声景生态学数据分析与应用

声景生态学是研究景观中生物与非生物声音在多种时空尺度下的声学格局与过程,揭示声音与人类以及声音与自然之间关系的学科。基于声景生态学的研究内容,从声景元素解析、生物多样性评估及人类身心健康评价应用案例中,梳理了数据分析的前沿方法。结论表明,分析技术的发展,特别是人工智能技术的进步,使声景生态学的研究呈现从人工到机器、从单一特征计算到多维特征提取、从单学科研究到多学科联合分析的技术化发展趋势,不断拓展着声景生态学的研究深度与广度。同时这些分析技术的发展也急需优化和标准化,来提高方法的通用性和研究结果间的可比性。此外,需要融合生态学、计算机科学和心理学等交叉学科的理论和方法,进一步推动声景生态学数据分析技术方法体系的完善。     

生态型城市公园声景体验的影响因素研究

生态型城市公园是城市居民重要的游憩空间,其声景品质直接影响游客体验的满意程度。以福州金山公园为研究对象,通过定性与定量相结合的方法研究生态型城市公园中声景感知与游憩体验之间的关系及其影响因素。研究发现：生态型城市公园中人们更偏爱自然声,尤其是鸟叫声;交通声是主要影响公园景观美景度的声源类型;儿童嬉闹声及音乐声是影响声景安静度的显著因素,交通声、音乐声以及脚步声与总体满意度关系最为密切;年龄、性别和教育背景是社会、人口及行为学因素中影响典型声源感知最显著的3个因素,而不同游览动机的人群对声景感知也存在显著差异。研究结论可为生态型城市公园景观及声景设计提供理论依据。     

声景生态学研究进展和展望

声景生态学以景观中的声音为研究对象, 探讨其在不同时空维度上的分布和变化模式, 从而揭示自然环境、野生动物和人类活动的相互作用关系。本文通过系统检索声景生态学研究的相关文献, 回顾了该学科的研究框架和研究方法, 总结了目前常用的声学指标, 重点归纳了声景生态学的研究内容, 包括声景组成和各组分间的相互作用, 声景的时空格局, 以及声景生态学在生物多样性监测中的应用。目前, 声景监测中存在的问题主要包括监测的生态系统类型和物种类群有限、声学指标效力有待提高等。建议未来着重推进建立系统性的声景监测网络和数据管理平台, 开发和完善音频数据采集、分析方法和评估指标, 并重视声景数据的采集, 将声景视作一种资源进行研究和保护。     

基于多传感器的声景大数据在线采集与分析系统研究

声景包含重要的生态信息,具有实时性强、信息密度高的特点,有重要研究价值。现有的声景研究中,音频及相关环境参数采集和分析仍需要大量的人工作业,耗时耗力。基于多传感集成、边缘计算和深度学习技术,建立了一套声景大数据在线采集与分析系统,包括边缘计算节点和中心计算服务器。并通过3个实验站点,进行了近1年的技术验证,实现了声景大数据的自动化在线采集、传输和分析。该系统能适应户外恶劣的自然环境,能根据任务需求持续不断地进行声景大数据在线采集和分析,稳定性好。声学指数可以反映声景变化,但因指数侧重点不同,不同的声学指数之间变化特征差异较大,需要组合使用。通过声纹特征图能直观地识别出不同发声源,对物种的快速识别、声源的分类等具有较强的借鉴意义。系统借助VGGish网络提取的高维声景特征图能很好地识别不同站点和不同时间的声景变化,在不同站点和昼夜上具有较高的区分精度,有快速和直观地反映不同生态系统的类型特征、生态系统动态变化的潜力。丰富声纹特征库、优化声景特征分析神经网络、建设声景长期监测共享网络,有助于扩展系统在物种识别、生物多样性快速分析、生物与环境相互作用机制方面的应用。研究为声景大数据的在线采集...     

