云南大山包自然保護區人為噪聲分布預測及其對黑頸鶴的潛在影響

許曉青 馮婧婕 孔德軍

1 概述

噪聲常常被視為環境背景聲音，包括地理音(如強風聲、火山噴發聲和地震聲)、生物音(鳥叫和蟲鳴等)和人類音(人類活動或設施所產生的聲音，如交通聲和機器轟鳴聲等)[1]，會掩蓋有意的聲音信號。由于噪聲遮蓋效應的影響，易導致動物個體間信息交流的失敗和有意聲學通信的中斷，影響覓食行為、捕食者-獵物種間關系、繁殖成功率和種群密度[2]。大量證據表明，人為噪聲(多為低頻聲音)以多種方式影響著動物的交流，甚至引起鳥類鳴聲或行為的改變[3-6]。為躲避城市日間高環境噪聲的干擾，英國的歐亞鴝(Erithacus rubecula)將其日間的鳴唱轉移至夜晚[3]。在高噪聲的環境中，北美地區的歌帶鹀(Melospiza melodia)提高了低頻(1～4kHz)鳴唱音素(note)的最低頻率，同時降低了低頻鳴唱的能量分配，以克服同樣低頻人為噪聲的遮蔽[4]；同樣現象在大山雀(Parus major)種群中亦有發現[5]。理論分析揭示：背景噪聲每增加1dBA，將導致動物21%初始聽域的減少；若噪聲增加3dBA，動物可偵測范圍將縮減一半[6]。對依靠聲音捕食的動物而言，這種影響無疑是顯著的。對棕櫚鬼鸮(Aegolius acadicus)的研究發現，環境噪聲每增加1dBA，其對獵物的偵測、突襲和捕食成功率分別下降了11%、5%和8%[7]。由此可見，噪聲會大大降低動物的聽力范圍和野生動物獲取信息的能力。

上述環境噪聲中對動物干擾最為顯著的便是交通噪聲[8]。相應地，動物通過修改聲學特性或遷移以應對交通噪聲產生的遮蔽效應。荷蘭開展的研究發現將近60%的鳥類在道路附近的數量減少，逃避交通噪聲是鳥類數量減少的重要原因[9]，且低頻鳴叫的鳥類比高頻鳴叫的鳥類離道路更遠[10]。國外關于人為噪聲對野生動物的影響研究始于20世紀90年代，從無脊椎到脊椎動物、從水生到陸生動物皆有所涉及[11]，然反觀中國的相關研究竟然寥寥無幾，僅有少數研究團隊開展了陸生蝙蝠[12-13]和嚙齒類[14]、水生鯨豚類[15-16]的相關研究，對以鳴叫見長的鳥類竟也鮮有涉及。然而，眾多工程建設及運行所產生的環境噪聲及其對野生動物的影響是環境影響評價的重要內容之一，同時也是野生動物保護、管理及保護地規劃設計的重要研究內容，國外眾多保護地已基于科學研究開展了相應的保護管理工作[17]，國內相關研究尚未見諸報道。

本研究率先在國內開展自然保護地環境噪聲的調查、預測，并試圖分析其對主要保護目標的潛在影響。本文以云南大山包國家級自然保護區為例，擬研究保護區內環境噪聲的組成和強度，并模擬預測其在整個保護區內的影響范圍和程度，最終評估環境噪聲對該保護區主要保護對象國家一級重點保護動物黑頸鶴的可能影響。本研究可以為國內保護地噪聲環境調查、監測提供參考，亦有助于基于噪聲管理的保護地規劃設計和野生動物保護管理。

2 研究方法

2.1 研究區域和研究對象

本研究于云南大山包黑頸鶴國家級自然保護區(簡稱“大山包保護區”)開展。大山包保護區位于云南省東北部，昭通市昭陽區西部的大山包鄉，總面積19 200hm2，以黑頸鶴及其越冬棲息的亞高山沼澤化草甸為主要保護對象。大山包保護區始建于1990年，為市級，1994年升級為省級，2003年成立國家級自然保護區，2004年列入國際重要濕地名錄。

