Ночных морских птиц, гнездящихся на отдаленных островах, бывает чрезвычайно трудно изучать. Все более важным инструментом для мониторинга этих популяций являются акустические датчики, размещаемые в полевых условиях для записи звуков в течение длительных периодов времени. Но анализ полученных записей для выявления и подсчета криков разных видов может занять много времени, даже при наличии компьютеров и искусственного интеллекта.
Альтернативный подход к акустическому мониторингу заключается в оценке всех звуков в окружающей среде как «звукового ландшафта» с использованием таких характеристик, как акустическое разнообразие, сложность и интенсивность, в качестве индикаторов состояния экосистемы. В новом исследовании, недавно опубликованном в Restoration Ecology, исследователи использовали анализ звукового ландшафта для оценки результатов восстановительных работ на Западных Алеутских островах.
«Мы узнали, что можем собирать звуковые данные в больших масштабах и понимать, как экосистема реагирует на наши действия», - сказал первый автор Авраам Боркер, который руководил исследованием в качестве аспиранта в Лаборатории действий по сохранению в Калифорнийском университете. Санта Круз. В настоящее время адъюнкт-лектор по экологии и эволюционной биологии, Боркер приехал в Калифорнийский университет, чтобы изучать охрану морских птиц, и получил докторскую степень. в 2018 году.
«Морские птицы особенные, потому что они служат связующим звеном между океаном и сушей, переносят питательные вещества из моря на сушу и преображают острова, на которых они размножаются», - сказал он.
В новом исследовании в качестве естественного эксперимента использовалась очень успешная кампания по удалению инвазивных видов и восстановлению гнездовых колоний морских птиц на Западных Алеутских островах. Эти отдаленные острова, расположенные в северной части Тихого океана между Россией и Аляской, являются важными местами гнездования многих видов морских птиц.
В 18 веке торговцы мехом завезли на острова песцов, и они быстро начали уничтожать популяции морских птиц. Позже крысы, завезенные на острова во время Второй мировой войны, усугубили тяжелое положение гнездящихся морских птиц. В настоящее время острова являются частью Морского национального заповедника дикой природы Аляски, находящегося в ведении Службы рыболовства и дикой природы США, которая в 1949 году начала усилия по уничтожению инвазивных видов и восстановлению здоровых колоний морских птиц.
Сегодня на некоторых островах все еще есть инвазивные хищники, в то время как на других их удалили на разное время. Один остров, который никогда не был заселен лисами или крысами, использовался в качестве эталона для сравнения с восстановленными островами, представляющими здоровые острова морских птиц. В целом, разные сроки удаления инвазивных видов с каждого острова предоставили Боркеру прекрасную возможность проверить, отражают ли звуковые пейзажи восстановление островных морских птиц.
Традиционные методы акустического мониторинга уже использовались для оценки восстановления морских птиц на этих островах. Эта работа, проведенная Рэйчел Бакстон из Университета штата Колорадо (соавтор нового исследования) и опубликованная в 2013 году, включала идентификацию и подсчет криков отдельных птиц.
«Это довольно трудоемкий процесс, даже с использованием автоматизированных инструментов», - сказал Боркер. Используя записи более раннего исследования, исследователи провели анализ звукового ландшафта и сравнили результаты с предыдущими выводами, чтобы увидеть, может ли подход звукового ландшафта оценить результаты реставрации с минимальными усилиями.
Боркер и его команда охарактеризовали более 800 часов записей со всех островов, используя различные «экоакустические» индексы для количественной оценки характеристик записей, отражающих экологические условия каждого острова. Эти индексы позволили исследователям сравнить сложность, богатство и сходство звуковых ландшафтов в разных средах.
Используя математические модели, они обнаружили, что сравнили анализ звукового ландшафта с результатами исследования 2013 года. Они обнаружили, что из протестированных индексов индекс акустического богатства, а также индексы акустического сходства с эталонными условиями лучше всего показывают восстановление морских птиц на островах. Их результаты показывают, что эколого-акустические индексы могут обеспечить первоначальный экспресс-анализ, выявляя грубые различия в уровне акустической активности морских птиц между восстановленными районами и эталонным участком. Их анализ также определил время, прошедшее после удаления инвазивных видов, как главный предиктор акустической активности морских птиц, как и исследование 2013 года.
Многообещающий, Боркер сказал, что этот подход к мониторингу звукового ландшафта не идеален, но может масштабироваться так, как другие подходы с трудом справляются. В одном случае остров, все еще заселенный крысами и с низкой гнездовой популяцией морских птиц, дал значения индекса, аналогичные незаселенным и здоровым островам. По его словам, сильный ветер и дождь во время акустических записей могли повлиять на индексы в этом случае, что подчеркивает важность понимания небиологических различий между местами записи.
Боркер сейчас работает над тем, чтобы передать информацию об анализе звукового ландшафта в руки защитников природы. Такие организации, как Nature Conservancy, уже начали применять этот подход к акустическому мониторингу звукового ландшафта в других средах.
«Этот инструмент можно использовать для измерения изменений не одного или двух видов, а всей экосистемы с течением времени», - сказал соавтор Берни Терши, биолог-исследователь из Института морских наук Калифорнийского университета в Санта-Круз. По его словам, этот подход можно использовать для анализа изменений всех видов в окружающей среде - лягушек, птиц, насекомых и т. д. - одновременно..
Иногда неясно, какой метод восстановления лучше, сказал Боркер, но, используя этот целостный подход, исследователи могут понять, какие действия более эффективны. Поиск высокоавтоматизированных инструментов для измерения состояния восстановленных объектов имеет решающее значение для масштабирования усилий по сохранению и восстановлению во всем мире.
Усилия Боркера показали, что теперь это возможно, за меньшее время и с меньшими ресурсами, чем стандартный акустический мониторинг. «Это захватывающе - мы можем измерять результаты сохранения в сообществе и в больших масштабах», - сказал он..
Помимо Боркера, Бакстона и Терши, соавторами этой статьи являются Ян Джонс, Хизер Мейджор, Джеффри Уильямс и Дональд Кролл. Эта работа финансировалась Канадским советом по естественным наукам и инженерным исследованиям и морским северо-западным регионом Аляски Службы рыболовства и дикой природы США.