Do you mind? Using biologging tools to study anthropogenic disturbance effects on wildlife behavior and energetics – a case study on moose

Abstract

Boreale skogområder er under påvirkning av klimaendringer og økt menneskelig aktivitet. I dette økosystemet er elgen (Alces alces) en nøkkelart. Elgen er av høy kulturell og økonomisk betydning og viktig for livsopphold i bygdesamfunn. Nedgang i elgbestander flere steder i nyere tid kan knyttes til økosystemendringer og mulige effekter av menneskelig aktivitet og infrastruktur. I denne avhandlingen har jeg utviklet modeller for å studere effekter av forstyrrelse på atferd og energiforbruk til ville elger ved hjelp av biologgingsdata samlet inn fra GPS- og akselerasjonssensorer festet på elghalsbånd. I første artikkel brukte jeg atferdsobservasjoner av merkede elger i fangenskap til å utvikle en maskinlæringsmodell som klassifiserer et gitt intervall i akeslerasjonsdataene til én av syv vanlige atferdskategorier. I andre artikkel brukte jeg data fra hjerteloggere og akselerasjonssensorer på elg i fangenskap til å predikere hjertefrekvens fra akselerasjonsdata. Jeg illustrerer bruken av denne modellen sammen med en publisert ligning som kvantifiserer forholdet mellom elgens hjertefrekvens og energiforbruk til å beregne elgens energiforbruk fra akselerasjonsdataene. I tredje artikkel brukte jeg modellene utviklet i artikkel I og II til å undersøke i detalj hvordan ville elger responderte på eksperimentelle forstyrrelser. Jeg designet en atferdsstudie der jeg systematisk nærmet meg ville elger som var merket med halsbånd med GPS- og akselerasjonssensorer, enten til fots eller med truger, om sommeren, under elgjakten, og om vinteren. Jeg kvantifiserte elgenes atferd og energiforbruk under tilnærmingsforsøket sammenlignet med kontrollperioder, og undersøkte effekten av avstand til forstyrrelsen, årstid, og tid på døgnet. Tilnærmingsforsøkene førte til at elgen brukte mer tid på forflytning og mindre tid på matinntak, spesielt i de første ti minuttene etter forstyrrelsen, med generelle endringer i atferd og energiforbruk som varte i opptil tre timer. Elgenes respons varierte med årstid; tilnærmingsforsøk med kortere avstand ga en kraftigere fluktrespons om sommeren og om vinteren enn i jaktsesongen, mens flukten startet tidligere og varte lenger om vinteren. Elgens energiforbruk var høyest etter tilnærmingsforsøk om morgenen sommerstid. Mine funn beskriver elgers respons på forstyrrelse på et detaljnivå som ikke er gjort tidligere, og belyser de negative effektene av forstyrrelse for ville elgers energibudsjett. Funnene kan informere fremtidige studier som tar sikte på å kvantifisere kumulative effekter av forstyrrelse og konsekvenser av gjentatte forstyrrelser for ville elger.

Abstract: Boreal forests are experiencing disturbances from climatic changes and increased human activity. In this ecosystem, moose (Alces alces) are a keystone species. They are of high cultural and economic significance and important for subsistence in rural communities. Recent declines in several moose populations have implicated ecosystem changes and potential effects from human activity and infrastructure. In this thesis, I developed models to study the effects of disturbances on the behavior and energy expenditure of wild moose using biologging data collected by collar-mounted GPS and accelerometer units. In Paper I, I used behavioral observations on collared captive moose to develop a machine learning model predicting one of seven common behaviors for any given interval in the accelerometer data. In Paper II, I used data from heart rate loggers and accelerometer collars in captive moose to predict heart rate from accelerometer data. I illustrate the use of my model in concert with a published equation quantifying the relationship between moose heart rate and energy expenditure, to calculate moose energy expenditure from accelerometer data. In Paper III, I used the models developed in Papers I and II to investigate the detailed responses of wild moose to experimental disturbances. I designed a behavioral response study during which I systematically approached collared moose on foot or snowshoes in the summer, during the hunting season and in winter. I quantified the behavior and energy expenditure of the moose during the approaches relative to control periods and investigated the effect of distance to the disturbance source, season, and time of day. The disturbances resulted in increased locomotor activity and decreased foraging activity, particularly in the first ten minutes following the approach, with overall changes in behavior and energy expenditure lasting up to three hours. The disturbance response varied by season; close approaches elicited a stronger flight response in summer and winter than in the hunting season, while the onset of flight was sooner and lasted longer in the winter. Energy expenditure was highest following approaches during summer mornings. My findings describe moose disturbance response in unprecedented detail and elucidate the negative effects of disturbances on the energy budget of wild moose. The models I developed in this thesis can improve the study of wild moose behavior and energy budgets. They can inform future studies aiming to quantify cumulative effects of disturbances and consequences of repeat disturbances on wild moose.