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科研进展

中科院深海所研究团队在Biological Conservation发文,提出一种在数据匮乏区域开展鲸类生态研究的整合式策略

发布时间:2022-08-02 来源:深海科学与工程研究所

  近日,中科院深海所海洋哺乳动物研究团队(以下简称深海所研究团队)在学术期刊Biological Conservation发表题为An integrated strategy for monitoring cetaceans in data-poor regions的论文。该论文提出了一种整合式鲸类生态研究新范式并展示了示范研究结果,有利于鲸类科研人员在数据缺乏的水域开展鲸类生态和保护研究工作,更好地调查鲸类的出没、分布及栖息地利用情况,实现循序渐进、互相补充且高效可靠的调查效果。Biological Conservation生物保护》是Society for Conservation Biology(保护生物学国际学会)的会刊,也是保护生物学这一学科的旗舰期刊,旨在出版关于保护生物学最前沿、最新颖和最受关注的研究进展。 

  一、没有本底资料该怎么办?——万事开头难 

  海南地处南海腹地,历史搁浅信息表明海南周边水域的鲸类等海洋哺乳动物资源丰富,多样性非常高。但是,由于缺乏野外实地调查和长期系统的监测,海南鲸类动物的本底资料几乎一片空白。在这种信息匮乏的研究背景下,使用一种简易、高效、快捷、低成本的方法以达到快速掌握鲸类基本信息的目的显得至关重要,而当地生态认知Local Ecological Knowledge, LEK)调查正是满足这需求的一种技术方法。职业渔民是接触野外鲸类动物最频繁的特定职业人群,通过调查渔民可以快速获得他们在海洋捕捞生产过程中与野外鲸类相关的认识、经历和看法等,从而为后续的调查和监测提供基本方向和背景信息。因此,深海所研究团队于2013年底开展了一项环海南岛摸底调查。该项调查选择了16个具有代表性的沿海渔港/渔村,对510位渔民进行了问卷访问调查。得益于科学合理的问卷设计、蓝丝带海洋保护协会的志愿者支持、地方管理部门和社区的大力配合,整项调查仅20余天就顺利完成,研究团队快速高效地获得了丰富的调查资料,并对资料开展了细致的整理和数据分析。虽然该项调查所关注的对象是可能在海南周边水域栖息生活的所有鲸类物种,但由于中华白海豚独特的体色和近岸栖息的习性,渔民非常容易接触并辨认出这一物种,科研人员基于初步分析结果迅速锁定了一处疑似有中华白海豚经常出没的水域——海南西南近岸水域。

图1. 环海南岛渔民问卷调查(2013年底)的主要结果

  二、海南真的有中华白海豚吗?——眼见为实 

  中华白海豚是我国一级保护动物,具有极高的生态、保护和研究价值。渔民问卷调查结果为研究团队提供了令人振奋的方向,但渔民目击毕竟是间接的信息,其可靠性和真实度还需要进一步检验。因此,研究团队自20144月开始在海南西南近岸水域进行探索式的船基目视调查(Boat-based visual surveys),以验证该区域是否真的有中华白海豚频繁出没调查队员经历了数月的风吹日晒,海上辛勤的船基调查工作终于开出了美丽的果实——20141020日在三亚西鼓岛周边首次目击到了中华白海豚群体,并在之后两个月的调查里多次目击到中华白海豚。这些实地调查结果不仅验证了前期渔民问卷调查结果的可信度,且进一步确认了在海南西南近岸确实有中华白海豚栖息分布。此后,研究团队继续进行逐年累月的船基调查,并不断将调查范围扩大至该种群所有的潜在分布区域,截至20196月共计调查开展了55次船基调查,每次调查至少38天。通过长期的船基调查监测,调查队员共目击了50群鲸类动物,不仅包括47常客”——中华白海豚,还目击到2群印太江豚以及一些少见的过客”——伪虎鲸和印太瓶鼻海豚的混游群体。通过分析船基调查数据,研究团队较好地掌握了海南西南近岸鲸类动物的组成、中华白海豚的栖息分布特征、个体识别数量、环境偏好等基本情况。

