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鸟类迁徙对图们江下游湿地声景时间格局的影响
生物多样性
2023, 31 (1):
22337-.
DOI: 10.17520/biods.2022337
声景生态学是一个相对较新和快速发展的研究领域, 被动声学监测技术和声学指数已经成为研究湿地鸟类和声景多样性的重要方法。本研究评价了鸟类迁徙对中国东北图们江流域下游湿地声景日、月和季节变化的影响。我们从2020年11月至2021年12月在图们江下游敬信湿地设置10个采样点, 获得91,988条时长5 min的有效音频, 计算了声音复杂度指数(acoustic complexity index, ACI)、生物声学指数(bioacoustic index, BIO)、声音均匀度指数(acoustic evenness index, AEI)和标准化声景差异指数(normalized difference soundscape index, NDSI)以及1-11 kHz频段的功率谱密度(power spectral density, PSD)。结果表明, 声学指数对鸟类迁徙活动敏感, 其中2个迁徙期声景(2-4月和10-11月)都以1-2 kHz雁类白天的叫声为主, NDSI显著降低, 1-2 kHz的PSD显著升高, 但雁类向北迁徙时几个声学指数变化更为敏感, 有效地捕获了迁徙峰值, 表明不同季节鸟类迁徙模式存在差异。非迁徙期声景由夏候鸟、蛙类和昆虫发声为主, 4种声学指数和PSD随月份呈现不同的动态特征, 反映了声景的多样性和复杂性, 其中5-7月声景以2-11 kHz的夏候鸟鸣唱(呈现显著高的黎明和鸣行为)和2-3 kHz的蛙类鸣叫为主, 8-9月声景以2-3 kHz、4-5 kHz和6-10 kHz频段的夜间昆虫鸣叫为主, 12月至次年1月仅记录到少量的鸟类发声活动。综上所述, 图们江下游湿地声景呈现明显的日和月变化规律, 多种声学指数联合使用可以有效地监测迁徙鸟类物候的变化, 特别是追踪春季雁类向北迁徙的时间和规模。随着全球气候变暖, 我们的结果强调声景监测与声学指数的应用可成为监测迁徙鸟类群落对气候变化响应的有效方法。 ![]() View image in article
图6
广义加性模型拟合的4种声学指数的日变化。
曲线阴影表示95%置信区间, 黄色虚线代表日出(6:00)和日落(18:00)时间。
正文中引用本图/表的段落
春秋2个迁徙期白天的ACI和BIO显著高于夜晚(所有P < 0.001, 图6), 表明白天的候鸟发声活动强于夜晚, 2-11 kHz生物声信号较多。夜晚的AEI显著高于白天(所有P < 0.01, 图6), 表明只有少数种类在夜晚发声, 声景被少量频段主导, 不均匀性高。
2-4月候鸟停歇期间, ACI呈单峰曲线, 峰值出现在14:00前后, 此时AEI也降到最低(图6A、B), BIO在6:00日出前后出现峰值(图6C), NDSI在8:00后持续下降, 14:00前后降至0 (图6D)。以上结果表明日出时鸟类发声活动增强, 2-11 kHz生物声信号最多, 频段间均匀度增加, 存在鸟类和鸣现象, 但在日出后2-11 kHz频段生物声信号逐渐减少, 除雁类外的其他鸟类发声强度降低, 而雁类发声活动不断增强。PSD3-4和PSD6-7在白天升高(附录2), 表明除雁类声信号外, 声景中鸟类声信号主要出现在3- 5 kHz和6-8 kHz频段。10-11月候鸟南迁停歇期间, BIO在8:00和16:00前后出现两个高峰(图6C), NDSI在此时出现两个低谷(图6D), 表明雁类在晨昏存在发声活动高峰。综上, 迁徙期湿地声景由1-2 kHz 的雁类声信号主导, 发声活动集中在白天, 并且存在鸟类和鸣现象。
非迁徙期湿地声景在不同季节表现出不同的日变化特征。以鸟类和蛙类发声为主的5-7月, ACI、BIO和NDSI在昼夜间无显著差异(所有P > 0.05, 表3), 它们的峰值出现在6:00日出前后, 代表鸟类和鸣现象(图6)。白天AEI值显著低于夜晚(P < 0.01), 同时白天的PSD3-6和PSD8-9升高, 表明白天频段间均匀度更高, 可能发声的鸟类种类更多, 而夜晚声景均匀度下降, 以2-3 kHz频段蛙类叫声为主。
以昆虫发声为主的8-9月, 白天BIO显著低于夜晚(P < 0.01, 表3), 在12:00出现最低值(图6C), 夜晚PSD2和PSD6也高于白天(附录2)。这些结果表明白天2-11 kHz频段生物声信号较弱, 特别是在正午, 而夜晚2-3 kHz和6-7 kHz持续性的鸣虫声信号最强。动物发声活动处于较低水平的12月至翌年1月, 白天AEI显著低于夜晚, ACI和BIO显著高于夜晚(所有P < 0.01, 表3), 代表白天有更多的频段被占用, 鸟类发声活动强(图6)。白天PSD1和PSD6-7较夜晚升高(附录2), 进一步表明白天以1-2 kHz和6-8 kHz的声信号为主。
受动物活动节律、潮汐规律、昼夜和季节变化等因素的影响, 声景在多种生境中均表现出典型的日节律、月节律或者季节节律等周期性特征。海洋生态系统中对珊瑚礁声景的研究发现, ACI在不同岛礁均表现出明显的每月1次高峰或者每日1次高峰的周期性特征(Staaterman et al, 2014)。在城市生态系统中声景的时间节律受到人类活动严重影响, 表现为复杂的时空特征(Liu et al, 2013)。Pijanowski等(2011)对美国印第安纳州天然林、次生林、农场、果园、城郊等生境的研究发现, 声景的多样性峰值出现在以鸟类和昆虫发声为主的夏末(8-9月), 除了农场外, 其他所有土地利用都有明显的7:00和22:00的高峰, 且夜间峰值是中午峰值的2倍。本研究中的图们江下游湿地声景也表现出24 h的周期性节律, 不同时段都有指数呈现明显的日变化, 但峰值出现的时间高度异质(图6)。另外, 本文的结果显示图们江下游湿地声景并未呈现明显的春夏秋冬四季分明的变化特征。被动声学监测中, 采样间隔越小覆盖的时间越精细, 通过声学指数反映出的声景时间动态越准确。若按季节连续录音的采样方式会丢失因季节交替、生物物候变化等表现出的声景特征。例如, 本研究区夏季(6-8月)在6-7月表现为鸟类发声为主, 8月表现为昆虫发声为主, 这将使得在夏季连续录制的声学数据无法反映出季节内主要发声物种的变化。因此, 研究声景时间格局时, 建议综合考虑研究区域物候和生物发声规律采集声学数据, 并在生物或生态意义明确的时间尺度上分析声景的变化(Metcalf et al, 2021)。
本文的其它图/表
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