被动声学监测技术在西黑冠长臂猿监测中的应用

近年来, 被动声学监测技术被广泛应用于陆生哺乳动物的监测, 它能以较低的价格和非侵入的方式在特定区域进行野生动物无人值守监测, 面临的主要问题是需要人工收回数据和后期数据分析整理较为困难。本研究设计了一套被动声学监测系统用于西黑冠长臂猿(Nomascus concolor)监测, 监测系统在野外由太阳能供电, 使用自研的指向性拾音器阵列采集鸣声数据, 并通过无线网桥实时传输数据至管护局办公楼的服务器进行存储, 通过后台的鸣声数据管理系统辅助研究人员识别鸣声和辨认鸣声来源方向, 简化数据采集和处理流程。该系统在哀牢山国家级自然保护区枇杷箐科研监听点对两个西黑冠长臂猿群体进行了351天的连续监测, 特点为: 系统运行长期稳定, 数据通过无线方式传输便捷高效且不受季节天气影响。指向性拾音器阵列能有效分辨长臂猿鸣声来源方向, 弥补了传统监测设备难以分辨鸣声方向的缺陷。该系统与现有人工监测方法相比在数据采集的持续性、连续性、完整度以及鸣声数据处理智能化和监测成本方面均具有一定优势, 符合西黑冠长臂猿持续长期监测需求, 未来可作为西黑冠长臂猿自动化监测的解决方案进行推广应用。     

Beta声学指数的特征和应用

随着录音设备性能的提高和硬件价格的降低,基于录音评估声景来反映生境特征和生物多样性的方法得到快速发展。声学指数是对声音整体特征的量化,受到录音生境和生物组成的共同影响,因此可构建声学指数与生境特征和生物组成的关联。按照作用的尺度,声学指数可分为两类:反映录音内信息的alpha声学指数和比较不同录音之间差异的beta声学指数。随着录音设备的普及,以及在大尺度上进行生物监测工作的增加,对不同时间、不同地点的录音进行比较的需求日益迫切。因此,beta声学指数的开发和应用是声学指数研究的重要方向。本文介绍了11个常用的beta声学指数,并探讨了这些指数的数学特征(非负性、同一性、对称性、直递性、有限性)。本文还通过文献检索获取了beta声学指数在实证中的应用情况,发现研究中常使用beta声学指数反映时间节律、生境特征的差异或生物组成的改变。最后,本文指出了beta声学指数研究/应用中迫切需要发展的3个方向:开发新的指数、优化已有指数的计算方式、增加实证研究。     

基于音节聚类分析的被动声学监测技术及其在鸟类监测中的应用

被动声学监测通过分析鸟鸣声信息来实现物种识别,为鸟类多样性监测提供了一种切实可行的技术方案。由于鸟种的鸣声复杂多变,如何通过声纹快速准确辨别物种,分析鸟类丰度,降低对人工操作的需求等技术难题,成为基于声纹的鸟类多样性监测所面临的挑战。本文提出了基于音节聚类的鸟类鸣声监测框架:首先通过音高、频率平坦度等音频特征在声纹数据中提取音节,然后通过无监督表征学习与狄利克雷过程(Dirichlet process)混合模型对音节进行深度无监督聚类训练,完成音节聚类和自动音节种类推断。分析结果表明,本文提出的基于音节聚类的鸟类鸣声监测框架在处理开源数据集白腰文鸟(Lonchura striata)的曲目时可获得接近90%的聚类准确率。在此基础上,本研究对2022年4-5月在广州市白云山公园固定监测点所录制的10种鸟类鸣声进行了无监督的音节聚类分析,验证了本文所提出的基于音节聚类的鸟类鸣声监测框架的有效性:本技术不仅可以支持快速鸟类物种识别,还可以统计和分析不同物种鸟鸣在时间、频度、数量上的变化。这些结果表明,基于音节聚类的鸟类鸣声监测框架可以显著降低对人工标注训练数据的要求,克服传统鸟鸣物种识别框架...     

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...     

声音监测技术在鄱阳湖典型湿地鸟类多样性监测中的应用

声音是大自然的基本属性,利用声音监测技术开展鸟类多样性和丰富度的研究可以有效弥补传统鸟类调查方法的不足.本研究以鄱阳湖典型人控湖汉芳兰湖为区域,于2020年4-6月采用专业的声音仪器Song Meter SM4在研究区域布设的监测点采集每天00:00、06:00、12:00和18:00时刻的鸟类声音数据,借助统计软件R...     

