷阱調查)。
環境 DNA(eDNA)方法學
eDNA 的定量分析可用 qPCR 或 ddPCR 估計 DNA 拷貝數,但 DNA 濃度與物種豐度的關係受降解率、水文稀釋、PCR 偏差影響(Yates et al., 2019, Biological Conservation 238:108222)。eDNA metabarcoding 以通用引子擴增後高通量定序,可一次偵測多物種——但引子偏差(primer bias)與參考資料庫完整性是主要限制。台灣已將 eDNA 應用於溪流魚類多樣性監測與外來種偵測。
稀釋曲線與完整性估計
物種累積曲線(species accumulation curve)與稀釋(rarefaction)技術標準化不同取樣努力量的物種豐富度比較。Chao 估計量(Chao1, Chao2, Chao & Jost, 2012, Ecological Research 27:1)以稀有種數量推估未偵測物種數。iNEXT 套件(Hsieh et al., 2016, Methods in Ecology and Evolution 7:1451)整合了 coverage-based rarefaction 與 Hill numbers 的統一框架。
文獻
MacKenzie DI et al. 2002. Ecology 83:2248. Estimating site occupancy rates when detection probabilities are less than one.
Kéry M & Schaub M. 2012. Bayesian Population Analysis using WinBUGS. Academic Press.