大山包保護區是黑頸鶴東部種群的重要越冬地、遷徙停歇地和集散地，黑頸鶴數量已從保護區建立初期的200只左右，增長至目前的1 300只左右。保護區境內的高原湖泊、沼澤為黑頸鶴提供了重要的夜宿地，而廣闊的耕地、沼澤、亞高山沼澤化草甸和草甸為黑頸鶴提供了重要的覓食地[18]。保護區內有大海子、跳墩河、勒力寨和燕麥地4個水庫，而黑頸鶴只在大海子、跳墩河的小海壩和長會口，以及距離勒力寨水庫直線距離1.6km的殷家碑海子夜宿。大海子為最大的黑頸鶴夜棲地，此處還建有供游客觀看黑頸鶴的建筑——觀鶴隧道和觀鶴屋。觀鶴隧道總建筑面積約為1 200m2，平面呈“U”形，主體為掩土建筑，在局部地區建有2層玻璃房，凸出于地表之上，為觀鶴屋。觀鶴隧道最大容量為200人左右，游客多聚集于此，為大山包游客噪聲的主要聲源地。大山包內道路亦對游客開放，連通主要景點如大海子、跳墩河片區的仙人田和雞公山，有較多的旅游車輛通行，構成大山包的主要交通噪聲。

黑頸鶴為一種大型涉禽，體長110～120cm，體重4～6kg，全球種群數量約為10 000～10 200只，且呈下降趨勢[19]。黑頸鶴主要的日間覓食區為夜棲地周邊2km范圍的農田、草地和沼澤生境[20]。黑頸鶴日常發出6種短鳴叫，包括通信鳴叫、起飛鳴叫、報警鳴叫、保衛鳴叫、聚攏鳴叫及交配前鳴叫，各類鳴叫行為對應的頻率不同，而噪聲可能對不同鳴叫產生差異化的干擾[21]。目前，未開展過環境噪聲對黑頸鶴生態影響的相關研究。

2.2 數據收集與模擬

2.2.1 聲音收集與測量于2020年1月5—11日，使用iDAQ2022聲音數據采集卡，外接手機進行環境聲音的采集和存儲。于大海子觀鳥隧道采集游客活動聲音及黑頸鶴鳴叫，聲音采集時設備探出觀鶴隧道60cm，距離黑頸鶴100～200m，且于微風(風力小于3級)時進行。使用TES-1357型聲級計沿公路測量各類交通工具的聲級，每次測量持續1min，并計算等效聲級。通過快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)，于Audition軟件中對聲音的頻譜進行分析。對于停車場、隧道等有幾何邊界的空間采用幾何中心法進行聲級測量。

2.2.2 交通噪聲空間分布模擬

研究使用GIS和交通噪聲模擬軟件CadnaA對交通噪聲的空間分布進行模擬。先基于整個交通網絡，采用GIS緩沖區法進行區域噪聲影響范圍模擬。由于我國仍未有關于自然保護地噪聲上限的規定，參照歐盟于2002年頒布的環境噪聲導則(END 2002/49/EC)[22]中寂靜地標準為50dBA，以及美國國家公園局自然寂靜40dBA的交通噪聲影響標準[8]，將此作為黑頸鶴不受人工噪聲影響的閾值。根據噪聲衰減規律，換算得交通噪聲衰減至閾值40dBA的最大距離為1 000m。然后疊加基于MaxEnt物種分布模型構建的黑頸鶴潛在分布的區域[20]，預測出交通噪聲對黑頸鶴夜棲地和日間覓食地的影響。大山包保護區有大海子、小海壩、長會口和殷家碑海子4處黑頸鶴夜棲地，其中大海子和跳墩河區域是黑頸鶴夜棲、覓食最多的2片區域，故基于GIS模擬出的受影響范圍，再利用CadnaA對其進行更為精準的交通噪聲模擬。

大海子模擬范圍為3 000m×2 500m，其西側有一條寬約6m的瀝青道路，為保護區的主要道路之一。平均車速為40km/h。從保護區交管站獲得晝夜間的車流量占比為5:3(輛)；大小車車種比為1:9.9(輛)。此外，大海子區有一處面積約為1 100m2的停車場，是保護區內的交通樞紐。停車場人車交匯混行，交通狀況較為復雜。此外，此處有約3～4戶村民和保護區管理站。小海壩和長會口夜棲地同處于跳墩河水庫邊緣，該區域噪聲模擬范圍為4 900m×4 900m。環跳墩河水庫有一條寬6m的機動車道和2條4m左右的鄉道，平均車速為20km/h左右。交管所提供晝夜間的車流量占比為10:3(輛)；大小車車種比為1:9.9(輛)。水庫北、南和東北側共有5個村落。

