黃河口及其鄰近水域春季東亞江豚分布規(guī)律*

程兆龍 于國旭 李永濤 左 濤 牛明香 王 俊

黃河口及其鄰近水域春季東亞江豚分布規(guī)律*

程兆龍1, 2于國旭3李永濤1, 2左 濤1, 2牛明香1, 2王 俊1, 2①

(1. 中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所 山東青島 266071; 2. 青島海洋試點國家實驗室生態(tài)環(huán)境功能實驗室 山東青島 266237; 3. 長島國家海洋公園管理中心 山東煙臺 265800)

東亞江豚()是渤黃海水域僅有的常見鯨類動物, 為我國二級保護水生野生動物, 在世界自然保護聯(lián)盟(International Union for Conservation of Nature, IUCN)物種名錄中被列為瀕危級。渤海黃河口及其鄰近水域是東亞江豚重要分布區(qū), 但對其分布特征了解十分有限, 因而, 在該水域開展東亞江豚種群分布調(diào)查研究具有必要性和緊迫性。采用被動聲學監(jiān)測技術(shù), 通過確認東亞江豚和發(fā)聲魚類聲信號出現(xiàn)的時間和地點, 實現(xiàn)了對春季渤海黃河口及其鄰近水域東亞江豚和發(fā)聲魚類空間分布的觀測。結(jié)果表明, 春季東亞江豚對該水域的利用具有選擇性, 主要分布于黃河口北部及萊州灣中部兩個區(qū)域。此外, 也僅在這兩個區(qū)域探測到魚類的聲信號, 特別是萊州灣中部出現(xiàn)大量魚類發(fā)聲所形成的“合唱”。該結(jié)果為探究東亞江豚在渤海水域的種群分布特征、棲息地選擇偏好和影響因素提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 強調(diào)了水下人為噪聲和發(fā)聲魚類資源的管理在東亞江豚保護工作中的重要性, 對該水域東亞江豚的保護政策制訂至關(guān)重要。

東亞江豚; 被動聲學調(diào)查; 江豚分布; 發(fā)聲魚類; 漁業(yè)資源; 噪聲管理

掌握動物的分布規(guī)律是針對性制訂物種保護措施、開展棲息地管理的關(guān)鍵(Taylor, 1993)。特別是沿岸分布的小型齒鯨, 極易受到人類活動影響, 而人類活動強度日益提高, 對其開展分布調(diào)查研究顯得愈發(fā)重要(Read, 2008; Davidson, 2012; Notarbartolo di Sciara, 2016)。動物的分布規(guī)律取決于多方面因素, 對于鯨類這類頂級捕食者而言, 食物往往是決定其分布的決定性因素(Benoit‐Bird, 2003; Hastie, 2004)。

絕大多數(shù)小型齒鯨為機會型捕食者, 他們對食物沒有特別選擇, 主要以環(huán)境中最多或最易捕到的食物為食(Yang, 2019)。但有一些例外, 為專一性捕食者, 比如東北太平洋居留型虎鯨()幾乎只以奇努克鮭魚()為食(Williams, 2011); 比斯開灣的真海豚()偏愛捕食熱量密度高的魚類(Spitz, 2010)。

東亞江豚()隸屬于鯨目(Cetacea)、齒鯨亞目(Odontocete)、鼠海豚科(Phocoenidae)、江豚屬(), 是窄脊江豚()種下的海水亞種, 是一種典型沿岸分布的小型齒鯨(Jefferson, 2011)。國際自然保護聯(lián)盟(International Union for Conservation of Nature, IUCN)將東亞江豚列為瀕危級。2021年2月5日新調(diào)整的《國家重點保護野生動物名錄》將東亞江豚列為國家二級保護野生動物。

