戎彥宇,王春意,鄧 雯,彭 栓,毛國柱,5,*,莫訓(xùn)強

1 天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300350 2 生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心環(huán)境管理研究所,北京 100029 3 天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部,天津 300072 4 華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,唐山 063210 5 天津大學(xué)佐治亞理工深圳學(xué)院綠色建筑與海綿城市科研中心,深圳 518055 6 天津師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,天津 300387

機場鳥擊又稱鳥撞,是指飛機在起飛、飛行和著陸過程中與空中飛行的鳥類相撞所產(chǎn)生的飛行剮蹭或鳥擊征候安全事故[1]。近20年來,我國民航事業(yè)發(fā)展迅速,與此同時鳥擊征候率、剮蹭率和災(zāi)害率持續(xù)上升。鳥擊發(fā)生率上升的原因主要包括：第一,飛行器數(shù)量增加,飛行速度提高；第二,機場及周邊生態(tài)環(huán)境改善,鳥類數(shù)量增加；第三,鳥類保護(hù)工作的實施,人類護(hù)鳥意識增強；第四,飛行器發(fā)動機吸力上升,噪音降低。目前鳥擊防治主要包括傳統(tǒng)物理、化學(xué)、生物方法,其存在短時性和低效性等缺點。本研究主要運用景觀生態(tài)學(xué)理論與生態(tài)安全格局理論為機場重點防控的鳥類進(jìn)行了格局構(gòu)建,根據(jù)機場周邊環(huán)境對重點防控鳥類的影響,模擬其在機場周邊的移動和擴散的廊道,從而識別機場鳥擊防范的重點空間區(qū)域。未來在機場規(guī)劃研究中,可通過此方法對規(guī)劃地塊進(jìn)行鳥擊生態(tài)評估,從機場選址時就降低鳥擊概率[2-3]。

1 研究方法與過程

1.1 研究區(qū)概況

華北地區(qū)某機場地處華北平原東北部(116.62°—118.13°E，6.318°—41.086°N),北依燕山、東臨渤海,受溫帶季風(fēng)影響,呈暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,氣候溫和。機場所在區(qū)域擁有寬廣的沿海灘涂,平原上河網(wǎng)洼淀密布。該機場地處世界鳥類遷徙九大線路之一東亞-澳大利亞候鳥遷飛區(qū)(The East Asian-Australasian Flyway)上,河流濕地資源豐富,是我國鳥類南北遷徙的重要停歇地和中轉(zhuǎn)站?；跐竦厮懡唤绲纳鷳B(tài)系統(tǒng)特點,這些地區(qū)均有較高的物種多樣性[4]。

該機場周邊環(huán)境分布,主要為大面積的城區(qū)、村落、農(nóng)田,河流湖泊資源豐富,零星分布有小面積的林地以及數(shù)量眾多的水塘。機場周邊種植的作物主要有玉米、小麥,少數(shù)區(qū)域種植水稻。機場飛行區(qū)內(nèi)生境主要為跑道、大面積草坪、房屋建筑以及跑道西側(cè)寬80 m的緊急迫降道[5]。

1.2 范圍劃定

圖1 研究范圍劃分圖Fig.1 Research scope division

本研究的范圍有3個尺度,分別以機場最長邊的兩端中點為圓心,以8 km、15 km、20 km為半徑畫圓,取并集得到3個尺度的研究范圍(圖1),分別為重點驅(qū)趕區(qū)范圍、重點防范區(qū)范圍與重點引誘區(qū)范圍。劃分依據(jù)如下：

(1)重點驅(qū)趕區(qū)

根據(jù)《中華人民共和國野生動物保護(hù)法》、《2020野生動物保護(hù)實施條例》、《民用機場鳥情生態(tài)環(huán)境調(diào)查指南》、《民用機場鳥情防范工作評估手冊》等文件內(nèi)容確定8 km為鳥情調(diào)研的規(guī)定范圍,每年必須進(jìn)行鳥情調(diào)研,編制相應(yīng)的報告。8 km范圍屬于重點驅(qū)趕區(qū),需要對鳥類進(jìn)行驅(qū)趕來降低鳥類與飛機發(fā)生碰撞的概率。

(2)重點防范區(qū)

依據(jù)國際民用航空公約《附件十四 機場》、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《民用機場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等有關(guān)凈空管理要求[6],選取15 km為凈空保護(hù)區(qū)范圍半徑,在15—8 km范圍內(nèi),需要對鳥類進(jìn)行避讓,重點關(guān)注鳥類最適宜區(qū)域和飛行路線,避開關(guān)鍵戰(zhàn)略點。

(3)重點引誘區(qū)

