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。     

生态保护从加强科学研究和监测开始

上世纪50年代以来,随着人类对环境破坏的与日俱增,全球人口资源环境和经济发展的矛盾日趋激烈,联合国教科文组织适时地提出了"人与生物圈"计划,这是一项具有时代特点和创新精神的政府间生态学研究计划。该计划的总目标是"在自然科学和社会科学的范围内,为合理利用和保护生物圈资源以及改善人与环境的关系提供科学基础,预测目前人类活动对未来世界的影响,从而增强人类有效地管理生物圈自然资源的能力"。它有着多项重要贡献:率先明确提出人是生物圈的组     

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...     

长江中下游江豚种群现状评价

作者根据近年在长江中下游对江豚进行考察的资料和收集到的标本,系统分析评价了长江中下游江豚的种群现状,主要结果如下:1.长江江豚上至宜昌(距河口1669公里),下至长江口,以及洞庭湖、鄱阳湖均有分布。分布型式是沿长江纵向呈集群性分布,横向呈趋岸性分布;2.长江中下游江豚种群数量估计为2700头。其数量冬季最高,夏季最低。夏季的SPUE值仅为冬季的48.7％—58.6％;3.长江中下游江豚群体以1—5头最为常见,占88％;4.理论推算长江中下游每年新产生个体为539头,年出生率为20％;5.通过分析比较长江中下游和中国沿海以及日本Inland Sea江豚种群数量变动趋势,推测长江中下游江豚很可能进行“江—海”、“海—江”长距离大规模的迁移,这种迁移与生殖有关。     

基于中华鲟繁殖群体数量的长江中、下游生态环境考核指标

繁殖群体数量是中华鲟能否成功繁殖的重要影响因子, 建议作为长江生态考核的重要评价指标。根据重要种群参数和历史数据, 基于稳态转换理论和方法, 确定中华鲟繁殖群体数量指标的评估基准值和等级, 670尾以上为“优”、400—670尾为“良”、200—400尾为“中”、50—200尾为“差”、50尾以下为“极差”。水声学探测结果显示, 1998—2001年中华鲟繁殖群体数量指标评级为“良”; 2004—2012年三峡工程蓄水后至向家坝蓄水前评级为“中”; 2013—2020年评级为“极差”。为了复壮中华鲟野生种群, 建议修复葛洲坝下中华鲟产卵场功能, 大规模放流性成熟亲鱼和大规格个体, 建立国家级中华鲟保育中心。     

鄱阳湖及其支流长江江豚种群数量及分布

在1997 年11 月至1998 年11 月的134 d 中, 大致按一年四季, 分4 次对鄱阳湖及其主要支流中的长江江豚种群数量、数量的季节变动、分布、行为、江豚栖息地环境、人类活动对江豚的影响进行了考察。江豚的分布主要集中在鄱阳湖湖区, 赣江、信江、抚河等主要支流的中下游和支流入湖的湖口附近。冬、春、秋3 个季节鄱阳湖水系长江江豚种群数量的估计值分别为91 头、431 头和260头。即, 鄱阳湖江豚的种群数量约为100～400 头,其种群数量随季节、水位、鱼类资源的变化而呈现出相应的变化。     

长江江豚声信号及其声行为的初步研究

长江江豚的声信号可分为两大类,即高频脉冲信号和低频连续信号。高频脉冲信号可能与回声定位有关,而低频连续信号可能与通信和情感表达有关。不管是高频脉冲信号还是低频连续信号,在豚处于自由状态时,夜间的发声次数要多于白天。       

基于鱼类物种状况的长江生态环境质量评估

鱼类是水域生态系统的重要组成部分, 也是水域生态环境良好的指示类群。为合理评估长江生态环境的现状和变化趋势, 文章提出将土著鱼类物种数和珍稀特有鱼类物种数作为评价指标, 并建立了相关的评价基准和等级划分标准。以2010年和2020年为评价年, 评估了长江干流及代表性重点水域的生态环境质量。结果显示, 当前长江上游干流和下游干流的生态环境质量优于中游; 支流赤水河的生态环境质量良好, 大型湖泊鄱阳湖的生态环境质量中等。从时间上看, 随着长江十年禁渔等一系列保护措施的实施, 长江干流的生态环境质量有不同程度地好转。在此基础上, 提出了进一步改善长江生态环境的对策与建议。     