國內(nèi)對東亞江豚的分布特征研究極其缺乏, 僅有的信息需追溯至20世紀80～90年代或更早(王丕烈, 2012)。東亞江豚主要以硬骨魚類為食(王丕烈, 2012), 而最近幾十年渤海漁業(yè)資源衰退嚴重(Shan, 2013, 2014), 東亞江豚的生存現(xiàn)狀卻是未知的。此外, 最新研究還發(fā)現(xiàn)發(fā)聲魚類在東亞江豚食譜中占有重要地位(Lobel, 2010; Ladich, 2015; Lu, 2016; Chen, 2017), 其可能具有專一性捕食者的特征。因此, 開展東亞江豚種群生態(tài)分布及行為生態(tài)學研究具有必要性和緊迫性。

由于江豚體形小、出水快、缺少背鰭(圖1), 生性膽小難以靠近, 以傳統(tǒng)的目視方法對野外種群開展生態(tài)調(diào)查極具挑戰(zhàn)(Akamatsu, 2008)。而他們在水下發(fā)聲頻繁, 近些年被動聲學監(jiān)測逐漸興起, 成為江豚生態(tài)研究的主流方法(Akamatsu, 2008)。

圖1 渤海東亞江豚

基于此, 我們在黃河口及其鄰近水域開展被動聲學調(diào)查, 包括(1)通過拖曳式調(diào)查監(jiān)測東亞江豚種群分布特征; (2)通過定點式調(diào)查監(jiān)測發(fā)聲魚類分布特征, 以期增進對該水域東亞江豚分布特征及其影響因素的了解, 豐富國內(nèi)海洋哺乳動物的研究成果, 為將來保護工作的開展提供一定的借鑒。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)域

2019年6月與2021年6月在黃河口及其鄰近水域開展被動聲學調(diào)查, 包括拖曳式調(diào)查和定點式調(diào)查。調(diào)查范圍緯度在37°20′～38°10′N之間, 經(jīng)度在119°00′～119°45′E之間, 調(diào)查路線及定點監(jiān)測位點信息見圖2和表1。

1.2 數(shù)據(jù)采集

1.2.1 拖曳式調(diào)查 拖曳式調(diào)查平臺是一艘漁船(長約24 m)。調(diào)查時船速約為12 km/h, 調(diào)查船后拖曳一條拖繩(長100 m), 拖繩尾端綁定一個聲學記錄儀(SoundTrap 300HF, Ocean Instruments, 新西蘭), 聲學記錄儀前方綁定一個金屬棒(重約1 kg), 另外在拖繩上綁定若干泡沫, 以保證聲學記錄儀既能夠下沉到水面下約1 m的深度, 又不會觸碰海底(Barlow,2021)。聲學記錄儀工作時參數(shù)設(shè)置如下: 連續(xù)記錄, 高通濾波600 Hz, 高增益(靈敏度約–176.3 dB), 采樣率576 kHz。

圖2 拖曳式被動聲學調(diào)查路線(黑色實線)、定點式被動聲學調(diào)查位點(黑色五角星)、東亞江豚發(fā)現(xiàn)位點(紅色三角形)

注: 虛線將調(diào)查區(qū)域劃分為4個部分, 區(qū)域1為黃河口以北, 區(qū)域2為黃河口以南, 區(qū)域3為萊州灣中部, 區(qū)域4為萊州灣西部

表1 黃河口及其鄰近水域定點式被動聲學調(diào)查基本信息

Tab.1 Basic information of fixed passive acoustic monitoring in Huanghe River and its adjacent water

1.2.2 定點式調(diào)查 調(diào)查平臺同拖曳式調(diào)查。調(diào)查時關(guān)閉船只發(fā)動機, 繩索一端綁定于船上, 另一端綁定一個鉛墜(重約7 kg), 一個聲學記錄儀(SoundTrap 300HF)綁定于繩索中間, 垂直懸掛在水下約1.5 m的深度(Wang, 2014)。聲學記錄儀工作時設(shè)置參數(shù)如下: 連續(xù)記錄, 高增益, 采樣率576 kHz。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 拖曳式調(diào)查 由于受到考察船噪聲的影響, 并且聲學記錄儀已開啟高通濾波功能, 因此拖曳調(diào)查產(chǎn)生的聲音文件僅用來分析尋找東亞江豚的聲信號, 分析過程在Raven Pro軟件(版本號1.6)中進行, 采取人工確認的方式判斷東亞江豚聲信號及其出現(xiàn)的時間(圖3, 5 s漢寧窗, 2 048點快速傅里葉變換, 50%重疊, 0～288 kHz)。

