中国生物声学的学科现状与发展机遇

 中国生物声学的学科现状与发展机遇

3.1 学科现状

      生物声学研究在我国的起步较晚, 在新中国成立前后至20世纪末期间所发表的研究论文较少, 研究主题有限。从20世纪80年代开始, 我国学者主要针对兽类(白暨豚Lipotes vexillifer和长江江豚Neophocaena phocaenoides asiaeorientalis, 荆显英等, 1981; 王丁等, 1989; 陈佩薰等, 1996; 大熊猫Ailuropoda melanoleuca, 朱靖和孟智斌, 1987; 猕猴Macaca mulatta, 江海声等, 1990; 川金丝猴Rhinopithecus roxellanae, Li et al, 1993; 西黑冠长臂猿Nomascus concolor, 蒋学龙和王应祥, 1997)和鸟类(绿尾虹雉Lophophorus lhuysii, 卢汰春等, 1986; 白腹锦鸡Chrysolophus amherstiae, 韩联宪等, 1988; 黄喉鹀Emberiza elegans, 李佩珣等, 1989; 白头鹎Pycnonotus sinenesis, 姜仕仁等, 1996a, b)等少数物种(类群)开展有关鸣声描述和调查, 同时也涉及少量昆虫的鸣声研究(沈钧贤, 1989, 1994)。

      自21世纪以来, 特别是最近10年来, 我国生物声学研究在哺乳类(鲸豚类、灵长类、蝙蝠类为多) (Li et al, 2012; Wang et al, 2013, 2022; Yang et al, 2017; Fan et al, 2019; Jiang et al, 2019; Wang TL et al, 2019)、鸟类(Lei et al, 2005; Zhang et al, 2006; Xing et al, 2013)、无尾两栖类(Feng et al, 2006; Shen at al, 2011; Cui et al, 2012, 2016; Xu et al, 2012; Zhu et al, 2021, 2022a)、鱼类(刘猛等, 2013; Wang et al, 2017; 项杰等, 2022; 邢彬彬等, 2018; Hang et al, 2021)和部分昆虫(Luo & Wei, 2015; Hou et al, 2022)等主要发声类群都开展了相关研究, 并取得了许多重要进展和科研成果。其中, 动物声学相关主题内容在日益丰富和拓展, 涉及基于鸣声的分类学和种内鸣声变异(Zheng et al, 2000; 丁平和姜仕仁, 2005; Zhang et al, 2006)、声学通讯行为和性选择(Cui et al, 2012, 2016; Zhu et al, 2021, 2022a)、鸣声学习机制(Zhao et al, 2022)、发声和听觉机制(Lu et al, 2020; Luo et al, 2022)、神经生物学(Fang et al, 2014, 2015)、蝙蝠回声定位及进化(冯江等, 2002; Zhang et al, 2007; 付子英等, 2009)、物种间相互作用(Liu SL et al, 2022; Zhao et al, 2022)和环境噪声的影响(韩轶才等, 2004; Song et al, 2020; Wang WW et al, 2022; Zhu et al, 2022b)等。

     综合利用比较基因组学和电生理学等方法, 我国研究人员对哺乳动物回声定位这一复杂性状的起源进行了系统性研究(Liu et al, 2014, 2018; Li et al, 2017), 研究结果支持回声定位在蝙蝠类群中“一次起源”假说(Liu Z et al, 2022)。通过行为学和比较进化研究证实啮齿目猪尾鼠属(Typhlomys)也具有回声定位能力, 为适应性复杂性状回声定位在哺乳动物类群的起源和趋同演化提供了新的认识(He et al, 2021)。最近, Wang HM等(2022)发现回声定位蝙蝠使用与人类言语类似的状态反馈控制的原理进行精准的实时发声频率控制。在蛙类声通讯方面, 研究人员在黄山分布的凹耳臭蛙(Odorrana tormota)中首次发现超声通讯行为, 并首次将拥有超声通讯的动物类群扩展到无尾两栖类(Feng et al, 2006; Shen et al, 2011); 发现动物可通过声音信号向其配偶传递其建造物的信息(Cui et al, 2012)。在蛙类视-听多模信号的进化机制方面, 发现锯腿原指树蛙(Kurixalus odontotarsus)雌性多模求偶信号的记忆可通过性选择来促进多模信号的进化(Zhu et al, 2021); 通过对小湍蛙(Amolops torrentis)驱赶寄生蚊虫的肢体动作的分析, 提出了物种间相互作用可能是驱动蛙类视-听多模式信号进化的新机制(Zhao et al, 2022)。

