萨利什海中超声防污声的普遍存在：对南方定居型虎鲸（Orcinus orca ater）关键栖息地的高频噪音污染

《Marine Environmental Research》：The prevalence of ultrasonic antifouling sounds in the Salish Sea: High-frequency noise pollution in Southern Resident killer whale ( Orcinus orca ater) critical habitat

　　摘要
水下噪声污染是已知的对海洋野生动物的威胁，因为它可能导致各种听觉、行为和生理问题。尽管人们对低频船舶噪声的担忧促使采取了一些缓解措施，例如在指定区域内季节性降低船舶速度，但关于高频声音对海洋生物的普遍性和潜在影响的研究相对较少。萨利什海是多种具有高频率听觉敏感性的海洋哺乳动物的栖息地，其中包括濒危的南方居民虎鲸（SRKW）。2019年至2023年间，在美国萨利什海海域收集的被动声学记录中检测到了超声波防污（UA）信号，并对其时空分布及其与SRKW存在的潜在重叠情况进行了研究。通过自动识别系统（AIS）数据确定了在SRKW关键栖息地发出UA信号的船舶类型，并发现船舶速度与UA事件持续时间之间存在负相关关系。许多UA事件集中在商业航运通道附近，包括SRKW数量相对较高的区域。虽然季节性游轮是UA事件的主要来源，但货船、油轮和游艇全年都在使用这些系统，这凸显了这些信号的普遍性以及它们如何改变SRKW关键栖息地及整个高生产力的萨利什海生态系统的声景。对于那些依赖水下高频声音的受保护物种而言，UA的潜在影响是一个日益关注的问题，需要采取保护措施来减少船舶产生的噪音干扰。

引言
船舶是水下噪声的相对普遍的来源（Erbe等人，2025年），尤其是在像萨利什海这样船舶活动频繁的区域，该海域涵盖了普吉特海湾、胡安·德富卡海峡、圣胡安群岛和乔治亚海峡的沿海海域（Gaydos等人，2008年）。萨利什海的人为噪声来源于多种海上来源，包括客轮、休闲船舶、渔船、军舰以及各种货船和油轮（Burnham等人，2021a, 2021b, 2023年）。这些船舶类型的交通及其产生的噪声表现出不同的时空模式：休闲和渔业活动在夏季达到高峰，并且通常发生在靠近海岸的地方，而商业船舶则全年沿着连接多个主要港口与开阔海洋的深水航运通道行驶（MacGillivray等人，2025年）。每年4月至10月，游轮会造访萨利什海，在华盛顿州西雅图、不列颠哥伦比亚省维多利亚和温哥华停靠。美国海军和加拿大皇家海军在胡安·德富卡海峡全年进行测试和训练演习，而客运渡轮也在美国和加拿大水域的航线上每月运营（Cox等人，2024年；Allen，2017年）。尽管如此，萨利什海仍然是几种依赖声音进行关键生命活动的声敏感海洋哺乳动物的重要栖息地（Richardson等人，1995年；Bassett等人，2012年）。这里经常出现的齿鲸类包括虎鲸（Orcinus orca）和港湾鼠海豚（Phocoena phocoena），而达氏鼠海豚（Phocoenoides dalli）和各种海豚物种偶尔也会造访这个内陆海域（McMillan等人，2025年）。座头鲸（Megaptera novaeangliae）、灰鲸（Eschrichtius robustus）和小须鲸（Balaenoptera acutorostrata）也是常见的鲸类，偶尔还会发现长须鲸（Balaenoptera physalus）（Gaydos和Pearson，2011年；Olson等人，2024年）。此外，这里还栖息着多种鳍足类动物，包括港湾海豹（Phoca vitulina）、加利福尼亚海狮（Zalophus californianus）和斯特勒海狮（Eumetopias jubatus）（Long，2021年）。