根據(jù)飛機最小起飛仰角計算得出飛機飛行高度達(dá)1000 m時相距跑道20 km。1000 m以下高度發(fā)生機場鳥擊事故次數(shù)較多。因此20 km范圍外需要保護(hù)和改善重點鳥類棲息地,將危險范圍內(nèi)的鳥類吸引到20 km范圍外,從而降低鳥擊概率。20—15 km范圍可作為吸引緩沖區(qū),較好的保護(hù)該范圍內(nèi)的鳥類棲息環(huán)境,重點構(gòu)建向20 km范圍外延伸的鳥類廊道,由此把鳥類疏散到20 km范圍外。

根據(jù)對多個機場的調(diào)查走訪得知,飛機飛離跑道15 km時的高度已達(dá)800 m,而基于文獻(xiàn)綜述結(jié)果,本研究所選取的鷺科類、雁鴨類和鷗科類[7-8]的活動高度普遍低于300 m(遷徙季除外)?？梢?在20—50 km范圍內(nèi)的飛機與鳥類沒有飛行路線上的交集,高危鳥類對此范圍內(nèi)飛行的飛行沒有較大威脅,因此在本研究中,該范圍暫時不作為研究與討論的重點。

1.3 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究采用的2017年10 m分辨率的土地利用數(shù)據(jù),由清華大學(xué)提供,該數(shù)據(jù)是基于哨兵影像解譯得到的,結(jié)合2018、2020年30 m分辨率的土地利用數(shù)據(jù)與現(xiàn)場調(diào)研情況,得到的10 m分辨率2020年土地利用柵格數(shù)據(jù),參照GB/T 21020—2017《土地利用現(xiàn)狀分類》將其分為耕地、林地、草地、灌木叢、濕地、河流、建設(shè)用地和裸地八類。高程數(shù)據(jù)來源自網(wǎng)站地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/),下載使用的是GDEMV2 30 m分辨率的數(shù)字高程數(shù)據(jù),并重采樣為10 m分辨率；采用像元二分模型得到植被覆蓋數(shù)據(jù)[9-12]；利用ENVI中的SPEAR工具集(Spectral Processing Exploitation and Analysis Resource)下的“Relative Water Depth”工具對多光譜Landsat8 OLI遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行水深反演,得到研究區(qū)域內(nèi)的相對水深數(shù)據(jù)[13-14]；土壤類型數(shù)據(jù)來源于國家科技基礎(chǔ)條件平臺——國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心——土壤分中心(http://soil.geodata.cn)；道路水系數(shù)據(jù)來源于OSM(http://extract.bbbike.org/)；植被類型數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院生態(tài)系統(tǒng)評估與生態(tài)安全數(shù)據(jù)庫,基于植被分區(qū)的全國植被類型分類方法,研究區(qū)植被被分成灌木、草甸、農(nóng)田植被和喬木四類。

1.4 研究方法

1.4.1層次分析法

層次分析法是將決策問題按照需求進(jìn)行分解,得到從總目標(biāo)到各層子目標(biāo)再到評價準(zhǔn)則,最后到具體實施的方案的結(jié)構(gòu)框架[15]。從下到上,分別求得下一層因子對上一層因子的優(yōu)先權(quán)重,再用加權(quán)求和的方法遞階歸并各備擇方案對總目標(biāo)的最終權(quán)重,此最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。層次分析法的3個基本步驟為：建立研究決策問題的框架結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)建判斷矩陣和計算指標(biāo)權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗[16]。

1.4.2最小累積阻力模型

最小累積阻力模型是用來計算從“源”到“匯”消耗能量最小路徑的模型,整個路徑需要經(jīng)過不同阻力值的景觀[17-18],阻力的大小可以反映適宜程度,阻力越小越適宜。通過比較不同阻力與距離加權(quán)值,選擇與源柵格距離最近、阻力最小的柵格,重復(fù)此過程,將得到的柵格串聯(lián)就可以得到最小阻力距離[19],也就是從“源”到“匯”距離最近、阻力最小的路徑。公式如下：

此函數(shù)為單調(diào)遞增函數(shù),其中的MCR代表需要計算得到的最小累積阻力值；Hij表示從空間任何一點i到源柵格j所需要穿越的距離；Ri表示空間單元的阻力值[20-21]；將二者相乘求和的最小值就是研究需要的最小累積阻力值[21]。

1.4.3景觀生態(tài)學(xué)與生態(tài)安全格局理論

景觀生態(tài)學(xué)(Landscape Ecology)是一個集成了大到全球、小到個體生態(tài)學(xué)等相關(guān)學(xué)科而細(xì)分的專業(yè)學(xué)科,從區(qū)域生態(tài)學(xué)下進(jìn)行再次分級,位于中間等級。景觀生態(tài)學(xué)理論被用于人類活動對生態(tài)環(huán)境與地理環(huán)境的影響的研究中[22-23]。生態(tài)安全格局理論(Security Patterns,簡稱SP),是基于景觀生態(tài)學(xué)理論并借助地理信息系統(tǒng)發(fā)展起來的[19],主要指的是景觀中有一些潛在的生態(tài)系統(tǒng)空間格局,它由景觀中的某些關(guān)鍵局部所處的方位和空間聯(lián)系共同構(gòu)成[18-19]。

