The free statistic software "R": An introduction for ornithologists

Die Publikation ornithologischer Daten setzt heute voraus, dass sie mit angemessenen statistischen Methoden ausgewertet werden. Mit der Entwicklung entsprechender Verfahren steigen auch die Ansprüche an die Auswertungen und an die Software, die für solche Auswertungen nutzbar ist. Anerkannte kommerzielle Statistiksoftware ist für den Normalverbraucher oft unerschwinglich teuer. Das freie Statistikpaket R bietet eine kostenlose, aber doch professionelle Lösung. Leider ist der Einstieg in R nicht einfach, da das Programm nicht geklickt werden kann, sondern Code geschrieben werden muss. In diesem Artikel bieten wir eine Einstiegshilfe. Wir zeigen Schritt für Schritt, wie mit R gearbeitet wird. Der Leser kann direkt am eigenen Computer nachvollziehen, wie Daten in das R eingelesen werden, wie diese angesprochen und dargestellt werden. Wir begleiten den Leser durch einen t-Test und führen ein einfaches lineares Modell inklusive Residuenanalyse durch. Abschließend geben wir Empfehlungen für weiterführende Bücher.Publishing ornithological data requires the application of adequate statistical methods. With the improvement of methods, software requirements are arising, but available proprietary programs are often far beyond the financial limits of the users. The statistic package R is a free but nevertheless very sophisticated alternative. Regrettably, it is not easy to get started with R since it is not clickable and needs the typing of code. This article is a step by step introduction for R-beginners. The reader can experience the input of data, their handling and visualisation at his computer. We guide the user through a t-test and develop a simple linear model including analysis of residuals. Finally, we suggest books for further reading

What is the function of the toe pads in passerines, thermal isolation or locomotion?

Die Funktion der Zehensohlenballen bei Singvögeln wird einerseits der Lokomotion anderseits der Wärmeisolation zugeschrieben. In dieser Arbeit untersuchen wir die Beziehung zwischen Höhe des proximalen Zehensohlenballens der Hinterzehe von 88 Singvogelarten aus 7 Gattungen mit der Temperatur im Überwinterungsgebiet und dem Anteil an Koniferennadeln im Substrat, auf dem sich die Vögel während der Nahrungssuche fortbewegen. In 2 Gattungen (Carduelis, Carpodacus) korrelierte die Temperatur im Überwinterungsgebiet mit der Höhe des Zehensohlenballens. In 3 Gattungen (Parus, Phylloscopus, Sitta) zeigte das Substrat einen starken Zusammenhang mit der Zehensohlenballenhöhe. Und in 2 Gattungen (Dendroica, Regulus) korrelierten beide ökologischen Faktoren mit der Höhe des Zehensohlenballens. Die beiden ökologischen Faktoren sind nicht miteinander korreliert. Sowohl die Temperatur im Überwinterungsgebiet als auch der Anteil an Koniferennadeln im Substrat scheinen einen evolutiven Einfluss auf die Ausbildung von hohen Zehensohlenballen auszuüben. Der Einfluss jeder der ökologischen Faktoren ist pro Gattung unterschiedlich ausgeprägt.There exist two hypotheses of the evolutionary selection pressure which produced high toe pads in passerines: First, insulation of the foot soles in cold winter quarters, and second improved locomotion abilities in coniferous needles. In this study, we correlate the height of the proximal hind toe pad with the temperature in the winter quarter and the proportion of coniferous needles in the substrate for 88 passerine bird species belonging to 7 genera. Within 2 genera (Carduelis, Carpodacus) the temperature in the winter quarter is correlated with the height of the hind toe pad. In 3 genera (Parus, Phylloscopus, Sitta) the height of the hind toe pad is related to the substrate. Finally, in 2 genera (Dendroica, Regulus) both ecological factors are correlated with the height of the hind toe pad. The two ecological factors are not correlated with each other. Both the temperature in the winter quarter and the proportion of coniferous needles in the substrate seem to play a role in the evolution of high toe pads in passerines. The degree to which each of the two ecological factors influenced the morphology of the hind toe pad seems to vary among the genera

Morphological convergence in conifer-dwelling passerines

We tested for morphological convergence in conifer specialists among 88 passerines belonging to seven different phylogenetic lineages by discriminant factor analysis. We found a parallel trend among the seven lineages in body mass and digital pad morphology, whereas no such trends existed for the feeding and flight apparatus. Compared to the control species, the conifer specialists have smaller body masses and higher digital pads with maximal widths lying more distally within each of the seven lineages. These traits are interpreted as adaptations to dwelling among coniferous needle

A bird distribution model for ring recovery data:where do the European robins go?

