云南大山包自然保护区人为噪声分布预测及其对黑颈鹤的潜在影响

2020-09-21许晓青冯婧婕孔德军

中国园林 2020年8期

许晓青冯婧婕孔德军

1 概述

噪声常常被视为环境背景声音，包括地理音(如强风声、火山喷发声和地震声)、生物音(鸟叫和虫鸣等)和人类音(人类活动或设施所产生的声音，如交通声和机器轰鸣声等)[1]，会掩盖有意的声音信号。由于噪声遮盖效应的影响，易导致动物个体间信息交流的失败和有意声学通信的中断，影响觅食行为、捕食者-猎物种间关系、繁殖成功率和种群密度[2]。大量证据表明，人为噪声(多为低频声音)以多种方式影响着动物的交流，甚至引起鸟类鸣声或行为的改变[3-6]。为躲避城市日间高环境噪声的干扰，英国的欧亚鸲(Erithacus rubecula)将其日间的鸣唱转移至夜晚[3]。在高噪声的环境中，北美地区的歌带鹀(Melospiza melodia)提高了低频(1～4kHz)鸣唱音素(note)的最低频率，同时降低了低频鸣唱的能量分配，以克服同样低频人为噪声的遮蔽[4]；同样现象在大山雀(Parus major)种群中亦有发现[5]。理论分析揭示：背景噪声每增加1dBA，将导致动物21%初始听域的减少；若噪声增加3dBA，动物可侦测范围将缩减一半[6]。对依靠声音捕食的动物而言，这种影响无疑是显著的。对棕榈鬼鸮(Aegolius acadicus)的研究发现，环境噪声每增加1dBA，其对猎物的侦测、突袭和捕食成功率分别下降了11%、5%和8%[7]。由此可见，噪声会大大降低动物的听力范围和野生动物获取信息的能力。

上述环境噪声中对动物干扰最为显著的便是交通噪声[8]。相应地，动物通过修改声学特性或迁移以应对交通噪声产生的遮蔽效应。荷兰开展的研究发现将近60%的鸟类在道路附近的数量减少，逃避交通噪声是鸟类数量减少的重要原因[9]，且低频鸣叫的鸟类比高频鸣叫的鸟类离道路更远[10]。国外关于人为噪声对野生动物的影响研究始于20世纪90年代，从无脊椎到脊椎动物、从水生到陆生动物皆有所涉及[11]，然反观中国的相关研究竟然寥寥无几，仅有少数研究团队开展了陆生蝙蝠[12-13]和啮齿类[14]、水生鲸豚类[15-16]的相关研究，对以鸣叫见长的鸟类竟也鲜有涉及。然而，众多工程建设及运行所产生的环境噪声及其对野生动物的影响是环境影响评价的重要内容之一，同时也是野生动物保护、管理及保护地规划设计的重要研究内容，国外众多保护地已基于科学研究开展了相应的保护管理工作[17]，国内相关研究尚未见诸报道。

本研究率先在国内开展自然保护地环境噪声的调查、预测，并试图分析其对主要保护目标的潜在影响。本文以云南大山包国家级自然保护区为例，拟研究保护区内环境噪声的组成和强度，并模拟预测其在整个保护区内的影响范围和程度，最终评估环境噪声对该保护区主要保护对象国家一级重点保护动物黑颈鹤的可能影响。本研究可以为国内保护地噪声环境调查、监测提供参考，亦有助于基于噪声管理的保护地规划设计和野生动物保护管理。

2 研究方法

2.1 研究区域和研究对象

本研究于云南大山包黑颈鹤国家级自然保护区(简称“大山包保护区”)开展。大山包保护区位于云南省东北部，昭通市昭阳区西部的大山包乡，总面积19 200hm2，以黑颈鹤及其越冬栖息的亚高山沼泽化草甸为主要保护对象。大山包保护区始建于1990年，为市级，1994年升级为省级，2003年成立国家级自然保护区，2004年列入国际重要湿地名录。

