A statistical framework for camera trap data analysis in ecological research

Abstract

The Anthropocene is characterized by accelerating extinction rates of many species, but at the same time other species are increasing their geographic ranges and growing in population size. Some of these species that thrive in our increasingly anthropogenic world are causing human wildlife interactions. Because many of these interactions are perceived as negative and conflicting with human interest, an evidence-based management aimed at conflict mitigation is warranted. In this dissertation, I studied wild boar (Sus scrofa) in several areas, where the species was actively managed, often through hunting. In addition, the work in this dissertation focused on the optimal application of statistical methodology to account for false-negatives on other common sources of bias in assessing occupancy and abundance of wildlife. Wild boar were studied using wildlife cameras, often referred to as camera traps, which ensured that the species and its environment were minimally disturbed. Photographs derived from these camera traps were annotated and analysed using Bayesian hierarchical population models. Specifically, I applied occupancy and N-mixture models, often in combination with statistical methods that allowed the flexible modelling of spatial, temporal or spatiotemporal patterns in occupancy or abundance. Through these results, I found that (i) African swine fever (ASF), culling, and other ASF-related management actions led to strong population declines of wild boar in the south of Belgium. Moreover, I report that camera traps were a useful tool in the monitoring of wild boar population trends during an ASF epidemic; (ii) Site-structured hierarchical models for the estimation of animal abundance could only be used to produce reliable insights in relative trends in abundance. Hence, they should not be used to obtain absolute abundances; (iii) Hunting pressure did not appear to influence the space use of wild boar in an agro-ecosystem. Non-lethal human disturbance on the other hand appeared to have a stronger impact on wild boar space use; (iv) Trends and rankorder patterns between different camera-based estimators could often be compared when the variability is large, but may not be compared when variability is small; (v) Wild boar dynamically changed their space use across the diel cycle in an agro-ecosystem. However, the driving factors behind these changes remained uncertain. Following the results of my study, the lack in strong scientific knowledge on the impacts of management actions on wild boar becomes apparent. Among other things, it remains uncertain, or it depends on the area, whether hunting and/or non-lethal human activities change the spatial behaviour of wild boar. Furthermore, the statistical tools used to assess absolute animal abundances often suffer from biases in real life settings. Thus, further work towards improving abundance estimators for unmarked animal populations remains essential.

Het Anthropoceen wordt gekenmerkt door het steeds sneller uitsterven van diersoorten, tegelijkertijd zijn er enkele diersoorten wiens geografische gebied en populatiegrootte toeneemt. Soorten die succesvol zijn in een wereld die alsmaar meer door de mens beïnvloed is, leiden regelmatig tot dier-mens interacties. Omdat veel van deze dier-mens interacties als negatief worden ervaren en leiden tot conflicten met menselijke belangen is er nood aan een op evidentie gebaseerd beheer van deze soorten. In deze thesis, heb ik het everzwijn (Sus scrofa) bestudeerd in verscheidene gebieden, waar de soort onderworpen was aan wildbeheer, vaak door middel van jacht. Daarnaast, focust deze thesis zich op de optimale toepassing van statistische methoden, die gericht zijn op het evalueren van de ruimtelijke verdeling en abundantie van wild en die tevens corrigeren voor imperfecte detectie en andere bronnen van bias. Het everzwijn werd bestudeerd aan de hand van wild camera’s, ook cameravallen genaamd, wat ervoor zorgde dat de diersoorten en hun omgeving minimaal verstoord werden. Specifiek, paste ik occupancy en N-mixture modellen toe, vaak in combinatie met statistische methoden die het toelaten om spatiale, temporele of spatio-temporele patronen in ruimtelijke verspreiding of abundantie flexibel te modelleren. Aan de hand van mijn resultaten, vond ik dat (i) Afrikaanse varkenspest (ASF), gerichte jacht en andere ASF-gerelateerde beheeracties leidde tot een sterke populatieafname van het everzwijn in het zuiden van België. Daarnaast, rapporteerde ik dat cameravallen nuttige middelen zijn in het monitoren van everzwijn populaties tijdens een ASF epidemie; (ii) Hiërarchische modellen voor het schatten van abundantie konden enkel gebruikt worden om betrouwbare schatting van relatieve trends in abundantie te verkrijgen. Dus, ze dienen niet gebruikt te worden om absolute abundantie mee te verkrijgen; (iii) Jachtdruk leek geen impact te hebben op het ruimtegebruik van het everzwijn in een agro-ecosysteem. Niet-lethale menselijke verstoring daarentegen leek het ruimtegebruik van het everzwijn wel te beïnvloeden; (iv) Trends en rangorde patronen tussen verschillende camera-gebaseerde schatters kunnen vaak direct vergeleken worden als de variabiliteit groot is, maar niet wanneer deze gering is; (v) Everzwijn veranderde zijn ruimtegebruik doorheen een 24-uur cyclus in een agro-ecosyteem. Hoewel, de drijvende factoren achter deze veranderingen onduidelijk blijven. Uit de resultaten van mijn studie leid ik af dat er een tekort is aan wetenschappelijke kennis wat betreft de impact van wildbeheer op het ruimtelijke gedrag van het everzwijn. Zo blijft het onduidelijk, of het hangt af van het gebied, of jacht en/of niet-lethale menselijke activiteiten veranderingen in het ruimtegebruik van het everzwijn veroorzaken. Verder zijn statistische methoden gebruikt voor het schatten van absolute abundantie van dieren vaak onderworpen aan verschillende vormen van bias. In de toekomst blijft het dus essentieel om verder in te zetten op methodologische verbeteringen in het schatten van de abundantie van ongemarkeerde dieren.