基于声景资源时空分布特征的自然保护地自然宁静管理与规划

许晓青 金云峰＊ 钟乐

1 声景的定义

声景（soundscape）一词最早由芬兰地理学家Granoe于1929年在其出版的《纯粹地理》[1]中提出，后由加拿大音乐学家R Murray Schaffer于20世 纪60年 代 推 广[2]。Schaffer认为，声音作为一种独特的资源，承载着自然、人文、社会等信息，并可作为人类与生态环境沟通的媒介。Schaffer在后来开展的“世界声景项目”（World Soundscape Project）[3]中发起了有关声景生态学的研究，也使环境学家认识到了声景对于生态保护的重要性。国际标准化组织ISO将声景定义为“被人类感知或经历的声环境”，强调声景与客观声环境的区别在于人类感知[4]。“宁静”作为一种声景资源，被定义为“一种有价值的资源，可通过视觉、听觉和其他感官刺激直接得到，或通过激发某种回忆间接获得”，对于人类来说宁静代表着通过外在物质达到有益身心健康的内心平静状态。而“自然宁静”则通常是指物理声级小于45 dBA（dBA是采用A声级进行计量的声压级单位）的声环境[5]，更接近于对物理环境的定义。本研究中所指的“自然宁静”包含主观和客观定义，既考虑了人的声感知，也考虑了噪声对环境的影响。

2 声景时空分布研究作为规划的依据

2.1 各国声景时空分布特征研究概述

最早的《环境噪声导则》（Environmental Noise Directive, END）出自欧洲环境保护署,它的颁布标志着欧洲各国有了统一的声环境标准。END的主要目的不仅包括辨识恶劣的声环境区域，并反馈到相关规划中改进，还在于识别优质的声环境区域，即“宁静地”（quiet areas），以期保护声景资源。欧盟的研究指出了声景资源贫瘠的国家，如马耳他和卢森堡基本没有宁静地，比利时的宁静地与保护地重合最少，而荷兰的宁静地平均面积最小[6]。Votsi等[7]于2017年采用噪声制图对欧洲大陆全域的噪声分布进行了模拟，制图采用的噪声模型按照环保署的规定将噪声分为交通噪声、游憩噪声和工业噪声3类，并计算出每一类对应的平均噪声声级（如一级公路：85 dBA）衰减至50 dBA所需距离，并在ArcGIS中将每一类噪声声源周边辐射出相应距离的缓冲区。在得到噪声分布图后，又根据END中的声级阈值（50 dBA）识别出宁静地分布图，将其与各国保护地体系叠加后观察保护地的声景质量。此方法后续在多国的噪声控制导则中被引用，为宁静地边界划定提供了一定借鉴[8-9]。

英国的宁静制图[9]最大的特点是定性与定量结合、视觉与听觉结合的评价框架。首先通过广泛的公众咨询确立视觉与听觉宁静度的评价指标与权重，收集指标层的对应数据源并分级，两类感知数据加权叠加后形成宁静度评估地图，最后识别评分在宁静阈值以内的地区，并建立宁静地边界。英国宁静制图的特点表现为：1）广泛纳入公众参与形成感知指标；2）运用了主－客观结合的量化评价方法；3）评价方法和评价指标的选取可操作性强。

美国一直是保护地声环境管理的先行者，最早在国家公园局设立了自然光景与声景管理部。Mennitt等[10]基于境内现行数百个声学监测站中数百万时长的声环境数据，利用随机森林模型①，分析出了影响环境声压级的指标。这些指标既包括已有研究中的噪声源，也包括气温、地形等指标，随后将其作为解释变量构建了环境声压级分布预测的地理空间模型。基于此，美国形成了全国尺度下连续的环境声压级时空分布图。至今，此项成果依然作为美国自然光景与声景管理部进行声环境管理的重要依据。