大山包保护区是黑颈鹤东部种群的重要越冬地、迁徙停歇地和集散地，黑颈鹤数量已从保护区建立初期的200只左右，增长至目前的1 300只左右。保护区境内的高原湖泊、沼泽为黑颈鹤提供了重要的夜宿地，而广阔的耕地、沼泽、亚高山沼泽化草甸和草甸为黑颈鹤提供了重要的觅食地[18]。保护区内有大海子、跳墩河、勒力寨和燕麦地4个水库，而黑颈鹤只在大海子、跳墩河的小海坝和长会口，以及距离勒力寨水库直线距离1.6km的殷家碑海子夜宿。大海子为最大的黑颈鹤夜栖地，此处还建有供游客观看黑颈鹤的建筑——观鹤隧道和观鹤屋。观鹤隧道总建筑面积约为1 200m2，平面呈“U”形，主体为掩土建筑，在局部地区建有2层玻璃房，凸出于地表之上，为观鹤屋。观鹤隧道最大容量为200人左右，游客多聚集于此，为大山包游客噪声的主要声源地。大山包内道路亦对游客开放，连通主要景点如大海子、跳墩河片区的仙人田和鸡公山，有较多的旅游车辆通行，构成大山包的主要交通噪声。

黑颈鹤为一种大型涉禽，体长110～120cm，体重4～6kg，全球种群数量约为10 000～10 200只，且呈下降趋势[19]。黑颈鹤主要的日间觅食区为夜栖地周边2km范围的农田、草地和沼泽生境[20]。黑颈鹤日常发出6种短鸣叫，包括通信鸣叫、起飞鸣叫、报警鸣叫、保卫鸣叫、聚拢鸣叫及交配前鸣叫，各类鸣叫行为对应的频率不同，而噪声可能对不同鸣叫产生差异化的干扰[21]。目前，未开展过环境噪声对黑颈鹤生态影响的相关研究。

2.2 数据收集与模拟

2.2.1 声音收集与测量于2020年1月5—11日，使用iDAQ2022声音数据采集卡，外接手机进行环境声音的采集和存储。于大海子观鸟隧道采集游客活动声音及黑颈鹤鸣叫，声音采集时设备探出观鹤隧道60cm，距离黑颈鹤100～200m，且于微风(风力小于3级)时进行。使用TES-1357型声级计沿公路测量各类交通工具的声级，每次测量持续1min，并计算等效声级。通过快速傅立叶转换(Fast Fourier Transform，FFT)，于Audition软件中对声音的频谱进行分析。对于停车场、隧道等有几何边界的空间采用几何中心法进行声级测量。

2.2.2 交通噪声空间分布模拟

研究使用GIS和交通噪声模拟软件CadnaA对交通噪声的空间分布进行模拟。先基于整个交通网络，采用GIS缓冲区法进行区域噪声影响范围模拟。由于我国仍未有关于自然保护地噪声上限的规定，参照欧盟于2002年颁布的环境噪声导则(END 2002/49/EC)[22]中寂静地标准为50dBA，以及美国国家公园局自然寂静40dBA的交通噪声影响标准[8]，将此作为黑颈鹤不受人工噪声影响的阈值。根据噪声衰减规律，换算得交通噪声衰减至阈值40dBA的最大距离为1 000m。然后叠加基于MaxEnt物种分布模型构建的黑颈鹤潜在分布的区域[20]，预测出交通噪声对黑颈鹤夜栖地和日间觅食地的影响。大山包保护区有大海子、小海坝、长会口和殷家碑海子4处黑颈鹤夜栖地，其中大海子和跳墩河区域是黑颈鹤夜栖、觅食最多的2片区域，故基于GIS模拟出的受影响范围，再利用CadnaA对其进行更为精准的交通噪声模拟。

