劉艷艷，金麟雨,2，關(guān) 爽,3，李舒萌，張若璟，李東來*

(1.遼寧大學(xué)生命科學(xué)院，遼寧沈陽 110036;2.四川省機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)分公司，四川成都 641419;3.吉林省民航機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司，吉林長(zhǎng)春 220100;4.沈陽桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司，遼寧沈陽100043;5.遼寧大學(xué)物理學(xué)院，遼寧沈陽 110036)

鳥擊(bird strike)指飛機(jī)等航空器在空中飛行時(shí)與鳥類發(fā)生碰撞所產(chǎn)生的事故[1]。隨著航空業(yè)的發(fā)展及機(jī)場(chǎng)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(jīng)濟(jì)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(yù)防鳥擊。由于鳥擊大多發(fā)生在飛機(jī)起飛和降落階段，機(jī)場(chǎng)責(zé)任區(qū)內(nèi)的有效驅(qū)鳥措施是減少鳥擊發(fā)生的關(guān)鍵[4]。

借助聲信號(hào)的聲學(xué)驅(qū)鳥是目前國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)廣泛使用的驅(qū)鳥手段。我國(guó)最初的聲學(xué)驅(qū)鳥是運(yùn)用獵槍、鞭炮、煤氣炮等響聲驅(qū)趕鳥類。隨著技術(shù)的發(fā)展，音頻驅(qū)鳥器的種類越來越豐富[5]，其中定向聲波驅(qū)鳥器是近年來興起的一種新型驅(qū)鳥設(shè)備，具有指向性強(qiáng)、可靈活調(diào)整驅(qū)鳥聲源等特點(diǎn)[6]。常用的驅(qū)鳥聲源包括機(jī)械噪音、鳥類的報(bào)警鳴聲、遇險(xiǎn)鳴聲、猛禽鳴聲等。研究表明機(jī)械噪音對(duì)鳥類具有驅(qū)趕效果，當(dāng)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(jī)場(chǎng)區(qū)域[7]。但也有研究認(rèn)為鳥類更容易對(duì)單調(diào)的機(jī)械噪音產(chǎn)生適應(yīng)，從而出現(xiàn)習(xí)慣化問題[8]。

報(bào)警鳴聲和遇險(xiǎn)鳴聲是一類具有生物學(xué)信息的聲學(xué)信號(hào)，被廣泛應(yīng)用于驅(qū)鳥作業(yè)[9]，研究發(fā)現(xiàn)報(bào)警鳴聲和遇險(xiǎn)鳴聲對(duì)加拿大黑雁(Brantacanadensis)具有較好的驅(qū)趕效果，可使田納西州的加拿大黑雁數(shù)量減少71%[10]。另外，研究認(rèn)為報(bào)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(xì)尾鷯鶯(Maluruscyaneus)的研究發(fā)現(xiàn)，二者對(duì)彼此的報(bào)警鳴聲均具有反應(yīng)[11]。猛禽鳴聲是鳥類在領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)和打斗過程中發(fā)出的聲音，對(duì)雀形目等易捕食鳥類具有較好的驅(qū)趕效果，但也會(huì)存在明顯的種群間差異[12]。

關(guān)于相應(yīng)聲源的驅(qū)鳥效果已有一些報(bào)道[13]，但系統(tǒng)比較不同聲源驅(qū)鳥效果的研究仍較少。為探究上述3種常見驅(qū)鳥聲源的驅(qū)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(duì)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(guó)內(nèi)多數(shù)機(jī)場(chǎng)重點(diǎn)防范的物種[14-16]，其中家鴿是典型的人工養(yǎng)殖鳥類，對(duì)環(huán)境噪音等人為干擾具有較強(qiáng)的耐受性，且可能缺乏識(shí)別其他物種的報(bào)警鳴聲和猛禽鳴聲的能力，山斑鳩是常見的野生鳥類，對(duì)報(bào)警鳴聲和猛禽鳴聲具有較強(qiáng)的敏感性。該研究可為機(jī)場(chǎng)驅(qū)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(guó)際機(jī)場(chǎng)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(gè)機(jī)場(chǎng)占地面積3 820 000 m2，建有T1、T2、T3 3座航站樓。桃仙機(jī)場(chǎng)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(rùn)季風(fēng)性氣候，全年平均氣溫7.8 ℃，夏季多西南風(fēng)和南風(fēng)，冬季多西北風(fēng)和北風(fēng)，年降水量685.1 mm。機(jī)場(chǎng)周邊林地、荒地和村鎮(zhèn)較多，山斑鳩和家鴿種群數(shù)量較大，是機(jī)場(chǎng)的重點(diǎn)威脅物種[17]。

