3種機場常用驅鳥聲源驅鳥效果比較

劉艷艷，金麟雨,2，關 爽,3，李舒萌，張若璟，李東來*

(1.遼寧大學生命科學院，遼寧沈陽 110036;2.四川省機場集團有限公司成都天府國際機場分公司，四川成都 641419;3.吉林省民航機場集團有限公司，吉林長春 220100;4.沈陽桃仙國際機場股份有限公司，遼寧沈陽100043;5.遼寧大學物理學院，遼寧沈陽 110036)

鳥擊(bird strike)指飛機等航空器在空中飛行時與鳥類發(fā)生碰撞所產生的事故[1]。隨著航空業(yè)的發(fā)展及機場環(huán)境中鳥類的增加，鳥擊事故發(fā)生率逐年上升，隨之帶來的經濟損失逐年增加，飛行安全問題日益突出[2]。鳥擊每年給全球航空業(yè)造成至少10億美元的損失，截至2019年11月11日，鳥擊已造成534人死亡[3]。因此迫切需要采取有效的防范措施來預防鳥擊。由于鳥擊大多發(fā)生在飛機起飛和降落階段，機場責任區(qū)內的有效驅鳥措施是減少鳥擊發(fā)生的關鍵[4]。

借助聲信號的聲學驅鳥是目前國內外機場廣泛使用的驅鳥手段。我國最初的聲學驅鳥是運用獵槍、鞭炮、煤氣炮等響聲驅趕鳥類。隨著技術的發(fā)展，音頻驅鳥器的種類越來越豐富[5]，其中定向聲波驅鳥器是近年來興起的一種新型驅鳥設備，具有指向性強、可靈活調整驅鳥聲源等特點[6]。常用的驅鳥聲源包括機械噪音、鳥類的報警鳴聲、遇險鳴聲、猛禽鳴聲等。研究表明機械噪音對鳥類具有驅趕效果，當持續(xù)播放與鳥類叫聲頻率相近的噪音，可干擾鳥類的聲音交流，迫使鳥類離開機場區(qū)域[7]。但也有研究認為鳥類更容易對單調的機械噪音產生適應，從而出現習慣化問題[8]。

報警鳴聲和遇險鳴聲是一類具有生物學信息的聲學信號，被廣泛應用于驅鳥作業(yè)[9]，研究發(fā)現報警鳴聲和遇險鳴聲對加拿大黑雁(Brantacanadensis)具有較好的驅趕效果，可使田納西州的加拿大黑雁數量減少71%[10]。另外，研究認為報警鳴聲具有較好的跨物種間傳播，如在白眉絲刺鶯(Sericornisfrontalis)和壯麗細尾鷯鶯(Maluruscyaneus)的研究發(fā)現，二者對彼此的報警鳴聲均具有反應[11]。猛禽鳴聲是鳥類在領域競爭和打斗過程中發(fā)出的聲音，對雀形目等易捕食鳥類具有較好的驅趕效果，但也會存在明顯的種群間差異[12]。

關于相應聲源的驅鳥效果已有一些報道[13]，但系統(tǒng)比較不同聲源驅鳥效果的研究仍較少。為探究上述3種常見驅鳥聲源的驅趕效果，筆者選擇2種鳩鴿科鳥類(家鴿Columbaliviadomestica和山斑鳩Streptopeliaorientalis)為研究對象，比較2種鳥類在3種音頻下的警戒行為。鳩鴿科鳥類是國內多數機場重點防范的物種[14-16]，其中家鴿是典型的人工養(yǎng)殖鳥類，對環(huán)境噪音等人為干擾具有較強的耐受性，且可能缺乏識別其他物種的報警鳴聲和猛禽鳴聲的能力，山斑鳩是常見的野生鳥類，對報警鳴聲和猛禽鳴聲具有較強的敏感性。該研究可為機場驅鳥聲源優(yōu)化和選擇提供重要參考。

1 研究地概況與研究方法

1.1 研究地及研究物種概況沈陽桃仙國際機場距離沈陽市區(qū)20 km，位于沈陽市東陵區(qū)桃仙鎮(zhèn)(123°23′E、41°38′N)。整個機場占地面積3 820 000 m2，建有T1、T2、T3 3座航站樓。桃仙機場位于遼東丘陵和遼河平原之間的過渡地帶，海拔48～65 m，屬溫帶濕潤季風性氣候，全年平均氣溫7.8 ℃，夏季多西南風和南風，冬季多西北風和北風，年降水量685.1 mm。機場周邊林地、荒地和村鎮(zhèn)較多，山斑鳩和家鴿種群數量較大，是機場的重點威脅物種[17]。