现代生物声学的学科发展趋势及中国机遇

随着数字录音技术、电子学和微电子学、人工智能、信息科学等跨学科领域的技术革新,现代生物声学逐渐与生物学、生态学等学科及关联学科之间形成了广泛的交叉前沿领域。现阶段,现代生物声学主要以生物学、生态学等基础学科的理论方法为指导,着重于揭示环境中各类声音在生物之间以及生物与人类、环境之间的相互作用及相关科学规律,为人类认识、保护和利用生物声学资源提供理论基础和解决方案。本文重点阐述了现代生物声学的学科内涵和学科特征,介绍了动物生物声学、生态声学、水下生物声学、环境生物声学、保护生物声学、计算生物声学以及现代生物声学研究的技术框架等前沿热点和发展趋势,评估了中国生物声学研究的学科现状与发展机遇,并对未来学科建设进行了展望。     

声学指数在城市森林鸟类多样性评估中的应用

鸣声是鸟类之间进行沟通和传递信息的重要方式,这为通过声学监测评估鸟类多样性提供了独特的机会。利用声学指数快速评估生物多样性是一种新兴的调查方法,但城市森林中的复杂声环境可能会导致声学指数的指示结果出现偏差。为了解声学指数在城市森林中应用的可行性,本研究在北京市东郊森林公园设置了50个矩阵式调查样点,于2021年4–6月每月进行1次鸟类传统观测和同步鸣声采集,通过比较两种方法的结果来探究声学监测的有效性。采用Spearman相关分析和广义线性混合模型评估6个常用声学指数与鸟类丰富度和多度的关系,并衡量了每个指数的性能。结果表明:(1)本研究共记录到鸟类10目23科35种,通过声学监听识别的总物种数与传统鸟类观测相等,但具体鸟种存在差异;(2)不同月份间声学指数与鸟类丰富度和多度的相关性有明显差别,声学复杂度指数(ACI)和标准化声景差异指数(NDSI)优于其他指数,是评估鸟类多样性的关键变量;(3)声学指数对鸟类多度的预测能力(R²m=0.32,R2c=0.80)要高于丰富度(R²m=0.12,R2c=0.18)。声学指数为快速评估生物多样性提...     

野生动物监测技术和方法应用进展与展望

野生动物是生态系统研究和保护管理的重要生物类群, 对调控生态系统结构和功能, 维持生态系统健康平衡具有显著作用。科学监测数据是野生动物研究、保护、管理决策的前提基础, 但由于传统监测技术的限制, 野生动物的多样性特征及其与环境、生态系统的平衡机制未得到充分关注和研究。随着自动化、智能化、信息化技术的发展及应用, 野生动物监测技术和方法出现较大突破和变革。该文论述了近年来野生动物监测研究领域的重要新技术, 包括红外相机技术、全球定位系统(GPS)追踪技术、DNA条形码技术和高通量测序技术等。通过综合介绍相关的基础概念、基本原理, 该文总结了新技术的应用优势和重大应用进展, 同时探讨了新技术应用中存在的问题, 并对未来野生动物监测技术的发展趋势进行了展望。     

红外相机技术在物种监测中的应用及数据挖掘

由于濒危物种数量稀少以及大多数野生动物对人类活动敏感, 增加了传统调查的难度。众所周知,红外相机在野生动物调查研究中具有天然优势; 然而随着红外相机技术的广泛推广应用及数据采集量的不断加大, 科研人员也面临了一系列关于红外相机监测及后续数据处理中出现的问题。本文详细阐述了红外相机数据管理和利用方面存在的3个关键问题: 数据管理缺乏规范化、数据网络缺乏一体化、数据获取缺乏标准化。同时以秦岭、卧龙等地的一些研究为主体, 列举分析了红外相机照片后续数据挖掘中8个方面的内容, 即兽类的个体识别、物种时间活动格局、物种空间活动格局、偶见物种信息利用、物种行为活动、繁殖信息、疾病情况、人为干扰。这些信息的有效利用可为野生动物及生物多样性的保护、管理提供一定科学支撑。     