生物声音监测研究在生物多样性领域的应用

声音是生物之间交流的重要手段,对生物声音的监测与分析是描述和评估生物多样性的新兴方法。这种方法不侵入和破坏自然环境,通过声音记录生态信息,并有效反映生物多样性的相关特征,是一种重要的生态工具。从声音角度探讨生物多样性的变化拓宽了多学科交叉的新思路,因此近年来被越来越多地应用于生态学研究中。本文阐述了利用声音监测评估生物多样性的主要理论基础和研究方法,从发声动物的生物多样性、声景的时空多样性两个方面介绍了相关领域的研究进展,列举了声音监测在评估土地利用变化、气候变化和城市化对生物多样性影响的应用实例。最后,对未来研究方向进行了展望,希望能进一步挖掘声音调查的发展潜力,为生物多样性的监测评估提供有效的借鉴和参考。     

生态退耕与植被演替的时空格局

综述了多重尺度上生态退耕的时空格局及其对植被演替时空变异影响的研究进展,提出了生态退耕与植被演替的时空格局研究方向.在自然和人文等因子的驱动下,全球兴起了生态退耕的热潮,生态退耕类型正在由人工恢复为主向自然弃耕为主发展.尽管国内外很多学者开始关注不同尺度上生态退耕的时空格局及其影响因子,但是生态退耕的时空变异性研究仍然比较薄弱,尤其缺乏多重尺度上生态退耕时空格局及其驱动因子的综合研究,在很大程度上限制了研究结果外推.研究表明,受到多因子的综合影响,生态退耕后植被演替呈现出复杂多样的时空变化特征;退耕植被演替研究从植物群落结构特征分析为主向群落功能分析发展,从传统的演替过程规律分析转向退耕植被演替的时空变异性分析;相对来说,生态退耕后植被演替的时空分异、影响因子和机制方面的研究比较薄弱.加强多重尺度上生态退耕时空格局与植被演替时空变异的综合研究是将来的研究重点.     

土壤水分时空变异及其与环境因子的关系

土壤水分的时空变异是指在一定的景观内,不同时间、地点和土层的土壤水分特征存在明显的差异性和多样性。土壤水分时空变异是由多重尺度上的土地利用（植被）、气象（降雨）、地形、土壤、人为活动等诸因子综合作用的结果,但就其某一具体地区而言存在着重点尺度和主控因子,土壤水分时空变异的重点尺度与主控因子的时空关系因时间、空间和尺度而异。本文综述了土壤水分（尤其是黄土高原地区）的时空变异与其环境因子时空关系的研究进展,并提出了广眨开展多重时空尺度上土壤水分的时空变异与其诸因素的时空关系,研究土壤水分时空变异性的尺度转换规律,确定重点尺度及其相应的主控因子。     

武陵源世界遗产地声景感知及影响感知的要素研究

保护地的声景具有重要价值。声景感知是衡量保护地声景质量的有效工具之一。声景感知受到声景环境、声源构成、主导音等要素影响,也会对人们环境感知的可接受度、情绪等方面产生影响。已有对城市和乡村环境中主导音、听觉对视觉及情绪影响等方面的研究,但对保护地中声景感知及影响感知的要素研究较为缺乏。以武陵源世界遗产地的声景为对象,通过听音实验,相关性分析、对比分析得出武陵源声景的总体特点。可知武陵源声环境中导游喇叭和谈话的声音是感知频率高且接受度最低的声源,因而在保护管理中应予以重视和控制。武陵源世界遗产地内乡村环境中的鸟鸣、流水等自然声源的可接受度要高于武陵源中纯自然环境中的同等声源的可接受度。在低噪声环境下,高感知频率的声源与主导音不一致,即被感知频率高的声源不一定是主导音。并通过相关性分析,得出声景与情绪感知与性格之间存在相关性,且不同声景环境中的自然声源均能使性格“内向安静”和“易焦虑的人”感到“放松”“舒适”和“多样丰富”。最后,基于上述结论,提出了对武陵源声景价值认知的策略和保护管理的建议。     

