謝將劍，李星光，楊俊，齊濤，楊紫合，王楠

(1.北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100083;2.北京林業(yè)大學(xué)生態(tài)與自然保護(hù)學(xué)院，北京100083)

鳥害普遍存在于農(nóng)田果園、輸電線路、高速鐵路以及航空領(lǐng)域，給人類生活帶來不同程度的不利影響。采用聲音驅(qū)趕鳥類是一種非損傷驅(qū)趕方法，既避免了對鳥類的直接傷害，又可以實現(xiàn)對鳥類的有效驅(qū)趕，在當(dāng)前形勢下對保護(hù)鳥類具有積極作用。音頻驅(qū)鳥設(shè)備通過播放能引起鳥類緊張或恐懼的聲音，使其遠(yuǎn)離保護(hù)區(qū)域，進(jìn)而達(dá)到驅(qū)鳥的效果，該類設(shè)備作用范圍廣、對生態(tài)環(huán)境友好，在國內(nèi)外市場上受到較大關(guān)注(張潔等，2011;Baral et al.，2019)。音頻驅(qū)鳥設(shè)備被廣泛用于多種場合，例如農(nóng)田(袁佳煒，石復(fù)習(xí)，2019)、輸電線路(張國清，2019;陳洪蓮，2020)、機場(張逸鶴，2019)以及果園(楊敏，劉貴婷，2020)等，取得了一定的效果?，F(xiàn)有音頻驅(qū)鳥器的播放聲音主要包括:猛禽叫聲、爆竹、槍聲以及鳥類的驚叫和慘叫聲等(袁佳煒，石復(fù)習(xí)，2019;張國清，2019;陳洪蓮，2020)。大部分采用長期播放或者檢測到鳥類觸發(fā)后主動播放的模式(婁志凱，2016;楊敏，劉貴婷，2020)。而播放聲音及播放模式的選擇直接影響驅(qū)鳥的效果，單一的聲音和模式，在運行一段時間后，鳥類容易對其產(chǎn)生適應(yīng)性，進(jìn)而失去驅(qū)鳥效果(趙亮，2013)。因此，有必要對驅(qū)鳥聲音和驅(qū)鳥模式進(jìn)行研究，以提高音頻驅(qū)鳥設(shè)備的時效性。

突然的高強度噪聲可以有效驅(qū)除鳥類，但是會帶來較大的噪聲污染(Bishop et al.，2003)。槍聲可以有效驅(qū)離經(jīng)常被獵殺的鳥類，而對于很少被獵殺的鳥類，效果卻不明顯(Harris＆Davis，1998)。播放猛禽的聲音雖然對鳥類有一定驅(qū)除作用，但是由于在自然情況下，狩獵時的猛禽很少發(fā)聲，實際上該類聲音的驅(qū)除效果有限(Harris＆Davis，1998)。Tupper等(2011)評估Sonic Dissuader播放猛禽(灰背隼Falco columbarius、美洲隼Falco sparverius和紅尾Buteo jamaicensis)聲音對北美黑啄木鳥Dryocopus pileatus的影響，發(fā)現(xiàn)北美黑啄木鳥聽到猛禽聲音后，并不是立即逃離，而是轉(zhuǎn)到樹干的另一側(cè)進(jìn)行躲避。鳥類的慘叫、驚叫聲具有生物學(xué)意義，驅(qū)鳥效果較好，而且鳥類對同類的慘叫和驚叫聲的適應(yīng)時間要遠(yuǎn)長于對其他無生物學(xué)意義聲音(Harris＆ Davis，1998)。Berge等(2007)在葡萄園展開了家雀 Carpodacus mexicanus、旅鶇 Turdus migratorius和歐洲椋鳥Sturnus vulgaris的驅(qū)除實驗，對比了常規(guī)方法(反射帶、丙烷加農(nóng)炮、煙火)和常規(guī)方法與播放慘叫、驚叫聲的組合方法的驅(qū)除效果，發(fā)現(xiàn)常規(guī)方法與播放音頻的組合方法效果更好，鳥害導(dǎo)致的葡萄產(chǎn)量損失更小;Ribot等(2011)對深紅玫瑰鸚鵡Platycercus elegans的聲音驅(qū)除研究表明，采用本種鳥類驚叫聲的驅(qū)除效果明顯好于采用其他鳥類(黑背鐘鵲 Cracticus tibicen、灰扇尾鹟 Rhipidura fuliginosa、澳洲渡鴉 Corvus coronoides、紅垂吸蜜鳥Antochaera carunclata、烏鶇Turdus merula和黃翅澳吸蜜鳥Phylidonyris novaehollandiae)聲音進(jìn)行驅(qū)逐的效果。在正確的時間和地點使用鳥類的慘叫和驚叫聲可以驅(qū)散鳥類，而在不合適的情況下則有可能引起鳥類接近聲源確認(rèn)是否真的有危險(胡燦實等，2012;Seamans ＆ Gosser，2016)。所以探尋針對不同驅(qū)除對象的有效的驅(qū)鳥模式，以及不同驅(qū)鳥聲音下鳥類的行為，將有助于確定有效的驅(qū)鳥模式。