東亞江豚聲信號判斷標準如下: (1)一個脈沖串至少有5個脈沖信號組成(Li, 2010); (2)脈沖的峰值頻率在110～150 kHz之間, 且脈沖間隔變化均勻; (3)脈沖波形圖與東亞江豚的吻合(Li, 2007)。

圖3 東亞江豚發(fā)出的脈沖串

綜合考慮江豚游動速度[(4.57±0.50) km/h, Akamatsu, 2002], 調(diào)查船航行速度, 聲學儀器探測距離(約300 m, Akamatsu, 2008), 當上一個東亞江豚脈沖串的結(jié)束時間與下一個東亞江豚脈沖串的起始時間超過5 min時, 我們定義其為一個東亞江豚聲學目擊(acoustic encounter)。

1.3.2 定點式調(diào)查 分析過程在Raven Pro 1.6軟件中進行, 采取人工確認的方式篩選出魚類的聲信號及其出現(xiàn)的時間(5 s漢寧窗, 10 000點快速傅里葉變換, 50%重疊, 0～8 kHz)。魚類的發(fā)聲分為三種情況: (1)無, 未記錄到魚類聲信號; (2)單個, 魚類聲信號是以單個信號的形式被記錄到; (3)合唱, 多個個體同時發(fā)聲, 大量聲信號重疊(Ladich, 2015)。

2 結(jié)果

2.1 拖曳式調(diào)查

累計調(diào)查航行710.30 km, 共探測到34個東亞江豚聲學目擊, 目擊分布見圖2。將本研究的調(diào)查區(qū)域劃分為4個部分, 分別為黃河口以北(區(qū)域1)、黃河口以南(區(qū)域2)、萊州灣中部(區(qū)域3)、萊州灣西部(區(qū)域4, 圖2), 具體在這4個區(qū)域東亞江豚聲學目擊分別為15, 4, 15, 0個, 調(diào)查距離分別為221.89, 155.92, 161.95, 170.54 km, 東亞江豚聲學目擊密度分別為0.07, 0.03, 0.09, 0.00 個/km (圖4)。

2.2 定點式調(diào)查

累計監(jiān)測5 842 min, 其中監(jiān)測點1的監(jiān)測時長為740 min, 監(jiān)測點2的監(jiān)測時長為700 min, 監(jiān)測點3的監(jiān)測時長為1 380 min, 監(jiān)測點4的監(jiān)測時長為942 min, 監(jiān)測點5的監(jiān)測時長為895 min, 監(jiān)測點6的監(jiān)測時長為1 185 min。在監(jiān)測點1發(fā)現(xiàn)兩種魚類聲信號, 一種頻率在1～7 kHz, 將其命名為type1, 發(fā)聲時間段在19: 20～20: 00之間, 未形成合唱; 另一種頻率在1 kHz以下, 將其命名為type2, 發(fā)聲時間段在01: 55～06: 15之間, 未形成合唱(表2)。在監(jiān)測點6發(fā)現(xiàn)一種魚類聲信號, 為type2類型, 發(fā)聲時間段為18: 17～21: 07和06: 07～13: 52, 兩個時間段內(nèi)均形成合唱(表2)。兩種魚類聲信號聲譜圖見圖5。在其他監(jiān)測點未發(fā)現(xiàn)魚類聲信號。

圖4 黃河口及其鄰近水域東亞江豚聲學目擊密度

注: 粉色區(qū)域為黃河口以北, 黃色區(qū)域為黃河口以南, 綠色區(qū)域為萊州灣中部, 紫色區(qū)域為萊州灣西部, 圓柱高度及標注數(shù)字表示對應(yīng)區(qū)域東亞江豚聲學目擊密度

