加拿大东部海域鳍足类动物声学分布研究

《Canadian Journal of Zoology》：Acoustic occurrence of pinnipeds offshore eastern Canada

　　本研究针对加拿大东部海域鳍足类动物分布信息匮乏的问题，通过被动声学监测技术(PAM)对2015-2017年采集的大规模声学数据进行分析，首次系统揭示了从拉布拉多到新斯科舍海域5种鳍足类动物(冠海豹、髯海豹、灰海豹、竖琴海豹和海象)的声学出现规律，发现其主要在冬春季声学活跃期出现且与海冰覆盖密切相关。该研究填补了离岸海域鳍足类基线分布数据的空白，为评估气候变化下物种分布变化提供了重要科学依据。

　　

在广袤的加拿大东部海域，从拉布拉多寒冷水域到新斯科舍大陆架边缘，生活着多种神秘的鳍足类动物。这些海洋哺乳动物对维持生态系统平衡具有重要作用，特别是那些依赖海冰完成关键生命过程的物种。然而长期以来，人们对这些动物在远离已知栖息地之外的分布情况知之甚少，尤其是在广阔的离岸海域。这一知识空白严重限制了我们对它们基线栖息地利用的理解，也难以评估随时间推移的分布变化。随着气候变化对海冰覆盖产生深远影响，系统监测这些物种变得尤为紧迫。

传统上，对鳍足类动物的研究多集中于已知的栖息地或繁殖地，缺乏对离岸区域的系统调查。这主要是由于在冰覆盖的偏远海域进行长期监测存在技术和 logistical 挑战。幸运的是，鳍足类动物，特别是在繁殖季节，具有发声的特性，使其成为被动声学监测的理想候选对象。每种鳍足类动物都拥有独特的水下发声 repertoire，从髯海豹精心制作的颤音到竖琴海豹的26种叫声类型，这些声学特征为研究人员提供了识别物种的"声学指纹"。

正是在这一背景下，JASCO应用科学公司的研究团队开展了一项开创性研究，利用2015年至2017年在加拿大东海岸20个监测站收集的大规模被动声学监测数据集，首次系统性地描述了从拉布拉多到斯科舍大陆架水域鳍足类动物的声学出现情况。这项研究不仅填补了离岸海域鳍足类分布数据的空白，更重要的是为未来评估气候变化导致的分布变化建立了基线。

研究人员采用多管齐下的分析方法，首先应用自动海洋哺乳动物检测器对完整数据集进行初步筛选，然后通过人工验证确认物种存在/缺失。针对鳍足类动物的特殊需求，研究团队对初步分析显示有鳍足类出现的12个站点进行了额外的针对性人工审查。分析使用PAMlab软件，设置特定的声谱图参数：10-4000 Hz频率范围，1.95 Hz离散傅里叶变换频率步长，0.125秒时间观察窗口。为确保结果可靠性，所有分析均由至少具有9年经验的高级分析师完成或审核。

物种鉴定基于先前描述的声学信号特征：髯海豹通过其独特的频率调制颤音识别；竖琴海豹通过复杂的叫声序列模式区分；冠海豹通过相对简单的叫声序列和鼻部相关声音识别；灰海豹通过多变的叫声类型（如咆哮声、咕噜声）确认；海象则通过敲击声和铃声识别。对于信号微弱或模糊的情况，研究人员采取保守策略，仅将明确识别的信号纳入结果分析。

研究结果

物种检测概况

研究团队分析了总计14.4太字节（约188,077小时）的声学数据，在12个监测站检测到5种鳍足类动物的声学存在：冠海豹、髯海豹、灰海豹、竖琴海豹和海象。值得注意的是，港海豹和环斑海豹未被检测到，这与它们的沿海分布特性相符。海象信号极为罕见，仅在2016年3月于最北端的12号站检测到三天，这一发现表明确有海象个体出现在其已知分布区以南。