      此外, 以鲸豚类为代表类群的海洋和水下生物声学(Wang et al, 2013, 2015)、环境噪声相关的环境生物声学(Wang et al, 2019; Zhu et al, 2022b)以及针对声学数据自动采集和智能分析的计算生物声学(Chen et al, 2020; 郝佩佩和张雁云, 2020; Dufourq et al, 2021; Zhang et al, 2021; 钟恩主等, 2021)等均逐渐有所发展, 但仍需要更多的努力, 并有望在未来10年内取得更迅速的进展。在应用方面, 以水下生物声学领域较为突出, 相关研究为水产养殖、水生动物资源开发利用、珍稀濒危物种尤其是鲸豚类的保护、淡水和海洋生态系统的水体噪声污染治理以及生物声学仿生和军事国防等领域发挥了重要作用(Dong et al, 2020; Hang et al, 2021; Wang et al, 2021a, b)。我国研究人员在淡水和海洋鲸豚类动物的回声定位信号分析、声呐和仿生机理方面取得了一系列重要进展(张宇等, 2021)。例如, 研究人员采用人工复合超材料, 重构了江豚的声学结构并实现了与江豚声呐极其相似的指向性瞬态声发射和目标探测的功能(Dong et al, 2019); 基于海豚声学结构, 提出了超凝胶阻抗变换器的人工结构并实现了水下宽带声传输与目标探测的目标(Dong et al, 2020)。

       从上述情况可知, 生物声学作为学科发展在我国大致可分为3个阶段, 而且其理论方法在中国野生动物调查和研究中逐渐得到了不同程度的发展和应用。

       (1)在20世纪80年代以前, 生物声学处于萌芽阶段, 有关野生动物调查研究中陆续采用了动物鸣声方法, 并积累一些物种(类群)鸣声识别经验, 在物种分类时考虑其鸣声分类特征(蓝书成, 1958; 庞秉璋, 1960, 1964)。

      (2) 20世纪80年代至21世纪初为生物声学研究的探索阶段, 主要是以兽类和鸟类中的重要物种或常见物种为主, 开始采用声学方法来录制和分析动物鸣声, 并以动物声学相关研究为主。

      (3)第三阶段则从21世纪初到现在, 为快速发展阶段, 通过现代生物声学相关技术方法的应用不仅促进了我国动物生物声学领域的快速发展, 而且在近10年来的相关研究也逐渐拓展到了生物声学的其他分支领域, 为下一阶段的学科建设做了必要的准备。在近期出版的《声学学科现状以及未来发展趋势》(程建春等, 2021)一书中, 大体明确了我国生物声学的学科研究范畴, 主要涉及生物组织的声学特性、生物介质的声传播理论、生物的声产生与接收、声信号处理、动物通信与生物声呐、生物的声学效应以及声对生物的影响等内容(张宇等, 2021)。这些研究内容多隶属于动物生物声学的范围。同时, 张宇等(2021)重点分析了国内外海豚声学、蝙蝠声学相关的回声定位理论和应用进展以及学科重点发展方向, 但未能全面体现现代生物声学的交叉学科发展趋势和众多应用领域的广泛需求。

3.2 发展机遇

      鉴于上述情况, 我国现阶段的生物声学研究仍未发展为成熟的分支学科, 而有关学科体系建设和行业应用仍任重道远, 挑战与机遇并存。相比欧美国家在生物声学领域的相关研究进展, 中国生物声学研究虽然在近10年来也取得了长足进步, 但整体上起步较晚, 基础设施设备较为落后, 以生物声学监测研究网络及动物鸣声数据库为代表的学科基础研究平台有待建设, 学科能力建设也亟待全面提升。

