音频驱鸟设备对野生喜鹊最佳驱除模式研究

谢将剑，李星光，杨俊，齐涛，杨紫合，王楠

(1.北京林业大学工学院，北京100083;2.北京林业大学生态与自然保护学院，北京100083)

鸟害普遍存在于农田果园、输电线路、高速铁路以及航空领域，给人类生活带来不同程度的不利影响。采用声音驱赶鸟类是一种非损伤驱赶方法，既避免了对鸟类的直接伤害，又可以实现对鸟类的有效驱赶，在当前形势下对保护鸟类具有积极作用。音频驱鸟设备通过播放能引起鸟类紧张或恐惧的声音，使其远离保护区域，进而达到驱鸟的效果，该类设备作用范围广、对生态环境友好，在国内外市场上受到较大关注(张洁等，2011;Baral et al.，2019)。音频驱鸟设备被广泛用于多种场合，例如农田(袁佳炜，石复习，2019)、输电线路(张国清，2019;陈洪莲，2020)、机场(张逸鹤，2019)以及果园(杨敏，刘贵婷，2020)等，取得了一定的效果。现有音频驱鸟器的播放声音主要包括:猛禽叫声、爆竹、枪声以及鸟类的惊叫和惨叫声等(袁佳炜，石复习，2019;张国清，2019;陈洪莲，2020)。大部分采用长期播放或者检测到鸟类触发后主动播放的模式(娄志凯，2016;杨敏，刘贵婷，2020)。而播放声音及播放模式的选择直接影响驱鸟的效果，单一的声音和模式，在运行一段时间后，鸟类容易对其产生适应性，进而失去驱鸟效果(赵亮，2013)。因此，有必要对驱鸟声音和驱鸟模式进行研究，以提高音频驱鸟设备的时效性。

突然的高强度噪声可以有效驱除鸟类，但是会带来较大的噪声污染(Bishop et al.，2003)。枪声可以有效驱离经常被猎杀的鸟类，而对于很少被猎杀的鸟类，效果却不明显(Harris＆Davis，1998)。播放猛禽的声音虽然对鸟类有一定驱除作用，但是由于在自然情况下，狩猎时的猛禽很少发声，实际上该类声音的驱除效果有限(Harris＆Davis，1998)。Tupper等(2011)评估Sonic Dissuader播放猛禽(灰背隼Falco columbarius、美洲隼Falco sparverius和红尾Buteo jamaicensis)声音对北美黑啄木鸟Dryocopus pileatus的影响，发现北美黑啄木鸟听到猛禽声音后，并不是立即逃离，而是转到树干的另一侧进行躲避。鸟类的惨叫、惊叫声具有生物学意义，驱鸟效果较好，而且鸟类对同类的惨叫和惊叫声的适应时间要远长于对其他无生物学意义声音(Harris＆ Davis，1998)。Berge等(2007)在葡萄园展开了家雀 Carpodacus mexicanus、旅鸫 Turdus migratorius和欧洲椋鸟Sturnus vulgaris的驱除实验，对比了常规方法(反射带、丙烷加农炮、烟火)和常规方法与播放惨叫、惊叫声的组合方法的驱除效果，发现常规方法与播放音频的组合方法效果更好，鸟害导致的葡萄产量损失更小;Ribot等(2011)对深红玫瑰鹦鹉Platycercus elegans的声音驱除研究表明，采用本种鸟类惊叫声的驱除效果明显好于采用其他鸟类(黑背钟鹊 Cracticus tibicen、灰扇尾鹟 Rhipidura fuliginosa、澳洲渡鸦 Corvus coronoides、红垂吸蜜鸟Antochaera carunclata、乌鸫Turdus merula和黄翅澳吸蜜鸟Phylidonyris novaehollandiae)声音进行驱逐的效果。在正确的时间和地点使用鸟类的惨叫和惊叫声可以驱散鸟类，而在不合适的情况下则有可能引起鸟类接近声源确认是否真的有危险(胡灿实等，2012;Seamans ＆ Gosser，2016)。所以探寻针对不同驱除对象的有效的驱鸟模式，以及不同驱鸟声音下鸟类的行为，将有助于确定有效的驱鸟模式。

喜鹊是北京的常见鸟类，在输电线路、果园、机场等都被列为驱除对象(张洁等，2011)，本文通过对枪声、喜鹊的惨叫声、惊叫声以及这些声音的组合驱除喜鹊的效果进行评价，确定合适的驱鸟模式，为音频驱鸟设备的研制提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料及实验设备

实验使用的驱鸟声音包括喜鹊的惨叫声、惊叫声和枪声。前两者通过野外录制获得，枪声从网络下载。利用Audacity 2.1.1将所有声音分割成单声，便于后期开展组合实验。驱鸟声音通过手提式远程声波驱散器(赛维SW-01型，北京)播放，声强范围为0～156 dB@1 m。

