声景生态学 是生态学 的一个分支学科,研究声景 在不同时间和空间上的分布及变化模式,及其与人类和环境 的关系[ 1] 。
声景生态学认为大气动力学 和人为活动可以改变声景,被改变的声景又会反作用于生物 和人类,从而影响生物种群 和群落 动态,同时影响人类健康 和对环境的感知[ 2] [ 3] 。
1960年代末加拿大 作曲家默里·谢弗 创立声学生态学 ,呼吁人们关注环境 中声音 及其与人类活动的关系[ 3] 。1987年美国音乐学家Bernie Krause提出声学栖息地 理论,认为每个生态系统 都有其独特的生物声学谱 [ 4] 。2011年, 美国普渡大学 的Bryan Pijanowski和意大利乌尔比诺大学 的Almo Farina将声学生态学与景观生态学 理论结合,主张研究声景 的时空分布和生态过程,创立声景生态学[ 1] [ 3] 。
早期的声景生态学主要研究陆地生态系统中的声景[ 5] , 研究范围包括野生动物 、栖息地 环境质量、生物多样性 、保护成效、气候变化 和人类活动对生物多样性影响等,同时开发了一系列声学指标 及音频分析工具[ 3] 。随后研究范围逐渐扩展到水上生态系统[ 3] , 研究对象从单一物种类群扩展到多物种类群[ 6] 。
人类活动产生的人造声音是声景生态学中的研究热点[ 3]
声景生态学研究生物群落中声音的多样性,提出了声学生态位假说 和声学适应假说 来解释生物声音多样性的成因[ 3] 。声学生态位假说认为, 物种间的竞争会促进不同物种 发出的声音在时间和频率上出现分化[ 7] ;声学适应假说认为, 动物发出的声音会根据其所处环境做出适应性改变, 提高声音传输的效率[ 8] 。
声景生态学研究生物声音、物理环境声音和人造声音之间的相互作用,研究发现生物的发声会受到包括人造声音在内的环境声音的影响,从而改变动物的发声习惯[ 3] 。
声景生态学的研究发现不同时间和季节 的声景与生物的习性有紧密的联系[ 3] 。在城市和农村, 声景的时间变化主要受人类活动影响[ 9] 。不同的自然环境和人为环境会使声景呈现出空间上的异质性,从较大尺度上,声景随纬度和海拔的不同会与发声动物的分布密切相关[ 3] 。物种分布会受到气候变化 的影响, 进而也会从时间和空间上改变声景[ 3] 。声景中人造声音的增加,会使生物声音减少[ 10] ,干扰某些生物的生活习性[ 11] 。同时, 人类活动会改变物种栖息地的分布, 间接地改变声景的空间格局[ 3] 。
声景生态学通过一系列声学指标来研究生物多样性问题[ 3] 。一些国家建立了区域性的声景监测网络,通过生物的发声对物种进行识别及估算种群大小[ 3] 。
美国雷尼尔山国家公园 声景 的频谱图 。 高亮区域显示了土拨鼠 、鸟类 、昆虫 的声音以及飞机 的噪音。
声景生态学通常使用自动录音机 (特别是可编程自动录音机)采集环境中的声音信号[ 3] [ 12] 。对于人类可听声频带之外的声音,超声波 采用较高采样频率 (400 kHz)录制音频,次声波 则会使用次声波探测器 [ 3] 。自动录音机通常布设在野外调查点,按照预定的启动时间和录音时长录制声音[ 3] 。
采集到的声音制作成声谱图 用于分析[ 3] 。声景生态学着重于分析录音数据的音频频域 和时域 特征,并通过声景指数 来描述生物多样性 [ 3] 。声景指数约有60余种[ 13] ,主要可分为α声学指标(用于评估声景中声音的多样性或复杂性)和β声学指标(用于评估不同生物群落间或同一群落不同时段间的声音多样性)两大类[ 3] 。但这种评估方式容易受到背景噪声和人为声音的影响,在实验室分析时,需要对信号进行降噪 处理,或通过偏相关分析 等统计学 方法屏蔽噪声 影响[ 14] [ 3] 。
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