喜鵲是北京的常見鳥類，在輸電線路、果園、機場等都被列為驅(qū)除對象(張潔等，2011)，本文通過對槍聲、喜鵲的慘叫聲、驚叫聲以及這些聲音的組合驅(qū)除喜鵲的效果進(jìn)行評價，確定合適的驅(qū)鳥模式，為音頻驅(qū)鳥設(shè)備的研制提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及實驗設(shè)備

實驗使用的驅(qū)鳥聲音包括喜鵲的慘叫聲、驚叫聲和槍聲。前兩者通過野外錄制獲得，槍聲從網(wǎng)絡(luò)下載。利用Audacity 2.1.1將所有聲音分割成單聲，便于后期開展組合實驗。驅(qū)鳥聲音通過手提式遠(yuǎn)程聲波驅(qū)散器(賽維SW-01型，北京)播放，聲強范圍為0～156 dB@1 m。

1.2 實驗地點及實驗方法

1.2.1 實驗地點 選擇喜鵲較多的北京東升花園中心(116°34'E，40°02'N)作為實驗地點。2019 年9月16日—11月25日，選擇晴天的07∶00—10∶00和16∶00—18∶00 進(jìn)行驅(qū)鳥實驗。

1.2.2 實驗方法 觀察到喜鵲后，利用激光測距儀測量聲波驅(qū)散器(聲源)和喜鵲的直線距離。實驗時，將聲波驅(qū)散器移動到指定距離處，然后將播放器的中心垂直指向喜鵲，播放相應(yīng)的驅(qū)鳥聲音，觀察并記錄喜鵲的行為，具體實施了以下4組不同的實驗:

(1)不同聲強的影響實驗

以聲強分別為 40 dB、60 dB、80 dB、100 dB 和120 dB的慘叫聲進(jìn)行實驗，記錄喜鵲和聲源之間距離以及喜鵲的反應(yīng)行為，將喜鵲的反應(yīng)行為分為逃離和非逃離(警戒、無反應(yīng)和吸引)2類。在所有聲強下，每個距離均開展1組實驗。每組實驗包括3次實驗，將3次實驗的結(jié)果進(jìn)行累計，每組實驗的總樣本量在6～18之間(圖1)，將逃離個體數(shù)占總個體數(shù)的比例作為逃離行為發(fā)生的概率。

圖1 不同聲強和距離下慘叫聲播放實驗的總樣本量Fig.1 Sample numbers of experiments under different sound intensities and distances

實驗發(fā)現(xiàn)，距離越近、聲強越大引起逃離行為的概率也越高，故后續(xù)驅(qū)鳥實驗的聲強都采用120 dB，實驗距離都設(shè)定在30 m以內(nèi)。

(2)單次播放效果的比較實驗

采用槍聲作為對照聲音，實驗中均只單次播放驚叫聲、慘叫聲和槍聲。在距離10～30 m范圍內(nèi)開展12組實驗(每組3次)，每組實驗的總樣本量在8～17之間(圖2)。

圖2 不同聲音類型和距離下實驗的總樣本量Fig.2 Sample numbers of experiments under different sound types and distances

(3)重復(fù)多次不同時間間隔的效果對比實驗

為了得到合適的驅(qū)鳥模式，選擇重復(fù)3次單聲，單聲間隔時間分別為0.5 s、1 s和1.5 s。在距離10～25 m范圍內(nèi)，分別采用驚叫聲、慘叫聲和對照槍聲，各實施10組距離不斷增大的實驗(不同聲音類型下，每組包括3次實驗)。驚叫聲實驗的每組實驗的總樣本量在8～28之間(圖3)。

在不同距離、最優(yōu)時間間隔下，慘叫聲和對照槍聲(慘叫間隔1.5 s和對照間隔1.5 s)實驗的每組實驗的總樣本量在8～17之間(圖4)。

圖3 不同聲音間隔和距離下實驗的總樣本量Fig.3 Sample numbers of experiments under different sound intervals and distances

