《Marine Environmental Research》：Characterizing the Coastal Soundscape of Mount Conero (Adriatic Sea) through Passive Acoustic Monitoring
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摘要
被动声学监测是一种非侵入性工具，被广泛用于评估海洋生物多样性和生态系统动态。本研究描述了亚得里亚海科内罗区域公园沿岸浅水区域沙质底栖生境的声景特征。研究人员于2020年夏季和冬季对声音贡献源进行了专项监测。在两个季节中，地声（geophony），主要由波
摘要
被动声学监测是一种非侵入性工具，被广泛用于评估海洋生物多样性和生态系统动态。本研究描述了亚得里亚海科内罗区域公园沿岸浅水区域沙质底栖生境的声景特征。研究人员于2020年夏季和冬季对声音贡献源进行了专项监测。在两个季节中，地声（geophony），主要由波浪作用、风和降水引起，是声景变异和高声级的主要驱动因素。然而，该区域栖息着多样化的发声或潜在发声海洋物种。大多数生物频率信号包括来自蛇鳚（Ophidion rochei）和石鼓鱼（Umbrina cirrosa）的低频发声，以及来自宽吻海豚（Tursiops truncatus）和无脊椎动物的高频声音，此外还有偶发的其他鱼类叫声。蛇鳚和石鼓鱼均表现出强烈的季节性和昼夜节律模式，其声学活动高峰出现在夏季夜间，与其繁殖期一致，尽管蛇鳚的叫声在冬季也有被发现。海豚和无脊椎动物在两个季节均有出现。人为噪声仅限于船只活动，该活动在两个季节均存在，并主要与白天工作时段相关。总体而言，本研究提供了亚得里亚海沿岸声景的详细表征，并强调了环境驱动因素在塑造声学条件中的关键作用。这些发现有助于提升对亚得里亚海沿岸声景的基线认知，为未来研究和评估提供支持。
论文解读：亚得里亚海科内罗山沿岸沙质生境声景的被动声学监测研究
1. 研究背景与研究意义
海洋水下声音是海洋生态系统的基本生态组分，在生物的方向定位、觅食、捕食者规避、导航和社会交互中发挥关键作用。声学通讯对种内识别、个体辨识、攻击与屈服、配偶吸引、亲代抚育及领域防御尤为重要。被动声学监测（PAM）作为一种非侵入性工具，能够在自然栖息地中检测和监测发声物种而不造成干扰，提供具有成本效益且可在广阔时空尺度上扩展的观测手段，因而被越来越多地应用于海洋和陆地生态系统的生物多样性评估与环境监测。
然而，许多区域的水下声景基线信息仍然十分有限。声景通常分为三类声源：地声（geophony）、生物声（biophony）和人为声（anthropophony）。地声包括波浪、风、降水等物理过程产生的声音；生物声来自无脊椎动物（如鼓虾Alpheus sp.）、鱼类和鲸类等生物的发声；人为声则由人类活动产生，如航运、施工、声呐等。亚得里亚海整体面临复杂的环境条件和强烈的人为压力（如密集航运、渔业和旅游业），但某些受庇护的沿海区域人为压力较低。本研究选取意大利北部亚得里亚海科内罗区域公园海岸附近的沙质底栖浅水区域，该区域位于贻贝养殖设施外，商业交通减少，为声学监测提供了受保护的环境。研究的主要目的是通过分析地声、生物声和人为声三大声学组分及其季节和昼夜变化，表征该浅水沙质底区域的声景特征。
2. 主要技术方法概述