大海子模拟范围为3 000m×2 500m，其西侧有一条宽约6m的沥青道路，为保护区的主要道路之一。平均车速为40km/h。从保护区交管站获得昼夜间的车流量占比为5:3(辆)；大小车车种比为1:9.9(辆)。此外，大海子区有一处面积约为1 100m2的停车场，是保护区内的交通枢纽。停车场人车交汇混行，交通状况较为复杂。此外，此处有约3～4户村民和保护区管理站。小海坝和长会口夜栖地同处于跳墩河水库边缘，该区域噪声模拟范围为4 900m×4 900m。环跳墩河水库有一条宽6m的机动车道和2条4m左右的乡道，平均车速为20km/h左右。交管所提供昼夜间的车流量占比为10:3(辆)；大小车车种比为1:9.9(辆)。水库北、南和东北侧共有5个村落。

在CadnaA模拟中所输入的参数包括路面系数、总车流量、昼夜车流比和大小车车种比。在模拟前进行了地形高程和重要设施(如观鸟隧道、路边基础设施)建模。CadnaA计算基于国际标准化组织规定的《户外声传播的衰减的计算方法》ISO 9613—2:1996，依据传播算法，在考虑地形、地面对声音的吸收，大气中声能的自然衰减，以及几何形状引起的传播损失的基础上，计算从道路发出的声波到指定接收点的声音损失。模拟结果为研究范围内每间隔20m所覆盖的网格接收器所生成的声压级值，所显示的是24h内基于交通流量的平均声音网格[23]。

2.2.3 游客噪声模拟

根据游客在景区内的不同旅游活动，将游客噪声分为3类：旅游交通噪声(声源地为道路，带状声源)、游客交谈声(声源地为观鹤屋，点状声源)和混合噪声(声源地为大海子停车区，点状声源)。大海子区域是黑颈鹤在大山包保护区的主要夜栖地，也是保护区核心区内唯一一处对游人开放参观黑颈鹤的景点，游客在此区域发生的活动有停留、交谈、观鹤及拍照等。由于此处是游客活动对黑颈鹤干扰较大的片区，也是交通噪声与游客噪声存在叠加的区域，故选取此处进行游客噪声模拟。

实地监测3类游客噪声声级值，并基于END 2002中的换算标准[22]，对实测声级进行缓冲距离换算。首先将实测声级换算为声能，而声能的倍数即可反映缓冲距离的倍数。声级与声能的换算公式为：LP=20×lgP/P0。其中，LP为声级；P为声压值；P0为单位声音的声压，为恒定常数2×10-5Pa。基于END 2002，确定本文目标声源的缓冲距离，即此距离之内环境噪声声级高于寂静地标准(40dBA)。此处通过模拟可以进一步为设置不影响黑颈鹤的安全观鹤距离和条件提供依据。

3 研究结果

3.1 交通噪声及其分布

调查发现，大山包保护区内可见大货车、柴油车、面包车、摩托车、小轿车和观光车等各类交通工具，实测计算其等效声级分别为82、75、70、80、50和40dBA；拥有1辆观光车的停车场声级为73dBA。可见，除观光车外其余所有交通工具所产生的噪声水平皆高于欧盟自然保护地寂静地水平。

图1 大山包保护区交通噪声的模拟分布(冯婧婕绘，许晓青摄)

通过GIS缓冲区距离方法模拟出大山包保护区内交通噪声的空间分布(图1)，可见黑颈鹤在保护区内的4个夜栖地大海子、小海坝、长会口和殷家碑海子皆受到交通噪声的影响。黑颈鹤日间觅食地也基本被交通噪声覆盖。较为明显的区域主要表现在夜栖地周边，尤其是途经大海子、殷家碑海子的道路两侧(图1中点1和点4)及绕跳墩河一圈(图1中点2)。

CadnaA模拟的大海子黑颈鹤夜栖地区域交通噪声强度为35～50dBA(图2)。此处也是观鹤屋和观鹤隧道所在地，常有大量游客聚集，因此除了受交通噪声的干扰外，还受观鸟屋中游客噪声的干扰。经模拟，跳墩河水库周边黑颈鹤夜栖地(小海坝和长会口)环境噪声皆为40dBA以下(图3)，受交通噪声影响较小。

