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长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis)和中华白海豚（Sousachinensis）分别是我国的国家二级和国家一级保护动物。这些内陆以及近岸分布的海洋哺乳动物在面临各种人类活动干扰时首当其冲。它们的受威胁状态已经分别达到了世界自然保护联盟受胁物种保护红皮书分类标准中的极度濒危(Critically endangered)和易危级(Vulnerable)，对这些物种的保护已经迫在:眉睫。 与陆生环境相比，声音在水体中的传播更高效。海洋哺乳动物（尤其是鲸豚类动物）和部分鱼类在水体中主要依靠声音进行通讯交流、导航和捕食等重要的生命活动。发声动物的声信号通常都具有物种特异性（包括时空模式和频谱特性等），对这些信号的研究能为我们进一步揭示动物的潜在致危因子，例如水体噪音污染以及人类活动的干扰提供参考。此外，这些特异性的声信号还具有类似基因条形码的物种辨识功能，这使得我们可以方便地通过声学方法研究发声动物在水域中的时空分布模式以及栖息地选择规律。相关信息的揭示对这些受胁物种的保护而言至关重要。 本研究的主要内容包括长江江豚的码头区被迫捕食假说的提出（第三章）以及进一步验证（第四章）、中华白海豚通讯信号（哨叫声）的时频特性（第五章）、声源级以及有效通讯距离（第六章）、中华白海豚在桂山风电场施工前的本底活动规律（第七章）、珠江口水域中鱼类声信号的多样性（第八章）、环境的声学特性（第九章）以及港珠澳大桥施工过程中的打桩噪音对白海豚的可能性影响（第十章）。具体内容如下: (1)对于濒危物种进行保护的一个核心工作就是对其重要的栖息地进行鉴定。在2012年全长江淡水豚考察中，利用考察船在夜间停靠码头休整的机会，我们采用微型立体声学事件记录仪对考察船停靠的从镇江到鄂州江段的9个码头区的江豚在夜间的声呐行为进行了研究。在所有的6566分钟的声学监测中，一共有488分钟监测到了江豚的声呐信号。我们进一步将那些声音间间隔小于8分钟的脉冲信号定义为同一次声学目击。在所有的81次声学目击中，最长一次的持续时间为102.9分钟，表明动物在夜间会较频繁而且长时间出现在码头区附近水域。脉冲信号中如果其最小的脉冲间间隔小于10毫秒，这样的声信号通常被认为是与捕食相关，并被称为嗡叫声。在所有的2090个脉冲信号中，有129个信号是嗡叫声，占总体的6.2％。此外，码头区的渔业资源显著地高于非码头区，同时，当有船舶靠近时，江豚表现出了避船行为。基于以上观察结果，我们提出了江豚在码头区的被迫捕食假说:即由于长江的渔业资源已经遭到了严重的破坏，而码头区具有相对较丰富的渔业资源。虽然码头附近受到人为活动的干扰较剧烈，但是为了获得足够的食物，江豚被迫来到码头区捕食。 (2)采用被动声学考察技术，我们对彭泽码头水域江豚的声呐行为的昼夜节律进行了研究，通过结合该水域的渔业资源以及船舶通行情况的同步监测，我们进一步探讨了三者之间的关系。在所有的21380分钟的声学监测中，一共有1233分钟监测到了江豚的声呐信号，占到了总体的5.77％。在所有监测到的3372个脉冲信号中，有190个信号是嗡叫声，占总体的5.63％。在所有的168次声学目击中，有150次是单头动物，占到总体的89.3％,表明该水域中江豚主要以个体为单位频繁地在码头区捕食。江豚的声纳信号（包括脉冲信号以及嗡叫声），码头区的渔业资源以及船舶通行情况都表现出了明显的昼夜节律。具体而言，江豚的声呐信号在白天的监测率显著低于它们在傍晚以及在夜间的监测率，表明该水域的江豚主要在黄昏以及夜间捕食。江豚在码头区的声学目击频率未检测出显著性的昼夜节律，进一步表明码头区在江豚保护工作上的重要地位。江豚的声呐信号的监测率与渔业资源的相关性显著，而与水域的船舶通行状况无显著的相关性。上述结果进一步验证了江豚的被动捕食假说，同时食物资源是引发江豚来到码头区的最主要的诱因。此外，对动物的活动轨迹的监测结果表明，江豚通常会在早上出现在码头的下游区或者从上游区游向下游区，而在傍晚出现在码头的上游区，或者从下游向上游区游动，这一迁移规律可能与该水域的渔业资源的移动规律有关。 (3)动物在施工水域施工前的本底分布资料能够为制定有效的动物保护措施提供依据。通过被动声学监测技术，我们对中华白海豚在桂山风电场选址水域在建设前的本底分布情况进行了研究。通过使用普通线性模型我们进一步分析了海豚的声呐行为的昼夜、月相、季节性以及潮汐性的节律。