本研究依托欧盟Interreg意大利-克罗地亚SOUNDSCAPE项目监测网络，使用Develogic Sono.Vault自主被动声学记录仪（配备Neptune Sonar D6水听器，灵敏度约?192.7 dB re 1V/μPa）在MS3安科纳站点（13°40.932′E, 43°31.954′N）进行连续记录，采样率48 kHz，16位分辨率，设备部署于15米水深处、距海底2米。分析聚焦于2020年7月和12月分别代表夏季和冬季的连续31天24小时记录。声学事件通过频谱图目视检查和听觉检查进行标注，使用Raven Pro 1.6和Audacity 3.3.3软件。鱼类叫声依据频谱-时间特征与文献参考数据比对进行识别；无脊椎动物声音使用带限能量检测器进行量化。声压级指标采用63 Hz、125 Hz、500 Hz、1250 Hz和3150 Hz三分之一倍频程声级（TOL）及宽带声压级（SPL，20–10000 Hz），数据来自SOUNDSCAPE项目经过QA/QC预处理的数据集。环境变量（降水、有效波高VHM0、风生波Stokes漂移速度）从欧盟哥白尼海洋服务获取。统计方法包括广义加性模型（GAM）和混合数据因子分析（FAMD），在R 4.4.1中完成。
3. 研究结果
3.1 声景贡献者
地声是夏季（2020年7月）和冬季（2020年12月）声景变异的主要驱动因素，波浪活动和降水是环境噪声的主要贡献者。人为噪声仅与船只活动相关，且在两个季节均持续出现。生物声以无脊椎动物声音为主，其次是鱼类和海豚叫声。尽管生物声源频繁被检测到，但它们对整体声级贡献不大，始终次于地声和人为声。
3.1.1 生物声
声学分析识别出三种可归因于特定类群的主要生物声源：石鼓鱼（Umbrina cirrosa）、蛇鳚（Ophidion rochei）和宽吻海豚（Tursiops truncatus）。蛇鳚的低频脉冲信号和石鼓鱼的鼓声信号被定期检测到。此外还检测到高频哨声（海豚）和宽带0.5–23 kHz脉冲点击声（无脊椎动物，如鼓虾科Alpheidae）。另有一些低频脉冲序列和类似咕噜声的信号，但数量较少，未纳入统计分析。
3.1.2 主要鱼类叫声的时域和频域特征
2020年7月共分析了883次石鼓鱼叫声和556次蛇鳚叫声。石鼓鱼叫声平均含2.4±0.5个脉冲，峰值频率219.1±29.7 Hz，平均叫声时长369.2±135.3 ms，单脉冲时长43.4±8.7 ms。蛇鳚叫声平均含30.8±13.1个脉冲，呈现短（90±10.5 ms）和长（116±14.6 ms）交替的脉冲周期，峰值频率243.6±17.4 Hz。这些特征与亚得里亚海其他半自然或全人工养殖条件以及野外研究报告的数值高度一致。
3.1.3 地声和人为声
地声源主要包括降雨、风和波浪。降水时频谱图显示所有频带的高强度声音；风速增加导致波浪移动水听器，产生中高频（最高10 kHz）的机械性自噪声。船只通过是唯一可检测到的人为噪声，其频谱呈现与Lloyd镜效应相关的特征形状。此外，记录系统本身每59秒产生一个c形内部电子噪声伪影，但该伪影已在SOUNDSCAPE项目的数据质量控制流程中被自动识别并过滤。
3.2 主要声音类别的存在分布
石鼓鱼发声仅在7月检测到，主要出现在18:00至21:00的傍晚时段，具有显著的昼夜节律（GAM，p<0.001）。蛇鳚表现出显著的季节性差异（p<0.001），在7月呈现明显的夜间活动模式，最大预测检测概率达94.80%，活动从傍晚持续到日出；12月仅在单日零星记录，无显著昼夜模式。海豚信号在两个月份均不规则记录，12月略高于7月，昼夜结构扩散但统计显著。船只噪声在两个月份均频繁出现，但季节差异不显著；7月船只活动主要集中在04:00至19:00，12月则全天相对恒定。波浪相关声音在冬季持续存在且无昼夜模式，夏季则较少且不连续，早晨检测率较高。降水事件在两个季节均局限于少数天数且持续数小时。无脊椎动物在两个监测月份均持续存在，夏季7天高分辨率定量分析显示其全天候发声，夜间接峰（23:00时2491次/10分钟）。