      目前, 在生物多样性保护和噪声污染科学治理等生命科学及生态环境保护方面的重大国家需求, 凸显了在我国加快建设生物声学学科的必要性和紧迫性。随着现代声学技术方法的不断发展和应用, 在未来10年或更长时间, 中国生物声学研究将逐渐进入学科建设阶段, 并迎来新的发展机遇, 具体体现在以下方面:

      (1)虽然我国生物声学研究散布于物理学(声学)、生物学(动物学、行为学)、生态学、地球科学(地理学)、信息科学、环境科学等学科领域, 但在各个研究方向均有了较好的发展, 为生物声学的学科整体建设奠定了重要基础。因此, 通过学科交叉融合和应用领域拓展将加快我国生物声学的学科建设, 并有望发展为主流研究方向。

      (2)由于生物声学研究对技术和设备依赖性强,导致我国以生物声学为主的基础研究平台和基础设施建设较为落后。我国现有动物鸣声录制设备和分析软件大多购自国外相关产品, 而当前对动物鸣声自动化监测的应用需求在日渐增长。因此, 我们建议通过系统集成相关生物声学技术、人工智能方法和网络信息技术, 加快我国生物声学设备的国产化和相关产业发展, 早日应用于我国各类生态系统生物声学长期数据的自动收集、智能分析和共享应用。同时, 通过我国生物声学的学科基础平台和基础设施的建设和完善, 可全面促进在跨学科领域的前沿科学研究。

     (3)由于生物声学所涉及动物类群和相关应用领域多样而广泛, 因此通过在生命健康、生态环境等行业领域的整合研究和创新应用可加强生物声学相关的科技服务, 以获得对学科建设的长期支持和持续发展。

      (4)在学科建设和发展的同时, 通过跨学科领域的交叉合作促进我国生物声学各分支领域的关键人才培养和相关研究团队建设。争取获得以国家级学会为主的组织机构和行业领域的支持, 尽早成立生物声学相关的分会组织、团体或相关行业协会, 并尽快创办中国生物声学相关的专业期刊, 加强国际合作交流, 以更好地促进生物声学研究的学科建设和高质量发展。

3.3 学科使命

      现阶段, 生物声学各分支学科和前沿领域之间存在深度交叉和融合, 是未来生物声学作为学科发展的重要源泉和驱动力。因此, 发展和完善生物声学研究的技术方法体系, 深化生物声学各分支学科的理论和技术创新研究, 推进现代生物声学科学的理论方法体系建设, 有助于进一步巩固生物声学在生物学、生态学及交叉科学学科体系中的跨学科地位, 为满足生物声学相关的国家重大战略需求和社会经济可持续发展做出更重要的学科贡献。

作为交叉科学的一个学科分支, 现代生物声学的学科使命体现在以下3个方面:

      (1)作为跨学科领域的研究和应用工具。随着科学技术的不断进步和革新, 现代生物声学的整体技术方法体系将不断发展和完善, 为生物学、生态学及相关分支学科和跨学科领域的理论创新和应用研究提供科学、可靠、高效且不断完善的调查研究工具和技术方法, 并逐渐发展相应分支学科及交叉领域的关键技术方法体系。伴随着开放科学、人工智能和生态信息学的兴起, 以及计算能力的指数式增长, 加上自动声学传感器的成本在持续降低和广泛应用, 生物声学工具的创新正在全面改变人们感知、评价和利用动物和环境声音的方式。

     (2)作为交叉科学的分支学科和前沿领域。依托理论和技术创新, 现代生物声学在不断深化与生物学、生态学、物理学(声学)、化学、信息科学、社会学及相关分支学科和其他关联学科之间跨学科领域的融合和整合研究, 从早期的博物学和自然史研究, 到逐渐形成当前诸多独具特色的分支学科和前沿领域, 而且不同分支学科之间也在逐渐融合并互补优势(图1)。近年来, 以自动数字录音、人工智能和信息科学为核心技术的被动声学监测技术体系建设为生物声学研究提供了多样化的科学大数据和整合研究, 同时推动了生物声学与生命健康、生态环境保护、自然资源可持续利用、军事国防等跨学科领域的合作研究。同时, 现代生物声学以生物声学为核心命题、以声学大数据为牵引, 不断发展和完善生物声学的核心理论和研究体系, 同时以生物声学的科学视角和理论方法来审视和解答生物学、生态学及其他关联学科中存在的重大科学前沿问题和核心关键技术, 以促进交叉科学领域的更大发展。

