利用声学监测设备揭示放牧对国家公园声景的影响

2023年5月17日，东北虎豹生物多样性国家野外科学观测研究站王天明教授在保护生物学期刊Biological Conservation发表了研究论文“Free-ranging livestock changes the acoustic properties of summer soundscapes in a Northeast Asian temperate forest”。该研究利用多种声学指数对东北虎豹国家公园夏季声景的属性和昼夜变化规律进行量化，在景观尺度上评估了长期林下过度放牧对声景产生的影响，为受干扰生态系统声景资源和生物多样性的恢复提供了新的见解。

近10年来，“声景生态学(soundscape ecology)”已经发展成为一门独立和新兴的研究领域。声景（soundscape）包含了景观中的全部生物声、地理声和人为声。因此，声景生态学结合了生物声学、声学生态学和景观生态学等学科相关内容，以声景为主要研究对象，把声景的组成、格局和变化与有机体、地球物理和人类系统之间的生态过程联系起来，进而了解生物与环境之间的相互作用。目前, 声景已成为揭示自然环境、生物多样性和人类活动之间相互作用关系的重要资源。

图1 东北虎豹国家公园林下放牧活动

东北虎豹国家公园是东北虎和东北豹这2个大型猫科动物种群的主要栖息地，但以林下放牧为主的多种土地利用方式已经导致当地森林植被退化和猎物下降，威胁虎豹生存。该研究在东北虎豹国家公园核心区域建立了长期声景监测网络，利用多种声学指数对放牧林和非放牧林声景的声学属性进行量化。研究表明，在全天尺度上，放牧活动较为强烈的放牧林中，声音的复杂度和生物声优势度均显著下降；牛铃铛声对生物声产生了掩蔽效应，也使放牧林中生物声强度计算值增高，并且由于放牧林中人为背景噪声较强，放牧林的声音熵也显著更高。从各昼夜时段上来看，放牧林和非放牧林的夜晚声景差异较大，放牧林夜晚声音的复杂度、声谱中频段分布的均匀度和生物声的优势度均显著更低，暗示了夜晚放牧林声学群落的缺失，表明非放牧林在夜晚有更丰富的发声物种多样性。结合红外相机数据和声学数据，长期放牧可能通过降低梅花鹿的种群数量和鸟类、昆虫类的物种的丰富度而改变了放牧林的声学群落，证实了放牧对多生物类群的负面影响。

图2 不同时段放牧林和非放牧林声学指数比较

图3 放牧林和非放牧林各昼夜时段的典型声谱图比较。

（a）放牧林黎明的牛叫声、牛群行走声和鸟类和鸣；（b）非放牧林黎明的鸟类和鸣；（c）放牧林白天的持续性昆虫噪声和铃铛声；（d）非放牧林白天的昆虫节律性发声；（e）放牧林黄昏的柴油车辆噪声；（f）非放牧林的梅花鹿鸣叫和周边的水流声；（g）放牧林夜晚的持续性昆虫噪声；（h）非放牧林夜晚的昆虫节律性发声等多种生物声

北京师范大学生命科学学院博士研究生孙翊斐为论文的第一作者，王天明教授为通讯作者，葛剑平教授、博士后冯佳伟和博士研究生王士政参与了该研究。该研究工作得到了国家科技基础资源调查专项（2019FY101700、2021FY100702）资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biocon.2023.110123