1.2 实验地点及实验方法

1.2.1 实验地点 选择喜鹊较多的北京东升花园中心(116°34'E，40°02'N)作为实验地点。2019 年9月16日—11月25日，选择晴天的07∶00—10∶00和16∶00—18∶00 进行驱鸟实验。

1.2.2 实验方法 观察到喜鹊后，利用激光测距仪测量声波驱散器(声源)和喜鹊的直线距离。实验时，将声波驱散器移动到指定距离处，然后将播放器的中心垂直指向喜鹊，播放相应的驱鸟声音，观察并记录喜鹊的行为，具体实施了以下4组不同的实验:

(1)不同声强的影响实验

以声强分别为 40 dB、60 dB、80 dB、100 dB 和120 dB的惨叫声进行实验，记录喜鹊和声源之间距离以及喜鹊的反应行为，将喜鹊的反应行为分为逃离和非逃离(警戒、无反应和吸引)2类。在所有声强下，每个距离均开展1组实验。每组实验包括3次实验，将3次实验的结果进行累计，每组实验的总样本量在6～18之间(图1)，将逃离个体数占总个体数的比例作为逃离行为发生的概率。

图1 不同声强和距离下惨叫声播放实验的总样本量Fig.1 Sample numbers of experiments under different sound intensities and distances

实验发现，距离越近、声强越大引起逃离行为的概率也越高，故后续驱鸟实验的声强都采用120 dB，实验距离都设定在30 m以内。

(2)单次播放效果的比较实验

采用枪声作为对照声音，实验中均只单次播放惊叫声、惨叫声和枪声。在距离10～30 m范围内开展12组实验(每组3次)，每组实验的总样本量在8～17之间(图2)。

图2 不同声音类型和距离下实验的总样本量Fig.2 Sample numbers of experiments under different sound types and distances

(3)重复多次不同时间间隔的效果对比实验

为了得到合适的驱鸟模式，选择重复3次单声，单声间隔时间分别为0.5 s、1 s和1.5 s。在距离10～25 m范围内，分别采用惊叫声、惨叫声和对照枪声，各实施10组距离不断增大的实验(不同声音类型下，每组包括3次实验)。惊叫声实验的每组实验的总样本量在8～28之间(图3)。

在不同距离、最优时间间隔下，惨叫声和对照枪声(惨叫间隔1.5 s和对照间隔1.5 s)实验的每组实验的总样本量在8～17之间(图4)。

图3 不同声音间隔和距离下实验的总样本量Fig.3 Sample numbers of experiments under different sound intervals and distances

图4 惨叫和对照实验的总样本量Fig.4 Sample numbers of experiments under different sounds

(4)不同声音组合的效果对比

采用3种不同的声音(J:惊叫，C:惨叫，Q:枪声)进行组合，并设置不同的时间间隔，排列组合共形成18种不同的驱鸟模式。在距离11～20 m范围内，不同驱鸟模式下每隔1 m各开展3次实验。

1.3 数据分析方法

采用Excel进行喜鹊行为的数据分析，利用无重复双因素分析方法分析实验结果(杨小勇，2014)，所有数据以E表示。当P＜0.05时，认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同声强的影响

在80～120 dB下，随着声强的增大，喜鹊开始出现逃离行为的距离增大。而低声强(40～60 dB)不会引起喜鹊逃离(图5)。

图5 不同声强和距离下喜鹊逃离的概率Fig.5 Escape probability of Pica pica under different sound intensities and distances

5组数据的无重复双因素分析结果表明，不同声强之间喜鹊逃离行为发生概率的差异有高度统计学意义(P=3.462e-12)。不同距离之间逃离行为发生概率的差异有统计学意义(P=0.015)。

所有声强实验均出现了吸引喜鹊靠近的现象，但发生吸引的距离和概率存在差异:声强越大，出现吸引行为的距离也越远(图6)。

2.2 单次播放效果的比较

不同距离下，不同声音类型下的喜鹊逃离概率的变化趋势不同，对照枪声引起逃离的概率随距离的增大而下降，而惨叫声和惊叫声引起逃离的概率与距离的变化没有呈现单调变化的趋势(图7)。

图6 不同声强和距离下喜鹊的吸引概率Fig.6 Attraction probability of Pica pica under different sound intensities and distances

图7 不同距离和声音类型下的喜鹊逃离概率Fig.7 Escape probability of Pica pica under different distances and sounds

不同单声类型引起喜鹊逃离的平均概率分别为:对照枪声(67.1% ±11.7%)、惊叫(41.0% ±9.92%)、惨叫(37.8% ±10.8%)。对照枪声的均值最高，但3种声音下喜鹊逃离的概率之间的差异无统计学意义(P=0.202)。

2.3 重复多次不同时间间隔的效果对比

对比不同距离和声音间隔的驱鸟效果，不同时间间隔的重复惊叫声引起的逃离概率随距离的变化存在差异，间隔0.5 s引起逃离的概率最大(图8)。

图8 不同时间间隔重复惊叫声时喜鹊逃离的概率随距离的变化Fig.8 Escape probability of Pica pica under different distances with different durations of alarm call