在CadnaA模擬中所輸入的參數包括路面系數、總車流量、晝夜車流比和大小車車種比。在模擬前進行了地形高程和重要設施(如觀鳥隧道、路邊基礎設施)建模。CadnaA計算基于國際標準化組織規定的《戶外聲傳播的衰減的計算方法》ISO 9613—2:1996，依據傳播算法，在考慮地形、地面對聲音的吸收，大氣中聲能的自然衰減，以及幾何形狀引起的傳播損失的基礎上，計算從道路發出的聲波到指定接收點的聲音損失。模擬結果為研究范圍內每間隔20m所覆蓋的網格接收器所生成的聲壓級值，所顯示的是24h內基于交通流量的平均聲音網格[23]。

2.2.3 游客噪聲模擬

根據游客在景區內的不同旅游活動，將游客噪聲分為3類：旅游交通噪聲(聲源地為道路，帶狀聲源)、游客交談聲(聲源地為觀鶴屋，點狀聲源)和混合噪聲(聲源地為大海子停車區，點狀聲源)。大海子區域是黑頸鶴在大山包保護區的主要夜棲地，也是保護區核心區內唯一一處對游人開放參觀黑頸鶴的景點，游客在此區域發生的活動有停留、交談、觀鶴及拍照等。由于此處是游客活動對黑頸鶴干擾較大的片區，也是交通噪聲與游客噪聲存在疊加的區域，故選取此處進行游客噪聲模擬。

實地監測3類游客噪聲聲級值，并基于END 2002中的換算標準[22]，對實測聲級進行緩沖距離換算。首先將實測聲級換算為聲能，而聲能的倍數即可反映緩沖距離的倍數。聲級與聲能的換算公式為：LP=20×lgP/P0。其中，LP為聲級；P為聲壓值；P0為單位聲音的聲壓，為恒定常數2×10-5Pa。基于END 2002，確定本文目標聲源的緩沖距離，即此距離之內環境噪聲聲級高于寂靜地標準(40dBA)。此處通過模擬可以進一步為設置不影響黑頸鶴的安全觀鶴距離和條件提供依據。

3 研究結果

3.1 交通噪聲及其分布

調查發現，大山包保護區內可見大貨車、柴油車、面包車、摩托車、小轎車和觀光車等各類交通工具，實測計算其等效聲級分別為82、75、70、80、50和40dBA；擁有1輛觀光車的停車場聲級為73dBA。可見，除觀光車外其余所有交通工具所產生的噪聲水平皆高于歐盟自然保護地寂靜地水平。

圖1 大山包保護區交通噪聲的模擬分布(馮婧婕繪，許曉青攝)

通過GIS緩沖區距離方法模擬出大山包保護區內交通噪聲的空間分布(圖1)，可見黑頸鶴在保護區內的4個夜棲地大海子、小海壩、長會口和殷家碑海子皆受到交通噪聲的影響。黑頸鶴日間覓食地也基本被交通噪聲覆蓋。較為明顯的區域主要表現在夜棲地周邊，尤其是途經大海子、殷家碑海子的道路兩側(圖1中點1和點4)及繞跳墩河一圈(圖1中點2)。

CadnaA模擬的大海子黑頸鶴夜棲地區域交通噪聲強度為35～50dBA(圖2)。此處也是觀鶴屋和觀鶴隧道所在地，常有大量游客聚集，因此除了受交通噪聲的干擾外，還受觀鳥屋中游客噪聲的干擾。經模擬，跳墩河水庫周邊黑頸鶴夜棲地(小海壩和長會口)環境噪聲皆為40dBA以下(圖3)，受交通噪聲影響較小。