1.5 研究過程

1.5.1高危鳥類的選取

根據(jù)全年調(diào)查結(jié)果,2019年8月至2020年10月該機場及周邊地區(qū)的常見鳥類有180種,分別隸屬于17個目,49個科。本研究選取機場周邊分布密集的鷺科類、雁鴨類、鷗科類3類作為研究對象：

(1)鷺科類的選?。?/p>

機場外的鷺類繁殖地距離機場較近,每年夏季繁殖期鳥防壓力大。機場東北方向一處鷺類(白鷺、夜鷺、池鷺、牛背鷺)混群繁殖地在每年夏季達(dá)到繁殖高峰期,且該區(qū)域距離機場僅4km,對機場飛行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[24]。機場驅(qū)鳥隊在日常巡邏中頻繁觀察到鷺類穿越機場,且穿場時間、路線較固定。機場飛行區(qū)內(nèi)生境復(fù)雜,同時周邊地區(qū)鷺類潛在棲息地多,對機場飛行安全威脅大。通過對機場飛行區(qū)調(diào)研可知,機場西側(cè)圍界邊的低洼積水區(qū)和圍繞四周的茂密蘆葦叢、機場南北兩端的廢棄魚塘都給鷺科類棲息提供了條件[25-27]。

(2)雁鴨類的選?。?/p>

機場周邊人工湖泊以及濕地水庫資源豐富,為雁鴨類提供大量遷徙停歇和在本區(qū)越冬的棲息環(huán)境。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,在機場周邊集群越冬的雁鴨類共有8種,包括赤麻鴨、普通秋沙鴨、羅紋鴨、綠翅鴨等,且數(shù)量眾多[28]。

機場外的斑嘴鴨繁殖地較多,分布廣,鳥類集群數(shù)量大。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,機場東北方向10 km處的濕地和外部河道為本區(qū)斑嘴鴨主要集群繁殖地[29]。此外,斑嘴鴨作為本場的常見夏候鳥,分布較零散,各棲息地集群數(shù)量均較多。雁鴨類體型較大,飛行速度快,且機場驅(qū)鳥隊在日常巡邏中頻繁觀察到雁鴨類集小群穿越機場。雁鴨類往往都被各機場列為鳥擊防范的重點高危鳥種,機場航空器若與質(zhì)量較大的雁鴨類發(fā)生碰撞,后果將是災(zāi)難性的[30-32]。

(3)鷗科類的選取：

機場周邊河流以及濕地水庫較多,水生資源豐富,為鷗科鳥類提供大量適宜的棲息環(huán)境以及食物來源。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,在機場周邊越冬的鷗科鳥類共有4種,分別為西伯利亞銀鷗、紅嘴鷗、海鷗與漁鷗,其中數(shù)量最多的為紅嘴鷗和西伯利亞銀鷗。鷗科鳥類除集群于寬闊水域的棲息地內(nèi)[33],本區(qū)河道兩岸以及濕地周邊的大量魚塘同樣吸引著大群鷗科鳥類,該鳥類常與鷺科鳥類混群覓食,且數(shù)量眾多[34]。位于機場南下滑線距機場1.2 km處的一座小型人工湖為冬季機場鷗科鳥類重點監(jiān)控區(qū)域。該人工湖為冬季西伯利亞銀鷗集群覓食地,根據(jù)調(diào)查結(jié)果,本區(qū)鷗科鳥類集群數(shù)量可達(dá)上百只,嚴(yán)重威脅機場飛行安全[35-36]。

本研究提到的鷺科類、雁鴨類以及鷗科類基本上都是我國大多數(shù)機場目前需要重點防范的鳥類,且危害程度極高[37-40]。我國東部地區(qū)位于東亞-澳大利亞候鳥遷飛區(qū)上,每年過境的以上鳥類數(shù)量非常多,防治難度較大。本文分別選取白鷺(鷺科類)、斑嘴鴨(雁鴨類)以及西伯利亞銀鷗(鷗科類)作為研究范圍內(nèi)的研究對象開展研究。本研究可以為我國大部分機場如何防治以上鳥種提供參考。

1.5.2基于最小累積阻力模型的高危鳥類安全格局構(gòu)建[22]