3.3 声压级模式
2020年7月和12月之间的声压级分析显示所有TOL频段（63、125、500、1250和3150 Hz）均存在显著的季节差异（GAM，p<0.001）。总体而言，12月表现出更高的基线SPL和更大的时间变异性。低频TOL表现出最强的日波动：125 Hz TOL夏季日调节幅度7.17 dB，冬季3.84 dB；63 Hz TOL夏季6.89 dB，冬季6.04 dB。中高频TOL（500、1250和3150 Hz）日变化中等（1.59–4.44 dB）。宽带SPL（20–10000 Hz）未达到统计显著性（p=0.1095），但其昼夜效应量仍然显著（冬季3.77 dB，夏季3.39 dB）。最高整体SPL值出现在冬季显著波浪活动和/或降水事件期间。
3.4 FAMD分析
混合数据因子分析前两维解释了54.7%的总方差（Dim1占44.3%，Dim2占10.5%）。Dim1代表主要的环境-声学梯度，由宽带SPL和TOL频段值以及风速和有效波高等海况变量驱动，反映物理强迫和伴随声能的变化。Dim2捕获与生物和人为成分相关的变异性，蛇鳚和船只噪声贡献最强，石鼓鱼影响中等，海豚存在贡献边际。7月和12月的样本在Dim1和Dim2上均有显著分离（Kruskal–Wallis检验p<0.001），表明季节性的环境声学条件和生物/人为组分差异。
4. 讨论
本研究发现宽吻海豚的发声在整个研究期间均被检测到，但没有清晰的日模式，表明可能是机会性使用该区域而非持续栖息。鱼类发声以蛇鳚和石鼓鱼为主。蛇鳚是地中海和黑海的底栖性夜行捕食者，繁殖期6月至9月，其夜间发声模式与既有研究一致。石鼓鱼是石首鱼科（Sciaenidae）的底栖广盐性物种，其发声具有清晰的昼夜节律，峰值出现在日落前后，符合石首鱼科的典型合唱行为，与繁殖活动和产卵事件相关。
地声过程在记录的声学环境中占主导地位。浅水沿海水域对气象条件特别敏感，冬季更频繁和强烈的大气和海洋事件导致更高的总体声压级。波浪活动是最持久的地声成分，尤其是在冬季。降水事件相对零星，贡献较小。记录中还包含由强流和波浪作用下系泊系统产生的高振幅宽带金属样噪声，以及记录系统自身的电子噪声，这些伪影需在分析中识别。
人为噪声以船只活动为主。研究站位位于贻贝养殖场内，限制了大型工业渔船（如底拖网）进入，因此养殖船是最常见的接近水听器的船只。但站位并未完全孤立于周围声学环境，仍可检测到来自其他类型船只（渔船、货船、客船及未定义船只）的背景噪声。夏季休闲船只也可能经过该区域。虽然人为噪声不占主导地位，但其与生物相关频段的重叠可能引发生态关注，长期暴露可能导致海洋生物听力敏感性变化、掩蔽及行为反应。
综合TOL/SPL分析和FAMD结果，研究区域的声学环境由地声、生物声和人为声源的相互作用塑造。地声在两个季节都是主要驱动力，冬季声压级更高且更易变。生物声活动表现出清晰的季节性模式，鱼类发声主要在夏季夜间，但整体声压级仍低于冬季。人为噪声持续存在但对声景结构贡献较小。
5. 结论
本研究证明了被动声学监测在海洋环境评估中的有效性，通过描述整体沿海声景动态和洞察当地声学群落的结构与活动，同时考虑地声、生物声和人为声组分，表明环境驱动因素（特别是气象和海洋因素）对声景有强烈影响，尤其是在冬季。对生物声的关注揭示了目标鱼类物种明显的季节性和昼夜模式，夏季夜间的声学活动高峰与蛇鳚和石鼓鱼的繁殖行为相关。尽管科内罗海岸以夏季海洋旅游和高强度船只活动闻名，但受邻近水产养殖设施庇护的调查研究区域是一个低噪声参考区，可作为与其他受工业或商业活动影响更大的沿海地点进行对比分析的对照站点。本研究为该区域提供了基础性声景表征，建立了参考基线和框架，支持未来自动化方法、长期生态研究和有效海洋保护。