1.2 定向聲波驅鳥器定向聲波驅鳥器來源于美國LRAD Corporation 公司，型號是LRAD音銳達1000X型，最大聲壓為153 dB，調整為隨機播放模式，持續(xù)播放驅鳥聲源1 min。驅鳥聲源包括20種機械噪音、12種猛禽鳴聲和8種鳥類報警鳴聲(具體聲學參數見表1；典型語圖見圖1)。其中猛禽鳴聲為紅隼(Falcotinnunculus)、紅腳隼(Falcoamurensis)、雀鷹(Accipiternisus)、蒼鷹(Accipitergebtilis)、鷹鸮(Ninoxscutulata)等12種鳥類的領域鳴叫聲，報警鳴聲來源于當地的優(yōu)勢種紅嘴鷗(Larusridibundus)、禿鼻烏鴉(Corvusfrugilegus)、山斑鳩(Streptopeliaorientalis)、紅尾伯勞(Laniuscristatus)、喜鵲(Picapica)、斑鶇(Turdusnaumanni)等8種鳥類的報警鳴聲。機械噪音是人工合成的無規(guī)律的聲音信號。

表1 不同驅鳥聲源的聲學參數

圖1 典型報警鳴聲(A)、猛禽鳴聲(B)、機械噪音(C)聲譜圖Fig.1 Spectrogram of typical alarm calls (A),raptor songs(B),mechanical noise (C)

1.3 受試鳥類的預處理及試驗設計供試山斑鳩來自桃仙機場飛行區(qū)網捕個體；家鴿是鴿戶放養(yǎng)型信鴿，購買于沈陽萬柳塘花鳥魚市場。試驗前將所有個體置于飼養(yǎng)籠內12 h以上以適應新環(huán)境，遮蓋籠體減少人為干擾，并提供足量的食物和水。在2018年9月至2019年6月進行試驗，所有試驗在08:00—10:00進行，該時間段內機場起降航班相對較少，以降低飛機起降對鳥類行為的影響。

試驗開始時，選取精神狀態(tài)良好的個體分為試驗組和對照組進行試驗。研究共包括野生山斑鳩15只，信鴿17只，每只個體重復進行3組試驗和1次靜止狀態(tài)的空白對照。將鳥類置于除觀察面外均用黑布遮蓋的鳥籠內(1 m×1 m×1 m)，試驗組鳥籠放置在距離定向聲波驅鳥器50 m處，空白對照組鳥籠放置在機場飛行區(qū)內，對受試者鳥籠分別播放猛禽鳴聲、報警鳴聲和機械噪音1 min，試驗開始前先讓鳥類對周圍環(huán)境預適應5 min。觀察者在50 m外使用BOSMA(8×42倍)雙筒望遠鏡觀察，并利用小蟻運動相機錄制視頻，記錄鳴聲播放后1 min內鳥類的行為反應。鳥類的警戒行為指的是鳥類將頭部抬起，左右張望觀察的行為。警戒頻次以1 min內警戒行為發(fā)生的次數(次/min)表示，警戒行為時長比例以警戒行為的總時長占觀測時長的比例(%)表示。在試驗期間關閉試驗籠附近其他驅鳥設備，避免對鳥類行為產生影響。每組試驗間隔10 min，以降低鳥類的應激反應。試驗結束后，駕車載其離開機場飛行區(qū)域，在距離機場10 km外的區(qū)域放生。

1.4 數據處理從視頻中提取鳥類的警戒行為持續(xù)時長和警戒頻次作為驅鳥聲源效果的評價指標。使用SPSS 26.0軟件進行分析，所有數據進行單樣本K-S檢驗(One-sample Kolmogorow-Smirnov test)來檢測數據是否符合正態(tài)分布，如果符合，利用單因素方差分析(ANOVA)來比較山斑鳩和家鴿在3種驅鳥聲源的作用下警戒行為之間的差異，并利用LSD(least significance difference)法對不同驅鳥聲源作用下的警戒行為參數進行兩兩比較。此外，采用配對樣本t檢驗比較3種聲源作用下試驗組與空白對照組鳥類警戒頻次和警戒時間比例的差異。

所用統(tǒng)計分析選擇雙側檢驗，顯著性水平(P)設置為0.05，當*P<0.05時，為差異顯著；**P<0.01為差異極顯著；P>0.05則差異不顯著。平均值數據以平均值±標準差(Mean ± SD)表示。