一個完整的高危鳥類安全格局應(yīng)該包含高危鳥類源、高危鳥類活動緩沖區(qū)、高危鳥類移動廊道、高危鳥類防治戰(zhàn)略點4個部分[41]。

高危鳥類源是高危鳥類最適宜生活并可以持續(xù)向外擴散的棲息地,是整個高危鳥類活動的起點；高危鳥類活動緩沖區(qū)是以高危鳥類源為核心,受阻力制約向外擴散一段距離形成的區(qū)域；高危鳥類移動廊道是兩個高危鳥類源之間鳥類最易飛行通過的低阻力通道；高危鳥類防治戰(zhàn)略點是廊道上一些具有關(guān)鍵意義的點,根據(jù)所處范圍不同可分為需保護(hù)與改造的戰(zhàn)略點(正向)和需破壞與治理的戰(zhàn)略點(負(fù)向)兩類,兩類戰(zhàn)略點可達(dá)到加強高危鳥類移動廊道與切斷高危鳥類移動廊道的效果。

(1)高危鳥類棲息地的識別與驗證

鳥類棲息地與鳥類生活活動息息相關(guān),可以給鳥類提供生存必須的食物、活動和繁殖場所等[4]。學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)不同空間尺度上鳥類棲息地選擇結(jié)果有兩種[42],大的空間尺度方面,影響鳥類選擇繁殖棲息地的因素多為景觀方面的環(huán)境因子,例如土地類型、地形、植被情況等；而在小的空間尺度方面,影響鳥類選擇繁殖棲息地的因素多與植被群落種類有關(guān)[25]。同時鳥類棲息地生境的選擇多與海拔高度、水域面積及人類活動干擾程度等有關(guān)系[43-44]。

本研究選取了生態(tài)因素與干擾因素兩大類因素進(jìn)行評價,在大量研究分析現(xiàn)有資料和典型調(diào)查的基礎(chǔ)上確定高危鳥類棲息地適宜性評價因子,具有較高的可信度和應(yīng)用價值。同時,本研究在機場15 km范圍內(nèi)進(jìn)行鳥情調(diào)研,將調(diào)研結(jié)果定位并可視化,與本研究中模型結(jié)果進(jìn)行比對。

(2)阻力系數(shù)的確定與阻力面建立

本研究選取的3種鳥類：鷺科類、雁鴨類、鷗科類都為水鳥,環(huán)境中影響其移動的阻力因素相似,因此構(gòu)建3種鳥類通用的阻力評價表。從3個方面討論影響鳥類移動的阻力值[45-47]。研究發(fā)現(xiàn)3種鳥類受人為干擾較大,多選擇遠(yuǎn)離人類活動干擾的路線[35,48]；河渠濕地等可以提供豐富的食物與休憩環(huán)境；耕地內(nèi)食物豐富[27,29],且植被高度較矮,不影響鳥類飛行[24-25,49]；林地可以提供短暫的休憩落腳點故阻力較小[50-52]。針對確定的阻力評價因子,邀請三名專家進(jìn)行打分,并利用層次分析法得到各指標(biāo)權(quán)重(表1)。

表1 高危鳥類生態(tài)阻力因子及其權(quán)重和相對阻力值

將阻力系數(shù)評價表中的數(shù)據(jù)賦值于每個柵格得到成本柵格,再進(jìn)行最小累積阻力計算得到最小累積阻力表面[52-54],源地不同或者成本柵格賦予的阻力值不同,生成的最小累積阻力表面是不同的[55]。最小累積阻力值的大小可以用來判斷源地向外擴展的可能性,生態(tài)阻力越大,高危鳥類擴散越遲緩,消耗的能量越多,一般情況下源地在整個生態(tài)過程中是最適宜的[53]。

(3)高危鳥類活動緩沖區(qū)識別

緩沖區(qū)的特點是隨著緩沖區(qū)邊界向外圍的擴展,景觀對物種的阻力隨之增加,但這種增加并不是均勻的,有時是平緩而有時則非常陡峻。緩沖區(qū)的有效邊界就可以根據(jù)這些閾值來確定[56]?？梢愿鶕?jù)阻力值和距離、面積的一些特征曲線來判斷緩沖分割的閾值,本研究將緩沖區(qū)分成三級。

(4)高危鳥類移動廊道構(gòu)建

(5)高危鳥類防治戰(zhàn)略點識別

確定高危鳥類防治戰(zhàn)略點的目的在于完善高危鳥類移動廊道系統(tǒng)[57]?？梢詫⒆钚±鄯e阻力表面看做一個類似于地形高程的柵格,阻力值最大處類似于高程最高處,故最大阻力值的連線稱之為“山脊”線。同理,最小阻力值的連線稱之為“山谷”線[58]。廊道與山脊線相交處為生物能量交換最困難的山脊戰(zhàn)略點,廊道與山谷線相交處為生物能量交換最容易的山谷戰(zhàn)略點[59]。