      (3)跨学科领域的成果共享和应用场景的优势互补。由于生物声学相关技术和分析工具在研究生物学和生态学问题时具有通用性、兼容性和共享利用等特征, 因此生物声学所取得的研究成果在生态环境建设和生物资源保护利用等跨学科领域形成了广泛的应用场景, 并各自形成了良好的独特优势。我们知道, 解决诸如噪声污染等人类引起的环境问题是一项关键的生态安全和生物安全挑战, 最终将决定生态系统和生物(包括人类)的健康。当今世界噪声污染对人类、野生动物和生态环境的影响几乎无处不在, 因此加强对陆地和水体环境中噪声污染的生态治理需要生物声学与生物学、生态学、物理学、化学、环境科学、公共健康、信息科学、社会学等领域进行跨学科联合攻关, 促进各学科领域诸多研究成果的共享应用。

3.4 展望

      近年来, 科学团体、社会公众和政府机构对生物声学资源保护和可持续利用的兴趣正在逐渐增长, 加上对全球气候变化、资源过度利用和生物安全等生态环境危机的日益担忧, 因此生物声学研究将迎来新的发展机遇, 有助于推动生物声学的学科发展和更广泛的应用。

基于上述综合分析, 我们就生物声学进行学科建设的需求提出以下建议:

      (1)深刻认识生物声学作为交叉学科的建设需求, 加强生物声学的学科基础研究平台和关键基础设施建设。针对生物声学领域的重大科学问题及关键核心技术, 构建以生物声学为核心命题的交叉学科及相关基础研究平台是学科建设的重要保障。进一步明确生物声学学科建设的必要性和需求, 加强整合性研究和基础研究投入, 以科学、开放、标准、共享利用为核心目标, 结合国家生态文明建设及生命健康和生态环境保护的重大需求, 分别在陆地、淡水、海洋等各类生态系统建立和完善国家和区域尺度的生物声学监测与研究网络, 研发以生物各类群及环境声学数据为重点的声学大数据信息共享服务平台以及生物声学在线分析工具, 逐步形成生物声学的关键理论和技术创新研究体系, 为生物声学的学科发展奠定坚实基础。

      (2)加强生物声学在国家重大需求、国民经济主战场和科学前沿领域的科技服务。加强生物声学跨学科领域的广泛应用、成果共享和科技服务, 为国家生态文明建设和生态环境保护提供更多的重要理论支持和系统解决方案, 并在社会经济可持续发展、公共健康、生态安全和军事国防等领域发挥重要的保障和支撑作用。同时, 生物声学研究也有望为2022年实施的《中华人民共和国噪声污染防治法》提供科技支撑和关键服务。

      (3)加强对生物声学资源的保护利用、科学传播和自然教育。通过建立法律法规来加强国家对生物声学资源的保护和利用, 同时加强对生物声学科学知识的有效传播和自然教育, 促进人们对声学时空的深切感知和美好体验, 增强全社会对生物声学资源的保护意识。建议在国家公园、自然保护区、自然公园、风景名胜区、人文景观和城市公园等场所逐步建立各类声音体验场馆和宁静空间, 建设一批国家和地方各级生物声学博物馆和科普教育示范基地, 让“宁静中国”为国家生态文明建设及美丽中国、健康中国建设增添更多新的内涵。

     (4)加强生物声学学科的组织管理、人才队伍建设和学术交流。加强国内外生物声学领域的合作交流和整合性研究, 同时加强对青年科技人员、研究生和本科生进行技术方法和科学理论培训, 为本学科领域培养更多优秀青年人才, 加强生物声学专业学会的组织建设, 拓宽和深化学科发展领域。

参考文献：肖治术, 崔建国, 王代平, 王志陶, 罗金红, 谢捷 (2023) 现代生物声学的学科发展趋势及中国机遇. 生物多样性, 31, 22423. doi:10.17520/biods.2022423. https://www.biodiversity-science.net/article/2023/1005-0094/1005-0094-31-1-23023.shtml 中国生物声学的学科现状与发展机遇