结果表明白海豚的声呐信号的监测率在夜间显著高于白天，在冬季和春季显著高于夏季和秋季，在高潮期显著高于退潮期。白海豚声呐信号在夜间的监测率在新月阶段显著高于其它的月相阶段。此外，声学目击的持续时间在不同的昼夜区间、月相以及季节之间都具有显著性的差异。上述的这些差异性可能与白海豚食物的时空变动情况以及环境的照明情况有关。本研究揭示的本底资料数据能够为进一步制定有效的白海豚保护措施提供依据。同时可以与后续在风电场施工时以及施工后白海豚的声呐行为数据做比对，进一步研究风电场建设对白海豚的影响。 (4)已有的资料表明中华白海豚主要以发声鱼类为饵料，鲸豚类在捕食过程中可能会较高的依赖听觉对发声鱼类进行窃听并定位，同时中华白海豚的分布模式很有可能是受渔业资源的时空分布模式影响。发声动物通常会多次重复性地使用其物种特异性的声信号，这使得我们可以通过声学的方法来研究它们的分布以及行为。本研究中，我们对珠江口水域鱼类声信号的多样性进行了研究。我们一共发现了33类鱼类声音。除了单脉冲声信号外，鱼类声音通常由一系列的脉冲串组成，同时其最大的峰值声压级（SPLzp）超过了164 dB。我们一共挑选了931个鱼类声信号，其中包含10794个脉冲用于后续的定量和定性研究。结果表明:鱼类声脉冲的持续时间为8毫秒，同时其峰值频率的范围为500至2000 Hz，绝大多数的能量集中在小于4000Hz的区间。声信号的持续时间和声音中所含的脉冲的数量呈正相关。33类声信号经层序聚类分析可以进一步归组为6大类。绝大多数类型的脉冲峰值振幅之间的间隔都收敛于10毫秒。此外，通过与文献资料进行比对，我们推测本研究中的1-1和1-Nb声音类型的声源可能是皮氏叫姑鱼（belangers croaker，Johnius belangerii），而1-Na声音类型可能是由大鼻孔叫姑鱼（big-snout croaker，J.macrorhynus）发出的。在一系列的声音串中，动物可能会通过同时调整脉冲串的时序模式以及频谱特性来实现声学通讯的目的。由于对背景环境中的生物源性声音进行定性描述是对发声动物进行鉴定以及对其时空分布模式进行研究的第一步，相关信息不仅对当地的渔业资源的保护、管理及合理地利用提供帮助，而且可以为海洋环境影响评价提供参考。此外，当物种特异性的声音库被逐步研究和完善后，捕食者和猎物之间（即白海豚和鱼类）的捕食关系可以得到进一步的揭示，并为白海豚的保护提供参考。 (5)声环境研究指的是对栖息地特定的声学特性进行研究，其主要目标是对环境中的生物性声源和非生物性声源对声环境的贡献率进行辨识。对于许多动物而言，包括海洋和陆生生物，声学通讯和声学导航在其许多关键生命活动中都扮演了重要的角色，正因为如此，对栖息地的声环境的研究就变得十分重要。本研究中，通过被动声学监测技术，我们对珠江口水域的声环境进行了研究。结果表明:水域中的宽带信号均方根声压级（SPIrms）为121.05±8.44 dB（中位数±四分位半间距），其P5-P95的范围为113.44-141.62 dB。通过聚类分析，所有的1/3倍频程带宽可以分为三组:低频频带(2.82-281Hz)，中频频带(282-2238 Hz)和高频频带(2239-44686Hz)。普通线性模型分析表明，声信号的SPLrms和三组频带声信号的声压级受昼夜节律和潮汐节律的影响显著。中频频带的频带范围以及声压级变化的时空模式和该水域中的鱼类声信号的频带以及监测率都有较高的吻合度，表明鱼类是中频频带信号的声源。低频频带的主要贡献声源为风浪，而高频频带的主要贡献声源可能为鳞虾和海豚声呐。此外，相对于低频频带信号的峰值水平时刻点，中频频带信号的峰值水平时刻点要相对滞后，这可能为鱼类的一种抗噪音机制。本研究所获得的本底噪音水平能够为研究人类活动，例如水上工程项目对水域声环境、发声鱼类以及中华白海豚的影响提供一定的参考。 (6)人工噪音对水环境以及水生生物的潜在负面影响已经成为了全球关注的热点。通过对港珠澳大桥施工过程中使用的全球最大的液压振动锤组(OCTA-KONG)的施工噪音进行监测，我们分析了相关水体噪音对中华白海豚在听觉掩蔽以及生理方面的潜在影响。结果表明液压振动锤组施工噪音的基频的频率范围为15Hz到16Hz之间，其对环境的噪音增量主要在20 kHz以下的频段，同时其能量主要集中在小于10kHz的区间。液压振动锤组的水体施工噪音能够被白海豚监测到的距离达到了3.5千米。施工噪音对白海豚的脉冲信号的干扰较小，但是可能对其哨叫声产生听觉掩蔽，进而影响相应信号介导的社群行为。