Prima caratterizzazione del paesaggio sonoro acustico marino dell'Isola di Montecristo: analisi delle sorgenti e dei ritmi circadiani

Marine soundscapes integrate biological (biophony), physical (geophony) and human-made (anthrophony) components and provide a valuable proxy for assessing the structure and dynamics of coastal ecosystems. This thesis applies passive acoustic monitoring (PAM) to characterise the soundscape of Cala di Santa Maria (Montecristo Island, Tuscan Archipelago, Italy) during 13 September-2 December 2020, within a highly protected marine area. Recordings were collected using an autonomous recorder SoundTrap ST300 Digital Sound Recorder (Ocean Instruments NZ) operating on a 5 min on/25 min off duty cycle, yielding 3,493 audio segments and 17,465 minutes (≈291 h) of effective recording time. Audio-visual inspection of the full dataset resulted in 7,162 acoustic events, including 4,315 biological detections. Fish vocalisations accounted for 46.9% of total detections, delphinids for 12.1%, and Mediterranean monk seal (Monachus monachus) for 1.1%, while anthrophony and geophony represented 20.6% and 9.6%, respectively. Spectrographic analyses revealed high morphological diversity in fish sounds, grouped into (i) multi-pulse impulsive trains (UFPS/“kwa”, UFPS >850 Hz, LFPT, rLPS, MFPT) and (ii) frequency-modulated downsweep signals (downsweep complex: DS, DSS, LT), with distinct spectral and temporal features. A two-dimensional NMDS ordination provided a good fit (stress = 0.065) and showed clear clustering by acoustic category. PERMANOVA indicated a strong category effect on multivariate structure (R² ≈ 0.80, p = 0.001), interpreted cautiously due to significant heterogeneity in within-group dispersion (betadisper). Diel and seasonal patterns were assessed using negative binomial GLMs with an effort offset: several fish categories (e.g., UFPS and downsweep) displayed combined effects of sun phase and month, whereas others showed mainly diel modulation or no robust temporal trend. Delphinids exhibited a significant diel effect, while monk seal detections were best supported by the null model; nonetheless, descriptive evidence suggested increased monk seal detections towards the end of the monitoring period, consistent with an ecologically relevant autumn window for the species. The results depict a Mediterranean coastal soundscape dominated by fish biophony but with non-negligible contributions from geophony and boat traffic, potentially overlapping with low-frequency biological signals. This thesis highlights the utility of PAM for soundscape characterisation and for detecting elusive and high conservation concern species in protected areas, providing a baseline for future integrated monitoring and acoustic management at Montecristo.

Il paesaggio sonoro marino integra contributi biologici (biofonia), fisici (geofonia) e antropici (antropofonia) e rappresenta un indicatore utile per descrivere lo stato e la dinamica degli ecosistemi costieri. In questa tesi è stato applicato il monitoraggio acustico passivo (PAM) per caratterizzare il soundscape di Cala di Santa Maria (Isola di Montecristo, Arcipelago Toscano) nel periodo tra il 13 settembre e il 2 dicembre 2020, in un contesto di elevata tutela. Le registrazioni sono state effettuate con un registratore autonomo SoundTrap ST300 Digital Sound Recorder (Ocean Instruments NZ; duty cycle 5 min on/25 min off), per un totale di 3493 file audio e 17 465 minuti (≈291 h) di registrazioni effettive. L’analisi audio-visiva ha prodotto 7162 eventi acustici, di cui 4315 biologici: le vocalizzazioni ittiche hanno rappresentato il 46.9% dei rilevamenti totali, i delfinidi il 12.1% e Monachus monachus l’1.1%, mentre antropofonia e geofonia hanno contribuito rispettivamente al 20.6% e 9.6%. Le analisi spettrografiche hanno evidenziato una elevata diversità morfologica dei segnali ittici, raggruppati in treni impulsivi multi-impulso (UFPS/“kwa”, UFPS >850 Hz, LFPT, rLPS, MFPT) e segnali a modulazione discendente (downsweep complex: DS, DSS, LT), con parametri spettrali e temporali distinti. L’ordinamento NMDS ha mostrato una buona rappresentazione bidimensionale (stress = 0.065) e una chiara separazione tra categorie; la PERMANOVA ha indicato un forte effetto della categoria acustica (R² ≈ 0.80, p = 0.001), interpretato con cautela alla luce di differenze significative nelle dispersioni (betadisper). I pattern circadiani e stagionali sono stati analizzati con modelli lineari generalizzati a distribuzione binomiale negativa con offset dello sforzo: alcune categorie ittiche (es. UFPS e downsweep) hanno mostrato modulazione congiunta di fase del giorno e mese, mentre altre hanno evidenziato prevalentemente effetti circadiani o assenza di tendenze robuste. Per i delfinidi è emersa una modulazione circadiana significativa, mentre per la foca monaca il modello nullo ha ricevuto maggiore supporto; tuttavia, la distribuzione descrittiva suggerisce un incremento dei rilevamenti verso la parte finale del periodo di monitoraggio, ecologicamente coerente con una finestra autunnale potenzialmente rilevante per la specie. I risultati descrivono un soundscape costiero mediterraneo dominato dalla biofonia ittica ma influenzato in modo non trascurabile da geofonia e traffico nautico, con potenziale sovrapposizione nelle basse frequenze. La tesi evidenzia l’efficacia del PAM per documentare la struttura del paesaggio sonoro e per rilevare specie di alto interesse conservazionistico ed elusive in aree protette, come la foca monaca, fornendo una base per futuri monitoraggi integrati e per la gestione acustica del sito.