巴拿马与哥斯达黎加大加勒比海牛（Trichechus manatus manatus）全年栖息与跨域迁移行为的声学监测研究

　　本研究首次通过被动声学监测（PAM）揭示了大加勒比海牛（Trichechus manatus manatus）在巴拿马与哥斯达黎加跨境湿地的全年栖息模式与迁移规律。研究基于个体发声特征（如squeak、hi-squeak）进行聚类分析，识别出61个（巴拿马）与49个（哥斯达黎加）疑似个体，其中9头海牛存在跨国迁移行为（平均迁移间隔340天）。研究发现海牛栖息时间与降水、气温异常及海平面高度显著相关，并首次提出建立全长约984公里的双边生态廊道，为这一濒危物种的区域保护提供关键科学依据。

　　

1 引言

大加勒比海牛（Trichechus manatus manatus）作为濒危大型草食性海洋哺乳动物，其在中美洲南部尤其是巴拿马和哥斯达黎加地区的生态学研究长期缺乏系统性数据。该物种在加勒比海沿岸的咸淡水环境中扮演"生态系统工程师"角色，通过摄食行为影响水生植物群落结构与生态系统功能。然而，由于种群规模小、分布零散且受人类活动威胁，其生存状况日益严峻。传统视觉观测手段受限于热带湿地的浑浊水质，难以实现长期连续监测。近年来，被动声学监测技术通过分析海牛个体独特的发声特征（如squeak、hi-squeak等），为研究其空间行为提供了非侵入性新途径。本研究首次整合巴拿马（2015年启动）与哥斯达黎加（2021年启动）的声学监测网络，旨在揭示该区域海牛的跨境迁移规律、栖息时间动态及其与环境因子的关联。

2 材料与方法

2.1 研究区域与气候特征

研究区域覆盖巴拿马的San San Pon Sak和Damani-Guariviare保护区，以及哥斯达黎加的Barra del Colorado和Tortuguero保护区，总面积约305公里。该区域包含4处国际重要湿地（Ramsar站点），整体属热带湿润气候，全年降水分布均匀，但受厄尔尼诺-南方振荡（ENSO）事件影响显著。哥斯达黎加北部湿地以宽阔河道和潟湖为主，巴拿马区域则多为蜿蜒狭窄水道，地理差异可能影响声波传播特性。

2.2 海牛发声采集

在两国海岸线布设15台水听器（Wildlife Acoustics SM3M和Ocean Instruments SoundTrap STD-600），深度不超过3米。设备以每8-10分钟间隔录制2分钟音频，采样频率96 kHz，持续监测周期超过4个月。站点选择基于海牛摄食痕迹分布特征，相邻水听器平均间距为0.98-12.73公里。

2.3 声学数据处理

采用改进的Merchan等人（2019-2024）分析流程，包含降噪、检测、分类与聚类四个核心步骤：

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  降噪：首先应用2 kHz高通滤波器，再根据噪声水平使用维纳滤波或谱减法增强信号质量。
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  检测：采用简化版ACF-RMS（自相关函数-均方根）方法，重点关注2-6 kHz和>10 kHz频段以规避宽带噪声干扰。
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  分类：通过MobileNet架构的卷积神经网络（CNN）对声谱图进行识别，准确率达92-98%。
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  聚类：结合散射小波变换（SWT）、PaCMAP降维和HDBSCAN聚类算法，通过CDbw指数（≥10）验证聚类有效性。最终仅保留以squeak、hi-squeak及其混合发声为主导的集群，用于个体识别分析。

2.4 环境数据分析

从NASA Earthdata获取降水（GPM IMERG）、气温异常（Heatwave Magnitude）、海表温度（MODIS Aqua）和海平面异常（SEALEVEL_GLO_PHY）数据，使用ArcGIS Pro和R语言比较迁移期与非迁移期的环境差异。同时通过核密度估计（KDE）分析声事件空间分布模式。

3 结果

3.1 局部与跨境迁移

从巴拿马（26,787段发声）和哥斯达黎加（4,141段发声）数据中分别识别出88和63个声学集群，经人工校验后保留61个（巴拿马）和49个（哥斯达黎加）疑似个体。其中9头海牛（B1-B9）在两国均被检测到，迁移距离约200公里。所有个体均通过巴拿马的Changuinola河系进入哥斯达黎加，但入境点存在差异（Barra del Colorado或Tortuguero-Pacuare），表明个体迁移路径具有特异性。

3.2 栖息时间与家园范围

巴拿马海牛平均栖息时间达1,059.12天（Changuinola区域最高为1,926.31天），显著高于哥斯达黎加（292.10天）。跨境个体在巴拿马平均停留2,202.22天后迁移，在哥斯达黎加平均栖息277.05天，跨国迁移间隔平均为339.92天。KDE分析显示巴拿马Changuinola河区声事件密度最高（占范围29.59%），哥斯达黎加Barra del Colorado区域则呈现集中式利用特征（高密度区占24.53%）。

3.3 日活动与社会行为

巴拿马记录到92次同站点1小时内多个体共现事件（最多4头），哥斯达黎加有37次（最多5头），表明海牛存在短期社交聚集行为。仅1头巴拿马海牛（P4）在同日内出现站点切换（相距3公里），提示局部移动能力可能被现有监测网络低估。

3.4 环境因子与迁移

迁移期降水（12.3±2.14 mm vs 8.3±1.67 mm）和气温异常（0.97±0.04°C vs 0.80±0.05°C）显著高于非迁移期，海平面异常则显著降低（0.087±0.008 m vs 0.115±0.004 m），而海表温度无显著差异。多数迁移发生在雨季，说明降水驱动的水文变化可能是关键触发因素。

4 讨论

本研究通过声学聚类技术成功实现了野生海牛的个体识别，证实了squeak与hi-squeak发声在追踪个体中的可靠性。跨境迁移行为揭示了该种群对跨国生态廊道的依赖，其迁移时机与降水、气温及海平面变化紧密关联。长达数年的栖息时间表明核心湿地（如Changuinola河区）对种群存活具有重要作用，而短期共现事件则反映了社会性互动特征。基于上述发现，研究提出建立跨越984公里海岸线的双边保护廊道，涵盖18个现有保护区及4处Ramsar湿地，为协调两国保护行动提供空间框架。未来将结合卫星遥叫声捕获-重捕模型，进一步量化种群规模并精细解析三维移动轨迹。