3.1 学科现状

      生物声学研究在我国的起步较晚, 在新中国成立前后至20世纪末期间所发表的研究论文较少, 研究主题有限。从20世纪80年代开始, 我国学者主要针对兽类(白暨豚Lipotes vexillifer和长江江豚Neophocaena phocaenoides asiaeorientalis, 荆显英等, 1981; 王丁等, 1989; 陈佩薰等, 1996; 大熊猫Ailuropoda melanoleuca, 朱靖和孟智斌, 1987; 猕猴Macaca mulatta, 江海声等, 1990; 川金丝猴Rhinopithecus roxellanae, Li et al, 1993; 西黑冠长臂猿Nomascus concolor, 蒋学龙和王应祥, 1997)和鸟类(绿尾虹雉Lophophorus lhuysii, 卢汰春等, 1986; 白腹锦鸡Chrysolophus amherstiae, 韩联宪等, 1988; 黄喉鹀Emberiza elegans, 李佩珣等, 1989; 白头鹎Pycnonotus sinenesis, 姜仕仁等, 1996a, b)等少数物种(类群)开展有关鸣声描述和调查, 同时也涉及少量昆虫的鸣声研究(沈钧贤, 1989, 1994)。

      自21世纪以来, 特别是最近10年来, 我国生物声学研究在哺乳类(鲸豚类、灵长类、蝙蝠类为多) (Li et al, 2012; Wang et al, 2013, 2022; Yang et al, 2017; Fan et al, 2019; Jiang et al, 2019; Wang TL et al, 2019)、鸟类(Lei et al, 2005; Zhang et al, 2006; Xing et al, 2013)、无尾两栖类(Feng et al, 2006; Shen at al, 2011; Cui et al, 2012, 2016; Xu et al, 2012; Zhu et al, 2021, 2022a)、鱼类(刘猛等, 2013; Wang et al, 2017; 项杰等, 2022; 邢彬彬等, 2018; Hang et al, 2021)和部分昆虫(Luo & Wei, 2015; Hou et al, 2022)等主要发声类群都开展了相关研究, 并取得了许多重要进展和科研成果。其中, 动物声学相关主题内容在日益丰富和拓展, 涉及基于鸣声的分类学和种内鸣声变异(Zheng et al, 2000; 丁平和姜仕仁, 2005; Zhang et al, 2006)、声学通讯行为和性选择(Cui et al, 2012, 2016; Zhu et al, 2021, 2022a)、鸣声学习机制(Zhao et al, 2022)、发声和听觉机制(Lu et al, 2020; Luo et al, 2022)、神经生物学(Fang et al, 2014, 2015)、蝙蝠回声定位及进化(冯江等, 2002; Zhang et al, 2007; 付子英等, 2009)、物种间相互作用(Liu SL et al, 2022; Zhao et al, 2022)和环境噪声的影响(韩轶才等, 2004; Song et al, 2020; Wang WW et al, 2022; Zhu et al, 2022b)等。

     综合利用比较基因组学和电生理学等方法, 我国研究人员对哺乳动物回声定位这一复杂性状的起源进行了系统性研究(Liu et al, 2014, 2018; Li et al, 2017), 研究结果支持回声定位在蝙蝠类群中“一次起源”假说(Liu Z et al, 2022)。通过行为学和比较进化研究证实啮齿目猪尾鼠属(Typhlomys)也具有回声定位能力, 为适应性复杂性状回声定位在哺乳动物类群的起源和趋同演化提供了新的认识(He et al, 2021)。最近, Wang HM等(2022)发现回声定位蝙蝠使用与人类言语类似的状态反馈控制的原理进行精准的实时发声频率控制。在蛙类声通讯方面, 研究人员在黄山分布的凹耳臭蛙(Odorrana tormota)中首次发现超声通讯行为, 并首次将拥有超声通讯的动物类群扩展到无尾两栖类(Feng et al, 2006; Shen et al, 2011); 发现动物可通过声音信号向其配偶传递其建造物的信息(Cui et al, 2012)。在蛙类视-听多模信号的进化机制方面, 发现锯腿原指树蛙(Kurixalus odontotarsus)雌性多模求偶信号的记忆可通过性选择来促进多模信号的进化(Zhu et al, 2021); 通过对小湍蛙(Amolops torrentis)驱赶寄生蚊虫的肢体动作的分析, 提出了物种间相互作用可能是驱动蛙类视-听多模式信号进化的新机制(Zhao et al, 2022)。