For the study of migratory connectivity, birds have been individually marked by metal rings for more than 100 years. The resulting ring recovery data have been compiled in numerous bird migration atlases. However, estimation of what proportion of a particular population is migrating to which region is confounded by spatial heterogeneity in ring recovery probability. We present a product multinomial model that enables quantifying the continent-wide distribution of different bird populations during different seasons based on ring recovery data while accounting for spatial heterogeneity of ring recovery probability. We applied the model to an example data set of the European robin Erithacus rubecula. We assumed that ring recovery probability was equal between different groups of birds and that survival probability was constant. Simulated data indicate that violation of the assumption of constant survival did not affect our estimated bird distribution parameters but biased the estimates for recovery probability. Posterior predictive model checking indicated a good general model fit but also revealed lack of fit for a few groups of birds. This lack of fit may be due to between-group differences in the spatial distribution on smaller scales within regions. We found that 48% of the Scandinavian robins, but only 31% of the central European robins, wintered in northern Africa. The remaining parts of both populations wintered in southern and central Europe. Therefore, a substantial part of the Scandinavian population appears to leap over individuals from the central European population during migration. The model is applied to summary tables of numbers of ringed and recovered birds. This allows us to handle very large data sets as, for example, those presented in bird migration atlases

Do birds during irruption years differ from birds during "normal" years?

Wir verglichen bei Tannen-, Blau- und Kohlmeise sowie Erlenzeisig die Alterszusammensetzung, das Geschlechterverhältnis (nur bei Erlenzeisig und Kohlmeise) und die morphologischen Variabeln Fettreserven, Federlänge und Gewicht zwischen Vögeln, die während Invasionen auf der Ulmethöchi gefangen wurden, mit Vögeln in normalen Jahren. Bei Blauund Kohlmeise fanden wir andeutungsweise einen erhöhten Anteil Diesjähriger in Invasionsjahren, während beim Erlenzeisig der Anteil Adulter erhöht war. Der Weibchenanteil war bei der Kohlmeise in Invasionsjahren ebenfalls leicht erhöht. Diese Zusammenhänge waren nicht mehr sichtbar, wenn die jährlichen Jungen- rsp. Weibchenanteile gegen die Zahl der Durchzügler aufgetragen wurden. Die Meisen waren in Invasionsjahren gleichzeitig fetter und größer, wobei die Unterschiede bei allen Arten relativ klein waren. Nur bei der Kohlmeise existierte ein gut abgesicherter und signifikant positiver Zusammenhang zwischen Körpergröße sowie Fettreserven und Zahl der Durchzügler. Das Ergebnis zeigt, dass dem Massenzug bei den Meisen ähnliche Gründe und Mechanismen zu Grunde liegen, während diese beim Erlenzeisig vermutlich andere sind. Die positive Korrelation zwischen Anzahl Durchzügler und Körpergröße mit gleichzeitig hohen Fettreserven deutet darauf hin, dass bei Meisen in der dem herbstlichen Massenzug vorhergehenden Brutzeit vermutlich gute Nahrungsbedingungen geherrscht haben. Deshalb könnte vermutlich nicht Nahrungsmangel sondern eher hohe Populationsdichte Auslöser von Massenzug in den untersuchten Meisenarten sein.We compared age composition, and three morphological variables (feather length, body mass, fat class) between birds caught at a ringing station during irruption years with birds caught during years with relatively few migrants for the Coal Tit, Blue Tit, Great Tit and Eurasian Siskin. For the latter two species also sex ratio was analysed. In the Great and Blue Tit, the proportion of first year birds was slightly increased during irruption years compared to normal years, whereas in the Siskin the proportion of adults was higher. The proportion of females was slightly higher in irruption years in the Great Tit. However, these relationships disappeared when relating the yearly proportions of juveniles and females to the number of migrants. All tit species were fatter and larger in irruption years compared to normal years, however these differences were small. Only for the Great Tit, we found a significant positive relation between size and fat reserves on one hand and numbers of migrants on the other hand. The results indicate that the mechanism and/or underlying causes of mass migration might be similar for the three tit species analysed, and they might differ between the tit species and the Siskin. The positive correlation between number of migrants and body condition in tits suggests that good feeding conditions preceded the mass migration, and, therefore, large population size rather than acute food shortage may be the more plausible factor triggering evasions in the tit species we studied

