声学手段辅助自然保护地生物多样性监测现状及应用建议

建立自然保护地是保护生物多样性最为有效的措施,构建以国家公园为主体的自然保护地体系是我国推进生态文明建设的重大举措。声学监测是一种通过记录自然环境中物种声音类型和声音变化以研究生物多样性的新型方法,其在自然保护地生物多样性监测中的应用越来越广泛。梳理了声学监测在自然保护地保护工作中的优劣势、应用,以及监测实施要点。声学监测实现了被动式的采集,可以获得连续、完整和相对低成本的数据,提高了更大物种规模监测的可能性。它有助于促进物种名录清单建立、监测类群数量评估和动态观察等工作,同时可利用动物声音判断其生理状态和栖息地质量。但目前仍然存在标准化和资源共享的声学数据库缺乏、长期监测方案仍较少、设备差异产生的数据不一致、以指数为主的生物多样性评估存在保真度和准确度争议等问题,未来仍然需要通过大量的科学研究进一步提升声学对生物多样性预测的能力。基于此,提出了对我国自然保护地开展声学监测的若干建议,从而推动自然保护地体系的生物多样性监测与保护。

基于3个生物评价指数的滦河上游水质评价研究

对滦河上游布设的10个监测站点分别于2012年和2015年进行了四次大型无脊椎底栖动物采样,并对其种类区系组成、密度及分布进行了统计分析。在基于大型无脊椎底栖动物进行水质评价的过程中,分别使用需氧有机体百分率、Shannon-Wiener生物多样性指数和BI生物指数对滦河上游的水质状况进行评价,并获得了基于三个指数的各站点的水质情况。在分析各站点的水质评价结果的一致性和差异性的基础上,对三个指数用于水质评价的可行性和合理性进行了讨论。

铁岭凡河大型底栖无脊椎动物多样性及BI指数评价

对铁岭凡河8个样点进行了大型底栖无脊椎动物多样性调查研究,共发现类群3门6纲11目28科63属75种。按照BI指数进行评价结果:孤家子、腰寨子、榛子岭水库入口、抚安堡、张搂子样点水体最清洁至清洁;新屯大桥样点清洁至轻污染;榛子岭水库出口、黄河子样点轻污染至中污染。

生物电阻抗频谱分析法评估血液透析患者干体重

目的:应用生物电阻抗频谱分析法(bioimpedanceelectricalspectroscopy,BIS)评估血液透析(HD)患者干体重。方法:106例健康志愿者按体重指数(BMI)和性别不同分为六组,分别计算每组细胞外液(extracellularvolume,ECV)占体重的百分比(ECV%)。56例临床评估认为干体重合适的HD患者也同样按照BMI和性别分为六组记录透析前体重(Wb),测量其透析前细胞外液(ECVb),按照Chamney公式计算干体重=(Wb-ECVb)/(1-ECV%)。ECV采用美国XitronTechnologies,Inc的Xitron4200HYDRABIS分析仪测定。结果:正常人群ECV%在不同性别间有显著差别,男性(0.253±0.016)vs女性(0.226±0.014)L/kg(P<0.01);不同体脂状况中BMI越大,ECV%越小。Chamney公式计算的干体重(61.75±11.75)kg显著高于临床评估的干体重(60.87±11.32)kg(P<0.001)。但二者之间呈显著相关关系,Pearsonr=0.9912(P<0.001)。结论:BIS评估HD患者干体重与临床评估间有良好的相关性,可用于临床评估HD患者的干体重。

头针联合肌电生物反馈疗法治疗脑卒中后抑郁症60例

选取我院收治的60例患有脑卒中后抑郁症的患者作为研究样本对象,通过应用头针联合肌电生物反馈疗法探讨该治疗方式对脑卒中后抑郁症的临床治疗疗效与现实应用价值。方法:本研究自2020年1月开始,结束于2021年12月。研究样本为我院所收治的脑卒中后抑郁症患者60例,其中30例患者应用对症药物治疗(为对照组),另30例患者应用药物治疗与头针联合肌电生物反馈疗法合并治疗(为观察组),对两组患者的各项临床指标加以对比研究。结果:通过数据对比分析可知,两组脑卒中后抑郁症患者在临床治疗后的治疗效果有显著性差异,其中观察组患者的治疗疗效相对优良(P<0.05)。除此之外,观察组脑卒中后抑郁症患者的HAMD评分、BI指数评分、MMSE量表评分也比对照组患者优良(P<0.05)。结论:本研究数据结果显示,在脑卒中后抑郁症患者的临床治疗中合并应用头针联合肌电生物反馈疗法,具有较好的治疗效果,不仅可以起到提高临床疗效的作用,同时还可缓解患者的不良情绪,提高患者的预后生活质量,具有较为确切的推广价值。

