新型项圈传感器可揭示野火烟雾如何影响动物健康

【科罗拉多州立大学讯】  当野火烟雾弥漫在空中时，大多数人可以选择进入室内躲避。然而，野生动物却别无选择，且目前关于生活在偏远地区的动物如何应对野火及烟雾暴露，科学界知之甚少。

科罗拉多州立大学（CSU）的研究人员开发了一种空气质量监测装置，可将其与追踪野生动物位置和生理数据的系统结合使用，以了解烟雾如何影响野生动物的健康和行为。这款名为“烟雾记录仪”的设备是一个开源工具，将允许世界各地的野生动物研究人员解答此前无法回答的问题，并收集可用于更好地保护野生动物的数据。

随着该设备的初步研究结果发表在《生态学与进化方法》（Methods in Ecology and Evolution）期刊上，其设计和编程代码现已免费向公众开放。

“野火现已成为北美地区的一个长期性问题。我们都经历了这些巨大的烟雾羽流，它们可以连续数周对空气质量产生负面影响，”领导该项目并与美国林务局野生动物生态学家马克·迪特默（Mark Ditmer）及CSU博士后研究员亚当·帕林（Adam Parlin）合作的CSU教授乔治·威特迈尔（George Wittemyer）表示。“我们很想知道野生动物如何根据烟雾暴露情况调整其行为，而在此之前，这是不可能得知的。”

威特迈尔补充道，随着野火的频率、规模和严重程度不断增加，长时间影响空气质量的烟雾羽流已成为野生动物的新压力源，而荒野地区的空气质量通常并未受到监测。该团队开发的这款小型、低成本的烟雾记录仪可以安装在动物佩戴的项圈上，记录动物吸入的有害颗粒物浓度。

从野生动物的视角追踪烟雾

“我们对于野火烟雾对野外动物行为的影响知之甚少，特别是自由漫游的野生动物如何应对严重的烟雾事件，”在鱼类、野生动物和保护生物学系担任博士后研究员期间设计了该烟雾记录仪的帕林说道。

“这些装置提供了一个更好的途径，从野生动物的角度去理解其后果——例如在烟雾事件期间识别避难所——从而为保护和管理提供可操作的见解。”

野生动物研究——尤其是那些涉及捕捉、佩戴项圈和重新捕捉动物的研究——通常需要耗费大量资源，而且许多研究已经在追踪心率等健康数据以及GPS坐标。这些数据与烟雾记录仪的数据相结合，将揭示有关野生动物福利和活动的崭新信息。

该团队正在与美国西部的研究人员合作，利用现有的追踪美洲狮、鹿和麋鹿的研究项目，并在濒危的内华达山脉渔貂（一种与黄鼠狼有关的小型哺乳动物）的栖息地放置了传感器，以更好地了解其活动范围内的空气质量。这些结果将在未来的研究中发表。

他们鼓励那些能够回收野生动物项圈的研究项目与他们合作，将烟雾记录仪添加到其传感器组合中。或者，研究人员只需约100美元的材料费，通过下载免费开源的设计和编程代码，即可自行组装烟雾记录仪。

鹿佩戴传感器揭示高度局部化的空气质量

在骡鹿身上的初步部署显示，鹿佩戴的传感器与最近的监测站之间的空气质量差异达一个数量级（即相差10倍或更多），这表明空气质量具有高度的局部性，有必要监测个体动物以了解其暴露情况和反应。

今年在科罗拉多州和犹他州监测的鹿并未暴露在有害水平的野火烟雾中，但测试表明，该传感器足够灵敏，能够记录城市居住的鹿因交通造成的微小空气污染峰值。

“这对我们来说是大开眼界的，并显示了空气质量在微观尺度上的多变性，”自然资源沃纳学院的威特迈尔教授说道。

美国环境保护署（EPA）通过AirNow网络在全国人口稠密地区监测空气质量。这些佩戴在野生动物身上的传感器将填补数据空白，并为暴露于烟雾中的人类提供更多健康见解。

用于远程监测的低成本设计

为了设计一种负担得起的工具，该团队重新利用了一种低成本的商用传感器，类似于PurpleAir监测网络使用的传感器。这些传感器使用激光来测量被称为PM2.5的微小颗粒，因为它们的直径为2.5微米或更小。这些颗粒对心血管和呼吸系统健康有害。

这种由太阳能供电的烟雾记录仪设计用于佩戴在中小型和大型动物的项圈上，必须回收设备才能下载数据。传输数据成本高昂，且会耗尽设备电池，限制其使用寿命，此外荒野地区也没有用于传输信号的网络连接。因此，空气质量数据每30分钟记录并存储一次。

规划燃烧以限制野生动物暴露

迪特默表示，更深入地了解烟雾如何影响野生动物健康，将改善保护规划，并允许通过定时进行计划烧除来降低对野生动物的风险。

“面对日益严重的野火，计划烧除是管理森林的重要工具，了解烟雾实际何时何地到达野生动物处，可以帮助管理者规划燃烧，在满足森林管理目标的同时，减少在敏感时期或重要栖息地的暴露，”他说。

来源详情

Smoke Signals: Measuring Wildlife Smoke Exposure with Animal-Borne and Stationary Sensors, Methods in Ecology and Evolution (2026). DOI: 10.1111/2041-210x.70420

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