1.2 定向聲波驅(qū)鳥器定向聲波驅(qū)鳥器來源于美國(guó)LRAD Corporation 公司，型號(hào)是LRAD音銳達(dá)1000X型，最大聲壓為153 dB，調(diào)整為隨機(jī)播放模式，持續(xù)播放驅(qū)鳥聲源1 min。驅(qū)鳥聲源包括20種機(jī)械噪音、12種猛禽鳴聲和8種鳥類報(bào)警鳴聲(具體聲學(xué)參數(shù)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(lǐng)域鳴叫聲，報(bào)警鳴聲來源于當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢(shì)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(bào)警鳴聲。機(jī)械噪音是人工合成的無規(guī)律的聲音信號(hào)。

表1 不同驅(qū)鳥聲源的聲學(xué)參數(shù)

圖1 典型報(bào)警鳴聲(A)、猛禽鳴聲(B)、機(jī)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?guó)B類的預(yù)處理及試驗(yàn)設(shè)計(jì)供試山斑鳩來自桃仙機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)網(wǎng)捕個(gè)體；家鴿是鴿戶放養(yǎng)型信鴿，購(gòu)買于沈陽萬柳塘花鳥魚市場(chǎng)。試驗(yàn)前將所有個(gè)體置于飼養(yǎng)籠內(nèi)12 h以上以適應(yīng)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(jìn)行試驗(yàn)，所有試驗(yàn)在08:00—10:00進(jìn)行，該時(shí)間段內(nèi)機(jī)場(chǎng)起降航班相對(duì)較少，以降低飛機(jī)起降對(duì)鳥類行為的影響。

試驗(yàn)開始時(shí)，選取精神狀態(tài)良好的個(gè)體分為試驗(yàn)組和對(duì)照組進(jìn)行試驗(yàn)。研究共包括野生山斑鳩15只，信鴿17只，每只個(gè)體重復(fù)進(jìn)行3組試驗(yàn)和1次靜止?fàn)顟B(tài)的空白對(duì)照。將鳥類置于除觀察面外均用黑布遮蓋的鳥籠內(nèi)(1 m×1 m×1 m)，試驗(yàn)組鳥籠放置在距離定向聲波驅(qū)鳥器50 m處，空白對(duì)照組鳥籠放置在機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)內(nèi)，對(duì)受試者鳥籠分別播放猛禽鳴聲、報(bào)警鳴聲和機(jī)械噪音1 min，試驗(yàn)開始前先讓鳥類對(duì)周圍環(huán)境預(yù)適應(yīng)5 min。觀察者在50 m外使用BOSMA(8×42倍)雙筒望遠(yuǎn)鏡觀察，并利用小蟻運(yùn)動(dòng)相機(jī)錄制視頻，記錄鳴聲播放后1 min內(nèi)鳥類的行為反應(yīng)。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(nèi)警戒行為發(fā)生的次數(shù)(次/min)表示，警戒行為時(shí)長(zhǎng)比例以警戒行為的總時(shí)長(zhǎng)占觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的比例(%)表示。在試驗(yàn)期間關(guān)閉試驗(yàn)籠附近其他驅(qū)鳥設(shè)備，避免對(duì)鳥類行為產(chǎn)生影響。每組試驗(yàn)間隔10 min，以降低鳥類的應(yīng)激反應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)束后，駕車載其離開機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)域，在距離機(jī)場(chǎng)10 km外的區(qū)域放生。

1.4 數(shù)據(jù)處理從視頻中提取鳥類的警戒行為持續(xù)時(shí)長(zhǎng)和警戒頻次作為驅(qū)鳥聲源效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行分析，所有數(shù)據(jù)進(jìn)行單樣本K-S檢驗(yàn)(One-sample Kolmogorow-Smirnov test)來檢測(cè)數(shù)據(jù)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(qū)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(duì)不同驅(qū)鳥聲源作用下的警戒行為參數(shù)進(jìn)行兩兩比較。此外，采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)比較3種聲源作用下試驗(yàn)組與空白對(duì)照組鳥類警戒頻次和警戒時(shí)間比例的差異。

所用統(tǒng)計(jì)分析選擇雙側(cè)檢驗(yàn)，顯著性水平(P)設(shè)置為0.05，當(dāng)*P<0.05時(shí)，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(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean ± SD)表示。