长江江豚的无线电跟踪研究

采用无线电跟踪技术对生活在长江故道中的江豚进行了跟踪,较好地解决了无背鳍豚类的无线电信标的无损伤固定和淡水环境中信标的自动脱落两个技术关键。跟踪结果理想。     

江西鄱阳湖湖口水域船舶通行对长江江豚发声行为的影响

江西鄱阳湖是长江江豚(Neophocaena phocaenoides)的重要栖息地, 湖中栖息着约400 头江豚。多年的观察表明, 船舶交通是鄱阳湖中江豚面临的重要威胁之一。为了评估船舶通行对长江江豚发声行为的影响,尤其是了解船舶通行期间及其前后江豚的发声和行为特征, 作者于2007 年6 月27 日—7 月1 日在江西鄱阳湖湖口水域采用固定被动声学系统, 即安装在监测点(29°42′38″ N, 116°11′11″ E)的一套水下声学数据记录系统, 对周边通行船舶的水下噪声及江豚声纳信号脉冲事件进行了定点监测和记录, 并对所记录的数据进行了定量和统计分析。在整个监测的109h 中, 声学记录仪共记录到船舶494 艘, 江豚声纳脉冲串信号13413个。船舶出现与江豚出现存在弱的负相关关系(r = -0.029, N = 6550, P Z = -0.370, P> 0.05); 当有船舶经过时, 江豚的发声频次显著降低(Z = -10.050, P Z = -0.275, P> 0.05; Z = -0.119, P> 0.05); 船舶通行之前和之后, 江豚的发声频次、脉冲串持续时间、脉冲间间隔的差异性均不显著(χ2= 5.255, P> 0.05; χ2= 3.511, P> 0.05; χ2= 5.155, P>0.05); 在船舶经过时, 江豚对游动方向没有明显的选择性(χ2= 0.861, P> 0.05)。基于分析结果推测, 在狭窄水域中江豚躲避船舶干扰通常采取“临时性”策略, 而非长距离逃避。由于鄱阳湖湖口水域水道相对狭窄, 尽管研究的结果表明江豚对船舶有一定的敏感反应, 但是在相对狭窄的水域中, 江豚躲避船舶的行为难以充分表现。另外, 江豚对该水域中高密度航行船舶的噪声可能存在一定的“适应性”, 导致当遭遇船舶时, 江豚的声行为反应不十分强烈。因此, 建议有必要在不同尺度的水体中采用声学数据记录仪继续开展类似的观察,以进一步了解江豚对船舶的行为响应, 尤其是观察江豚躲避船舶的行为及发声特征       

鲸类微卫星引物对长江江豚的适用性研究

微卫星在长江江豚 (Neophocaenaphocaenoidesasiaeorientalis)中的应用研究还未见报道。本研究采用已发表的来自 6个鲸种的 2 3对微卫星引物对一个长江江豚群体DNA样本进行了微卫星扩增。结果表明其中有 7对引物在此群体中的扩增产物是稳定且多态的 ,序列分析结果表明这 7对引物的扩增产物都具有AC或GT两碱基重复单元 ,从而证明了扩增的有效性。研究结果表明用从其他鲸类分离出的微卫星引物可以快速筛选到适用于长江江豚指纹分析的引物     

长江江豚细菌性疾病的诊治

人工饲养或易地保护长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis), 其水体中常含有病原菌且易引起江豚发病, 探讨长江江豚的细菌性疾病诊疗方法十分必要。文章利用细菌的分离培养与鉴定, 结合血液检测结果, 对安庆西江围网内一头患病江豚进行了病原确诊, 结果发现患病江豚的致病原为金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和魔氏摩根菌(Morganella morganii)。依据致病菌的药敏试验结果, 综合患病江豚的整体状况制定了治疗方案并对其进行系统治疗, 结果预后良好。研究的成功开展为江豚、海豚等鲸类动物细菌性疾病的诊断与防治提供了良好借鉴。     

长江江豚脐带永生化成纤维细胞系建立及细胞生长特性研究

取长江江豚(Neophocaena phocaenoids asiaeorientalis)产后胎盘脐静脉,经组织块培养,差异贴壁法纯化,构建长江江豚的原代细胞系;经外源癌基因SV40 T antigens(猿猴病毒T抗原)转染构建稳定脐带细胞系,并对长江江豚的永生化后的成纤维细胞的细胞形态、转染效率、生长曲线和活率等...