评估日全食对美国中西部草原自然景观的影响

《Ethology Ecology & Evolution》：Evaluating the impacts of a total solar eclipse on Midwest prairie soundscape

　　动物日全食期间声学指标变化及昼夜行为响应研究。通过被动声学监测量化密歇根州三处草原日全食前后声熵（H）、归一化差异声景指数（NDSI）、声复杂度（ACI）和均方根振幅（RMS）变化，发现H和RMS在日全食日显著高于前后日，但ACI未呈现差异，表明动物声学行为存在适应性调节。与自然昼夜过渡相比，日全食后声景恢复模式不同于黎明，说明突发性黑暗环境可能影响物种发声策略的即时响应。

　　### 太阳日全食对中西部草原动物声音景观的影响

太阳日全食作为一种罕见的自然现象，为科学家研究环境光的突然变化对动物行为的影响提供了独特的机会。在这项研究中，我们探讨了2024年4月8日发生在北美地区的日全食对中西部草原社区动物鸣叫行为和整体声音景观的影响。该日全食正值许多草原鸟类的繁殖季节，这使得我们能够观察到光线变化对动物活动模式的潜在影响。研究期间，我们在三个草原地点记录了日全食前后声音景观的变化，包括声音多样性、复杂性和强度的动态。通过使用多种声音景观指标，如声音熵指数、归一化声音景观指数、声音复杂性指数和均方根振幅，我们旨在量化声音景观的变化，并验证日全食期间动物鸣叫行为是否会与低光环境下的行为模式相似，如日落后的情况。

### 光线变化与动物行为的关联

光线是调节动物昼夜节律和行为的重要因素。许多动物利用日光作为调节活动时间的信号，包括觅食、求偶和休息等行为。草原生态系统中，由于缺乏高大的树冠或其他遮挡物，日全食期间光线和温度的变化尤为显著。因此，这种短暂的光线变化可能对草原动物的声音活动产生显著影响。研究发现，日全食期间的声音景观表现出一定的变化，例如声音多样性（H）和归一化声音景观指数（NDSI）在日全食当天与前后两天之间存在边际差异。然而，声音复杂性指数（ACI）则没有明显变化，表明尽管某些声音特征发生了变化，但整体声音景观的复杂性保持相对稳定。

### 声音景观的量化分析

为了更精确地评估声音景观的变化，我们采用了多种声音景观指标。声音熵指数（H）用于衡量声音的多样性，数值越高，表示声音来源越丰富。归一化声音景观指数（NDSI）则用于区分生物声音与人为噪音的比例，其值的升高可能意味着生物声音的增加或人为噪音的减少。声音复杂性指数（ACI）通过计算不同频率段内的声音差异来评估声音景观的复杂性，而均方根振幅（RMS）则用于量化声音的强度。这些指标为我们提供了一个多维度的视角，使我们能够更全面地理解日全食对声音景观的影响。

### 研究方法与数据收集

研究期间，我们使用了AudioMoth记录设备，在三个不同的草原地点进行声音景观记录。这些地点包括Yoder Prairie、Tecumseh Nature Preserve和Highbanks Metro Park，它们都位于日全食的路径上。记录设备被放置在远离人类活动区域的位置，以减少人为噪音的干扰。我们选择了三个时间段进行记录：清晨（5:30 am至8:30 am）、午间（1:00 pm至5:00 pm）和傍晚（7:00 pm至10:00 pm），以覆盖日全食前后的主要光线变化。通过分析这些时间段的声音数据，我们能够评估日全食对声音景观的影响。

### 声音景观的变化与行为响应

研究结果表明，日全食期间的声音景观呈现出一定的变化，但这些变化并不总是显著。例如，声音熵指数（H）在日全食当天与前后两天之间表现出边际差异，而声音复杂性指数（ACI）则未见明显变化。这可能意味着虽然某些声音特征受到了影响，但整体声音景观的复杂性没有显著降低。此外，声音强度（RMS）在日全食当天也有所下降，这可能反映了生物活动的减少或人为噪音的降低。然而，这种变化在统计上并不显著，说明日全食对声音强度的影响可能较为微妙。

### 与自然日落和日出的比较

我们还比较了日全食期间的声音景观与自然日落和日出时的声音景观。结果显示，日全食期间的声音景观与日落时的声音景观在某些指标上表现出相似性，但在其他指标上则没有显著差异。这表明，动物对光线的突然变化可能有类似的行为响应，但这种响应可能受到多种因素的影响，包括季节性变化、物种特性和环境条件。例如，日全食期间的声音景观与日落时的声音景观在归一化声音景观指数（NDSI）和均方根振幅（RMS）上存在统计学上的显著差异，但声音熵指数（H）和声音复杂性指数（ACI）则未见明显变化。

### 研究的局限性与未来方向

尽管我们的研究提供了一些有价值的见解，但也存在一定的局限性。首先，样本量较小可能影响统计分析的可靠性，尤其是在检测微小变化时。其次，手动识别动物声音的方法可能无法准确区分同一物种的个体差异，从而导致对声音多样性估计的偏差。未来的研究可以结合自动化识别工具，如机器学习算法，以提高声音数据的分析精度。此外，进一步的研究可以关注不同物种对光线变化的响应差异，以及这些变化对生态系统整体功能的影响。

### 结论与意义

总体而言，我们的研究揭示了日全食对草原动物声音景观的微妙影响。尽管某些声音指标在日全食期间发生了变化，但这些变化并不总是显著，这可能与动物行为的适应性有关。通过使用被动声音监测技术，我们能够同时记录多个地点的声音数据，从而更全面地理解日全食对动物行为的影响。未来的研究可以利用这些方法，进一步探索日全食对全球不同生态系统中动物行为的影响，为保护和管理这些生态系统提供科学依据。