2 結(jié)果與分析

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

3種驅(qū)鳥聲源對(duì)家鴿警戒時(shí)長(zhǎng)比例的影響見圖2b。家鴿在機(jī)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(bào)警鳴聲(t=-12.146，DF=16，P<0.01)作用下的警戒時(shí)長(zhǎng)比例極顯著高于空白對(duì)照組，表明3種驅(qū)鳥聲源極顯著提高了家鴿的警戒時(shí)長(zhǎng)比例。另外，家鴿在機(jī)械噪音、猛禽鳴聲、報(bào)警鳴聲3種驅(qū)鳥聲源作用下的警戒時(shí)長(zhǎng)比例(F2,16=6.538，DF=2，P<0.01)存在極顯著差異，在報(bào)警鳴聲作用下的警戒時(shí)長(zhǎng)比例極顯著高于機(jī)械噪音和猛禽鳴聲(P<0.01)。在機(jī)械噪音與猛禽鳴聲的作用下，家鴿警戒時(shí)長(zhǎng)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(qū)鳥聲源作用下的警戒行為頻次(a)、警戒時(shí)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(qū)鳥聲源對(duì)山斑鳩警戒行為的影響3種驅(qū)鳥聲源對(duì)山斑鳩警戒頻次的影響見圖3a。在機(jī)械噪音(t=-7.427，DF=14，P<0.01)、猛禽鳴聲(t=-12.848，DF=14，P<0.01)、報(bào)警鳴聲(t=-14.158，DF=14，P<0.01)3種驅(qū)鳥聲源影響下的山斑鳩警戒頻次極顯著高于空白對(duì)照組。同時(shí)，機(jī)械噪音、猛禽鳴聲和報(bào)警鳴聲3種驅(qū)鳥聲源對(duì)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(bào)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(jī)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(jī)械噪音(P<0.01,圖3a)。

山斑鳩在機(jī)械噪音(t=-11.384，DF=14，P<0.01)、猛禽鳴聲(t=-18.340，DF=14，P<0.01)、報(bào)警鳴聲(t=-18.562，DF=14，P<0.01)的作用下警戒時(shí)長(zhǎng)比例極顯著高于對(duì)照組。表明3種驅(qū)鳥聲源對(duì)家鴿的警戒行為均有極顯著影響。另外，山斑鳩在機(jī)械噪音、猛禽鳴聲、報(bào)警鳴聲3種驅(qū)鳥聲源作用下警戒時(shí)長(zhǎng)比例也存在極顯著差異(F2,14=63.186，DF=2，P<0.01)。報(bào)警鳴聲作用下山斑鳩的警戒持續(xù)時(shí)長(zhǎng)比例極顯著高于猛禽鳴聲和機(jī)械噪音(P<0.01)，猛禽鳴聲作用下山斑鳩的警戒持續(xù)時(shí)長(zhǎng)比例極顯著高于機(jī)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(qū)鳥聲源作用下的警戒行為頻次(a)、警戒時(shí)長(zhǎng)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(jié)果表明，機(jī)械噪音、猛禽鳴聲、報(bào)警鳴聲3種驅(qū)鳥聲源對(duì)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(yàn)結(jié)果表明，報(bào)警鳴聲對(duì)家鴿和山斑鳩的干擾效果最好。鳥類的報(bào)警鳴聲是鳥類察覺到威脅時(shí)向其他個(gè)體發(fā)出的含有危險(xiǎn)信息的報(bào)警信號(hào)，鳥類在聽到播放的報(bào)警鳴聲后通常會(huì)立即逃離。因此，報(bào)警鳴聲對(duì)鳥類驅(qū)趕具有較好的效果，是音頻驅(qū)鳥措施中優(yōu)先選擇的音源。報(bào)警鳴聲在驅(qū)鳥聲源中可廣泛應(yīng)用的另一個(gè)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(xì)尾鷯鶯(Maluruscyaneus)的研究發(fā)現(xiàn)，2種鳥對(duì)彼此的報(bào)警鳴聲均會(huì)作出反應(yīng)[18]。鳥類報(bào)警鳴聲具有較好種間通用性的原因包括：①大多數(shù)鳥類(如大山雀、燕雀、烏鶇)的報(bào)警鳴聲結(jié)構(gòu)類似，任意一種鳥類的報(bào)警鳴聲都可能會(huì)對(duì)其他鳥類的警戒行為產(chǎn)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(bào)警鳴聲中包含天敵特征的信息，進(jìn)化形成的報(bào)警鳴聲更一致，出現(xiàn)報(bào)警鳴聲的趨同進(jìn)化[18]；③報(bào)警鳴聲代表一種瞬間的高風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)，識(shí)別和學(xué)習(xí)其他物種的報(bào)警信息對(duì)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(diǎn)塑造的行為適應(yīng)模式[20]。另外，在自然狀態(tài)下鳥類對(duì)報(bào)警鳴聲的接觸機(jī)會(huì)較少，進(jìn)而導(dǎo)致報(bào)警鳴聲不容易被習(xí)慣化，因此，這也是報(bào)警鳴聲具有較好驅(qū)鳥效果的一個(gè)重要原因。