长江生态考核指标: 基于被动声学监测的长江江豚数量

长江是复杂的生态系统, 但是随着长江生态环境的持续变化, 尤其是人类扰动所致的变化, 长江中的几种极其重要的大型物种先后因此而走向“灭绝”, 或“极可能灭绝”, 或“极度濒危”, 因此在现阶段有必要以现存于长江中的大型物种的生存状况为核心, 建立一项新的生态考核指标, 以综合表征长江生态系统的健康状况和生物多样性的完整性, 为“十年禁捕”和《长江保护法》的顺利实施提供科技支持。长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis)仅分布于长江中下游及洞庭湖、鄱阳湖, 是长江中极可能仅存的大型水生哺乳动物, 多年来一直受到社会各界的高度关注, 已成为长江“明星”物种。长江江豚种群分布和数量的变化与长江生态环境和鱼类资源的变化密切相关, 具有综合表征生态环境质量和生物多样性及其变化的基本属性。在复杂的水下声环境中, 长江江豚的声纳信号具有独特的时频特征, 具有较强的可监测性和可量化特征, 并且已被广泛应用于长江江豚的被动声学监测、实时识别和群体估算。同时, 在自然水域对长江江豚进行被动声学监测是一项方便和高效的工作。在沿江和沿湖设置一些样地水域, 布置水下声学仪器, 开展长期被动声学监测, 不但可以掌握长江江豚的分布规律、群体规模及其变化, 而且可以为定量分析样地水域生态环境质量和鱼类等水生生物的丰度提供可信的依据, 继而可以为定量评价所监测水域人类活动对生态环境及水生生物扰动提供长期数据支撑。因此, 基于被动声学监测的长江江豚种群数量, 可作为一项重要的生态考核指标, 用于定量评价长江生态环境质量和水生生物多样性及其在时间和空间上的变化, 并用于考核相关保护工作的落实情况和实际的保护效果。     

Individual acoustic monitoring of the European Eagle Owl Bubo bubo

The Eagle Owl Bubo bubo is cited in Annex I of the Birds Directive of the European Union. Europe's biggest owl is extremely sensitive to human presence and needs special conservation measures. The present paper aims to show that monitoring of individuals by bioacoustic methods can be relevant to understanding population dynamics. Our study investigates the possibility of identifying a vocal signature in the wild-recorded calls of male and female Eagle Owls, and assesses the potential use of these signatures for long-term monitoring of individuals in the field. We show that both males and females of a given population can be identified individually on the basis of their calls. Our results also show that, regardless of the sex, most of the individuals recorded in the first year of the investigation may be identical to those recorded in the same places the year after. This bioacoustic approach could thus be used in studies of site fidelity.     

Acoustic localization of terrestrial wildlife: Current practices and future opportunities

Autonomous acoustic recorders are an increasingly popular method for low‐disturbance, large‐scale monitoring of sound‐producing animals, such as birds, anurans, bats, and other mammals. A specialized use of autonomous recording units (ARUs) is acoustic localization, in which a vocalizing animal is located spatially, usually by quantifying the time delay of arrival of its sound at an array of time‐synchronized microphones. To describe trends in the literature, identify considerations for field biologists who wish to use these systems, and suggest advancements that will improve the field of acoustic localization, we comprehensively review published applications of wildlife localization in terrestrial environments. We describe the wide variety of methods used to complete the five steps of acoustic localization: (1) define the research question, (2) obtain or build a time‐synchronizing microphone array, (3) deploy the array to record sounds in the field, (4) process recordings captured in the field, and (5) determine animal location using position estimation algorithms. We find eight general purposes in ecology and animal behavior for localization systems: assessing individual animals' positions or movements, localizing multiple individuals simultaneously to study their interactions, determining animals' individual identities, quantifying sound amplitude or directionality, selecting subsets of sounds for further acoustic analysis, calculating species abundance, inferring territory boundaries or habitat use, and separating animal sounds from background noise to improve species classification. We find that the labor‐intensive steps of processing recordings and estimating animal positions have not yet been automated. In the near future, we expect that increased availability of recording hardware, development of automated and open‐source localization software, and improvement of automated sound classification algorithms will broaden the use of acoustic localization. With these three advances, ecologists will be better able to embrace acoustic localization, enabling low‐disturbance, large‐scale collection of animal position data.     