Estimating Bat and Bird Mortality Occurring at Wind Energy Turbines from Covariates and Carcass Searches Using Mixture Models

Environmental impacts of wind energy facilities increasingly cause concern, a central issue being bats and birds killed by rotor blades. Two approaches have been employed to assess collision rates: carcass searches and surveys of animals prone to collisions. Carcass searches can provide an estimate for the actual number of animals being killed but they offer little information on the relation between collision rates and, for example, weather parameters due to the time of death not being precisely known. In contrast, a density index of animals exposed to collision is sufficient to analyse the parameters influencing the collision rate. However, quantification of the collision rate from animal density indices (e.g. acoustic bat activity or bird migration traffic rates) remains difficult. We combine carcass search data with animal density indices in a mixture model to investigate collision rates. In a simulation study we show that the collision rates estimated by our model were at least as precise as conventional estimates based solely on carcass search data. Furthermore, if certain conditions are met, the model can be used to predict the collision rate from density indices alone, without data from carcass searches. This can reduce the time and effort required to estimate collision rates. We applied the model to bat carcass search data obtained at 30 wind turbines in 15 wind facilities in Germany. We used acoustic bat activity and wind speed as predictors for the collision rate. The model estimates correlated well with conventional estimators. Our model can be used to predict the average collision rate. It enables an analysis of the effect of parameters such as rotor diameter or turbine type on the collision rate. The model can also be used in turbine-specific curtailment algorithms that predict the collision rate and reduce this rate with a minimal loss of energy production.German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety/FKZ 0327638 A,

Trichomonas gallinae infections in the naïve host Montifringilla nivalis subsp. nivalis

Infectious diseases bear a great risk for populations of naïve host species. In the present article we inform about the first microscopic and molecular detection of the bird pathogen Trichomonas gallinae in the White-winged Snowfinch (Montifringilla nivalis subsp. nivalis). The emergence of trichomonosis in this highly specialised alpine bird species may pose a serious threat to its already declining population. Interspecies transmission of T. gallinae most likely occurred at a bird feeder in a Swiss mountain village. Monitoring of the disease and immediate measures to prevent its spread are urgently needed

