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为解决城市生态修复项目评估难题，美国德保罗大学的研究人员开展用低技术声景工具评估城市公园小地块修复管理成效的研究。结果表明该方法可行。推荐阅读，助您了解城市生态研究新方向。
在城市生态环境日益受到关注的当下，城市生物多样性的保护与管理成为了研究的焦点。美国德保罗大学（DePaul University）环境科学与研究系的 Allison Preble、Liam Heneghan 和 Christie A. Klimas 等研究人员，在《Urban Transformations》期刊上发表了题为 “Evaluating the efficacy of small-plot restorative management in an urban park using low-tech soundscape tools: an exploratory study” 的论文。这篇论文在城市生态修复与生物多样性监测领域具有重要意义，它为城市公园的生态管理提供了新的思路和方法，有助于推动城市可持续发展。
研究背景
随着城市化进程的加速，城市在全球生态系统中的地位愈发重要。尽管城市的物理占地面积仅占地球陆地表面的 3 - 5%，但其生态足迹却广泛延伸，对资源的需求和废弃物的排放影响深远。因此，合理的城市环境管理不仅能减轻城市自身的生态压力，还能为全球可持续发展和生物多样性保护做出贡献。
在城市中，生态保护项目的实施面临诸多挑战。一方面，城市内用于生态保护的土地空间有限且高度碎片化，芝加哥地区及全球其他大都市的城市核心绿地面积往往较小，这给生态管理和监测带来了困难。另一方面，城市生态环境受到多种干扰，如气候变化、大气污染、水文改变和土壤变化等，同时，城市绿地需要兼顾多种功能，包括娱乐、美学和教育等，这使得管理目标之间可能产生冲突。
在这样的背景下，“城市修补（urban tinkering）” 理念应运而生。它强调通过灵活的管理方式，在城市小尺度空间内实现多种生态和社会目标。为了实现生物多样性保护目标，生态修复管理技术被广泛应用，其中植被管理是常见手段。然而，由于城市环境的复杂性和管理目标的多样性，传统的评估方法难以全面、及时地评价生态修复项目的效果，这导致对项目成果的定量评估往往滞后于项目实施。因此，寻找一种高效、全面且经济的监测方法迫在眉睫。
研究方法
研究人员选择了位于芝加哥的林肯公园（Lincoln Park）作为研究区域，该公园面积达 481 公顷，位于城市北部湖边，周边人口密集且经济富裕。研究区域约 8 公顷，被划分为三个集中区域：北池塘（North Pond）、南池塘（South Pond）以及两池塘之间包含草坪和修复管理空间的区域。
研究人员通过非随机分配的方式确定了 8 个研究地点，其中包括 4 个开放草坪（sites A - D）和 4 个进行原生植物种植管理的区域（sites E - H）。开放草坪主要用于娱乐和美学目的，定期修剪，不进行特殊的保护管理；而修复区域则以保护为主要目的，模拟混合草原和稀树草原林地进行管理。
在 2019 年，研究人员使用 Zoom H1 便携式录音机，在每个研究地点进行了 3 次录音，时间分别为 6 月、8 月和 10 月，每次录音时长 1 小时。录音时间根据不同季节生物声音活跃的特点进行选择，如 6 月在日出时、8 月在日落时、10 月在日出后的清晨。录音机放置在地面或靠近地面的位置，向上录音，其检测半径约为 1 公顷。
录音结束后，研究人员对数据进行了一系列处理和分析。首先，将录音剪辑为标准的 58 分钟，去除开头和结尾的部分，以避免语音注释和长度差异的影响。然后，使用 Audacity 软件的高通滤波器（1.5kHz，6dB 衰减）对音频进行滤波，减少非生物声音，突出动物发出的声音。
针对鸟类声音在录音中占主导地位（约 84%）的特点，研究人员重点分析了鸟类的存在情况。项目负责人和其他团队成员通过每周现场或远程集体聆听的方式，手动记录不同鸟类的歌声和叫声，并在当地专家的帮助下追溯识别鸟类物种。同时，根据鸟类在每个月不同子样本中的出现频率进行编码，以比较不同管理区域的鸟类活动差异。
研究人员还运用 R 软件中的 tuneR 和 soundecology 包，计算了三个声学指数：声学复杂度指数（Acoustic Complexity Index，ACI），用于量化声音的变化和强度；生物声学指数（Bioacoustic Index，BIO），通过特定频率测量鸟类的丰富度；归一化差异声景指数（Normalized Difference Soundscape Index，NDSI），计算人为声音（anthrophony）和生物声音（biophony）的比例。通过这些指数，结合广义线性混合模型（generalized linear mixed models，glmms），研究人员分析了不同管理区域和月份之间的声景差异。
