栖息地结构对城市森林中鸟类声学群落时空动态的影响

《Global Ecology and Conservation》：Effects of habitat structure on spatiotemporal dynamics of bird acoustic communities in the urban forest

鸟类声景与城市森林栖息地结构的关系研究。采用声学指数（ADI、BIO、NDSI、PSD）分析南京某湿地公园30个监测点的声景特征，发现树种多样性（TSD）和冠幅宽度（CW）显著影响鸟类声学组成，其中冠幅宽度对夜声影响显著（p<0.01）。人为干扰（道路、硬化地表）在黄昏至夜间（HSR:r=-0.39**；RdDST:r=-0.32*）及部分时段（BIO:HSR:r=-0.96**；RdDST:r=-1.42*）具有显著负效应。多声学指标综合应用可提升城市生态监测精度，建议结合传统方法验证声学指数的生态指示价值。

　　本研究探讨了城市森林中鸟类多样性与活动模式与栖息地结构之间的关系，并通过多种声学指数对这些关系进行了量化分析。城市森林作为城市生态系统的重要组成部分，不仅为鸟类提供了栖息空间，还受到人类活动的显著影响。随着城市化进程的加快，自然栖息地逐渐被人工环境所取代，这使得城市森林成为研究鸟类生态适应性与环境变化之间关系的重要场所。鸟类的声学行为，如鸣叫频率、时间分布和声音强度，能够反映其对栖息地结构的适应性，而这些行为的变化对于评估城市生态环境质量具有重要意义。

鸟类的鸣叫行为与环境因素密切相关，例如植被结构、水体分布以及人类活动的干扰程度。在城市森林中，鸟类往往选择具有较高植被密度、结构多样性和靠近水源的区域进行栖息和活动，以满足其觅食、繁殖和隐蔽的需求。然而，人类活动带来的干扰，如交通噪声、建筑施工和游客行为，可能会改变鸟类的活动模式，导致某些敏感物种减少其鸣叫频率，甚至迁移到更适宜的区域，从而影响整个鸟类群落的多样性。因此，研究鸟类声学行为与环境因素之间的关系，有助于识别城市森林中鸟类活动的关键影响因素，并为生态修复和保护策略提供科学依据。

在本研究中，我们采用了四种常用的声学指数：声学多样性指数（ADI）、生物声学指数（BIO）、归一化差异声景指数（NDSI）和功率谱密度（PSD）。这些指数能够从不同的角度反映声景的特征，其中ADI用于衡量生物声音的多样性，BIO用于评估生物活动的整体强度，NDSI用于区分生物声音与人类声音的相对比例，而PSD则用于分析不同频率段内的声音分布情况。通过这些指数的综合应用，我们能够更全面地了解城市森林中鸟类声学行为的动态变化及其与环境因素之间的关系。

研究期间，我们在城市森林中布置了30个监测点，每个点进行为期96小时的连续声学监测，分别在春季和秋季进行。通过对比不同时间段的声学数据，我们发现鸟类的声学行为具有明显的昼夜差异。例如，在春季，鸟类在黎明时分鸣叫最为频繁，而在夜晚，某些高频率的鸟类鸣叫则显著增加。这一现象可能与鸟类的生理节律、环境条件以及人类活动的干扰有关。此外，研究还发现，栖息地的树种多样性、树冠宽度等植被结构特征对鸟类声学社区的形成和变化具有重要影响。特别是树冠宽度，在夜间对高频率鸟类鸣叫的增强具有显著的正向作用。

在秋季，我们发现鸟类的声学活动模式与春季有所不同，其中某些频率段的声音强度变化更为明显。同时，我们注意到，人类活动的干扰在夜晚对鸟类多样性的影响更为显著。这可能是因为夜间人类活动的减少使得鸟类更容易受到环境变化的干扰，而这些干扰可能对某些鸟类的生存和繁殖构成威胁。此外，鸟类的鸣叫行为在不同时间段的响应模式也显示出明显的差异，这提示我们需要在不同时间段对声学数据进行分别分析，以更准确地理解鸟类对环境变化的适应机制。

为了进一步探讨这些声学特征与环境变量之间的关系，我们采用了冗余分析（RDA）和非度量多维标度（NMDS）等统计方法。分析结果表明，树种多样性、树冠宽度和水体距离等变量在不同时间段对鸟类声学社区的结构和组成具有显著影响。其中，树种多样性在春季白天和秋季夜间均表现出较强的解释力，而树冠宽度则在秋季夜间对高频率鸟类鸣叫的增强具有显著的正向作用。这些发现强调了植被结构在维持鸟类多样性中的关键作用，并提示我们需要在城市森林管理中更加重视植被的多样性和空间分布。

研究还指出，声学方法在城市森林中的应用具有重要的生态价值。通过长期的声学监测，可以获取大量关于鸟类活动和栖息地变化的数据，从而为城市生态系统的管理和保护提供科学支持。然而，声学方法也存在一定的局限性，例如，某些声学指数可能受到昆虫、两栖动物等非目标物种声音的干扰，导致对鸟类多样性的评估不够准确。因此，在实际应用中，我们需要结合多种监测手段，如传统视觉调查和自动物种识别技术，以提高声学方法的可靠性。

此外，研究还发现，不同季节的鸟类声学行为存在显著差异，这可能与鸟类的繁殖周期、迁徙行为以及环境条件的变化有关。例如，在春季，由于鸟类繁殖活动的增加，鸣叫行为更为频繁和多样化；而在秋季，鸟类的活动主要集中在觅食和迁徙上，因此其声学行为可能呈现出不同的特征。这些季节性的变化提示我们在进行城市森林生态评估时，需要考虑季节因素的影响，以更全面地理解鸟类的生态行为。

研究还强调了声学指数在城市生态研究中的潜力。通过综合使用多种声学指数，我们可以从多维和多尺度的角度分析鸟类群落的变化，从而为城市生态系统的可持续发展提供参考。此外，声学方法的应用可以减少对野生动物的干扰，提高监测的效率和准确性，这在城市环境中尤为重要。然而，为了更准确地评估鸟类多样性，还需要进一步优化声学指数的计算方法，以减少其他声音的干扰，并提高对鸟类活动的识别能力。

综上所述，本研究揭示了城市森林中鸟类声学行为与环境因素之间的复杂关系，并展示了声学方法在城市生态研究中的应用潜力。通过分析不同时间段的声学数据，我们发现植被结构对鸟类声学社区的影响更为显著，而人类活动的干扰则主要在夜间对鸟类多样性产生影响。这些发现不仅有助于理解鸟类在城市环境中的适应机制，还为城市森林的生态管理和保护提供了科学依据。未来的研究可以进一步探索声学方法在不同城市森林中的适用性，并结合其他生态监测手段，以更全面地评估鸟类的生态行为和栖息地质量。