Ökologische Vorrangflächen fördern Kulturlandvögel

Der Rückgang der Biodiversität im Kulturland ist in weiten Teilen Europas ein dringendes Problem. Ein Lösungsvorschlag geht dahin, von den Landwirten zu verlangen, dass sie ökologische Vorrangflächen anlegen. In der EU wird diskutiert wie hoch der Anteil solcher Vorrangflächen sein sollte und welche Qualität sie aufweisen müssten. In der Schweiz sind ökologische Vorrangflächen seit 15 Jahren Pflicht und damit Gegenstand diverser Forschungsarbeiten. Der Artikel fasst einige aktuelle Arbeiten der Schweizerischen Vogelwarte Sempach zum Thema „Effekte ökologischer Vorrangflächen auf die Kulturlandvögel“ in Form eines „Werkstattberichtes“ zusammen. Trotz eines durchschnittlichen Anteils ökologischer Vorrangflächen an der landwirtschaftlichen Nutzfläche in Tallagen der Schweiz von 9,5% liess sich bisher auf nationaler Ebene keine substanzielle Verbesserung der Bestandssituation von typischen Arten des Landwirtschaftsgebietes feststellen. Untersuchungen zeigen, dass neben der Quantität vor allem die ökologische Qualität der Vorrangflächen für das Vorkommen zahlreicher Vogelarten entscheidend ist. Ein wichtiger Aspekt für die Vögel ist dabei die Erreichbarkeit der Nahrung. Lückige Vegetation ist diesbezüglich ein wichtiger Faktor ebenso wie die Sukzession. So ist die Dichte einiger Feldvogelarten in vier- bis sechsjährigen Buntbrachen (Blühstreifen, -flächen) am höchsten. Mehrere Fallbeispiele dokumentieren, dass sich die Bestände einiger Feldvogelarten mit qualitativ wertvollen ökologischen Vorrangflächen fördern lassen. Aufgrund von statistischen Modellen kann abgeschätzt werden, dass in Ackerbaugebieten rund 14 % hochwertige Lebensräume (Vorrangflächen mit Qualität, naturnahe Lebensräume außerhalb der landwirtschaftlichen Nutzfl äche) notwendig sind, um die Bestände von standorttypischen Vogelarten auf beachtliche Siedlungsdichten ansteigen zu lassen. Die Landwirte spielen bei der Umsetzung von Aufwertungsmaßnahmen die zentrale Rolle. Wir konnten zeigen, dass Landwirte, die eine gesamtbetriebliche Beratung erhalten haben, mehr Leistung für die Biodiversität erbringen. Die 24 im Rahmen eines Projektes beratenen Landwirte stimmten zu, den Anteil von Vorrangflächen mit Qualität auf ihren Betrieben von 3,3 auf 8,7 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche zu steigern. Im selben Projekt wurde ein Instrument entwickelt, mit welchem die verschiedenen Maßnahmen zur Lebensraumaufwertung mit Punkten bewertet werden. Eine Erfolgskontrolle auf 133 Betrieben zeigt, dass sich dieses Bewertungsinstrument sehr gut eignet, um die Leistung von landwirtschaftlichen Betrieben zugunsten der Biodiversität objektiv abzubilden. In der Schweiz werden naturnah und umweltfreundlich produzierte Labelprodukte stark nachgefragt. Die Vereinigung der integriert produzierenden Landwirte (IP-Suisse) setzt stark auf die Förderung der Biodiversität und verlangt von ihren Labelproduzenten eine bestimmte Leistung im Bereich Biodiversität. Diese wird mit dem oben erwähnten Punktsystem gemessen. Biodiversität wird damit zu einem Mehrwert, der über höhere Produzentenpreise in Wert gesetzt werden kann

Reduktion des Kollisionsrisikos von Fledermäusen an Onshore-Windenergieanlagen (RENEBAT II)