圖4 慘叫和對照實驗的總樣本量Fig.4 Sample numbers of experiments under different sounds

(4)不同聲音組合的效果對比

采用3種不同的聲音(J:驚叫，C:慘叫，Q:槍聲)進(jìn)行組合，并設(shè)置不同的時間間隔，排列組合共形成18種不同的驅(qū)鳥模式。在距離11～20 m范圍內(nèi)，不同驅(qū)鳥模式下每隔1 m各開展3次實驗。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel進(jìn)行喜鵲行為的數(shù)據(jù)分析，利用無重復(fù)雙因素分析方法分析實驗結(jié)果(楊小勇，2014)，所有數(shù)據(jù)以E表示。當(dāng)P＜0.05時，認(rèn)為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同聲強的影響

在80～120 dB下，隨著聲強的增大，喜鵲開始出現(xiàn)逃離行為的距離增大。而低聲強(40～60 dB)不會引起喜鵲逃離(圖5)。

圖5 不同聲強和距離下喜鵲逃離的概率Fig.5 Escape probability of Pica pica under different sound intensities and distances

5組數(shù)據(jù)的無重復(fù)雙因素分析結(jié)果表明，不同聲強之間喜鵲逃離行為發(fā)生概率的差異有高度統(tǒng)計學(xué)意義(P=3.462e-12)。不同距離之間逃離行為發(fā)生概率的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.015)。

所有聲強實驗均出現(xiàn)了吸引喜鵲靠近的現(xiàn)象，但發(fā)生吸引的距離和概率存在差異:聲強越大，出現(xiàn)吸引行為的距離也越遠(yuǎn)(圖6)。

2.2 單次播放效果的比較

不同距離下，不同聲音類型下的喜鵲逃離概率的變化趨勢不同，對照槍聲引起逃離的概率隨距離的增大而下降，而慘叫聲和驚叫聲引起逃離的概率與距離的變化沒有呈現(xiàn)單調(diào)變化的趨勢(圖7)。

圖6 不同聲強和距離下喜鵲的吸引概率Fig.6 Attraction probability of Pica pica under different sound intensities and distances

圖7 不同距離和聲音類型下的喜鵲逃離概率Fig.7 Escape probability of Pica pica under different distances and sounds

不同單聲類型引起喜鵲逃離的平均概率分別為:對照槍聲(67.1% ±11.7%)、驚叫(41.0% ±9.92%)、慘叫(37.8% ±10.8%)。對照槍聲的均值最高，但3種聲音下喜鵲逃離的概率之間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.202)。

2.3 重復(fù)多次不同時間間隔的效果對比

對比不同距離和聲音間隔的驅(qū)鳥效果，不同時間間隔的重復(fù)驚叫聲引起的逃離概率隨距離的變化存在差異，間隔0.5 s引起逃離的概率最大(圖8)。

圖8 不同時間間隔重復(fù)驚叫聲時喜鵲逃離的概率隨距離的變化Fig.8 Escape probability of Pica pica under different distances with different durations of alarm call

對于驚叫聲，不同時間間隔之間的效果差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.043)，不同時間間隔引起逃離的平均概率分別為:間隔0.5 s(93.3% ±6.32%)、間隔1 s(79.3% ±7.45%)和間隔1.5 s(50.8% ±13.7%)。

不同距離下，驚叫單聲和重復(fù)3聲間隔0.5 s的效果(圖9)，重復(fù)3聲間隔0.5 s引起的逃離概率比單聲驚叫的更高(P=0.004)。

間隔不同時間時，慘叫聲和槍聲的驅(qū)除效果差異無統(tǒng)計學(xué)意義(慘叫聲:P=0.773;槍聲:P=0.364)。但對比單聲和重復(fù)的慘叫聲，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.005)。而重復(fù)3次槍聲的效果和單次播放的效果之間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.277)。

最優(yōu)時間間隔下，計算得到重復(fù)3種不同聲音的平均概率分別為:驚叫間隔0.5 s(93.3%±6.3%)、慘叫間隔1.5 s(81.7% ±7.2%)、對照間隔1.5 s(93.3% ±6.3%)。慘叫間隔1.5 s的最小，驚叫間隔0.5 s的和對照間隔1.5 s的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.116)。