海南长臂猿生境的声景观与声学活动评估

海南霸王岭自然保护区是中国唯一保护海南长臂猿及其生存环境的国家级自然保护区,具有海南长臂猿(Nomascus hainanus)声音、鸟类声音等丰富的声景资源。探究海南长臂猿生境内的声景构成及声学活动,旨在为该区域的生态保护提供技术支撑。利用被动声学监测技术采集该保护区的声音数据,通过分析不同频率范围内的声景功率分布,描述了保护区声景观的特征与日变化;基于广泛使用的4个声学指数ACI(acoustic complex index)、ADI(acoustic diversity index)、BI(bioacoustic index)、NDSI(normalized difference soundscape index)来评估海南长臂猿声音,并利用随机森林算法,以4个声学指数为预测变量,有无海南长臂猿声音为响应变量,对声音数据进行分类。结果表明：(1)不同频率范围内的声景功率反映了研究区不同的声学群落信息,具有显著的时间变化特征,表明了鸟类、海南长臂猿等动物的黎明和黄昏合唱活动,其中,1～2 kHz符合海南长臂猿的黎明合唱,2～5 kHz符合鸟类等动物的生活规律;(2)有海南长臂猿与无...     

黄土高原植被建设与土壤干燥化:问题与展望

黄土高原大规模植被建设有效减少了水土流失、改善了区域生态环境,大规模人工植被种植也造成了土壤水分的过度消耗,导致了土壤干燥化,成为当前黄土高原生态恢复的重要制约因素,威胁区域生态系统健康与稳定。系统综述了黄土高原地区人工植被恢复对土壤干燥化的作用机制,植被群落特征与土壤干燥化的耦合关系,多尺度土壤干燥化时空分异规律及其影响因素,明确了当前大规模人工植被恢复过程中土壤水分持续利用面临的问题与挑战。建议今后加强植被动态对水文过程影响的研究,明确多尺度植被格局与土壤干燥化时空分异的耦合关系,系统开展变化环境下不同尺度植被与土壤水分相互作用的模拟研究,探讨基于植被格局优化的土壤水分调控机制,维护黄土高原地区土壤安全,提升区域生态系统服务功能。     

基于遥感和图论的绿地空间演变和连通性研究——以郑州为例

绿地空间是人类和自然生态环境的重要组成部分,其连通性是绿地有效发挥生态和社会服务功能的重点,对促进生物多样性保护、人类户外空间游憩和城乡空间的健康可持续发展具有重要意义。以郑州为例,基于图论的原理和算法,以4个时期30m分辨率的Landsat 5和Landsat 8影像为基本数据源,在Arc GIS 10.2、ENVI 5.0和Graphab 1.2.1软件中,提取郑州市域范围内的绿地空间信息,分析了绿地斑块规模、数量和空间分布特征的动态变化过程,揭示了绿地空间连通性动态变化的规律和原因,探讨了图论指数在诊断和优化绿地空间连通性上的应用。结果表明:2000年到2013年间,随郑州市域绿地空间总量和斑块规模的增加,绿地空间整体连通性指数增加了4.7倍,且在2009年到2013年间增加幅度最大;绿地斑块规模与绿地空间整体连通性指数、最大连通单元体规模和绿地斑块节点度指数呈显著正相关关系;绿地空间连通性的区域差异特征与绿地空间分布特征一致,均呈现西高东低的分布规律,且随时间变化呈现出由西向东扩展的趋势;图论指数可以用来反映各种尺度上绿地空间的连通性,其中绿地斑块的节点度指数和中间度核心性指数可以用来诊断和筛选对整体绿地空间连通性起关键性和脚踏石作用的绿地斑块,在今后城乡绿地系统规划和绿地生态网络优化上具有重要的应用前景。     

Use of remote sensing and geographical information systems to estimate green space surface-temperature change as a result of urban expansion

A combined approach of remote sensing (RS) and geographical information systems (GIS) was used in this study to identify the impact on urban surface radiant temperature (SRT) of urban green-space change. Urban SRT increases as green-space area is converted into non-green-space area. Also, well preserved green space and newly connected green space contribute to a decrease of the SRT. Seoul Metropolitan area is rapidly expanding. Existing urban SRT studies have, however, mainly been conducted for Seoul City. The most rapidly expanding area in Korea is now the Seoul suburban area, for example the Mt Gwanggyo area. Although changes of SRT and normalized difference vegetation index (NDVI) as a result of land-use change have been measured in many other studies, the results in these studies were derived from data from different seasons. Also, these studies did not examine a newly expanding area. Considering these problems, the same seasonal multitemporal data were used in this study to derive the SRT change for the same season in different years. This study confirmed the importance of effective management and location of urban green space for urban SRT mitigation. Ultimately, the impact on urban SRT of urban green-space change should be regarded as an important factor in urban planning.     