萨利什海内的虎鲸种群包括南方居民虎鲸（SRKW）、北方居民虎鲸（NRKW）和大虎鲸（Osborne 1999）。SRKW被美国和加拿大列为濒危物种（国家海洋渔业局[NMFS]，2016年；加拿大渔业和海洋部[DFO]，2017年），在诸如猎物短缺和环境污染物等风险因素中，人为噪声污染被认为是这一小种群的主要威胁（NMFS，2008年；Ford等人，2026年）。先前的研究表明，宽带船舶噪声（主要由螺旋桨空化引起）和船载声呐设备（如鱼雷搜寻器和测深仪）会对SRKW的觅食行为产生负面影响（Lusseau等人，2009年；Holt等人，2021a，2021b；Tennessen等人，2024年）。因此，一些保护行动集中在减少华盛顿州北部和不列颠哥伦比亚省南部被指定为SRKW关键栖息地的跨境水域内的水下噪声水平（Thornton等人，2022年）。这些努力主要集中在大型商业船舶产生的水下辐射噪声上，因为这种低频声音源会减少虎鲸和其他鲸类的通信空间（Putland等人，2017年；Williams等人，2021年；Hendricks等人，2025年）。此类举措通常通过降低船舶速度来减少低频噪声（Joy等人，2019年；MacGillivray等人，2019年；ZoBell等人，2021年；Findlay等人，2023年）。目前，萨利什海的大型商业船舶自愿实行季节性减速措施，包括美国的“Quiet Sound”计划和加拿大的“Enhancing Cetacean and Habitat Observation (ECHO)”计划（MacGillivray等人，2022年；Adams和Aronson，2024年；Malinka等人，2024年）。ECHO计划自2017年起在不列颠哥伦比亚省南部海岸实施船舶减速措施，这些减速期通常在夏季进行，目标区域包括哈罗海峡、边界通道和Swiftsure Bank。从2022年开始，华盛顿州的Quiet Sound计划在秋冬季在Admiralty Inlet和普吉特湾北部实施船舶减速区，以与SRKW在普吉特湾的高峰出现时间相吻合。虽然商业船舶减速可以降低低频水下噪声水平，但它们并不一定能解决高频范围内的船舶噪声问题。此外，新的海洋声景中出现了新的人为信号。在加拿大萨利什海海域收集的数据记录到三种不同类型的船舶（游轮、散货船和拖船）在温哥华附近发出的超声波防污（UA）信号（Martin等人，2023年）。UA系统由连接到换能器的数字控制装置组成，这些换能器发出高频（>20 kHz）脉冲，旨在防止藤壶和藻类等生物附着在潜艇表面（Park和Lee，2018年）。UA设备主要安装在船舶外部以针对船体，但也可应用于其他易受生物污染影响的区域，如螺旋桨或海水循环系统。这项技术被宣传为传统防腐涂料的“绿色”替代品，因为它不会向环境中释放有毒化学物质。因此，由于海事行业对更环保防污选项的需求增加，UA市场正在快速增长（Knobloch等人，2021年）。

尽管制造商声称UA比有毒防腐涂料更环保，但这种超声波噪声源对海洋野生动物的潜在影响尚不清楚。然而，在墨西哥瓜达卢佩岛进行的长期被动声学监测显示，UA对喙鲸（Ziphius cavirostris）造成了干扰，因为发现UA信号的出现与喙鲸的声学存在之间存在负相关关系（Trickey等人，2022年）。喙鲸声学检测的显著减少表明，这些鲸鱼避开了 tourist dive 船只季节性使用UA设备的区域。视觉调查进一步证实了这一点，发现当使用UA系统时，喙鲸的分布从其核心栖息地发生了变化。除了瓜达卢佩岛的tourist dive 船只发出的UA信号外，Trickey等人（2022年）还记录到了美国和墨西哥港口内几艘停泊游轮发出的另一种类型的UA信号。Martin等人（2023年）测量到一艘游轮UA系统的平均源强度约为175 dB re 1 μPa2m2（在20 kHz和25 kHz频率段），而安装在油轮和潜水船上的UA设备的 broadband 源强度分别为170 dB re 1 μPa2m2和158 dB re 1 μPa2m2（Ram等人，2026年）。这些频率与许多海洋哺乳动物的听觉范围直接重叠（Erbe等人，2016年），从生物学风险评估的角度引发了对该技术的担忧。尽管UA可能对受保护物种产生影响，但这种商业化技术似乎尚未受到监管。根据最近几项从生物声学角度研究UA技术的研究（Trickey等人，2022年；Martin等人，2023年），自2018年以来，北美太平洋沿岸多个地点的被动声学记录中都发现了船舶安装的UA设备。目前，萨利什海内使用这些系统没有限制。