2 結果與分析

2.1 3種驅鳥聲源對家鴿警戒行為的影響3種驅鳥聲源對家鴿警戒頻次的影響見圖2a。與空白對照組相比，機械噪音(t=-7.651，DF=16，P<0.01)、猛禽鳴聲(t=-6.315，DF=16，P<0.01)、報警鳴聲(t=-11.429，DF=16，P<0.01)3種驅鳥聲源均極顯著提高了家鴿的警戒頻次。另外，機械噪音、猛禽鳴聲和報警鳴聲3種驅鳥聲源對家鴿警戒頻次的影響也存在極顯著差異(F2,16=8.642，DF=2，P<0.01)，與機械噪音和猛禽鳴聲相比，報警鳴聲作用下家鴿的警戒頻次極顯著提高(P<0.01)，機械噪音與猛禽鳴聲對家鴿警戒頻次的影響無顯著差異(P=0.765，圖2a)。

3種驅鳥聲源對家鴿警戒時長比例的影響見圖2b。家鴿在機械噪音(t=-6.980，DF=16，P<0.01)、猛禽鳴聲(t=-5.770，DF=16，P<0.01)和報警鳴聲(t=-12.146，DF=16，P<0.01)作用下的警戒時長比例極顯著高于空白對照組，表明3種驅鳥聲源極顯著提高了家鴿的警戒時長比例。另外，家鴿在機械噪音、猛禽鳴聲、報警鳴聲3種驅鳥聲源作用下的警戒時長比例(F2,16=6.538，DF=2，P<0.01)存在極顯著差異，在報警鳴聲作用下的警戒時長比例極顯著高于機械噪音和猛禽鳴聲(P<0.01)。在機械噪音與猛禽鳴聲的作用下，家鴿警戒時長比例不存在顯著差異(P=0.408，圖2b)。

注：*表示差異顯著(P<0.05);** 表示差異極顯著(P<0.01)Note:* showed significant difference at 0.05 level;** showed extremely sigrificant difference at 0.01 level圖2 家鴿在不同驅鳥聲源作用下的警戒行為頻次(a)、警戒時間比例(b)Fig.2 The frequencies of vigilance behavior (a) and the proportion time of vigilance (b) of pigeons under different bird repellent sound sources

2.2 3種驅鳥聲源對山斑鳩警戒行為的影響3種驅鳥聲源對山斑鳩警戒頻次的影響見圖3a。在機械噪音(t=-7.427，DF=14，P<0.01)、猛禽鳴聲(t=-12.848，DF=14，P<0.01)、報警鳴聲(t=-14.158，DF=14，P<0.01)3種驅鳥聲源影響下的山斑鳩警戒頻次極顯著高于空白對照組。同時，機械噪音、猛禽鳴聲和報警鳴聲3種驅鳥聲源對山斑鳩警戒頻次影響也存在極顯著差異(F2,14=49.662，DF=2，P<0.01)。報警鳴聲作用下山斑鳩的警戒頻次極顯著高于猛禽鳴聲和機械噪音(P<0.01)，猛禽鳴聲作用下山斑鳩的警戒頻次極顯著高于機械噪音(P<0.01,圖3a)。

山斑鳩在機械噪音(t=-11.384，DF=14，P<0.01)、猛禽鳴聲(t=-18.340，DF=14，P<0.01)、報警鳴聲(t=-18.562，DF=14，P<0.01)的作用下警戒時長比例極顯著高于對照組。表明3種驅鳥聲源對家鴿的警戒行為均有極顯著影響。另外，山斑鳩在機械噪音、猛禽鳴聲、報警鳴聲3種驅鳥聲源作用下警戒時長比例也存在極顯著差異(F2,14=63.186，DF=2，P<0.01)。報警鳴聲作用下山斑鳩的警戒持續(xù)時長比例極顯著高于猛禽鳴聲和機械噪音(P<0.01)，猛禽鳴聲作用下山斑鳩的警戒持續(xù)時長比例極顯著高于機械噪音(P<0.01，圖3b)。

注：*表示差異顯著(P<0.05);** 表示差異極顯著(P<0.01)Note:* showed significant difference at 0.05 level;** showed extremely sigrificant difference at 0.01 level圖3 山斑鳩在不同驅鳥聲源作用下的警戒行為頻次(a)、警戒時長比例(b)Fig.3 The frequencies of vigilance behavior (a) and the proportion time of vigilance (b) of mountain turtledove under different bird repellent sound sources