本研究中,8 km內(nèi)采用山谷戰(zhàn)略點,8—15 km內(nèi)圈采用山谷戰(zhàn)略點、外圈采用山脊戰(zhàn)略點,15—20 km采用山脊戰(zhàn)略點。重點破壞山谷戰(zhàn)略點的優(yōu)勢生態(tài)環(huán)境,從而切斷重點驅(qū)趕區(qū)內(nèi)高危鳥類移動廊道,降低高危鳥類的生存適宜性與飛行頻率；重點修復(fù)重點引誘區(qū)內(nèi)山脊戰(zhàn)略點的生態(tài)環(huán)境,從而使高危鳥類移動廊道與跳板增多,增加高危鳥類的生存適宜性將重點驅(qū)趕區(qū)與重點防范區(qū)的高危鳥類吸引到此區(qū)域內(nèi)。

1.5.3重點區(qū)域識別

重點區(qū)域是指在機場鳥擊防治格局中的重要地塊,需要重點進(jìn)行改造和治理。

重點驅(qū)趕區(qū)的范圍為8 km范圍內(nèi),此范圍內(nèi)是機場鳥擊的危險區(qū),其中需要重點關(guān)注的戰(zhàn)略點為廊道與“山谷線”的交點,此類戰(zhàn)略點是鳥類移動極易通過的點位,通過增加戰(zhàn)略點的生態(tài)阻力來切斷鳥類廊道,進(jìn)而減少鳥類在8 km范圍內(nèi)的活動。同時8 km范圍內(nèi)棲息地因為缺少了與范圍外源的能量交換,范圍外的鳥類不會再來8 km內(nèi)棲息,減少了鳥類的匯入,8 km范圍內(nèi)的鳥類數(shù)量得以減少。

重點防范區(qū)的范圍為8—15 km范圍內(nèi),此范圍是機場鳥擊的重點關(guān)注區(qū),鳥類在此頻繁的活動會增加機場鳥擊的概率,需要重點關(guān)注的戰(zhàn)略點為廊道與“山谷線”與“山脊線”的兩種類型的交點。在靠近機場一側(cè)的戰(zhàn)略點為與“山谷線”的交點,切斷此類戰(zhàn)略點,就可以阻止鳥類前往8 km內(nèi)的重點驅(qū)趕區(qū),形成一種向外推鳥的排斥力。同時在重點防范區(qū)靠近重點引誘區(qū)一側(cè)的戰(zhàn)略點為與“山脊線”的交點,改善此類戰(zhàn)略點的生境,就可以增加鳥類向重點引誘區(qū)移動的通道,形成一種向外引鳥的吸引力。一推一引相互作用將鳥類引入安全區(qū)域,從而降低機場鳥擊的概率。

① 控制器主要承載系統(tǒng)保護(hù)和報警功能，主要通過微電子芯片控制，并且可以實施遠(yuǎn)程控制和用戶管理，記錄系統(tǒng)發(fā)電信息，其參數(shù)要求為最大組件功率66kWp、最大電流30A，空載電流小于50mA[5]；

重點引誘區(qū)的范圍為15—20 km范圍內(nèi),此范圍內(nèi)是吸引鳥類的最佳范圍。范圍過大、距離過遠(yuǎn)則會對機場附近的鳥類失去吸引的能力。重點引誘區(qū)內(nèi)應(yīng)該建立對鳥類有強大吸引力的生態(tài)環(huán)境。需要重點關(guān)注的戰(zhàn)略點為廊道與“山脊線”的交點,通過改善此類戰(zhàn)略點,可以降低鳥類向重點引誘區(qū)移動的難度,使吸引力更好的傳遞,從而將鳥類更好的轉(zhuǎn)移和保護(hù)起來。

2 實例結(jié)果與分析

2.1 高危鳥類生態(tài)格局構(gòu)建

2.1.1高危鳥類生態(tài)源地識別結(jié)果

在高危鳥類棲息地評價模型中,研究區(qū)棲息地適宜性由0—1之間連續(xù)變化的數(shù)值表示。數(shù)值越接近1,表明地塊越適宜高危鳥類生存棲息,結(jié)果如圖2所示。

圖2 高危鳥類棲息地適宜性分布圖Fig.2 Distribution map of habitat suitability for high-risk birds

根據(jù)島嶼生物地理學(xué)理論的研究,棲息地必須具備一定面積才能承擔(dān)起生物的棲息活動。本研究篩選出面積大于1萬的地塊,作為高危鳥類的棲息地,并生成大塊棲息地的質(zhì)點(圖4)。通過對現(xiàn)場15 km范圍內(nèi)調(diào)研與觀測,證明準(zhǔn)確率在80%,剩下的20%雖然沒有高危鳥類出現(xiàn)(圖3),但是作為高危鳥類潛在的棲息地,同樣值得重點關(guān)注。