      此外, 以鲸豚类为代表类群的海洋和水下生物声学(Wang et al, 2013, 2015)、环境噪声相关的环境生物声学(Wang et al, 2019; Zhu et al, 2022b)以及针对声学数据自动采集和智能分析的计算生物声学(Chen et al, 2020; 郝佩佩和张雁云, 2020; Dufourq et al, 2021; Zhang et al, 2021; 钟恩主等, 2021)等均逐渐有所发展, 但仍需要更多的努力, 并有望在未来10年内取得更迅速的进展。在应用方面, 以水下生物声学领域较为突出, 相关研究为水产养殖、水生动物资源开发利用、珍稀濒危物种尤其是鲸豚类的保护、淡水和海洋生态系统的水体噪声污染治理以及生物声学仿生和军事国防等领域发挥了重要作用(Dong et al, 2020; Hang et al, 2021; Wang et al, 2021a, b)。我国研究人员在淡水和海洋鲸豚类动物的回声定位信号分析、声呐和仿生机理方面取得了一系列重要进展(张宇等, 2021)。例如, 研究人员采用人工复合超材料, 重构了江豚的声学结构并实现了与江豚声呐极其相似的指向性瞬态声发射和目标探测的功能(Dong et al, 2019); 基于海豚声学结构, 提出了超凝胶阻抗变换器的人工结构并实现了水下宽带声传输与目标探测的目标(Dong et al, 2020)。

       从上述情况可知, 生物声学作为学科发展在我国大致可分为3个阶段, 而且其理论方法在中国野生动物调查和研究中逐渐得到了不同程度的发展和应用。

       (1)在20世纪80年代以前, 生物声学处于萌芽阶段, 有关野生动物调查研究中陆续采用了动物鸣声方法, 并积累一些物种(类群)鸣声识别经验, 在物种分类时考虑其鸣声分类特征(蓝书成, 1958; 庞秉璋, 1960, 1964)。

      (2) 20世纪80年代至21世纪初为生物声学研究的探索阶段, 主要是以兽类和鸟类中的重要物种或常见物种为主, 开始采用声学方法来录制和分析动物鸣声, 并以动物声学相关研究为主。

      (3)第三阶段则从21世纪初到现在, 为快速发展阶段, 通过现代生物声学相关技术方法的应用不仅促进了我国动物生物声学领域的快速发展, 而且在近10年来的相关研究也逐渐拓展到了生物声学的其他分支领域, 为下一阶段的学科建设做了必要的准备。在近期出版的《声学学科现状以及未来发展趋势》(程建春等, 2021)一书中, 大体明确了我国生物声学的学科研究范畴, 主要涉及生物组织的声学特性、生物介质的声传播理论、生物的声产生与接收、声信号处理、动物通信与生物声呐、生物的声学效应以及声对生物的影响等内容(张宇等, 2021)。这些研究内容多隶属于动物生物声学的范围。同时, 张宇等(2021)重点分析了国内外海豚声学、蝙蝠声学相关的回声定位理论和应用进展以及学科重点发展方向, 但未能全面体现现代生物声学的交叉学科发展趋势和众多应用领域的广泛需求。

3.2 发展机遇

      鉴于上述情况, 我国现阶段的生物声学研究仍未发展为成熟的分支学科, 而有关学科体系建设和行业应用仍任重道远, 挑战与机遇并存。相比欧美国家在生物声学领域的相关研究进展, 中国生物声学研究虽然在近10年来也取得了长足进步, 但整体上起步较晚, 基础设施设备较为落后, 以生物声学监测研究网络及动物鸣声数据库为代表的学科基础研究平台有待建设, 学科能力建设也亟待全面提升。