表2 定點式被動聲學調(diào)查監(jiān)測時間、魚類發(fā)聲情況、發(fā)聲時段、發(fā)聲類型

Tab.2 Detailed results of fixed passive acoustic monitoring

3 討論

3.1 東亞江豚分布特征及影響因素

本研究表明, 春季東亞江豚在黃河口及其鄰近水域的分布不均勻, 88.23%的聲學目擊發(fā)生在黃河口以北和萊州灣中部。歷史上鮮有對該水域東亞江豚分布特征的研究。僅有的信息來自于《中國鯨類》中的簡單描述: “山東沿岸以萊州灣內(nèi)數(shù)量較多, 由黃河口、小清河口近岸至妃姆島一帶均有”(王丕烈, 2012)。本文填補了近些年對其了解的空白。

本研究僅在東亞江豚集中分布的兩個水域探測到魚類發(fā)出的聲信號, 這說明與其他小型齒鯨一樣, 食物是影響東亞江豚分布的重要因素。魚類發(fā)出的聲信號通常都具有物種特異性, 本研究記錄到的type1魚類聲信號的能量主要集中在1 000～7 000 Hz之間, 峰值頻率在2 000～2 500 Hz之間, type2能量主要集中在400～1 000 Hz之間, 峰值頻率在400～800 Hz之間, 與許蘭英等(1999)描述的渤黃海兩種發(fā)聲魚類皮氏叫姑魚()和白姑魚()聲信號的時頻參數(shù)(皮氏叫姑魚發(fā)聲頻率在1 000～4 000 Hz之間, 峰值頻率為2 000 Hz, 白姑魚發(fā)聲頻率在200～800 Hz之間, 峰值頻率為400 Hz)相吻合。且皮氏叫姑魚與白姑魚的發(fā)聲存在季節(jié)性(在5～7月之間發(fā)聲)與晝夜性(主要在夜間發(fā)聲)(許蘭英等, 1999), 均與本文結(jié)果較為一致。因此, 我們認為本研究記錄到的type1聲信號為皮氏叫姑魚所發(fā), type2聲信號為白姑魚所發(fā)。

圖5 兩種魚類聲信號的聲譜圖

本研究結(jié)果結(jié)合對黃海和東海東亞江豚胃容物研究結(jié)果(Lu, 2016; Chen, 2017), 我們認為東亞江豚兼具專一性捕食者與機會捕食者特征, 有兩種捕食策略: 一種是被動竊聽, 即在發(fā)聲魚類繁殖季節(jié), 主要通過竊聽獲取食物方位, 以發(fā)聲魚類為食; 一種是主動探測, 即在非發(fā)聲魚類繁殖季節(jié), 利用回聲定位信號主動探測食物方位, 捕食易于獲得的適口食物。多種鯨類已被證明依靠竊聽策略捕食(Barros, 2004; Deecke, 2005; Gannon, 2005; Berens McCabe, 2010; Rodrigues, 2020), 這種捕食策略符合最優(yōu)覓食理論(MacArthur, 1966)。例如在發(fā)聲魚類繁殖季節(jié), 東亞江豚通過竊聽定位能夠節(jié)省主動回聲定位過程中產(chǎn)生的能量消耗, 且能夠提高捕食成功率。有研究證實, 一些魚類能夠探測到齒鯨所發(fā)出的聲信號(Mann, 1997, 2001; Wilson, 2008)。此外, 魚類聲信號相比較東亞江豚的回聲定位信號頻率更低, 傳播距離更遠, 指向性更低, 東亞江豚靠竊聽能夠探測到更大范圍內(nèi)的食物(Li, 2007)。

3.2 保護建議

本研究證明春季發(fā)聲魚類與東亞江豚具有一致的分布特征, 說明了發(fā)聲魚類資源管理在東亞江豚保護方面的重要性; 東亞江豚很可能通過被動接收魚類聲信號完成定位、捕食, 說明了水下噪聲管理在東亞江豚保護方面的重要性。