对于惊叫声，不同时间间隔之间的效果差异有统计学意义(P=0.043)，不同时间间隔引起逃离的平均概率分别为:间隔0.5 s(93.3% ±6.32%)、间隔1 s(79.3% ±7.45%)和间隔1.5 s(50.8% ±13.7%)。

不同距离下，惊叫单声和重复3声间隔0.5 s的效果(图9)，重复3声间隔0.5 s引起的逃离概率比单声惊叫的更高(P=0.004)。

间隔不同时间时，惨叫声和枪声的驱除效果差异无统计学意义(惨叫声:P=0.773;枪声:P=0.364)。但对比单声和重复的惨叫声，差异有统计学意义(P=0.005)。而重复3次枪声的效果和单次播放的效果之间的差异无统计学意义(P=0.277)。

最优时间间隔下，计算得到重复3种不同声音的平均概率分别为:惊叫间隔0.5 s(93.3%±6.3%)、惨叫间隔1.5 s(81.7% ±7.2%)、对照间隔1.5 s(93.3% ±6.3%)。惨叫间隔1.5 s的最小，惊叫间隔0.5 s的和对照间隔1.5 s的差异无统计学意义(P=0.116)。

2.4 不同声音组合的效果对比

采用3种不同的声音(J:惊叫，C:惨叫，Q:枪声)进行组合，计算得到所有模式下引起逃离的平均概率以及同一组合下不同时间间隔之间的差异(表1)。

同一声音组合中最优的时间间隔分别为: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)。进一步对比不同组合最优间隔时的效果，发现不同模式之间的差异有统计学意义(P=0.046)。

图9 单声和重复间隔0.5 s的惊叫声引起逃离的概率Fig.9 Escape probability of Pica pica caused by singly and repeatedly played alarm call at 0.5 s interval

表1 不同模式引起喜鹊逃离的平均概率Table 1 Average escape probability of Pica pica under different models

3 讨论

3.1 声强的影响

无论是对照枪声，还是具有生物学意义的惨叫和惊叫声，在同样的距离下，声强越大引起喜鹊逃离的概率越高。在同样的声强下，距离越远引起喜鹊逃离的概率越低。3种单一声音的驱除效果差异无统计学意义，说明只要喜鹊接收到的声音强度足够大，就能够实现驱除。实验中喜鹊逃离距离在15～20 m，说明在当前实验声强下，驱除效果比较显著。

当采用惨叫声时，声强较小或者距离较远的情况下，驱除范围内有喜鹊产生警戒而发出叫声后，甚至吸引其他区域的喜鹊飞近，这是喜鹊接近声源尝试确认是否真的有危险(Seamans＆Gosser，2016)。在实际应用时，驱鸟设备需要保证驱除区域存在足够强度的驱鸟声音，使喜鹊直接逃离而不是警戒，以消除可能引起喜鹊靠近的情况。

3.2 不同驱鸟模式的影响

采用单声进行实验时，枪声引起喜鹊的逃离概率比惊叫和惨叫引起的更高，但是差异并无统计学意义。进一步采用声音重复的方式，重复惊叫和重复惨叫的驱除效果均比对应单声的效果更好，而枪声重复并没有带来驱除效果的显著提高。说明喜鹊对于惊叫声和惨叫声的重复比较敏感，喜鹊容易获得更多的信息，决定是否逃离，因此重复声音的驱除效果得到了提升。

重复的播放间隔对驱除效果也存在影响，尤其是对惊叫影响最为显著，而对其他2种声音的影响不显著。间隔0.5 s时的惊叫驱除效果最好，比较符合喜鹊受惊时发声急促的实际情况。

当采用3种声音组合时，不同顺序的混合声音产生的驱鸟效果差异较大，且无吸引鸟类靠近的情况。实验结果表明，惨叫声出现在其他声音之后的组合声音的驱除效果更好，这是因为惨叫声可以看成是求救信号，它出现在其他声音之后，更符合实际喜鹊遇害的情况。对比平均概率，Q-J-C-0.5 s模式的效果最好。这种声音组合可以模拟喜鹊听到枪声后发生的惊叫以及被击中后的惨叫，可以更逼真地模拟喜鹊实际遇害时的组合发声，进而提供更丰富的信息警告喜鹊，可以获得更好的驱除效果。

3.3 构建驱鸟模式建议

合理的驱鸟模式需要在保证声强足够的前提下，选择更具警告意义的声音，以得到更好的驱除效果。不过当前只是进行了短期实验，为了验证其时效性，后续有必要继续开展驱鸟效果的长时间有效性研究。开展更多声音组合，不断地更新播放的时长和间隔，以研究更好的驱除模式。此外，可以尝试按照上述最优组合原则下构建驱鸟声音组合，研究其他鸟类的驱除声音模式。