      目前, 在生物多样性保护和噪声污染科学治理等生命科学及生态环境保护方面的重大国家需求, 凸显了在我国加快建设生物声学学科的必要性和紧迫性。随着现代声学技术方法的不断发展和应用, 在未来10年或更长时间, 中国生物声学研究将逐渐进入学科建设阶段, 并迎来新的发展机遇, 具体体现在以下方面:

      (1)虽然我国生物声学研究散布于物理学(声学)、生物学(动物学、行为学)、生态学、地球科学(地理学)、信息科学、环境科学等学科领域, 但在各个研究方向均有了较好的发展, 为生物声学的学科整体建设奠定了重要基础。因此, 通过学科交叉融合和应用领域拓展将加快我国生物声学的学科建设, 并有望发展为主流研究方向。

      (2)由于生物声学研究对技术和设备依赖性强,导致我国以生物声学为主的基础研究平台和基础设施建设较为落后。我国现有动物鸣声录制设备和分析软件大多购自国外相关产品, 而当前对动物鸣声自动化监测的应用需求在日渐增长。因此, 我们建议通过系统集成相关生物声学技术、人工智能方法和网络信息技术, 加快我国生物声学设备的国产化和相关产业发展, 早日应用于我国各类生态系统生物声学长期数据的自动收集、智能分析和共享应用。同时, 通过我国生物声学的学科基础平台和基础设施的建设和完善, 可全面促进在跨学科领域的前沿科学研究。

     (3)由于生物声学所涉及动物类群和相关应用领域多样而广泛, 因此通过在生命健康、生态环境等行业领域的整合研究和创新应用可加强生物声学相关的科技服务, 以获得对学科建设的长期支持和持续发展。

      (4)在学科建设和发展的同时, 通过跨学科领域的交叉合作促进我国生物声学各分支领域的关键人才培养和相关研究团队建设。争取获得以国家级学会为主的组织机构和行业领域的支持, 尽早成立生物声学相关的分会组织、团体或相关行业协会, 并尽快创办中国生物声学相关的专业期刊, 加强国际合作交流, 以更好地促进生物声学研究的学科建设和高质量发展。

3.3 学科使命

      现阶段, 生物声学各分支学科和前沿领域之间存在深度交叉和融合, 是未来生物声学作为学科发展的重要源泉和驱动力。因此, 发展和完善生物声学研究的技术方法体系, 深化生物声学各分支学科的理论和技术创新研究, 推进现代生物声学科学的理论方法体系建设, 有助于进一步巩固生物声学在生物学、生态学及交叉科学学科体系中的跨学科地位, 为满足生物声学相关的国家重大战略需求和社会经济可持续发展做出更重要的学科贡献。

作为交叉科学的一个学科分支, 现代生物声学的学科使命体现在以下3个方面:

      (1)作为跨学科领域的研究和应用工具。随着科学技术的不断进步和革新, 现代生物声学的整体技术方法体系将不断发展和完善, 为生物学、生态学及相关分支学科和跨学科领域的理论创新和应用研究提供科学、可靠、高效且不断完善的调查研究工具和技术方法, 并逐渐发展相应分支学科及交叉领域的关键技术方法体系。伴随着开放科学、人工智能和生态信息学的兴起, 以及计算能力的指数式增长, 加上自动声学传感器的成本在持续降低和广泛应用, 生物声学工具的创新正在全面改变人们感知、评价和利用动物和环境声音的方式。

     (2)作为交叉科学的分支学科和前沿领域。依托理论和技术创新, 现代生物声学在不断深化与生物学、生态学、物理学(声学)、化学、信息科学、社会学及相关分支学科和其他关联学科之间跨学科领域的融合和整合研究, 从早期的博物学和自然史研究, 到逐渐形成当前诸多独具特色的分支学科和前沿领域, 而且不同分支学科之间也在逐渐融合并互补优势(图1)。近年来, 以自动数字录音、人工智能和信息科学为核心技术的被动声学监测技术体系建设为生物声学研究提供了多样化的科学大数据和整合研究, 同时推动了生物声学与生命健康、生态环境保护、自然资源可持续利用、军事国防等跨学科领域的合作研究。同时, 现代生物声学以生物声学为核心命题、以声学大数据为牵引, 不断发展和完善生物声学的核心理论和研究体系, 同时以生物声学的科学视角和理论方法来审视和解答生物学、生态学及其他关联学科中存在的重大科学前沿问题和核心关键技术, 以促进交叉科学领域的更大发展。