渤海多數(shù)發(fā)聲魚類繁殖期也是東亞江豚繁殖、撫幼的季節(jié)(陳大剛, 1991; 王丕烈, 2012)。若發(fā)聲魚類資源量不足, 母豚將不得不消耗更多能量尋找食物, 長此以往可能導(dǎo)致母豚營養(yǎng)不足, 幼豚成活率下降, 進而影響整個種群結(jié)構(gòu)的健康發(fā)展。令人擔憂的是, 過去60年, 中國沿海魚類多樣性與資源量大幅降低(Zhang, 2020)。其中最典型的便是曾經(jīng)中國四大海洋漁業(yè)種類之首的大黃魚(), 由于酷漁濫捕, 自然資源嚴重衰退, 至今野外種群沒有得到恢復(fù)(Liu, 2008)。同樣原因, 作為東亞江豚食物的兩種發(fā)聲魚類帶魚()與小黃魚()資源下降明顯, 恐步大黃魚后塵(Zhang, 2020)。發(fā)聲魚類主要為石首魚科魚類, 營底棲生活的特點使得底拖作業(yè)可對其造成毀滅性的影響。因此, 建議在渤海海域加大對底拖作業(yè)的監(jiān)察和打擊力度, 在其他海域東亞江豚分布熱點區(qū)域和發(fā)聲魚類繁殖區(qū)域禁止底拖作業(yè)。

近些年海上人類活動強度持續(xù)提高, 使得海洋中本底噪聲強度不斷加強, 而人為噪聲很大程度上與魚類發(fā)聲頻段重疊, 會以聽覺掩蔽的方式影響捕食者捕食(Erbe, 2008; Pine, 2018)。捕食者捕食效率降低, 能量消耗增加, 最終捕食者適合度受到影響(Marley, 2017)。高強度、長時間暴露于噪聲環(huán)境還會給鯨類動物帶來其他影響, 包括行為影響、棲息地變化, 甚至物理損傷(Nowacek, 2007; Weilgart, 2007)。人為噪聲也會對發(fā)聲魚類造成負面影響, 例如干擾魚類集群、棲息地改變、聽覺位移、產(chǎn)卵終止等(Slabbekoorn, 2010)。

船舶噪聲以頻率低, 強度高為特點, 是海洋中人為噪聲的主要來源(Tournadre, 2014; McWhinnie, 2018)。建議未來國內(nèi)在規(guī)劃航線時, 應(yīng)避開東亞江豚分布區(qū)與魚類繁殖區(qū), 若無法重新規(guī)劃, 應(yīng)在東亞江豚分布區(qū)與魚類繁殖區(qū)內(nèi)限制船舶航行速度以降低噪聲強度(Erbe, 2019; Joy, 2019; MacGillivray, 2019)。在國內(nèi)沿海區(qū)域, 另一個無法忽視的噪聲源是風電場工程建設(shè)噪聲(Tougaard, 2020)。為了履行《巴黎協(xié)定》, 近些年國內(nèi)沿海已經(jīng)或?qū)⒁像R大量海上風力發(fā)電項目, 建議在選址時, 充分考慮到對東亞江豚和發(fā)聲魚類的影響, 盡量避開其分布區(qū), 或提前采取聲驅(qū)趕措施, 以降低對動物的影響。

3.3 本研究可能的局限性

本研究一個值得注意的問題是, 停船定點監(jiān)測能否準確反映出監(jiān)測點附近發(fā)聲魚類的資源分布情況。由于魚類主要是在夜間發(fā)聲(Ladich, 2015), 并且本研究的監(jiān)測時段主要是從18 : 00至第二天06 : 00, 個別監(jiān)測點的監(jiān)測時間持續(xù)到次日中午, 因而本研究能夠較為準確反映出監(jiān)測點發(fā)聲魚類的資源分布情況。建議將來在該調(diào)查水域布置多個被動聲學監(jiān)測點, 持續(xù)開展長期的系統(tǒng)監(jiān)測, 以更加全面、準確地掌握發(fā)聲魚類的發(fā)聲規(guī)律、分布特征, 及對東亞江豚活動的影響。