Fledermausschlagopfer an Windenergieanlagen (WEA) treten an vielen Standorten und teilweise in erheblichen Zahlen auf. Eine Reduktion der Schlagopferzahlen ist aus artenschutzrechtlichen Gründen unverzichtbar und auch für die Akzeptanz des Ausbaus der Windenergie wichtig. Im vorangegangenen Forschungsvorhaben RENEBAT I wurde eine Methode entwickelt, mit der das Schlagrisiko für Fledermäuse an WEA quantifiziert und über anlagenspezifische Betriebsalgorithmen reduziert werden kann. Zentrale Ziele des Forschungsvorhabens RENEBAT II waren die Validierung und Weiterentwicklung der fledermausfreundlichen Betriebsalgorithmen. Getestet wurde der fledermausfreundliche Betrieb an 16 WEA in 8 Windparks (2 WEA je Windpark) in mehreren Naturräumen im Bundesgebiet. Dieser Praxistest konnte zeigen, dass die in RENEBAT I entwickelten statistischen Modelle die Schlagopferzahlen an den untersuchten Anlagen mit hoher Genauigkeit voraussagen können und, dass der fledermausfreundliche Betriebsalgorithmus dazu geeignet ist, das Schlagrisiko mit hoher Präzision auf einen festgelegten Wert des verbleibenden Kollisionsrisikos zu reduzieren. Die Kosten für dieses Vorgehen konnten beispielhaft ermittelt werden. Ein weiteres wichtiges Ziel war die Integration der Forschungsergebnisse in die Planungspraxis. Als Handreichungen für die Praxis wurden daher ein Leitfaden für eine akustische Gondelerfassung an WEA und ein Statistiktool zur Berechnung der tatsächlichen Schlagopferzahl aus der Anzahl gefundener toter Fledermäuse entwickelt. Außerdem wurden die Regelwerke und Empfehlungen einzelner Bundesländer zur Berücksichtigung von Fledermäusen beim Bau und Betrieb von WEA zusammengefasst. Darüber hinaus wurden neue Ansätze zur Verbesserung und Vereinfachung der Erfassung von Fledermäusen an WEA entwickelt und erprobt. Ein Detektorsystem wurde neu entwickelt, das sich als wenig anfällig gegenüber Störgeräuschen erwies und in der Lage war mit hoher Empfindlichkeit und sehr selektiv Fledermausrufe aufzuzeichnen. Um mit verschiedenen Detektorsystemen erfasste Daten miteinander vergleichen zu können, wurde ein Laboraufbau entwickelt, mit dem verschiedene Aspekte der Detektortechnik standardisiert und reproduzierbar untersucht werden können. Der Einsatz eines Helligkeitssensors konnte keine eindeutige Korrelation zwischen der Helligkeit in der Nacht und der Aktivität von Fledermäusen an WEA zeigen. Durch die Messung der Fledermausaktivität mittels 3D-Wärmebilderfassung konnte der erste überzeugende Nachweis geführt werden, dass WEA einen anziehenden Effekt auf Fledermäuse haben. Dies ermöglichte auch die Berechnung von Skalierungsfaktoren für die Berechnung des Schlagrisikos an WEA mit verschiedenen Rotordurchmessern.Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit/0327638C+

Multi-species population indices for sets of species including rare, disappearing or newly occurring species

NI is funded by Natural Environment Research Council award NE/R016429/1 as part of the UK-SCAPE programme delivering National Capability.Multi-species indices (MSI) are widely used as ecological indicators and as instruments to inform environmental policies. Many of these indices combine species-specific estimates of relative population sizes using the geometric mean. Because the geometric mean is not defined when values of zero occur, usually only commoner species are included in MSIs and zero values are replaced by a small non-zero value. The latter can exhibit an arbitrary influence on the geometric mean MSI. Here, we show how the compound Poisson and the negative binomial model can be used in such cases to obtain an MSI that has similar features to the geometric mean, including weighting halving and doubling of a species’ population equally. In contrast to the geometric mean, these two statistical models can handle zero values in population sizes and thus accommodate newly occurring and temporarily or permanently disappearing species in the MSI. We compare the MSIs obtained by the two statistical models with the geometric mean MSI and measure sensitivity to changes in evenness and to population trends in rare and abundant species. Additionally, we outline sources of uncertainty and discuss how to measure them. We found that, in contrast to the geometric mean and the negative binomial MSI, the compound Poisson MSI is less sensitive to changes in evenness when total abundance is constant. Further, we found that the compound Poisson model can be influenced more than the other two methods by trends of species showing a low interannual variance. The negative binomial MSI is less sensitive to trends in rare species compared with the other two methods, and similarly sensitive to trends in abundant species as the geometric mean. While the two new MSIs have the advantage that they are not arbitrarily influenced by rare, newly appearing and disappearing species, both do not weight all species equally. We recommend replacing the geometric mean MSI with either compound Poisson or negative binomial when there are species with a population size of zero in some years having a strong influence on the geometric mean MSI. Further, we recommend providing additional information alongside the MSIs. For example, it is particularly important to give an evenness index in addition to the compound Poisson MSI and to indicate the number of disappearing and newly occurring species alongside the negative binomial MSI.Publisher PDFPeer reviewe