京杭大运河(邳州段)生物多样性调查与水质生物学评价

对京杭大运河邳州段的水生生物进行调查,结果显示在邳州港作业区水生生物的多样性最高。应用底栖动物、浮游植物、浮游动物的多样性指数和BI指数进行水质生物学评价,表明京杭大运河邳州段的水质情况总体处于轻污染状态。

基于大型底栖动物的温榆河公园水生态状况分析

为系统评价温榆河公园流域水生态状况,2021年对温榆河公园大型底栖动物进行了调查,分析了大型底栖动物的群落特征及时空分布,利用生物指数(BI)、生物多样性指数和大型底栖动物完整性指数(B-IBI)3种方法分别评价了温榆河公园水生态状况。结果显示,温榆河公园共采集到大型底栖动物56属种,隶属5类,不同物种大型底栖动物的密度与物种数在时空分布上存在差异,水生昆虫类具有显著优势,在多数点位占比超过50%;研究区域的多样性指数评价显示温榆河公园的物种组成相对比较丰富,而且已经有多个点位出现了指示清洁的优势种,说明温榆河公园的水生态状况在逐渐变好。通过对比与相关性分析,总结出适合评价温榆河公园的水生态状况的方法为多样性指数评价法。

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。

Alpha声学指数效应的meta分析

通过声学指数量化声音的特征反映生物的组成和生境信息,是一种高效率、低干扰的监测方式。该研究领域在近十多年来得到了快速的发展,不断有新的声学指数被提出,同时也有大量的实证研究。声学指数可分为反映录音内信息的alpha声学指数和比较不同录音之间差异的beta声学指数,其中alpha声学指数的实证研究较多。本文在汇总已有研究数据的基础上进行meta分析,关注alpha声学指数与动物多样性、生境质量、动物活跃性之间关联的方向和程度。基于文献调研,本文对8个常用的声学指数进行了总结分析:声学复杂度指数(acoustic complexity index,ACI)、声学熵指数(acoustic entropy index,H)、生物声学指数(bioacoustic index,BI)、标准化声景差异指数(normalized difference soundscape index,NDSI)、声学多样性指数(acoustic diversity index,ADI)、声学均匀度指数(acoustic evenness index,AEI)、声学丰富度指数(acoustic richness index,AR)和频峰数(number of peaks,NP)。其中,ACI是使用频次最高的声学指数,与动物多样性、生境质量和动物活跃性均存在正相关的关系。ACI与陆地动物活跃性之间的联系最为密切,总效应量的均值达到0.53。然而,其他声学指数与动物多样性、生境质量和动物活跃性之间的关联程度普遍不高,平均解释力不足10%。此外,AEI与生境质量呈显著负相关的关系(相关系数的均值为–0.18,符号检验P=0.001),是本研究发现的唯一显著负相关的联系。本研究结果可为常用alpha声学指数的选用提供参考依据。

基于声学指数的神农架国家公园声音多样性动态变化

【目的】评估声学指数在神农架国家公园内对动物声音多样性动态变化的响应,探究神农架国家公园声音多样性的变化特征,为当地生态保护提供量化依据。【方法】在神农架国家公园较大区域内部署了9个声音采集点,连续采集了2021年5—7月的样点声音数据,采用生态声学的方法,从声音数据中提取了声学复杂度指数(ACI)、生物声学指数(BI)、归一化声景差异指数(NDSI)3个声学指数,并探究这3个声学多样性指数夏季的动态变化特征。【结果】ACI指数在夏季变化的总体趋势并不显著,BI指数呈双峰变化趋势,NDSI指数呈3峰或4峰变化趋势;经Mann-Kendall突变性检验的结果表明,气候和人为干扰是引起指数值突变的主要原因;日变化结果显示ACI指数不能很好地反映日变化趋势,但BI指数和NDSI指数具有明显的日变化趋势,且变化趋势符合物种黎明/黄昏合唱的习性;声学指数随海拔梯度的空间变化结果表明,ACI、BI指数在中海拔区域具有最大值,且ACI指数与海拔相关性较强,NDSI指数没有显著的变化趋势。【结论】BI、NDSI指数能较好地反映动物声音多样性随时间动态变化趋势,气候变化和人为活动会造成声音多样性的突变。ACI指数能较好说明动物声音多样性随空间的变化,研究区域内声音多样性在中海拔区域最大。