4 結(jié)論

本文采用被動聲學監(jiān)測技術(shù), 研究了黃河口及其鄰近水域春季東亞江豚種群的空間分布特征及與發(fā)聲魚類的分布關(guān)系, 并依此提出了保護建議。主要結(jié)論如下:

(1)東亞江豚分布具有選擇性, 主要集中在黃河口北部和萊州灣中部。具體而言, 88.24%的東亞江豚聲學目擊在黃河口北部和萊州灣中部, 其中黃河口北部東亞江豚聲學目擊率為0.07個/km, 萊州灣中部東亞江豚聲學目擊率為0.09個/km, 黃河口南部東亞江豚聲學目擊率為0.03個/km, 萊州灣西部東亞江豚聲學目擊率為0.00個/km。

(2)發(fā)聲魚類的分布是影響東亞江豚分布的重要因素。僅在東亞江豚集中分布區(qū)黃河口北部和萊州灣中部探測到魚類的聲信號, 發(fā)聲源可能為皮氏叫姑魚和白姑魚。

(3)水下人為噪聲與發(fā)聲魚類資源的管理是東亞江豚保護的關(guān)鍵, 具體建議措施為: 航道與海上風電場的選址應(yīng)盡量避開東亞江豚與發(fā)聲魚類分布區(qū), 對于無法變更的, 應(yīng)在東亞江豚與發(fā)聲魚類分布區(qū)內(nèi)限制船舶航行速度或提前采取聲驅(qū)趕措施; 在渤海加強對底拖作業(yè)的監(jiān)管和懲罰力度, 在黃海與東海東亞江豚與發(fā)聲魚類分布區(qū)內(nèi)禁止底拖作業(yè)。

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DISTRIBUTION PATTERN OF THE EAST ASIAN FINLESS PORPOISE IN THE HUANGHE RIVER ESTUARY AND ITS ADJACENT WATERS IN SPRING

CHENG Zhao-Long1, 2, Yu Guo-Xu3, LI Yong-Tao1, 2, ZUO Tao1, 2, NIU Ming-Xiang1, 2, WANG Jun1, 2

(1. Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Pilot National laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266237, China; 3. Changdao National Ocean Park Administration Center, Yantai 265800, China)

The East Asian finless porpoise (EAFP,) is the exclusive cetacean species commonly seen in Bohai Sea. It was listed as Grade II in the latest updated list of wild animals under priority state conservation, and listed as the endangered in the latest International Union for Conservation of Nature Red List of Threatened Species. The Huanghe (Yellow) River estuary and its adjacent waters is an important habitat for EAFPs. However, knowledge on its distribution pattern in this area is particularly scarce, which hindered its conservation process. Therefore, passive acoustic monitoring (PAM), including towed PAM and fixed PAM, were conducted in June in 2019 and 2021 in the study region to gain information of spatial distribution of EAFP and the pattern of soniferous fishes. Results reveal that EAFPs were selective in their use of the waters in spring in heterogeneous distribution: higher acoustic encounter densities were observed in the northern part of the estuary and the central of Laizhou Bay than those in the southern part of the estuary and the western part of Laizhou Bay. In further analysis, two types of fish calls were found in the northern Huanghe River estuary and central Laizhou Bay only. Particularly, fish choruses were recorded in the central Laizhou Bay, indicating a high soniferous fish abundance. This study provides insights into the distribution pattern, habitat selection, and potential impact factors of the EAFPs in spring in the Huanghe River estuary and its adjacent waters, highlighting the importance of underwater anthropogenic noise and soniferous fish resource managements for local authorities tasked with protecting this endangered cetacean.

East Asian finless porpoise; passive acoustic monitoring; porpoise distribution; soniferous fish; fishery resource; noise management

*中國海油海洋環(huán)境與生態(tài)保護公益基金會項目, CF-MEEC/TR/2021-12號; 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部政府購買服務(wù)項目, 125C0505號。程兆龍, 助理研究員, E-mail: chengzl@ysfri.ac.cn

王 俊, 研究員, E-mail: wangjun@ysfri.ac.cn

2021-10-29,

2021-12-24

Q958

10.11693/hyhz20211000259