3 討論

該研究結果表明，機械噪音、猛禽鳴聲、報警鳴聲3種驅鳥聲源對家鴿和山斑鳩的警戒行為均具有較明顯的干擾效果。2組試驗結果表明，報警鳴聲對家鴿和山斑鳩的干擾效果最好。鳥類的報警鳴聲是鳥類察覺到威脅時向其他個體發(fā)出的含有危險信息的報警信號，鳥類在聽到播放的報警鳴聲后通常會立即逃離。因此，報警鳴聲對鳥類驅趕具有較好的效果，是音頻驅鳥措施中優(yōu)先選擇的音源。報警鳴聲在驅鳥聲源中可廣泛應用的另一個原因是物種間存在較好的通用性，如在白眉絲刺鶯(Sericornisfrontalis)和壯麗細尾鷯鶯(Maluruscyaneus)的研究發(fā)現，2種鳥對彼此的報警鳴聲均會作出反應[18]。鳥類報警鳴聲具有較好種間通用性的原因包括：①大多數鳥類(如大山雀、燕雀、烏鶇)的報警鳴聲結構類似，任意一種鳥類的報警鳴聲都可能會對其他鳥類的警戒行為產生影響[19]；②生活在同一地區(qū)鳥類具有相同的天敵威脅，如果報警鳴聲中包含天敵特征的信息，進化形成的報警鳴聲更一致，出現報警鳴聲的趨同進化[18]；③報警鳴聲代表一種瞬間的高風險信號，識別和學習其他物種的報警信息對提高物種的存活率和適合度具有重要作用，也是受自然選擇重點塑造的行為適應模式[20]。另外，在自然狀態(tài)下鳥類對報警鳴聲的接觸機會較少，進而導致報警鳴聲不容易被習慣化，因此，這也是報警鳴聲具有較好驅鳥效果的一個重要原因。

猛禽鳴聲對家鴿和山斑鳩的干擾效果明顯差于報警鳴聲。野外很多捕食者依靠秘密行動和突然襲擊來攻擊獵物，因此，捕食者的聲音信息，在自然情況下不太容易被獵物識別。而捕食者的求偶或領域標記鳴叫等通常作用對象為同種個體，這些信息不代表瞬間的捕食風險，較難被其他物種行為固定下來[12]。然而，對猛禽鳴聲和機械噪音的比較發(fā)現，家鴿沒有表現出明顯的警戒行為差異，但山斑鳩對猛禽鳴聲的反應強度明顯強于機械噪音。2種鳥類同屬鴿形目鳩鴿科，但家鴿屬于人工飼養(yǎng)鳥類，遇見猛禽的概率較低，可能使得它對猛禽的叫聲不敏感。山斑鳩作為野生鳥類，處于野外環(huán)境，對紅隼等猛禽等的鳴聲更為敏感。

播放機械噪音也會顯著提高家鴿和山斑鳩的警戒頻次和警戒時長比例。這可能主要是以下2個原因：①噪音影響了鳥類的聲音交流，由于無法正確察覺環(huán)境中其他個體發(fā)出的警戒、個體識別等通訊鳴聲，導致鳥類選擇盡快逃離[21]。②機械噪音作為一種人工合成的聲音信號，對很多鳥類來說是一種“新奇”的聲源，也會導致鳥類產生應激性的行為反應。

但對比機械噪音和其他聲音發(fā)現，機械噪音對山斑鳩警戒行為的影響顯著小于其他聲音。這與前人的研究結果一致，研究發(fā)現相比于煙火的響聲，加拿大黑雁對捕食者的鳴聲產生更強烈的反應[22]。習慣化是機場聲波驅鳥普遍面臨的問題，特別是鳥類長期暴露在有規(guī)律的機械噪音環(huán)境中。鳥類對驅鳥聲源的反應強度會逐漸降低，而產生習慣化，甚至完全適應[8]。這是因為在持續(xù)的噪音刺激下，鳥類可以調整其他行為方式，如大山雀(Parusmajor)提高鳴聲頻率以降低噪音對其通訊的影響[23]。

綜上所述，研究發(fā)現3種驅鳥聲源均產生較好的驅鳥效果，其中，報警鳴聲的驅鳥效果最好。針對野外鳩鴿類等常被捕食的鳥類，猛禽鳴聲的驅鳥效果顯著。機械噪音也具有一定的驅鳥效果。建議在機場的驅鳥聲源中，應提高鳥類報警鳴聲的種類和數量，同時，為了降低單一聲源的習慣化問題，可以盡量豐富驅鳥聲源類型，也可以通過聲音優(yōu)化和編輯來獲取更多、效果更好的驅鳥聲源。

4 結論

報警鳴聲在3種驅鳥聲源中驅鳥效果最好，主要是由于報警鳴聲在物種之間具有通用性，且不容易被鳥類熟知。猛禽鳴聲的驅鳥效果次之，主要對野生鳥類有作用，人工飼養(yǎng)鳥類由于對猛禽遇見率較低，所以猛禽鳴聲對其驅趕效果不如野生鳥類。機械噪音因其規(guī)律性較強，在實際應用中容易被鳥類習慣。相比于其他同類型研究，該研究的鳴聲種類較多，試驗鳥類為許多機場重點威脅鳥種，為機場有效驅鳥提供理論依據，建議在機場的驅鳥聲源中，應提高鳥類報警鳴聲的種類和數量。