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。

基于声音指数的鸟类多样性监测

鸟类运动能力强,且对生境变化敏感,常作为环境指示物种。鸣声是鸟类重要的通讯方式,其特征具有物种特异性。随着野外录音及鸣声分析技术和设备的快速发展,从录音中自动提取反映鸣声特征的参数,快速评估鸟种多样性已成为可能。相比于传统的鸟类调查方法,通过录音监测鸟类,具有方便快捷的优点。对鸣声反映鸟类多样性的理论基础、常用的声音指数,以及该领域的关键技术加以介绍,为鸟类监测提供方法借鉴。

东北虎豹国家公园森林声景的昼夜和季节变化

被动声学监测技术和声学指数通过对音频数据的时频域特征进行定量分析,可以反映声景的复杂度、多样性和健康程度等,已经成为评估生物多样性变化的重要手段。本研究从2020年6月至2021年6月在东北虎豹国家公园采集了52个点的声学数据,计算了春、夏、秋、冬4个季节和黎明、白天、黄昏、夜晚4个昼夜时间段的声音复杂度指数(acoustic complexity index,ACI)、声音多样性指数(acoustic diversity index,ADI)、声音均匀度指数(acoustic evenness index,AEI)、生物声学指数(bioacoustic index,BIO)、标准化声景差异指数(normalized difference soundscape index,NDSI)、声音熵指数(acoustic entropy index,H)和1–21k Hz共20个频段的功率谱密度(power spectral density,PSD)等声学指数,评价了声景构成和多样性的昼夜和季节性差异。结果表明,东北虎豹国家公园的声景随季节变化具有显著的昼夜节律差异,尤其是夜晚的声景和声学成分显著不同于其他时段;白天声景的复杂度和多样性以及生物声的强度更高,但夏季的夜晚比白天有更高的声音复杂度;春季的黎明时段由于强烈的鸟类和鸣而具有较高的声音多样性和生物声强度。此外,声景和声学成分具有显著的季节性差异,其中春、夏、秋等3个季节(主要是5–10月)具有高的声音复杂度、多样性和生物声强度,但每个声学指数峰值出现的时间具有高度的异质性。本研究为东北虎豹国家公园声景资源的恢复和保护提供了基础数据,未来需要进一步结合非声学变量深入探讨区域声景形成的驱动因素,揭示人类干扰和气候变化的影响。

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汊芳兰湖为区域,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中声音处理程序包将鸟类声音数据转化为具有生物信息的声学指标——生物声学指数(BI指数),用以阐明这3个月每天凌晨、早上、中午和傍晚对应的鸟类多样性特征及活动习性强弱程度,揭示鄱阳湖典型湿地长时间序列的鸟类多样性特征,并采用Mann-Kendall检验法对鸟类多样性特征序列进行趋势和突变性分析,最后利用Morlet小波分析方法对其进行多时间尺度特征分析。结果表明:(1)3个月凌晨、早上、中午和傍晚时刻对应的BI指数值各有差异,分别为5.73~63.49、5.76~67.00、3.36~60.24和4.91~52.62,且这4个时刻BI指数值在整体上均呈现增加趋势。(2)Mann-Kendall突变性检验发现,这3个月份的BI指数序列在2020年4月27日06:00左右的时候发生突变,突变发生的主要原因是受人类活动的影响。(3)逐日平均BI指数序列在演变过程中存在着12~30、10~18、4~9天3类时间尺度的周期性变化规律,其小波方差存在3个较为明显的峰值,分别对应24、15和7天的时间尺度。本研究属于一种探索性研究,旨在为鸟类种群特征和行为特征及多样性研究提供一种较新的技术途径,也同时为其他动物(如两栖动物、昆虫等)多样性研究提供技术参考。