结合声学遥测技术和侧扫声纳技术，估算纽约哈德逊河中濒危短吻鲟的数量

《Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences》：Combining acoustic telemetry and side-scan sonar to estimate abundance of endangered shortnose sturgeon in the Hudson River, New York

本研究通过整合声学遥测与侧扫声纳数据构建贝叶斯分层模型，重新估计哈德逊河短吻鲟成年种群数量为69,798只（95%置信区间9207-185,666），确认其为现存最大种群。尽管数量增长显著，但约40%种群聚集在Esopus Meadows过冬区，该区域存在高强度人类活动，提示需加强监测和栖息地保护。

　　研究团队通过整合两种被动采样方法——声学追踪和侧扫声呐——的数据，构建了一个贝叶斯分层模型，用于估算哈德逊河中短鳍鲟的成年种群数量。这种方法为未来对受保护物种进行种群动态监测提供了一个相对低成本的替代方案。根据研究结果，哈德逊河中的短鳍鲟成年数量估计为69,798只（95%置信区间为9,207至185,666只），这使得哈德逊河成为现存最大的短鳍鲟种群之一。尽管如此，该种群仍然面临局部干扰的威胁，因为超过40%的个体聚集在一个面积较小的越冬栖息地，而该区域恰好是人类活动较为密集的地区。因此，持续的种群调查可以为人类活动和自然随机过程对短鳍鲟种群动态的影响提供更深入的理解。

短鳍鲟（Acipenser brevirostrum）是全球濒危物种之一，其生存状况受到多种因素的影响。该物种广泛分布于北美洲东部沿海，包括美国和加拿大的多个大河系统。然而，由于过度捕捞和栖息地丧失，短鳍鲟种群在19世纪末经历了一次严重衰退，导致其在许多原生水系中消失或濒临灭绝。为了保护该物种，美国政府在1966年通过《濒危物种保护法》将短鳍鲟列为受保护物种，并在2012年将其列入《濒危物种法案》（ESA）的保护名单。在加拿大，短鳍鲟自1980年起被列为特别关注物种，而大西洋鲟则自2011年起被列为受威胁物种。这些保护措施为短鳍鲟的恢复提供了法律支持，但也带来了研究上的挑战。

短鳍鲟的生命周期特征使得对其种群数量的估算变得复杂。该物种具有多次繁殖的特性，个体通常在3至8年之间达到性成熟（约50至70厘米体长）。繁殖活动通常每隔1至5年发生一次，且幼鱼和早期幼体阶段对淡水环境有依赖性。因此，繁殖行为通常发生在河口附近，具有硬底质的特定区域，并且远离咸水与淡水交界处。繁殖时间与水温密切相关，通常发生在春季，之后个体会分散在河口的中等盐度区域，最终在越冬栖息地形成密集聚集。这些行为模式表明，短鳍鲟的种群动态受到环境因素的显著影响，同时也对其生存构成挑战。

由于短鳍鲟的生命周期较长，且存在多代重叠，传统的种群数量估算方法难以准确应用。这些方法通常依赖于标记-重捕技术，但在实际操作中存在诸多限制。例如，标记个体数量较少、设备选择性较强以及个体检测概率较低等因素，都会导致估算结果的偏差和不确定性。此外，近年来的研究表明，短鳍鲟种群数量的快速增长可能主要归因于幼鱼补充率的提高，而非成年个体存活率或繁殖率的增加。因此，种群动态的变化可能受到环境随机性和人类活动的双重影响，而这些因素的相互作用对于种群的长期发展趋势具有重要意义。

为了应对这些挑战，本研究采用了一种新的估算方法，即利用声学追踪和侧扫声呐数据构建贝叶斯分层模型。这种方法能够在不进行大规模标记和处理的情况下，更准确地估算种群数量。声学追踪技术通过监测个体的活动轨迹，可以确定特定区域内个体的分布情况。而侧扫声呐则用于对特定区域的种群进行普查，从而提供种群数量的基线数据。结合这两种技术，研究团队能够更全面地了解短鳍鲟的种群动态，并识别其在特定时间点和地点可能面临的威胁。

研究团队在哈德逊河的主越冬区域——埃索普草地（Esopus Meadows，约河公里140）进行了侧扫声呐调查。由于无法对整个河段进行声呐扫描，研究团队选择了一个相对集中的区域作为调查重点。此外，为了减少由于时间或空间分布变化带来的不确定性，研究团队在连续的两个越冬季节（2021-2022和2022-2023）内多次进行声呐调查。这种多次调查的方法有助于更准确地捕捉短鳍鲟的分布模式，并为种群数量的估算提供更可靠的数据支持。