      (3)跨学科领域的成果共享和应用场景的优势互补。由于生物声学相关技术和分析工具在研究生物学和生态学问题时具有通用性、兼容性和共享利用等特征, 因此生物声学所取得的研究成果在生态环境建设和生物资源保护利用等跨学科领域形成了广泛的应用场景, 并各自形成了良好的独特优势。我们知道, 解决诸如噪声污染等人类引起的环境问题是一项关键的生态安全和生物安全挑战, 最终将决定生态系统和生物(包括人类)的健康。当今世界噪声污染对人类、野生动物和生态环境的影响几乎无处不在, 因此加强对陆地和水体环境中噪声污染的生态治理需要生物声学与生物学、生态学、物理学、化学、环境科学、公共健康、信息科学、社会学等领域进行跨学科联合攻关, 促进各学科领域诸多研究成果的共享应用。

3.4 展望

      近年来, 科学团体、社会公众和政府机构对生物声学资源保护和可持续利用的兴趣正在逐渐增长, 加上对全球气候变化、资源过度利用和生物安全等生态环境危机的日益担忧, 因此生物声学研究将迎来新的发展机遇, 有助于推动生物声学的学科发展和更广泛的应用。

基于上述综合分析, 我们就生物声学进行学科建设的需求提出以下建议:

      (1)深刻认识生物声学作为交叉学科的建设需求, 加强生物声学的学科基础研究平台和关键基础设施建设。针对生物声学领域的重大科学问题及关键核心技术, 构建以生物声学为核心命题的交叉学科及相关基础研究平台是学科建设的重要保障。进一步明确生物声学学科建设的必要性和需求, 加强整合性研究和基础研究投入, 以科学、开放、标准、共享利用为核心目标, 结合国家生态文明建设及生命健康和生态环境保护的重大需求, 分别在陆地、淡水、海洋等各类生态系统建立和完善国家和区域尺度的生物声学监测与研究网络, 研发以生物各类群及环境声学数据为重点的声学大数据信息共享服务平台以及生物声学在线分析工具, 逐步形成生物声学的关键理论和技术创新研究体系, 为生物声学的学科发展奠定坚实基础。

      (2)加强生物声学在国家重大需求、国民经济主战场和科学前沿领域的科技服务。加强生物声学跨学科领域的广泛应用、成果共享和科技服务, 为国家生态文明建设和生态环境保护提供更多的重要理论支持和系统解决方案, 并在社会经济可持续发展、公共健康、生态安全和军事国防等领域发挥重要的保障和支撑作用。同时, 生物声学研究也有望为2022年实施的《中华人民共和国噪声污染防治法》提供科技支撑和关键服务。

      (3)加强对生物声学资源的保护利用、科学传播和自然教育。通过建立法律法规来加强国家对生物声学资源的保护和利用, 同时加强对生物声学科学知识的有效传播和自然教育, 促进人们对声学时空的深切感知和美好体验, 增强全社会对生物声学资源的保护意识。建议在国家公园、自然保护区、自然公园、风景名胜区、人文景观和城市公园等场所逐步建立各类声音体验场馆和宁静空间, 建设一批国家和地方各级生物声学博物馆和科普教育示范基地, 让“宁静中国”为国家生态文明建设及美丽中国、健康中国建设增添更多新的内涵。

     (4)加强生物声学学科的组织管理、人才队伍建设和学术交流。加强国内外生物声学领域的合作交流和整合性研究, 同时加强对青年科技人员、研究生和本科生进行技术方法和科学理论培训, 为本学科领域培养更多优秀青年人才, 加强生物声学专业学会的组织建设, 拓宽和深化学科发展领域。

参考文献：肖治术, 崔建国, 王代平, 王志陶, 罗金红, 谢捷 (2023) 现代生物声学的学科发展趋势及中国机遇. 生物多样性, 31, 22423. doi:10.17520/biods.2022423. https://www.biodiversity-science.net/article/2023/1005-0094/1005-0094-31-1-23023.shtml