2.2 基于时空分布特征的保护地声景规划与管控

从规划应用角度，声景资源识别在国土和区域尺度下的应用较少，多数应用在保护地尺度，美国国家公园的声景保护与管理实现了研究到实践的落实。美国国家公园管理局自然光景与声景管理部负责声景资源的探查、收集、分析、空间分布研究及保护管理。声景管理规划一般作为近期战略存在于美国国家公园规划体系中。规划流程包含：声景特征时空分布、声源识别、影响要素识别，基于此进行声景管控与规划指导。规划内容包含：国家公园背景介绍、规划目标、规划必要性论述、声景规划分区以及与现有分区关系。本小节的内容将指导第3节——大山包国家级自然保护区声景规划与管控略论。但由于美国国家公园与中国国家公园的具体情况不同，本节所得出的结论虽具有一定的指导意义，在大山包案例中也并未全盘照搬。

2.2.1 美国国家公园的声景规划与管理

美国国家公园的声景规划通常是以现有分区与土地利用作为基本空间框架，认为分区资源与声景资源有必然的耦合关系。在此基础上，识别各分区中适合的声源、声级和国家公园中不可接受的噪声，以及对这些声源造成最小影响的人类行为。继而通过分区管理政策、分区目标约束每个分区中的管理指标与阈值（表1）。

表1 基于分区的管理指标和阈值[11]Tab. 1 Management indicators and threshold values based on partition[11]

以锡安国家公园（Zion National Park）为例说明。首先基于国家公园分区及各个监测点测得的声级数据进行时空分布的描述性解释。公园分区总体上分为近端区和原野区两大区。数据显示，原野区的日间（太阳升起到落下为日间）声级环境水平约为22～37 dBA，保护地大部分区域＜30 dBA。夜间声级环境水平为18～38 dBA，保护地大部分区域＜20 dBA。继而分别对近端区和原野区制定声环境管理目标。对于旅游活动利用强度较高的近端区，是主要承载游客各类行为和活动的区域，声环境管理的目标包括：1）隔离噪声源，限制噪声入侵的强度和持续时间；2）除了公园特殊管理需求，正常交谈不应经常被打断；3）应控制遮蔽动物通讯信号的噪声，并将其限制在紧邻道路的区域。对于几乎无人类干扰的原野区，声环境管理的目标包括：1）最大限度地减少干扰登山者对话、动物通讯信号的噪声；2）最大限度地控制影响野生动物分布的行为的出现频度。两种分区中对不适宜的声源提出了管理要求。最后采取实地监测与适应性管理措施，包括调整公园现状声环境、公园人为噪声持续时长、游客对公园的使用强度等。

2.2.2 美国国家公园声景管理指标与阈值

声景专项规划的核心内容是基于各分区中所识别出的声景分布特征，针对管理目标制定相应的管理指标与阈值。以原野区为例，管理指标可分为总体声环境指标和游客宁静体验指标两大类。总体声环境指标包括“人类声的可听见时长”（time audible of human）、“最大声级”（maximum dBA）、“无噪声间隔”（noise free intervals, NFI，表2）；其中，无噪声间隔是指仅听到自然声的时长，分为最大NFI，中值NFI和最小NFI，并由公园现场收集的声级数据计算得出。游客宁静体验指标包括“语言干扰”“基本交谈”“解说教育项目”[12]。

表2 原野区中的指标和标准[12]Tab. 2 Indicators and standards for the Wilderness Zone[12]

综上所述，指标和标准通过对人为噪声进行时长、面积、分贝、间隔的控制来实现对噪声的管控和自然宁静的保护。在时间上调控人为噪声分别在日间、夜间总时长中的占比，以及人为噪声在每小时中的时长占比；无噪声间隔在日间应至少＞7 min，夜间宁静间隔应至少＞73 min。空间策略上，应将声压分贝超过6 dBA的空间面积控制在原野区面积的10%内；将声压分贝超过3 dBA的空间面积控制在原野区面积的25%内。这都与声景资源时空分布特征的识别密不可分。指标和标准阈值的制定既基于实测的声级，也基于动物声学和环境行为学研究的各项指标。在指标制定中参考了“噪声增加对应的动物听觉衰减范围”“人类被噪声唤醒曲线”等[12]。