图2. 研究团队在海南西南近岸水域目击的四种鲸类物种:中华白海豚、印太江豚、印太瓶鼻海豚和伪虎鲸(图片来源:深海所研究团队)

图3. 海南西南近岸水域中华白海豚的栖息分布情况(2014.4-2019.6船基调查)

  三、它们留下了声音痕迹——被动声学监测 

  船基调查的整体目击率较低,且该技术方法有诸多限制和不足,例如只能在白天及海况优良时开展、开支较大且费时费力。为了更好地掌握该种群的出没分布规律,研究团队开始尝试使用水下被动声学监测(Passive Acoustic Monitoring, PAM技术手段。科研人员于2016年在三亚西鼓岛选择了一个中华白海豚目击最频繁的位置,进行了为期近一年的探索式试验。通过监测中华白海豚所发出的一种典型高频窄带信号(clicks嘀嗒声),证实了中华白海豚会经常在监测位点周围出没。因此,研究团队于2018年进一步开展了一项长时间且大范围的水下被动声学监测计划。科研人员沿着三亚-昌江近岸选择了11个合适的位点,进行水下声学监测平台和声学记录仪的布放,并在之后按照每23月一次循环进行仪器回收、数据下载、仪器充电和再布放工作。在至今为止的4年多时间的监测周期里,科研人员共获得了10个位点(2号平台及声学设备遗失)的声学数据,较好地实现了对覆盖区域所出现的鲸类动物及水下各种其它声源进行长时间、大范围、近似连续、不分昼夜、不受恶劣海况影响的监测。科研人员利用部分数据集开发了一种基于机器学习算法的clicks信号自动识别器,并不断优化将识别器对海豚clicks信号的识别准确性提升至96%以上,之后使用该识别器对整个水下声学监测数据库的clicks信号进行了检测和分析。通过被动声学监测技术手段,研究团队较好地掌握了海南西南海域中华白海豚的栖息分布规律时空变化模式,并证实声学监测结果是船基调查结果的重要补充。

图4. 海南西南近岸水域海豚clicks信号的被动声学监测情况(2018.2-2019.6被动声学监测结果

  四、一种整合式鲸类生态研究新范式 

  经过全世界范围内的鲸类科研人员几十年的不断发展和完善,渔民问卷调查、船基目视调查和被动声学监测都已逐渐成为非常重要的鲸类调查技术手段,而且被广泛运用于各种类型的鲸类生态和保护研究项目。尽管如此,这些方法都有各自的使用条件、范围、要求和局限性,这就导致单一方法所获得的调查结果往往难以验证其可靠程度。尤其应当注意的是,全球还有很多类似中国这样的许多欠发达的国家/地区,其共性是鲸类本底资料通常十分匮乏。此外,由于研究和保育资金支持非常有限,欠发达国家/地区的鲸类科研人员和保护工作者难以直接开展有针对性、大范围、长期、系统的野外实地调查和监测。深海所研究团队首次将渔民问卷调查、船基目视调查和被动声学监测这三种技术方法组合,以海南中华白海豚的发现、验证和长期监测为示范,展示了中华白海豚在海南西南部的出没分布及栖息地利用情况。相关的研究结果不仅为保护海南中华白海豚提供了基本的信息和资料,成为海南近海生态和珍稀动物保护的重要科学支撑,而且形成了一套循序渐进的、相互印证的、互相补充的整合式鲸类生态研究新范式,为全世界的鲸类科研人员提供了重要的示范参考,以便于在数据缺乏的水域更高效地开展鲸类生态和保护研究工作。 

  原文链接: 

  Liu, M., Lin, M., Dong, L., Caruso, F., & Li, S.* (2022). An integrated strategy for monitoring cetaceans in data-poor regions. Biological Conservation, 272, 109648. https://doi.org/10.1016/j.biocon.2022.109648 

 


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