圖3 15 km內(nèi)實際鳥調(diào)高危鳥類出現(xiàn)位置圖Fig.3 Actual birds within 15 kilometers of the location map of high-risk birds

圖4 高危鳥類生態(tài)質(zhì)點與源分布圖Fig.4 Distribution map of ecological mass and source of high-risk birds

對照土地利用圖可以看出,鷺科類棲息地主要依托林地和水系濕地分布；雁鴨類棲息地主要依托林地和濕地分布并對水系密度要求較高,河網(wǎng)密集的河道也會成為其主要棲息地；鷗科類棲息地主要依托大面積的林地和濕地分布。

以該機場為例,8 km范圍內(nèi)需要重點關(guān)注的是機場南北起飛延長線上東北方向的兩塊大面積林地與西南方向的河道交匯處；8—15 km范圍內(nèi)需重點關(guān)注場北部偏西方向15 km處的大面積水田濕地；15—20 km范圍內(nèi)需重點打造與改善大面積高危鳥類棲息地。高危鳥類棲息地數(shù)量與比例如表2所示。

表2 高危鳥類棲息地分布數(shù)量與比例

2.1.2高危鳥類阻力面建立結(jié)果

最小累積阻力表面是反映物種運動的時空連續(xù)體,可以用等阻力線表示為一種矢量圖。根據(jù)最小累積阻力表面,進(jìn)行空間分析可以判別緩沖區(qū)、廊道、輻射道和戰(zhàn)略點。

圖5 高危鳥類最小累積阻力面Fig.5 Minimum cumulative resistance surface for high-risk birds

基于上文中的阻力值面,利用ArcGIS生成本研究所需的最小累積阻力面(圖5)。高危鳥類高阻力值主要分布在建成區(qū)與裸地,這些區(qū)域人類干擾大,食物較少,不適宜高危鳥類棲息與飛行活動。低阻力值區(qū)域主要沿濕地河渠分布,這些區(qū)域有豐富的食物和休憩場所,適宜高危鳥類棲息與飛行活動。

2.1.3高危鳥類防治緩沖區(qū)識別結(jié)果

本研究根據(jù)阻力閾值法對高危鳥類三級緩沖區(qū)進(jìn)行確定,根據(jù)最小累積阻力的直方圖在突變處劃分,閾值分別為600、1200、2000。從圖6中可以看出,高危鳥類的防治緩沖區(qū)以生態(tài)源地為中心,向四周擴散。鷺科類防治緩沖區(qū)主要沿著河網(wǎng)濕地向外擴散,呈帶狀分布；雁鴨類防治緩沖區(qū)依托濕地、河流交叉口和人員干預(yù)少的條狀河流向外擴散分布；鷗科類防治緩沖區(qū)整體分布比較均勻,主要遠(yuǎn)離人類干擾強度較大的區(qū)域。

圖6 高危鳥類防治緩沖區(qū)圖Fig.6 High-risk bird control buffer map

2.1.4高危鳥類防治廊道構(gòu)建結(jié)果

3種高危鳥類防治廊道分布情況不同,高危鳥類的飛行廊道將源兩兩連接。對照土地利用圖發(fā)現(xiàn),3種高危鳥類飛行廊道具有共同特點,廊道密集分布在大面積濕地與林地區(qū)域,并且8 km范圍內(nèi)多為橫穿機場的廊道。鷺科類防治廊道多集中在0—15 km范圍內(nèi),廊道跨度較短；雁鴨類防治廊道在3個區(qū)域分布較為平均,廊道跨度較短；鷗科類防治廊道多集中在8-20 km范圍內(nèi),廊道密度大,且廊道跨度較長(如圖7)。

圖7 高危鳥類防治廊道圖Fig.7 High-risk bird control corridor map

2.1.5高危鳥類防治戰(zhàn)略節(jié)點構(gòu)建結(jié)果

高危鳥類防治戰(zhàn)略節(jié)點分為兩類,一類為“山脊戰(zhàn)略點”,另一類為“山谷戰(zhàn)略點”。3種高危鳥類在8 km范圍內(nèi)戰(zhàn)略點多為林地與河道交匯密集區(qū),15—20 km范圍內(nèi)戰(zhàn)略點主要為臨近水系林地的建設(shè)用地與裸地。研究區(qū)內(nèi)需關(guān)注的高危鳥類防治戰(zhàn)略點的具體分布如圖8所示,數(shù)量與比例見表3。