北京市建成区绿地植物物种来源分析

为探讨北京市建成区绿地植物的物种构成、外来植物组成及其在不同功能区的分布,采用机械布点和随机抽样法对北京市建成区绿地植物资源进行系统调查。结果表明：（1）北京市建成区绿地植物外来引进种173种,外来归化入侵种20余种：（2）外来引进种以国内引进为主,境外起源物种中美洲和欧亚区系植物占绝对优势：（3）外来种丰度按大小排列为：大型公园〉高等院校〉居住区绿地〉街头绿地／街心花园〉附属绿地〉街道绿地〉片林绿地,而各绿地类型的入侵种数量没有显著差异。     

北京市建成区绿地植物物种来源分析

为探讨北京市建成区绿地植物的物种构成、外来植物组成及其在不同功能区的分布, 采用机械布点和随机抽样法对北京市建成区绿地植物资源进行系统调查。结果表明: (1)北京市建成区绿地植物外来引进种173种, 外来归化入侵种20余种; (2)外来引进种以国内引进为主, 境外起源物种中美洲和欧亚区系植物占绝对优势; (3)外来种丰度按大小排列为: 大型公园＞高等院校＞居住区绿地＞街头绿地/街心花园＞附属绿地＞街道绿地＞片林绿地, 而各绿地类型的入侵种数量没有显著差异。     

城市生态系统土壤碳库特征

与自然土壤相比,城市生态系统的土壤性质发生了显著的变化。城市化过程不仅改变了城市生态系统土壤碳库的规模,而且也改变着城市土壤有机质组成及土壤微生物碳的特性,而这些特征在城市区域内随着功能区、土地利用类型和历史、绿地管理措施以及原背景自然生态系统的不同而呈现出较大的空间变异性。本文从城市土壤碳库、城乡梯度上的土壤碳库变化、城市土壤微生物与土壤碳库、城市土壤黑碳等几个方面对国内外相关研究进展进行了综述,提出了国内相关研究的发展前景。     

城市菌根真菌多样性、变化机制及功能应用

菌根真菌能够与大多数陆生植物的根系形成菌根共生体,具有改善宿主植物矿质营养、增强抗逆性、改良土壤结构等重要生态功能。城市化过程中气候、土壤、植被、土地利用等因素的改变,对菌根真菌的多样性产生了直接或间接的影响。目前城市菌根真菌的研究多侧重对其空间分布及群落组成的简单描述,缺乏针对城市典型生态现象及生态问题系统性的探讨。分别从城市菌根真菌的多样性变化、影响机制及功能应用等3方面进行了综述,全面揭示城市菌根真菌的研究现状及研究的复杂性,发现当前研究存在多样性评估简单化、研究层次单一化、内在机制现象化及功能应用停滞化等问题,认为今后应建立更为系统、综合、标准的研究体系以深刻而准确地认识与理解城市化对菌根真菌多样性的影响,为城市微生物资源的保存及绿地系统维持提供理论依据。     

城市公园春季声景观与植被结构的关系

城市公园是城市生态系统的重要组成部分和城市生物多样性热点地区，具有丰富的声景观资源。由于声景观及声学方法具有信息量大，成本低，低侵入的特点，因此其研究和应用对生态系统健康及监测具有较高价值。声景观研究通过总结生物声的活动或多样性来衡量生物多样性。记录了北京20个城市公园的春季声景观，使用定量方法描述了声景观特征与变化；测试三种了已被证明与生物多样性相关并被广泛使用的声学指数（BIO、ADI、NDSI）与植被群落关系，完成了城市环境中声景观与环境关系的初步探究。研究结果表明：（1）声学指数能够有效表征城市公园声景观信息，具有显著的时间动态特性，能准确反映鸟类黎明合唱等重要生物生态活动；（2）声学强度指数也具有显著的时间动态变化和沿频率梯度的变化，不同的频率区间反映了不同声学群落的活动信息；（3）植被结构尤其是垂直结构对声景观起着重要作用，垂直异质性越大，声学多样性越高。发现支持声景观作为公园植被状况的度量，强调了其作为生物多样性和生态系统健康状况监测方法，用于城市管理和可持续发展的巨大潜力。     