3.2 游客噪聲及其分布

調查中實際測得游客相關的旅游交通噪聲、游客交談聲和停車場平均噪聲聲級分別為80、78和73dBA，根據聲能和聲級換算關系公式及歐盟噪聲緩沖區標準①，計算出以上3種游客噪聲的影響范圍(緩沖距離)分別為800～1 000、480～850和150～220m。進一步對不同場景下(強干擾和弱干擾)3種噪聲源及其疊加影響范圍進行計算。發現道路噪聲由70dBA升至80dBA時，影響范圍由800m升至1 000m；游客噪聲由75dBA(相當于30人產生的噪聲，單人的噪聲約為60dBA)增加至80dBA(相當于80人產生的噪聲)時，其影響范圍從480m增至850m。而當停車場噪聲從1輛車的瞬間噪聲值約為72dBA變為2輛車的75dBA時，影響范圍變化不明顯。當3種噪聲相互疊加時，其影響范圍明顯增加(表1)。可見，大海子區域交通噪聲影響范圍最大，觀鳥屋游客噪聲影響次之，停車場噪聲影響范圍較小。黑頸鶴夜棲地受到游客噪聲與道路交通噪聲的雙重影響，聲環境質量不理想，無論是在噪聲較弱還是較強的情況下，大海子作為黑頸鶴的重要夜棲地都不符合自然寂靜(＜50或40dBA)的標準。

3.3 噪聲頻譜

通過對大山包保護區采集的人為交通噪聲和游客噪聲的頻譜分析，并與黑頸鶴鳴叫頻譜比較可知，環境噪聲與黑頸鶴鳴叫在470～2 000Hz范圍可產生較大范圍的重疊(表2)。同時對采集于觀鶴隧道中的游客噪聲和黑頸鶴的鳴叫頻譜圖形化展示(圖4)可知：游客聲音對黑頸鶴鳴叫產生了明顯的遮蓋。如圖4中方框所示，相機拍照音、人吹口哨音與黑頸鶴鳴相互疊加在一起，頻率重疊在1 000Hz尤為顯著。

圖2 大海子區域交通噪聲聲級的模擬分布(作者繪)

圖3 跳墩河區域交通噪聲聲級的模擬分布(作者繪)

4 討論與建議

人為干擾對自然保護地的影響已經逐漸成為普遍現象，對于噪聲的有效管理已經成了保護地必須要面臨的問題。基于噪聲對生物行為影響的分析，加強對生態空間的認知與理解十分必要，也能從另一個角度推動目前正在進行的國土空間規劃中的生態空間規劃。本文調查和模擬了云南大山包國家級自然保護區的環境噪聲分布，并對其對珍稀瀕危物種黑頸鶴的潛在影響進行了分析，可為黑頸鶴保護及保護區生境規劃提供參考，同時也為國內類似生境組成的其他保護地(如濕地型或草原型保護地)聲景規劃和物種保護提供有益的借鑒。

模擬顯示，交通噪聲對黑頸鶴日間覓食的大海子緊風埡口、跳墩河、長會口和殷家碑海子區域產生影響。緊風埡口(圖1中點1)為預測中鶴潛在分布較多的區域，這與實際觀測吻合。此處黑頸鶴覓食區在一定程度上會受到交通噪聲的影響，地形的遮擋一定程度上削減了噪聲的影響。長會口區域(圖1中點2)在跳墩河水庫東側，道路交通切分了原本一整片草甸覓食地。由于此處地勢較為平坦，遮蔽效應弱，受交通噪聲影響明顯。燕麥地水庫(圖1中點3)因為其良好的生境條件，水源充足，因此也會有黑頸鶴覓食，但實際觀測和模型預測證實覓食黑頸鶴數量較少。模擬顯示此處受交通噪聲影響較為明顯，與實際觀測基本接近，這可能是導致黑頸鶴在此處覓食數量較少的原因。殷家碑海子(圖1中點4)經模擬受影響較大，此處是黑頸鶴的主要夜棲地之一，同時由于臨近食物源基地，日間鶴群集聚較多，交通噪聲對此處黑頸鶴的影響值得關注。通過CadnaA對交通噪聲進行模擬可知，黑頸鶴最大的夜棲地——大海子由于距道路最近，受交通噪聲影響最顯著，交通噪聲為35～50dBA。除了受交通噪聲的干擾外，也受到觀鳥隧道中游客噪聲的干擾，無論是在噪聲較弱還是較強的情況下，大海子作為黑頸鶴的重要夜棲地都不符合自然寂靜(＜50或40dBA)的標準，總體聲環境質量較差。而位于跳墩河區域的小海壩由于地形較為復雜，地形對噪聲傳播的衰減作用明顯，此處黑頸鶴的夜棲地并未受到太多交通噪聲的影響。