表3 高危鳥類防治戰(zhàn)略節(jié)點數(shù)量與比例

圖8 高危鳥類防治戰(zhàn)略節(jié)點圖Fig.8 High-risk bird control strategy node map

2.1.6高危鳥類防治生態(tài)安全格局構(gòu)建結(jié)果

通過對高危鳥類源點、生態(tài)源地、防治緩沖區(qū)、防治廊道、防治戰(zhàn)略節(jié)點等圖層進(jìn)行疊加組合,得到高危鳥類防治生態(tài)安全格局圖。如圖9所示,在機場西北方向有大片適宜鷺科類棲息的區(qū)域,8 km范圍內(nèi)鷺科類廊道密度較大,說明鷺科類可以頻繁穿場,戰(zhàn)略點數(shù)量較多；8—15 km范圍內(nèi),廊道密度適中,主要集中在機場北部的河流濕地處,主要與8 km范圍內(nèi)的棲息地進(jìn)行連接,戰(zhàn)略點數(shù)量適中；15—20 km范圍內(nèi)廊道數(shù)量較少,主要位于機場北部的河流濕地處,戰(zhàn)略點數(shù)量也較少；在機場西北方向有大片適宜雁鴨類棲息的區(qū)域,8 km范圍內(nèi)雁鴨類廊道密度適中,說明雁鴨類在此范圍內(nèi)活動不多,戰(zhàn)略點數(shù)量適中；8—15 km范圍內(nèi),廊道密度較大,主要集中在機場周邊的河流濕地處,主要與15—20 km范圍內(nèi)的棲息地進(jìn)行連接,戰(zhàn)略點數(shù)量較多；15—20 km范圍內(nèi)廊道數(shù)量較少,主要與8—15 km范圍內(nèi)的棲息地進(jìn)行連接,戰(zhàn)略點數(shù)量也較少；鷗科類在8 km范圍內(nèi)廊道密度小,說明鷗科類在此范圍內(nèi)活動不多,戰(zhàn)略點數(shù)量少；8—15 km范圍內(nèi),廊道密度適中,主要集中在機場周邊的河流濕地處,主要與15—20 km范圍內(nèi)的棲息地進(jìn)行連接,戰(zhàn)略點數(shù)量適中；15—20 km范圍內(nèi)廊道數(shù)量較多,主要與8—15 km范圍內(nèi)的棲息地進(jìn)行連接,戰(zhàn)略點數(shù)量也較多。

2.2 驅(qū)避誘重點區(qū)域

2.2.1重點驅(qū)趕區(qū)

重點驅(qū)趕區(qū)為8 km的范圍,此范圍是機場鳥擊的危險區(qū)。重點驅(qū)趕區(qū)內(nèi)鳥類的頻繁活動會增加機場鳥擊的概率,因此需要對8 km范圍內(nèi)的棲息地進(jìn)行重點鳥情觀察和環(huán)境整治。

圖10 高危鳥類重點驅(qū)趕區(qū)圖Fig.10 Map of key repelling areas for high-risk birds

由圖10可知,重點驅(qū)趕區(qū)內(nèi)鷺科類的適宜棲息地較多,且主要位于飛機起飛跑道的延長線上,這是非常危險的。通過對比土地利用類型發(fā)現(xiàn),這些危險棲息地主要依托河流與林地存在,河道蜿蜒,林地茂密,并且周圍建設(shè)用地較少,生態(tài)環(huán)境良好且很少有人類的干擾。針對重點驅(qū)趕區(qū)內(nèi)的鷺科類與雁鴨類情況,需要對識別出來的棲息地和戰(zhàn)略點進(jìn)行現(xiàn)場鳥情觀察,并進(jìn)行生境改造,對鳥類聚集區(qū)采取林地底部稀疏化、清理河道內(nèi)高大植被以及放置專門驅(qū)鳥設(shè)備等方法。重點驅(qū)趕區(qū)內(nèi)鷗科類棲息地較少,但鷗科類的廊道網(wǎng)比較密集,這也是因為機場周邊生態(tài)環(huán)境較好,很少有干擾鷗科類飛行的因子存在。因此對于鷗科類來說,應(yīng)重點改造識別出來的戰(zhàn)略點的生態(tài)環(huán)境,減少水源和食物來源,從而減少對鷗科類的吸引,切斷鷗科類的飛行廊道。

2.2.2重點防范區(qū)

重點防范區(qū)為8—15 km的范圍,此范圍是機場鳥擊的重點防范區(qū),鳥類在此頻繁的活動會增加機場鳥擊的概率,但是因為此范圍較大且飛機已經(jīng)具有了一定的飛行高度,發(fā)生鳥擊的概率有所下降,因此了解此范圍內(nèi)鳥類的移動路徑,在規(guī)劃飛機飛行路線時適當(dāng)?shù)谋茏岄_,可降低鳥擊的概率。此范圍內(nèi)需要重點關(guān)注的山谷與山脊兩類戰(zhàn)略點,在靠近機場一側(cè)切斷山谷戰(zhàn)略點,就可以阻止鳥類前往8 km內(nèi)的重點驅(qū)趕區(qū),從而形成一種向外推鳥的排斥力。同時改善山脊戰(zhàn)略點,就可以增加鳥類向重點引誘區(qū)移動的通道與踏腳石,形成一種向外引鳥的吸引力。排斥力與吸引力相互作用將鳥類引入安全區(qū)域,從而降低機場鳥擊的概率。