3.2 游客噪声及其分布

调查中实际测得游客相关的旅游交通噪声、游客交谈声和停车场平均噪声声级分别为80、78和73dBA，根据声能和声级换算关系公式及欧盟噪声缓冲区标准①，计算出以上3种游客噪声的影响范围(缓冲距离)分别为800～1 000、480～850和150～220m。进一步对不同场景下(强干扰和弱干扰)3种噪声源及其叠加影响范围进行计算。发现道路噪声由70dBA升至80dBA时，影响范围由800m升至1 000m；游客噪声由75dBA(相当于30人产生的噪声，单人的噪声约为60dBA)增加至80dBA(相当于80人产生的噪声)时，其影响范围从480m增至850m。而当停车场噪声从1辆车的瞬间噪声值约为72dBA变为2辆车的75dBA时，影响范围变化不明显。当3种噪声相互叠加时，其影响范围明显增加(表1)。可见，大海子区域交通噪声影响范围最大，观鸟屋游客噪声影响次之，停车场噪声影响范围较小。黑颈鹤夜栖地受到游客噪声与道路交通噪声的双重影响，声环境质量不理想，无论是在噪声较弱还是较强的情况下，大海子作为黑颈鹤的重要夜栖地都不符合自然寂静(＜50或40dBA)的标准。

3.3 噪声频谱

通过对大山包保护区采集的人为交通噪声和游客噪声的频谱分析，并与黑颈鹤鸣叫频谱比较可知，环境噪声与黑颈鹤鸣叫在470～2 000Hz范围可产生较大范围的重叠(表2)。同时对采集于观鹤隧道中的游客噪声和黑颈鹤的鸣叫频谱图形化展示(图4)可知：游客声音对黑颈鹤鸣叫产生了明显的遮盖。如图4中方框所示，相机拍照音、人吹口哨音与黑颈鹤鸣相互叠加在一起，频率重叠在1 000Hz尤为显著。

图2 大海子区域交通噪声声级的模拟分布(作者绘)

图3 跳墩河区域交通噪声声级的模拟分布(作者绘)

4 讨论与建议

人为干扰对自然保护地的影响已经逐渐成为普遍现象，对于噪声的有效管理已经成了保护地必须要面临的问题。基于噪声对生物行为影响的分析，加强对生态空间的认知与理解十分必要，也能从另一个角度推动目前正在进行的国土空间规划中的生态空间规划。本文调查和模拟了云南大山包国家级自然保护区的环境噪声分布，并对其对珍稀濒危物种黑颈鹤的潜在影响进行了分析，可为黑颈鹤保护及保护区生境规划提供参考，同时也为国内类似生境组成的其他保护地(如湿地型或草原型保护地)声景规划和物种保护提供有益的借鉴。

模拟显示，交通噪声对黑颈鹤日间觅食的大海子紧风垭口、跳墩河、长会口和殷家碑海子区域产生影响。紧风垭口(图1中点1)为预测中鹤潜在分布较多的区域，这与实际观测吻合。此处黑颈鹤觅食区在一定程度上会受到交通噪声的影响，地形的遮挡一定程度上削减了噪声的影响。长会口区域(图1中点2)在跳墩河水库东侧，道路交通切分了原本一整片草甸觅食地。由于此处地势较为平坦，遮蔽效应弱，受交通噪声影响明显。燕麦地水库(图1中点3)因为其良好的生境条件，水源充足，因此也会有黑颈鹤觅食，但实际观测和模型预测证实觅食黑颈鹤数量较少。模拟显示此处受交通噪声影响较为明显，与实际观测基本接近，这可能是导致黑颈鹤在此处觅食数量较少的原因。殷家碑海子(图1中点4)经模拟受影响较大，此处是黑颈鹤的主要夜栖地之一，同时由于临近食物源基地，日间鹤群集聚较多，交通噪声对此处黑颈鹤的影响值得关注。通过CadnaA对交通噪声进行模拟可知，黑颈鹤最大的夜栖地——大海子由于距道路最近，受交通噪声影响最显著，交通噪声为35～50dBA。除了受交通噪声的干扰外，也受到观鸟隧道中游客噪声的干扰，无论是在噪声较弱还是较强的情况下，大海子作为黑颈鹤的重要夜栖地都不符合自然寂静(＜50或40dBA)的标准，总体声环境质量较差。而位于跳墩河区域的小海坝由于地形较为复杂，地形对噪声传播的衰减作用明显，此处黑颈鹤的夜栖地并未受到太多交通噪声的影响。

