Diverse approaches of passive acoustic monitoring in coral reefs: From fish assemblages to vessel activity

Abstract

Passive acoustic monitoring (PAM) is routinely being used today in marine ecosystems, due in part to its advantages over traditional biological community survey and monitoring methods. However, gaps in the knowledge remain that should be investigated to improve the general capability and applicability of PAM for effective management and conservation. This dissertation examined three aspects related to the use of PAM. The first used acoustic recordings and underwater visual census of reef fish at three mid-shelf reefs to compare the structure and composition of fish assemblages with acoustic data using univariate and multivariate approaches. Results showed that the multivariate acoustic structure reflected best the spatial differences observed in the multivariate biological data, which suggests this may be a suitable method to serve as a proxy in determining spatial differences in fish assemblages. For the second, acoustic recordings from a red hind spawning aggregation site between 2011-2021 were used to acoustically characterize choruses and examine their occurrence at varying temporal scales. Soundscapes on days with red hind choruses were at least 10 dB louder than on days without chorus, with variable occurrence during expected aggregation times across years, following a predictive pattern for the species model. These results can lead to novel methods to rapidly search for red hind, and define aggregation times, at fish spawning aggregation (FSA) sites. In the third, acoustic recordings from three red hind aggregation sites with varying levels of protection taken over a five-year period were used to determine the patterns of acoustic signatures produced by small-scale fishing vessels. Results suggest that fishing at the FSA was occurring during the red hind, three-month, island-wide closure and that seasonal or permanent no-take zones may be more effective in protecting multi-species FSAs. These studies demonstrate how PAM can be used to study the different components of the soundscape of marine reef environments and at different organizational scales. While further refinements are necessary, the ability to use acoustic information as a means to infer beyond the soundscape can expand the applicability of PAM-derived data for resource management and conservation.

El monitoreo acústico pasivo (PAM, por sus siglas en inglés) se usa rutinariamente hoy en día en los ecosistemas marinos, debido en parte a sus ventajas sobre métodos tradicionales de censos y monitoreo. Sin embargo, quedan lagunas en el conocimiento que deben investigarse para mejorar la capacidad general y la aplicabilidad de PAM en el manejo y la conservación efectiva de ecosistemas marinos. Esta disertación examinó tres aspectos relacionados con el uso de PAM. El primero utilizó grabaciones acústicas y censos visuales submarinos de peces realizados en tres arrecifes, para comparar la estructura y composición de los ensamblajes de peces con datos acústicos utilizando métodos univariados y multivariados. Los resultados mostraron que la estructura acústica multivariada reflejaba mejor las diferencias espaciales observadas en los datos biológicos multivariados, lo que sugiere que este puede ser un método adecuado para inferir en las diferencias espaciales en los ensamblajes de peces. Para el segundo, se utilizaron grabaciones acústicas tomadas en un sitio de agregación de desove del mero cabrilla entre 2011 y 2021 para caracterizar acústicamente los coros y examinar su ocurrencia en diferentes escalas temporales. Los paisajes sonoros en los días con coros eran al menos 10 dB más fuertes que los días sin coro, su ocurrencia durante los tiempos de agregación esperados varió a lo largo de los años, siguiendo un modelo predictivo para la especie. Estos resultados pueden conducir a métodos novedosos para buscar rápidamente el mero cabrilla y definir los tiempos de agregación en las agregaciones de desove de peces (FSA, por sus siglas en inglés). En el tercero, se utilizaron grabaciones acústicas de tres sitios de agregación del mero cabrilla con diferentes niveles de protección tomadas durante un período de cinco años para determinar los patrones de los sonidos producidos por los barcos de pesca de pequeña escala. Los resultados sugieren que actividad pesquera estaba ocurriendo en la FSA durante la veda de tres meses del mero carilla, y que las zonas de no-pesca estacionales o permanentes pueden ser más efectivas en proteger las FSA. Estos estudios demuestran cómo se puede utilizar PAM para estudiar los diferentes componentes que conforman el paisaje sonoro de los entornos de arrecifes marinos y en diferentes escalas organizativas, y dentro de un contexto ecológico, y de manejo y conservación. Si bien se necesitan mejoras adicionales, la capacidad de usar información acústica como un medio para inferir más allá del paisaje sonoro puede ampliar la aplicabilidad de los datos derivados de PAM para el manejo y la conservación de recursos marinos.