此外，研究人员定义了 “生物音缺失（biophonic absence）” 这一指标，即非人类动物发出的可辨声音的缺乏情况。通过手动聆听滤波后的音频，使用秒表记录生物音缺失的时长，并用非参数 Wilcoxon 符号秩检验分析不同管理区域生物音缺失的差异。
研究结果
鸟类存在和受关注物种的出现情况
研究共记录到 67 种不同的鸟类歌声和叫声，其中 51 种能确定到物种水平。在所有研究地点中，恢复区域识别出 29 种鸟类，开放草坪区域识别出 26 种鸟类。从出现次数来看，恢复区域的鸟类出现次数（267 次）明显多于开放草坪区域（174 次），这种差异在 10 月最为显著，恢复区域有 168 次，开放草坪区域仅有 79 次；6 月差异较小，8 月两个区域的鸟类出现次数都较低且无明显差异。
研究还发现了 3 种被鸟类保护网络列为受关注的鸟类：北美扑翅?（northern flicker，Colaptes auratus）、沼泽鹪鹩（marsh wren，Cistothorus palustris）和黑喉绿林莺（black-throated green warbler，Setophaga virens）。这些受关注鸟类在恢复区域的出现频率相对较高。
声学指数
- 声学复杂度指数（ACI）：ACI 值呈正态分布，恢复区域的 ACI 值显著高于开放草坪区域。不同月份之间也存在显著差异，6 月和 10 月开放草坪的 ACI 值显著高于 8 月，这表明 8 月开放草坪的声景复杂程度较低。
- 生物声学指数（BIO）：BIO 值也呈正态分布，但开放和恢复区域之间没有显著差异。不过，不同月份的 BIO 值差异显著，8 月开放草坪的 BIO 值显著高于 6 月和 10 月，10 月的 BIO 值最低。
- 归一化差异声景指数（NDSI）：NDSI 值适合用伽马分布表示。开放和恢复区域的人为声音水平没有显著差异，但 10 月的人为声音明显高于 6 月和 8 月。8 月的生物声音比例最高，显著高于 6 月和 10 月。
生物音缺失
通过 Wilcoxon 符号秩检验发现，开放草坪的生物音缺失（以每个地点的总秒数衡量）显著多于恢复区域。例如，6 月、8 月和 10 月，开放草坪的生物音缺失时间都高于恢复区域，这表明开放草坪对发声动物的吸引力较低，声景相对较为单一。
研究结论与讨论
研究表明，在大型城市公园中，面积小于 1 公顷的不同管理方式的小块区域，其生物群落存在显著差异，反映在声学环境的丰富度上。恢复性植被管理的小块区域支持了更丰富的声学环境，鸟类活动更频繁，生物声音多样性更高，这证实了在小空间尺度上通过植被管理实现一定保护目标的可行性。
研究使用的相对廉价的手持声学设备（Zoom H1 便携式录音机）和简单的声景分析方法，即使对于预算紧张的土地管理机构来说也是可行的。这为城市生态保护项目的常规监测提供了一种经济有效的手段，有助于鼓励管理者更积极地开展监测工作。
在鸟类监测方面，鸟类对城市环境压力敏感且能从保护管理中受益，是评估保护工作成效的良好指示物种。研究中，恢复区域的鸟类活动比开放草坪区域高出 50% 以上，这进一步证明了植被管理对鸟类活动的促进作用，同时也表明简单的声景分析可用于支持这一结论。但研究也存在局限性，如未能记录到一些受威胁物种的声音，可能是由于录音设备的空间范围或录音频率有限。若要监测稀有物种，需设计专门的声景采样方案。
声景指数方面，ACI 能揭示不同管理方式下声景的差异，但由于不同季节采样时间不同，对结果的解释需谨慎。BIO 和 NDSI 在不同管理类型之间没有差异，尽管它们能反映声景的某些方面，但在城市环境中分析这类数据时应保持谨慎。
生物音缺失的分析揭示了开放和恢复管理区域之间的明显差异，这一指标在声景研究中相对少见，但研究表明其具有重要意义。它能反映出不同区域对生物群落的支持程度，为评估生态环境质量提供了新的视角。
这项研究为城市生态修复项目的评估提供了新的方法和思路。通过声景监测，管理者可以更全面地了解生态修复的效果，及时调整管理策略，促进城市生物多样性的保护和生态环境的改善。同时，研究也强调了城市声景质量对野生动物和人类福祉的重要性，为城市绿地的规划和管理提供了科学依据，推动城市向更可持续的方向发展。未来的研究可以进一步优化监测方法，扩大研究范围，深入探讨声景与生态系统之间的关系，为城市生态保护做出更大的贡献。