Thrushes now largely restricted to the built environment in eastern England

Abstract.  I studied the distribution and density of three thrush populations, blackbird Turdus merula , song thrush T. philomelos and mistle thrush T. viscivorus , in an urban and contiguous rural area, totalling 2636 ha, in eastern England. Populations of these species are declining and I found 826, 85 and 30 territories of blackbird, song thrush and mistle thrush, respectively. Significantly more territories of all species than expected were within the urban boundary. Significantly more territories than expected were found of all three species in the built environment (residential housing, factories, schools, etc. with their associated gardens and green-space), urban and rural areas combined. Farmland occupied 67% of the study area but held significantly fewer blackbird and mistle thrush territories than expected, associated mainly with the small amount of grass; song thrushes were not recorded on farmland. Rural woodland and scrub held more blackbird and song thrush territories than expected. Song thrush was significantly associated with scrub within the urban boundary. With all three species largely absent from farmland, residential habitats can be considered as habitat refuges. The consequences of this for conservation and planning are discussed.     

Conceptual and statistical problems with the use of the Shannon-Weiner entropy index in bioacoustic analyses

Information theory and its indices were developed for human communication to predict the amount of information transferred in a message. One such index, the Shannon-Weiner index (SWI), has often been used to analyse information from other fields in which its application may not be appropriate. In ecoacoustics, SWI is used to compare acoustic diversity (i.e. a measure derived by integrating the richness and abundance of animal sounds) between locations. In animal communication, SWI is used to quantify repertoire complexity (i.e. a measure derived by integrating the number and abundance of sound types produced by individuals or species) as an approach to understanding signal evolution. We discuss problems associated with using the SWI in ecoacoustics and animal communication. Specifically, we discuss conceptual and statistical problems associated with the SWI and then illustrate these problems using hypothetical data. In ecoacoustics, the SWI’s assumptions of random variables and independent samples are often violated. In animal communication, the SWI fails to distinguish among repertoires in which the number of sound types and the abundance of each sound type differ. We also show that other methods do capture these differences. We conclude that the SWI does not adequately represent acoustic diversity or repertoire complexity due to the multiple conceptual and statistical issues associated with its use. We recommend other analytical methods to more fully describe these biological systems, including goodness of fit, Morisita similarity index and Markov chain analysis. These methods provide more information for future comparisons and permit researchers to test hypotheses more directly.     

城市再生视野下高密度城区生态空间规划方法——以厦门本岛立体绿化专项规划为例

面对快速城市化进程中城市高密度地区生态空间缺乏、布局支离破碎的问题,从规划层面分析了其问题的症结所在;提出屋顶绿化与城市绿地系统联动互补,是针对城市高密度地区生态环境受损严重以及土地资源紧缺的约束条件下,建构生态空间网络的有效途径;并以厦门本岛为研究区,基于GIS、遥感技术,利用高清遥感数据结合实地调研、问卷调查、部门资料、规划文本建立现状及规划空间数据库;从既有研究梳理、综合效益影响、城市发展诉求分析3个层面总结屋顶绿化实施潜力影响因子,结合规划分区与建筑分类建立实施潜力评估方法;对研究区进行屋顶绿化实施潜力评估,结合城市绿地系统,以"全域空间、重点片区、多维网络"为方法进行研究区生态空间网络规划。结果表明:1)生态结构完善、城市功能优化、公共服务需求、环境改善需求、建筑属性特征、建筑产权归属是屋顶绿化实施潜力评估要素,其包含的城市生态框架、城市功能结构、景观提升需求、建筑改造需求、内涝程度、热岛强度、微气候环境、建筑高度、建筑年代、建筑类型、建筑产权属性是关键性评估因子;2)厦门本岛2016年屋顶绿化率仅有2%,且附属于居住建筑和城中村的屋顶绿化量超过总量的一半,商业、公共、产业建筑作为空间载体进行屋顶绿化有较大发展空间,未绿化的屋顶资源中有81.3%适宜进行屋顶绿化;3)探索高密度城区生态空间网络布局的规划方法是本研究的第一步,下一步通过借助AI、GIS等技术,尝试防控高强度开发与高危集聚引发的城市生态和灾害问题,构建满足复合功能的生态空间网络优化的研究方法。