冠海豹的声学出现

冠海豹信号类似于先前描述的"boings"、"moos"和鼻部膨胀相关声音，仅在贝尔岛海峡和拉布拉多南部海域被偶尔检测到。该物种仅在2月至4月间出现，且只在海冰覆盖期间被检测到，与其在浮冰上繁殖的生态特性高度一致。

竖琴海豹的声学出现

竖琴海豹表现出复杂的叫声序列模式，研究人员观察到类似序列在几分钟内重复出现的现象。该物种从12月至6月都有出现，但在2月至4月最为常见，且主要出现在较北的站点。出现模式与海冰浓度密切相关，在拉布拉多和纽芬兰北部海域，2月至4月期间几乎每天都能检测到竖琴海豹信号。

髯海豹的声学出现

髯海豹颤音在12月至6月期间规律出现，在拉布拉多近岸浅水区几乎每天都能检测到。尽管频率较低，该物种也在拉布拉多海岸的较深水域被检测到。髯海豹的声学出现与高海冰覆盖期高度吻合，研究人员还观察到类似的颤音序列在不同站点和年份间重复出现。

灰海豹的声学出现

灰海豹叫声多变，以咆哮声最为常见。该物种在四个站点被检测到，范围从纽芬兰南部近岸水域到塞布尔岛附近的斯科舍大陆架。灰海豹在11月至4月期间声学活跃，其中1月至3月检测频率最高。靠近塞布尔岛的站点记录到最多的出现天数，这与该岛拥有世界最大灰海豹繁殖种群的情况相符。

讨论与意义

本研究成功利用被动声学监测技术揭示了加拿大东部海域五种鳍足类动物的分布模式，所有被检测物种均表现出明显的季节性出现规律，主要集中在冬春季声学活跃期。这一发现与鳍足类动物的繁殖物候相符，因为大多数物种在此期间进行求偶展示和交配行为。

特别值得注意的是，研究结果扩展了对髯海豹分布南界的认识，证实该物种在贝尔岛海峡以南的规律性出现。同时，研究还记录了海象在其已知分布区以南的罕见出现，以及相对罕见的冠海豹声学信号。对于竖琴海豹和灰海豹，研究结果与其已知的迁徙和繁殖模式高度一致，验证了被动声学监测在这一领域的应用可靠性。

研究的创新之处在于首次系统性地将大规模被动声学监测应用于加拿大东部离岸海域的鳍足类动物研究。与传统调查方法相比，被动声学监测能够克服冰覆盖区域的访问限制，提供长期、连续的监测数据。这一技术特别适用于在气候变化背景下追踪海冰依赖物种的分布变化。

然而，研究也存在一定局限性。由于鳍足类动物主要在繁殖季节发声，夏季和秋季的物种出现可能被低估。此外，信号传播特性可能影响深水站的检测效率，这解释了为什么在超过1000米水深的站点很少检测到鳍足类信号。物种间叫声 repertoire 的重叠，特别是竖琴海豹和冠海豹之间可能的误分类，也是需要进一步研究的问题。

这项研究的意义不仅在于填补了基础分布数据的空白，更重要的是建立了一个可比较的基线，未来可用于评估气候变化对海冰依赖物种的影响。随着北极变暖速度是全球平均水平的2-3倍，海冰覆盖持续减少，长期监测这些敏感物种的分布变化对于保护生物多样性和生态系统健康至关重要。

发表在《Canadian Journal of Zoology》的这项研究，展示了被动声学监测在海洋哺乳动物研究中的强大潜力。通过将现有的声学监测数据重新用于新的科学问题，研究人员开辟了一种经济高效的研究途径。这种"数据挖掘"方法可推广到其他海域和其他物种，为全球海洋保护提供重要科学支持。

随着气候变化持续改变海洋环境，此类长期监测数据变得愈发珍贵。它们不仅是科学研究的基石，更是制定有效保护策略的关键依据。这项研究为理解和管理加拿大东部海域鳍足类动物种群迈出了重要一步，为未来应对环境变化的保护行动奠定了坚实基础。