Richness and composition of terrestrial mammals vary in eucalyptus plantations due to stand age

Plantation forests substitute natural habitats and have rotation cycles of 7 years due to their high growth rates. This variation reflects on local and landscape changes, influencing habitat availability and affecting mammal communities. In this study, our general hypothesis was that the richness and composition of mammals varied in eucalyptus plantations in relation to native forest patches and in relation to the age of eucalyptus plantations. We predicted that (1) there would be lower mammalian richness and compositional differences in eucalyptus plantations compared to native vegetation due to monocultures having simplified environmental characteristics and (2) predicted that the richness and composition would vary according to eucalyptus age and that the highest values of richness would be found in plantations of up to middle age, considering that in these phases there are environmental characteristics that positively qualify these structures for a greater presence of fauna, such as the shrubby aspect of the plantations and the presence of undergrowth. We performed model selection to observe the effect of environmental variables on mammalian richness. We also performed a multivariate permutational analysis of variance, a non-metric multidimensional scaling and partitioned the beta diversity to observe how the composition was influenced by environmental variables. We found greater richness in the native vegetation compared to eucalyptus plantations. The richness of the plantations varied according to the age, with higher values up to middle age. The composition varied according to the land user/cover, with the eucalyptus age and with the management unit due to the nestedness of species. We suggest that eucalyptus plantations at early ages are more used by mammals due to the shrubby aspect of the stand, generating a positive visual effect for the search of resources and shelter, in addition to the possibility of the occurrence of grasses, some understory and lower anthropogenic disturbance.     

龙溪—虹口国家级自然保护区兽类和鸟类多样性红外相机调查结果初报

掌握野生动植物本底资源是各级自然保护区生物多样性监测研究和保护管理的重要环节。为了建立龙溪-虹口国家级自然保护区内兽类和鸟类多样性资源的长期监测机制,于2013年9月至2014年11月,我们采用红外相机技术在龙溪沟和虹口峡谷等区域按公里网格布设了57个监测点,调查地面活动的兽类和鸟类。红外相机累计工作达11,847个工作日,共记录到兽类和鸟类物种61种,其中兽类5目12科21种,鸟类3目10科40种,包括猎隼（Falco cherrug）、光背地鸫（Zoothera mollissima）、长尾地鸫（Zoothera dixoni）、灰翅鸫（Turdus boulboul）、锈脸钩嘴鹛（Pomatorhinus erythrogenys）、红嘴鸦雀（Conostoma aemodium）和褐鸦雀（Paradoxornis unicolor）7种鸟类为保护区新记录种。调查到的兽类被列为国家I级和II级重点保护野生动物的分别为4种和5种,被IUCN红色名录评估为“濒危EN”和“易危VU” 的物种各3种,被评为 “近危NT”级别的物种有4种;鸟类被列为国家II级重点保护野生动物的有5种,被IUCN红色名录评估为“濒危EN”的物种有1种。本次调查补充更新了龙溪-虹口自然保护区地栖息鸟类名录,初步了解了保护区内地面活动大中型兽类和鸟类的物种组成和分布,为保护区建立野生动物红外相机常规监测和保护管理提供了基础数据。     

A review of big data analysis methods for baleen whale passive acoustic monitoring

Many organizations collect large passive acoustic monitoring (PAM) data sets that need to be efficiently and reliably analyzed. To determine appropriate methods for effective analysis of big PAM data sets, we undertook a literature review of baleen whale PAM analysis methods. Methodologies from 166 studies (published between 2000–2019) were summarized, and a detailed review was performed on the 94 studies that recorded more than 1,000 hr of acoustic data (“big data”). Analysis techniques for extracting baleen whale information from PAM data sets varied depending on the research observed. A spectrum of methodologies was used and ranged from manual analysis of all acoustic data by human experts to completely automated techniques with no manual validation. Based on this assessment, recommendations are provided to encourage robust research methods that are comparable across studies and sectors, achievable across research groups, and consistent with previous work. These include using automated techniques when possible to increase efficiency and repeatability, supplementing automation with manual review to calculate automated detector performance, and increasing consistency in terminology and presentation of results. This work can be used to facilitate discussion for minimum standards and best practices to be implemented in the field of marine mammal PAM.