我们建议的白海豚的安全距离应该从目前的200米扩宽到不小于国际保护组织建议的500米的范围。虽然液压振动锤组的峰值声压（零点-峰值水平）小于国际保护组织建议的可能对动物造成生理损伤的强度，但是其最大的均方根声压级在某些时候超过了建议的动物的安全声音暴露水平。此外，绝大多数的累积声源暴露水平（无论是在鲸豚听觉能力权重处理前后）都超过了建议的能够对鲸类动物造成暂时性地听力阈值偏移的水平。在本研究中，施工噪音对动物造成的暂时性的听力阈值偏移的影响是由于动物长时间暴露在相应的噪音条件下，这意味着我们可以通过缩短单次施工的持续时间来降低对动物造成伤害的可能性。相关结果能为制定相应的降噪保护措施，例如使用气泡帷幕法降噪，软启动以及当发现施工水域有海豚时应该迅速降低打桩功率或暂停打桩等手段提供参考。 (7)物种特异的发声特性的研究对进一步揭示动物的潜在致危因子，例如水体噪音污染等至关重要。相关信息的揭示能为这些受胁物种的保护提供指导。我们采用宽带录音设备对广西三娘湾野生中华白海豚种群的哨叫声信号进行了采集分析，并从所有记录到的4630个声信号中挑选出了2651个信噪比较高(SNR≥10 dB)且频谱清晰的信号用于后续的声学参数测量以及统计分析。结果表明，哨叫声可以划分为6种声音类型:平滑型、下扫型、上扫型、U-型、凸面型和弦型。三娘湾水域最主要的哨叫声类型是平滑型(占总体的39.45％)，其次是下扫型和上扫型（分别占总体的23.35％和12.34％）。哨叫声还具有如下时频特性:持续时间较短（平均值±标准差:370.19±285.61毫秒;范围:29-2923毫秒），频率范围较宽（基频范围:0.52-33 kHz），频率调制率较高（最大频率与最小频率的频率调制的差值在0到21.25kHz之间），开始频率为6.51±3.50 kHz，结束频率为6.13±3.01 kHz，最小频率为5.07±2.18 kHz，最大频率为7.69±3.77 kHz，平均每个哨叫声都具有一个拐点，两个谐波，谐波的最大频率超过96kHz，哨叫声含有断点或阶梯结构的比例较少，分别占到总体的23.3％和13.6％。此外，驼背海豚属的种内不同群体之间，以及种间不同声学参数之间的绝大多数比较中都具有显著的差异性，而三娘湾水域的中华白海豚和大西洋驼背豚在频率变量的比对中无显著性的差异，这说明动物声信号的时频特性很有可能是对其特定的栖息环境的适应。 (8)哨叫声的声源级及其有效的通讯范围是研究鲸类声通讯的最基本的声学参数。采用二维水听器阵列分别对珠江口水域以及北部湾水域的野生中华白海豚的哨叫声进行了研究。通过双曲线定位法则，即提取同一信号到达不同水听器组合的时间差对动物进行定位，以及对各水域环境特异性的声音传播损失进行建模拟合，我们对那些信噪比较高（SNR≥10 dB），且未受到其它声音干扰的哨叫声的声源级进行了估算。结果表明，珠江口和北部湾水域的中华白海豚的哨叫声的均方根声源级分别为138.5±6.8 dB和137.2±7.0 dB（平均值±标准差）。通过整合实时的噪音水平、动物的纯音屏蔽阈值、动物的听力阈值以及位点特异性的传播损失模型，珠江口水域的哨叫声的实时有效通讯范围的平均值以及最大值分别为14.7±2.6米和17.1±3.5米（中位数±四分位半间距，每个哨叫声的有效通讯范围来源于对其所有的200 ms片段的计算），北部湾水域的相应结果分别为34.2±9.5米和43.5±12.2米。我们进一步估算了同样强度的声信号在较安静的条件下的有效通讯距离，即听觉阂值限制性有效通讯距离，结果表明珠江口水域的哨叫声的听觉阈值限制性有效通讯距离的平均值和最大值分别为24.3±4.8米和35.7±4.6米，北部湾水域的相应结果分别为60.7±18.1米和74.3±25.3米。这些相对较小的有效通讯距离主要归因于环境中较高的背景噪音。不同类型的的哨叫声的声源级以及有效通讯范围之间都存在显著的差异性。本研究所获得的动物声源级信息为我们研究它们在相应的频率下的合理噪音暴露水平，以及噪音污染控制方面提供了一定的参考。所获得的动物的声源级以及水域特异性的声学传播模型有助于我们进一步扩展目前的被动声学监测技术在该物种中的应用范围，例如在对该物种的种群数量的声学估计方面的应用。此外，通讯信号的有效通讯范围给我们在野外考察中对不同动物群体进行声学定义、动物的跟踪调查(focal following)以及观豚船在观豚过程中的合适船豚距离提供了参考。 总体而言，本研究所揭示的相关信息对长江江豚和中华白海豚的保护有一定的指导作用。