表1 大海子區域不同情景下噪聲影響范圍模擬

研究發現，相對于交通噪聲，游客噪聲具有相對較弱的聲級，緩沖距離也相對交通噪聲來說較小。在實際調查中發現，當有人類談話時，黑頸鶴表現出明顯的警戒和躲避行為，而突然的車輛鳴笛僅會造成黑頸鶴短暫的覓食中斷，但并未出現躲避反應，推測其對人聲更加敏感，未來可進一步研究。綜上可知，大山包保護區的黑頸鶴種群夜棲地和日間覓食地皆處于人為噪聲的影響之下，噪聲將會對黑頸鶴的夜棲行為、日間覓食行為產生顯著影響，結合已有人為噪聲對野生動物的影響研究可推斷出，噪聲將通過影響覓食行為，進一步對黑頸鶴的生境選擇和空間分布產生影響，進而可能影響其種群適合度。基于上述分析，對大山包自然保護地及類似的自然保護地提出噪聲控制與聲環境保護的建議。

1)在自然保護區中，如有道路穿越棲息地，對于道路交通穿越的區域，如確實形成了交通噪聲影響的區域，盡可能地控制交通流量和車速。并在關鍵節點區域設置具有生態性質的噪聲屏障，盡量減少交通噪聲對以黑頸鶴為代表的野生動物的干擾。應保證體現自然寂靜的總體等效聲級(＜40dBA)時間占到全天總時常的2/3。

圖4 游客噪聲與黑頸鶴鳴叫頻譜分布(作者繪)

2)在關鍵區域，如類似大海子這樣的觀鳥者(游客)、交通和社區三者會產生交集的區域，聲能易產生疊加，噪聲傳播范圍較之于單一聲源擴大。應重視觀鳥設施、道路交通及居民設施的規劃布置，盡可能地減少交通來往，注意將停車場與下客點設置在遠離觀鳥處，此距離依據文章模擬研究，至少應設置在距離觀鳥點大于220m的直線距離外(以1輛觀光車產生的噪聲計)。但結合實際觀測黑頸鶴對人類談話聲較為敏感，當于觀鶴隧道中有30人時將產生75dBA的游客噪聲，其影響范圍為480m；而游客增加至80人時可產生約80dBA噪聲，其影響范圍也增至850m。故可對觀鶴設施中的人流進行控制，以減少游客噪聲對黑頸鶴的干擾。

3)對類似大海子觀鳥屋這樣的較近距離的觀鳥設施，在建筑設計上應盡量使用掩體，在觀鳥屋內應合理分區，盡量減少人流活動，從而減少因為人流活動而產生的噪聲。在室內材料選擇中應盡量選擇吸聲效應大的材料。合理安排座椅及過道等設施，保證觀鳥者休息空間，并通過解說教育來引導人們的安靜行為。

4)在保護地規劃中應進一步識別小于40dBA聲源的空間分布與物種生境斑塊的關系，并以此結果作為嚴格保護的前提之一。也應進一步識別大于40dBA，且人為噪聲占據一定比例的區域。在分區管理中應進一步對管理政策中的人類活動行為、時長、容量及強度進行規定。本研究將通過后續回放實驗獲得黑頸鶴生境可接受的影響閾值，并基于此制定相應的保護管理政策。

5)保護地中人類活動所帶來的噪聲干擾已經成為亟待解決的問題，因為具有較為相似的聲音傳播條件，本研究對類似地勢起伏不大、植被覆蓋度不高的濕地型自然保護區中鳥類聲景生態的保護具有一定借鑒意義。通過本研究，建議加強相關研究與數據積累，并在保護地專項規劃中納入聲景保護與監測的相關內容。

表2 各類聲源主要頻率分布表

注釋：

① 歐盟噪聲緩沖區參照為：68～85dBA道路噪聲應設置650～1 000m，80dBA游客噪聲應設置850m，90dBA停車場噪聲應設置1 250m的緩沖距離。