在声学追踪方面，研究团队每年标记50条短鳍鲟，并尽量保持标记个体的性别比例一致。标记工作是在春季进行的，地点位于哈德逊河的主繁殖区域，即从阿尔巴尼到特洛伊之间的河段。标记过程使用了60米长的鳃网（网目尺寸为12.7、15.2和17.8厘米），并在捕捞后将鱼放入河中的浮动围栏中，以减少其应激反应。随后，研究团队测量了鱼的体长和体重，并为其植入被动集成射频标签（PIT tag）。如果鱼体内没有现有的PIT标签，则会植入新的标签。性别鉴定则通过检查腹部是否出现精液或卵子，或者在植入内部声学标签时进行观察。

研究团队还利用了纽约州环境保护部门和特拉华州立大学维护的河段范围声学接收器阵列。该阵列覆盖了从皮尔蒙特（rkm 40）到联邦大坝（rkm 244）的整个河段，为监测短鳍鲟的活动提供了重要数据支持。通过对2021至2024年间的接收器数据进行分析，研究团队能够识别出标签丢失或死亡的迹象，这些迹象可能代表自然死亡、非法捕捞或标签故障。对于表现出长期静止行为或检测数据不足两个月的标签，研究团队将其视为可能的个体死亡或标签脱落，并从分析中排除。这种数据筛选过程有助于提高估算结果的准确性。

通过结合声学追踪和侧扫声呐数据，研究团队能够更全面地了解短鳍鲟的种群分布情况。声学追踪提供了个体的活动轨迹，而侧扫声呐则提供了种群在特定区域的分布密度。这种方法不仅能够估算种群数量，还能够揭示个体在越冬期间的栖息地使用模式，以及其可能面临的威胁。例如，研究团队发现，超过40%的个体聚集在埃索普草地，而该区域恰好是人类活动较为密集的地区。这表明，短鳍鲟的生存状况可能受到人类活动的显著影响，尤其是在越冬期间。

此外，研究团队还发现，短鳍鲟的繁殖行为与越冬行为之间存在一定的关联。虽然繁殖行为通常发生在春季，但个体在越冬期间的聚集可能与其繁殖成功率有关。例如，一些研究表明，埃索普草地可能是繁殖前的集结区域，而这一区域的环境条件可能对繁殖成功率产生积极影响。然而，也有研究指出，个体选择越冬地点可能与次年春季的繁殖概率无关，这表明越冬行为可能更多地受到环境因素的影响，而非繁殖需求的驱动。

为了进一步验证这些假设，研究团队通过多次调查和数据整合，对短鳍鲟的种群动态进行了更深入的分析。这种分析方法不仅能够提供更准确的种群数量估算，还能够揭示个体在不同时间段和地点的分布模式，以及其可能面临的威胁。例如，研究团队发现，短鳍鲟在越冬期间的分布模式与繁殖季节的分布模式存在显著差异，这表明其生命周期的不同阶段可能受到不同的环境因素影响。

通过这种方法，研究团队能够更好地理解短鳍鲟的种群动态，并为未来的种群监测提供科学依据。这种方法的应用不仅提高了种群数量估算的准确性，还为保护措施的制定提供了重要参考。例如，研究团队发现，短鳍鲟在越冬期间的聚集可能使其更容易受到人类活动的影响，因此，保护工作应重点关注这些区域，以减少对种群的干扰。此外，研究团队还发现，短鳍鲟的种群数量变化可能受到环境随机性的显著影响，因此，未来的种群监测应考虑这些因素，以更全面地评估种群的生存状况。

总的来说，本研究通过整合声学追踪和侧扫声呐数据，构建了一个新的贝叶斯分层模型，用于估算哈德逊河短鳍鲟的成年种群数量。这种方法不仅提高了估算的准确性，还为未来的种群监测提供了相对低成本的替代方案。通过这种方法，研究团队能够更好地理解短鳍鲟的种群动态，并为保护措施的制定提供科学依据。此外，研究团队还发现，短鳍鲟的种群数量变化可能受到环境随机性和人类活动的双重影响，因此，未来的种群监测应综合考虑这些因素，以更全面地评估种群的生存状况。