2.4 不同聲音組合的效果對比

采用3種不同的聲音(J:驚叫，C:慘叫，Q:槍聲)進(jìn)行組合，計算得到所有模式下引起逃離的平均概率以及同一組合下不同時間間隔之間的差異(表1)。

同一聲音組合中最優(yōu)的時間間隔分別為:J-C-Q-0.5 s、J-Q-C-0.5 s，C-J-Q-1.5 s，C-Q-J-1 s、Q-C-J-0.5 s、Q-J-C-0.5 s(表1)。進(jìn)一步對比不同組合最優(yōu)間隔時的效果，發(fā)現(xiàn)不同模式之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.046)。

圖9 單聲和重復(fù)間隔0.5 s的驚叫聲引起逃離的概率Fig.9 Escape probability of Pica pica caused by singly and repeatedly played alarm call at 0.5 s interval

表1 不同模式引起喜鵲逃離的平均概率Table 1 Average escape probability of Pica pica under different models

3 討論

3.1 聲強的影響

無論是對照槍聲，還是具有生物學(xué)意義的慘叫和驚叫聲，在同樣的距離下，聲強越大引起喜鵲逃離的概率越高。在同樣的聲強下，距離越遠(yuǎn)引起喜鵲逃離的概率越低。3種單一聲音的驅(qū)除效果差異無統(tǒng)計學(xué)意義，說明只要喜鵲接收到的聲音強度足夠大，就能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)除。實驗中喜鵲逃離距離在15～20 m，說明在當(dāng)前實驗聲強下，驅(qū)除效果比較顯著。

當(dāng)采用慘叫聲時，聲強較小或者距離較遠(yuǎn)的情況下，驅(qū)除范圍內(nèi)有喜鵲產(chǎn)生警戒而發(fā)出叫聲后，甚至吸引其他區(qū)域的喜鵲飛近，這是喜鵲接近聲源嘗試確認(rèn)是否真的有危險(Seamans＆Gosser，2016)。在實際應(yīng)用時，驅(qū)鳥設(shè)備需要保證驅(qū)除區(qū)域存在足夠強度的驅(qū)鳥聲音，使喜鵲直接逃離而不是警戒，以消除可能引起喜鵲靠近的情況。

3.2 不同驅(qū)鳥模式的影響

采用單聲進(jìn)行實驗時，槍聲引起喜鵲的逃離概率比驚叫和慘叫引起的更高，但是差異并無統(tǒng)計學(xué)意義。進(jìn)一步采用聲音重復(fù)的方式，重復(fù)驚叫和重復(fù)慘叫的驅(qū)除效果均比對應(yīng)單聲的效果更好，而槍聲重復(fù)并沒有帶來驅(qū)除效果的顯著提高。說明喜鵲對于驚叫聲和慘叫聲的重復(fù)比較敏感，喜鵲容易獲得更多的信息，決定是否逃離，因此重復(fù)聲音的驅(qū)除效果得到了提升。

重復(fù)的播放間隔對驅(qū)除效果也存在影響，尤其是對驚叫影響最為顯著，而對其他2種聲音的影響不顯著。間隔0.5 s時的驚叫驅(qū)除效果最好，比較符合喜鵲受驚時發(fā)聲急促的實際情況。

當(dāng)采用3種聲音組合時，不同順序的混合聲音產(chǎn)生的驅(qū)鳥效果差異較大，且無吸引鳥類靠近的情況。實驗結(jié)果表明，慘叫聲出現(xiàn)在其他聲音之后的組合聲音的驅(qū)除效果更好，這是因為慘叫聲可以看成是求救信號，它出現(xiàn)在其他聲音之后，更符合實際喜鵲遇害的情況。對比平均概率，Q-J-C-0.5 s模式的效果最好。這種聲音組合可以模擬喜鵲聽到槍聲后發(fā)生的驚叫以及被擊中后的慘叫，可以更逼真地模擬喜鵲實際遇害時的組合發(fā)聲，進(jìn)而提供更豐富的信息警告喜鵲，可以獲得更好的驅(qū)除效果。

3.3 構(gòu)建驅(qū)鳥模式建議

合理的驅(qū)鳥模式需要在保證聲強足夠的前提下，選擇更具警告意義的聲音，以得到更好的驅(qū)除效果。不過當(dāng)前只是進(jìn)行了短期實驗，為了驗證其時效性，后續(xù)有必要繼續(xù)開展驅(qū)鳥效果的長時間有效性研究。開展更多聲音組合，不斷地更新播放的時長和間隔，以研究更好的驅(qū)除模式。此外，可以嘗試按照上述最優(yōu)組合原則下構(gòu)建驅(qū)鳥聲音組合，研究其他鳥類的驅(qū)除聲音模式。