由圖11可知,重點防范區(qū)內(nèi)雁鴨類和鷗科類的適宜棲息地較多。其中鷗科類的廊道在機場的西北方向,廊道網(wǎng)絡(luò)密集需要重點關(guān)注,東南方向廊道網(wǎng)絡(luò)也較密集但更加靠近重點引誘區(qū),所以此區(qū)域可以重點打造,成為吸引鷗科類的一個基地。雁鴨類的戰(zhàn)略點多集中在機場北部起飛延長線上,且距離重點驅(qū)趕區(qū)較近,對照土地利用類型可知,此區(qū)域的地類為河道,并且這些地方河網(wǎng)密集彎曲,可以給雁鴨類提供水中漂浮的良好環(huán)境。重點防范區(qū)內(nèi)適宜鷺科類棲息的棲息地主要依托河渠分布。

圖11 高危鳥類重點防范區(qū)圖Fig.11 Map of key prevention areas for high-risk birds

2.2.3重點引誘區(qū)

重點引誘區(qū)為15—20 km的范圍,此范圍是吸引鳥類的最佳范圍。范圍過大、距離過遠(yuǎn)則會對機場附近的鳥類失去吸引的能力。重點引誘區(qū)內(nèi)應(yīng)該建立對鳥類有強大吸引力的生態(tài)環(huán)境。此范圍內(nèi)需要重點關(guān)注山脊戰(zhàn)略點,通過改善此類戰(zhàn)略點,可以減少鳥類向重點引誘區(qū)移動的難度,使吸引力更好的傳遞,從而將鳥類更好的轉(zhuǎn)移和保護(hù)起來。

由圖12可知,重點引誘區(qū)內(nèi)適宜鷺科類棲息的區(qū)域主要分布在機場西北部的河渠和濕地內(nèi),需要重點打造的戰(zhàn)略點也分布于此,需要改善戰(zhàn)略點生態(tài)環(huán)境,采取如種植高大喬木,增加鷺科類食物等生態(tài)方法。雁鴨類和鷗科類主要分布在機場西北部的濕地和河渠、東北和東南方向的河渠中,其中鷗科類分布較多。

圖12 高危鳥類重點引誘區(qū)圖Fig.12 Map of key attracting areas for high-risk birds

3 結(jié)論與討論

本研究以華北地區(qū)某機場為例,根據(jù)實際鳥情調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果選取機場高危鳥類為研究對象,運用景觀生態(tài)學(xué)理論構(gòu)建高危鳥類的防治格局。本研究并不僅限于單一的驅(qū)鳥研究,而是運用排斥力與吸引力相互結(jié)合的方式,通過識別出機場周邊不同范圍內(nèi)重點鳥類的棲息地,構(gòu)建重點鳥類的生態(tài)格局和生態(tài)網(wǎng)絡(luò),確定重點鳥類飛行路線與戰(zhàn)略點,采取剛?cè)岵?jì)的生態(tài)治理方法,針對不同尺度內(nèi)的不同的土地利用類型采取相對應(yīng)的措施與管理辦法,在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下,將處于造成鳥擊風(fēng)險地區(qū)的鳥類轉(zhuǎn)移到對飛機不會造成威脅的安全區(qū)域。從更宏觀的角度出發(fā)探索土地類型應(yīng)該如何利用從而降低機場鳥擊概率,彌補傳統(tǒng)物理、化學(xué)、生物驅(qū)鳥的短時性,既符合新時代生態(tài)保護(hù)的要求,又可以達(dá)到降低鳥擊概率的效果。同時也為未來機場建設(shè)的選址提供更科學(xué)、更有效的研究方法。

本研究選取我國大多數(shù)機場需要重點防范的3種高危鳥類展開研究。我國機場目前需要防范的高危鳥種往往在30—40種之間,種類不多,但不同地區(qū)會有該地區(qū)特有的高危鳥種。因此,在研究中根據(jù)不同高危鳥種設(shè)置對應(yīng)的阻力因子,并使用本文提出的方法構(gòu)建對應(yīng)高危鳥類生態(tài)安全格局是能夠?qū)崿F(xiàn)的。本研究是個持續(xù)的過程,初步在武漢、秦皇島、大同等地區(qū)的機場進(jìn)行實踐應(yīng)用,未來會根據(jù)實際應(yīng)用效果不斷進(jìn)行優(yōu)化與改良,進(jìn)而幫助完善機場的鳥擊防治工作。