表1 大海子区域不同情景下噪声影响范围模拟

研究发现，相对于交通噪声，游客噪声具有相对较弱的声级，缓冲距离也相对交通噪声来说较小。在实际调查中发现，当有人类谈话时，黑颈鹤表现出明显的警戒和躲避行为，而突然的车辆鸣笛仅会造成黑颈鹤短暂的觅食中断，但并未出现躲避反应，推测其对人声更加敏感，未来可进一步研究。综上可知，大山包保护区的黑颈鹤种群夜栖地和日间觅食地皆处于人为噪声的影响之下，噪声将会对黑颈鹤的夜栖行为、日间觅食行为产生显著影响，结合已有人为噪声对野生动物的影响研究可推断出，噪声将通过影响觅食行为，进一步对黑颈鹤的生境选择和空间分布产生影响，进而可能影响其种群适合度。基于上述分析，对大山包自然保护地及类似的自然保护地提出噪声控制与声环境保护的建议。

1)在自然保护区中，如有道路穿越栖息地，对于道路交通穿越的区域，如确实形成了交通噪声影响的区域，尽可能地控制交通流量和车速。并在关键节点区域设置具有生态性质的噪声屏障，尽量减少交通噪声对以黑颈鹤为代表的野生动物的干扰。应保证体现自然寂静的总体等效声级(＜40dBA)时间占到全天总时常的2/3。

图4 游客噪声与黑颈鹤鸣叫频谱分布(作者绘)

2)在关键区域，如类似大海子这样的观鸟者(游客)、交通和社区三者会产生交集的区域，声能易产生叠加，噪声传播范围较之于单一声源扩大。应重视观鸟设施、道路交通及居民设施的规划布置，尽可能地减少交通来往，注意将停车场与下客点设置在远离观鸟处，此距离依据文章模拟研究，至少应设置在距离观鸟点大于220m的直线距离外(以1辆观光车产生的噪声计)。但结合实际观测黑颈鹤对人类谈话声较为敏感，当于观鹤隧道中有30人时将产生75dBA的游客噪声，其影响范围为480m；而游客增加至80人时可产生约80dBA噪声，其影响范围也增至850m。故可对观鹤设施中的人流进行控制，以减少游客噪声对黑颈鹤的干扰。

3)对类似大海子观鸟屋这样的较近距离的观鸟设施，在建筑设计上应尽量使用掩体，在观鸟屋内应合理分区，尽量减少人流活动，从而减少因为人流活动而产生的噪声。在室内材料选择中应尽量选择吸声效应大的材料。合理安排座椅及过道等设施，保证观鸟者休息空间，并通过解说教育来引导人们的安静行为。

4)在保护地规划中应进一步识别小于40dBA声源的空间分布与物种生境斑块的关系，并以此结果作为严格保护的前提之一。也应进一步识别大于40dBA，且人为噪声占据一定比例的区域。在分区管理中应进一步对管理政策中的人类活动行为、时长、容量及强度进行规定。本研究将通过后续回放实验获得黑颈鹤生境可接受的影响阈值，并基于此制定相应的保护管理政策。

5)保护地中人类活动所带来的噪声干扰已经成为亟待解决的问题，因为具有较为相似的声音传播条件，本研究对类似地势起伏不大、植被覆盖度不高的湿地型自然保护区中鸟类声景生态的保护具有一定借鉴意义。通过本研究，建议加强相关研究与数据积累，并在保护地专项规划中纳入声景保护与监测的相关内容。