2.2.3 管理措施与行动计划

以锡安国家公园为例，通过声景特征时空分布、声源识别、影响要素识别，进而对每个区域内的相应声源进行控制。主要依据已经形成的指标和标准，制定相应的游客行为管理政策。比如限制近端区的机动车噪声，通过教育鼓励安静和礼貌的骑行，禁止使用会增加噪声声级的交通工具，要求有组织的骑行团体需获得场地使用许可等。

总之，美国国家公园声景规划是基于美国国家公园的管理分区，确定相应的指标和标准后进行声景的规划和管理。每个国家公园的自然声环境情况、受人为活动影响的程度不同，加之美国国家公园已经开展声景规划的区域并不多，国家公园体系中还未形成针对声景资源的专项规划导则和系统性的声景规划规范，许多研究特别是监测方法的研究仍在探索中[6,11]。规划中对人类声可听见度所占的时间比例、噪声增加3～6 dBA占的空间比例进行了规定，并进一步明确了自然宁静占总体声源的时长比以及容许人类活动所产生的最大声级，这些经验值得中国借鉴，特别是以保护生态系统完整性为主要目标的自然保护地。

3 大山包国家级自然保护区声景规划与管控略论

本研究以云南大山包黑颈鹤国家级自然保护区为例（以下简称大山包），尝试用相应的声景制图技术来识别大山包自然保护区的声景时空分布特征。大山包位于云南省昭通市昭阳区西部的大山包乡，保护区总面积19 200 hm2，以黑颈鹤（Grus nigricollis）及其越冬栖息的亚高山沼泽化草甸为主要保护对象[13]。在2003年被确立为国家级自然保护区，2004年被列入国际重要湿地名录。大山包是中国黑颈鹤东部种群的重要越冬地、迁徙停歇地和集散地。目前，黑颈鹤数量已从保护区建立初期的200只左右增长为1 300只左右。保护区的核心区面积8 686 hm2、缓冲区面积5 176 hm2、实验区面积6 048 hm2，分别占保护区总面积的43.6%、26.0%、30.4%。以夏季全天声源为例，核心区中以地理声为主导声源的地块面积约占76.92%，生物声主导的地块面积约占15.38%，人类声主导的地块面积约占7.69%；缓冲区中地理声为主导声源的地块面积约占100%；实验区中地理声为主导声源的地块面积约占69.23%，生物声主导的地块面积约占30.77%，无人类声。

保护区内的高原湖泊、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。大海子地区是最大的一片夜栖地，该区域还建有供游客观赏黑颈鹤的建筑——观鹤隧道和观鹤屋。保护区内人与鹤的关系长期以来都较为融洽，但由于耕地作物是黑颈鹤的主要食物来源，也因此会产生不可避免的人鹤冲突。以大山包作为研究地，一是因为其相较于其他保护地，大山包的人为利用强度低，旗舰物种（flagship species）明确，便于分析交通噪声对旗舰物种的影响；二是因为笔者已对保护区的声景展开了实地调查，便于规划针对性的策略。笔者在前序研究[13]中已揭示了交通噪声会对黑颈鹤日间觅食的大海子紧风垭口、跳墩河、长会口、燕麦地水库区域和殷家碑海子区域产生影响。并通过户外声环境模拟得知：黑颈鹤最大的夜栖地大海子由于距道路最近，受到的交通噪声影响最显著，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宁静的标准（＜ 45 dBA）[13]。

在此基础上，本研究继续通过实测结合预测、听音试验等，利用GIS实现克里金空间插值（ordinary Kriging method）、SPSS相关性分析等方法，识别出大山包冬季（黑颈鹤越冬期间，11月至次年4月）的声级时空分布特征（图1）。总体而言：1）保护区冬季声级时空分布特征自西向东声级逐渐递减，且梯度明显；2）声级最高处出现在道路沿线，尤其是保护区西侧的跳墩河道路沿线最为明显；3）最为宁静的区域（＜45 dBA）出现在保护区的东侧，甚至包括后来新划入保护区的东北角部分；4）介于最为喧闹和最为宁静区域之间的是保护区次宁静区域，声级大约为45～48 dBA，而这部分区域的最高声级也出现在道路沿线。将保护区的分区（核心区、缓冲区、试验区）与声级时空分布图叠加，发现核心区仍然有10.4%面积（图2中灰色部分）的区域未满足自然宁静（＜ 45 dBA）。