利用2019-2023年间在美国萨利什海海域多个站点收集的被动声学数据，研究了UA信号的普遍性，并将其与自动识别系统（AIS）船舶交通数据进行了对比。具体而言，本研究旨在1）描述SRKW关键栖息地内UA事件的时空分布，2）确定与UA事件持续时间相关的因素，3）确定UA与SRKW声学存在的潜在每日重叠情况，并详细说明如何通过部署在SRKW身上的声学生物标记记录UA。这项研究有助于更好地了解UA作为噪声污染来源在各种海洋生物栖息地中的普遍性，包括那些依赖声音进行关键生命活动的受保护和濒危物种。

部分摘录
**声学数据收集与分析**
使用底部安装的SoundTraps（ST500 STD和ST600 STD型号，Ocean Instruments，新西兰奥克兰）在萨利什海美国的八个长期监测站点收集了被动声学记录（图1和表1）。记录站点位于胡安·德富卡海峡西部（WJF）、中部（CJF）、安杰利斯港（PA）、海因银行（HB）、鲑鱼银行（SB）、奥尔登银行（AB）、Double Bluff（DB）和Three Tree Point附近。

**UA信号类型**
在2019-2023年的研究期间，八个声学监测站点共记录到894次UA事件（表2）。数据中存在三种类型的UA信号：1）20-25 kHz频率范围内的连续单频脉冲（图2a）；2）通常从约20 kHz开始扩展到更高频率的多频音调脉冲（图2b）；3）能量从约20 kHz开始的超声波上升或下降脉冲（图2c和2d）。

**总体普遍性**
尽管萨利什海是一个生物多样性丰富的生态系统，但它也经过了高度开发，并包含北美最繁忙的航运通道之一（McMillan等人，2025年）。在2019-2023年的声学监测期间，多次检测到UA信号，而且这种声音源不仅在萨利什海普遍存在，而且其发生频率似乎还在增加。然而，由于WJF、CJF和PA站点的记录工作有限……

**结论**
超声波防污（UA）事件主要集中在萨利什海的商业航运通道和高交通区域（胡安·德富卡海峡、普吉特湾北部），在普吉特湾南部（Three Tree Point）较少见，在内陆水域的各个渔场（海因银行、鲑鱼银行和奥尔登银行）则非常罕见。UA设备安装在多种类型的船舶上，且可在数公里范围内被检测到。这些高频……

**作者贡献声明**
Jennifer S. Trickey：概念化、正式分析、初稿撰写、可视化、数据整理、调查、方法论、验证、审稿与编辑。
Marla M. Holt：概念化、资金获取、数据整理、调查、项目管理、方法论、监督、资源协调、验证、可视化、审稿与编辑、正式分析。布鲁尔（Brewer）：数据整理、正式分析、方法论、验证、可视化、写作——未注明参考文献
加拿大渔业与海洋部（Department of Fisheries and Oceans Canada），2017年；Elliser和Hall，2021年；Ford，1987年；康奈尔鸟类学实验室（Cornell Lab of Ornithology）丽莎·杨保护生物声学中心（K. Lisa Yang Center for Conservation Bioacoustics），2026年；Koschinski等人，2024年；March等人，2021年；Martin等人，2024年；McMillan等人，2026年；Putland等人，2018年；R核心团队（R Core Team），2021年；?irovi?等人，2026年；华盛顿州生态部（Washington State Department of Ecology）溢油管理计划（Spill Management Program），2021年。

资金来源
本研究由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）海洋声学计划（Ocean Acoustics Program）、西北渔业科学中心（Northwest Fisheries Science Center）以及美国海军太平洋舰队（U.S. Navy Pacific Fleet）资助。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢
本研究是在美国陆军工程兵团（U.S. Army Corps of Engineers）颁发的许可NWS-2019-338和NWS-2022-385，以及奥林匹克海岸国家海洋保护区（Olympic Coast National Marine Sanctuary）颁发的许可OCNMS-2017-009-A1和OCNMS-2022-001的基础上进行的。我们感谢Wes Parker、Tim Nesseth、Mike Craig、Chris Meinig、Fenn Enterprises以及Surveyor II号船的团队在声学浮标设计、制造、部署、翻新和回收方面的后勤支持。同时，我们也感谢Cecilia Thompson（NOAA Hollings学者）以及Asila Jennifer S. Trickey、Marla M. Holt、Zoe R. Rand、Arial M. Brewer和Candice K. Emmons、M. Bradley Hanson的支持。