猛禽鳴聲對(duì)家鴿和山斑鳩的干擾效果明顯差于報(bào)警鳴聲。野外很多捕食者依靠秘密行動(dòng)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(shí)別。而捕食者的求偶或領(lǐng)域標(biāo)記鳴叫等通常作用對(duì)象為同種個(gè)體，這些信息不代表瞬間的捕食風(fēng)險(xiǎn)，較難被其他物種行為固定下來[12]。然而，對(duì)猛禽鳴聲和機(jī)械噪音的比較發(fā)現(xiàn)，家鴿沒有表現(xiàn)出明顯的警戒行為差異，但山斑鳩對(duì)猛禽鳴聲的反應(yīng)強(qiáng)度明顯強(qiáng)于機(jī)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(duì)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(duì)紅隼等猛禽等的鳴聲更為敏感。

播放機(jī)械噪音也會(huì)顯著提高家鴿和山斑鳩的警戒頻次和警戒時(shí)長(zhǎng)比例。這可能主要是以下2個(gè)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(gè)體發(fā)出的警戒、個(gè)體識(shí)別等通訊鳴聲，導(dǎo)致鳥類選擇盡快逃離[21]。②機(jī)械噪音作為一種人工合成的聲音信號(hào)，對(duì)很多鳥類來說是一種“新奇”的聲源，也會(huì)導(dǎo)致鳥類產(chǎn)生應(yīng)激性的行為反應(yīng)。

但對(duì)比機(jī)械噪音和其他聲音發(fā)現(xiàn)，機(jī)械噪音對(duì)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(jié)果一致，研究發(fā)現(xiàn)相比于煙火的響聲，加拿大黑雁對(duì)捕食者的鳴聲產(chǎn)生更強(qiáng)烈的反應(yīng)[22]。習(xí)慣化是機(jī)場(chǎng)聲波驅(qū)鳥普遍面臨的問題，特別是鳥類長(zhǎng)期暴露在有規(guī)律的機(jī)械噪音環(huán)境中。鳥類對(duì)驅(qū)鳥聲源的反應(yīng)強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，而產(chǎn)生習(xí)慣化，甚至完全適應(yīng)[8]。這是因?yàn)樵诔掷m(xù)的噪音刺激下，鳥類可以調(diào)整其他行為方式，如大山雀(Parusmajor)提高鳴聲頻率以降低噪音對(duì)其通訊的影響[23]。

綜上所述，研究發(fā)現(xiàn)3種驅(qū)鳥聲源均產(chǎn)生較好的驅(qū)鳥效果，其中，報(bào)警鳴聲的驅(qū)鳥效果最好。針對(duì)野外鳩鴿類等常被捕食的鳥類，猛禽鳴聲的驅(qū)鳥效果顯著。機(jī)械噪音也具有一定的驅(qū)鳥效果。建議在機(jī)場(chǎng)的驅(qū)鳥聲源中，應(yīng)提高鳥類報(bào)警鳴聲的種類和數(shù)量，同時(shí)，為了降低單一聲源的習(xí)慣化問題，可以盡量豐富驅(qū)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(qū)鳥聲源。

4 結(jié)論

報(bào)警鳴聲在3種驅(qū)鳥聲源中驅(qū)鳥效果最好，主要是由于報(bào)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(qū)鳥效果次之，主要對(duì)野生鳥類有作用，人工飼養(yǎng)鳥類由于對(duì)猛禽遇見率較低，所以猛禽鳴聲對(duì)其驅(qū)趕效果不如野生鳥類。機(jī)械噪音因其規(guī)律性較強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中容易被鳥類習(xí)慣。相比于其他同類型研究，該研究的鳴聲種類較多，試驗(yàn)鳥類為許多機(jī)場(chǎng)重點(diǎn)威脅鳥種，為機(jī)場(chǎng)有效驅(qū)鳥提供理論依據(jù)，建議在機(jī)場(chǎng)的驅(qū)鳥聲源中，應(yīng)提高鳥類報(bào)警鳴聲的種類和數(shù)量。