1 大山包冬季声级时空分布The spatial-temporal distribution of the winter sound level of the Dashanbao Nature Reserve

2 未满足自然宁静的区域Areas with criteria for natural quietness unsatisfied

基于大山包现有分区，在声景时空分布特征识别的基础上，参照美国声景管理规划，尤其借鉴其对噪声时长比例和所影响的空间比例控制的方式来管控噪声，并进行大山包声景专项规划，提出大山包声景分区管理管控的策略。

基于美国经验借鉴和前序研究[13]，充分考虑大山包旗舰物种黑颈鹤对于“自然宁静”声环境的需求。在核心区，要求整体“人类声的可听见时长”被控制在日间时长×20%×90%、夜间时长×10%×90%内。对于当地居民，应引导其分时、合理的活动，避开几个可能对黑颈鹤产生干扰的空间和时间节点。对于游客，傍晚和清晨应禁止观鹤行为、保持自然宁静，其他时间应确保最近观鸟距离至少＞220 m[14]。对于声级，控制噪声增加3 dBA的总时间不超日间时长的25%，不超过夜间时长的10%；控制噪声增加6 dBA的时长不超过日间总时长的10%，不超过夜间总时长的5%，人为噪声应控制在60 dBA之内。对于大海子、跳墩河区域，基于现有交通条件，已基本不能满足自然宁静的条件，应严格控制柴油机车、景区观光车等声源，行进路线与大海子的直线距离不得＜1 000 m。对于缓冲区，要求整体人类声的可听见时长应小于日间时长×50%×60%，应小于夜间时长×30%×90%。核心区和缓冲区的详细策略见表3。

表3 大山包自然保护区声景分区规划[13]Tab. 3 Soundscape zoning planning of Dashanbao Natural Reserve[13]

最后，建议对保护区的边界，尤其是核心区的边界划定进行调整。将东北角的新增部分加入核心区，并继续推行现有食物源基地项目，并且保持现有自然宁静的程度。

4 结语

声景时空分布特征研究是进行规划和管理的前提条件。随着人类噪声影响不断增加，声环境逐渐恶劣，声景作为衡量环境的重要指标之一，在国土空间规划中正逐渐得到重视。目前，中国中观尺度的声景时空分布研究缺乏，特别是在自然保护地中，基于时空分布特征进行保护管理的相关研究在中国还尚未开始。自然保护地声景时空分布研究能为国土空间规划中的生态空间规划与相应的管控提供依据。

放眼国际，美国、欧盟已在国土和保护地尺度展开声景时空分布的研究并逐步应用。在保护地尺度，美国国家公园已编制了声景专项规划，形成了规划内容、管理政策和监测措施。本研究在借鉴国际相关经验的基础上，以云南大山包国家级自然保护区为例，基于保护区人鹤共存的特殊条件，识别了保护区冬季声景时空分布的特征，进一步识别交通噪声、游客噪声对黑颈鹤栖息地的影响[13]。在已经形成的声级时空分布图上叠加保护区区划，辩证性地反思了现有区划的问题。并基于现有保护区分区，提出了声景管理分区及时空管控指标及措施，包括“人类声的可听见时长”“声源声级”指标及与之相对应的人为声持续时长和影响面积的管控。

总结起来，声景资源的时空分布特征识别将逐渐成为中国自然保护地资源研究的关键议题之一，也将进一步推动自然保护地中对声环境与生物多样性的保护。本研究所形成的声景资源识别方法、管控指标和措施等能有效地从规划角度推进中国自然保护地体系的建设，并面向全域国土空间规划的需求起到更积极的作用。

注释(Note)：

① 随机森林模型是利用多棵决策树对样本进行训练并预测的一种分类器。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

图1、2由作者绘制；表1～3由作者根据参考文献[11-13]绘制。