音頻驅鳥設備對野生喜鵲最佳驅除模式研究

謝將劍，李星光，楊俊，齊濤，楊紫合，王楠

(1.北京林業大學工學院，北京100083;2.北京林業大學生態與自然保護學院，北京100083)

鳥害普遍存在于農田果園、輸電線路、高速鐵路以及航空領域，給人類生活帶來不同程度的不利影響。采用聲音驅趕鳥類是一種非損傷驅趕方法，既避免了對鳥類的直接傷害，又可以實現對鳥類的有效驅趕，在當前形勢下對保護鳥類具有積極作用。音頻驅鳥設備通過播放能引起鳥類緊張或恐懼的聲音，使其遠離保護區域，進而達到驅鳥的效果，該類設備作用范圍廣、對生態環境友好，在國內外市場上受到較大關注(張潔等，2011;Baral et al.，2019)。音頻驅鳥設備被廣泛用于多種場合，例如農田(袁佳煒，石復習，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。現有音頻驅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，石復習，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，鳥類容易對其產生適應性，進而失去驅鳥效果(趙亮，2013)。因此，有必要對驅鳥聲音和驅鳥模式進行研究，以提高音頻驅鳥設備的時效性。

突然的高強度噪聲可以有效驅除鳥類，但是會帶來較大的噪聲污染(Bishop et al.，2003)。槍聲可以有效驅離經常被獵殺的鳥類，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除作用，但是由于在自然情況下，狩獵時的猛禽很少發聲，實際上該類聲音的驅除效果有限(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，發現北美黑啄木鳥聽到猛禽聲音后，并不是立即逃離，而是轉到樹干的另一側進行躲避。鳥類的慘叫、驚叫聲具有生物學意義，驅鳥效果較好，而且鳥類對同類的慘叫和驚叫聲的適應時間要遠長于對其他無生物學意義聲音(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的驅除實驗，對比了常規方法(反射帶、丙烷加農炮、煙火)和常規方法與播放慘叫、驚叫聲的組合方法的驅除效果，發現常規方法與播放音頻的組合方法效果更好，鳥害導致的葡萄產量損失更小;Ribot等(2011)對深紅玫瑰鸚鵡Platycercus elegans的聲音驅除研究表明，采用本種鳥類驚叫聲的驅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)聲音進行驅逐的效果。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是否真的有危險(胡燦實等，2012;Seamans ＆ Gosser，2016)。所以探尋針對不同驅除對象的有效的驅鳥模式，以及不同驅鳥聲音下鳥類的行為，將有助于確定有效的驅鳥模式。

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除喜鵲的效果進行評價，確定合適的驅鳥模式，為音頻驅鳥設備的研制提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及實驗設備

實驗使用的驅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，槍聲從網絡下載。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。驅鳥聲音通過手提式遠程聲波驅散器(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 進行驅鳥實驗。

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散器(聲源)和喜鵲的直線距離。實驗時，將聲波驅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，播放相應的驅鳥聲音，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的慘叫聲進行實驗，記錄喜鵲和聲源之間距離以及喜鵲的反應行為，將喜鵲的反應行為分為逃離和非逃離(警戒、無反應和吸引)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次實驗的結果進行累計，每組實驗的總樣本量在6～18之間(圖1)，將逃離個體數占總個體數的比例作為逃離行為發生的概率。

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

實驗發現，距離越近、聲強越大引起逃離行為的概率也越高，故后續驅鳥實驗的聲強都采用120 dB，實驗距離都設定在30 m以內。

(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)重復多次不同時間間隔的效果對比實驗

為了得到合適的驅鳥模式，選擇重復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，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)進行組合，并設置不同的時間間隔，排列組合共形成18種不同的驅鳥模式。在距離11～20 m范圍內，不同驅鳥模式下每隔1 m各開展3次實驗。

1.3 數據分析方法

采用Excel進行喜鵲行為的數據分析，利用無重復雙因素分析方法分析實驗結果(楊小勇，2014)，所有數據以E表示。當P＜0.05時，認為差異有統計學意義。

2 結果

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組數據的無重復雙因素分析結果表明，不同聲強之間喜鵲逃離行為發生概率的差異有高度統計學意義(P=3.462e-12)。不同距離之間逃離行為發生概率的差異有統計學意義(P=0.015)。

所有聲強實驗均出現了吸引喜鵲靠近的現象，但發生吸引的距離和概率存在差異:聲強越大，出現吸引行為的距離也越遠(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單調變化的趨勢(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計學意義(P=0.202)。

2.3 重復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鳥效果，不同時間間隔的重復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計學意義(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3聲間隔0.5 s的效果(圖9)，重復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，慘叫聲和槍聲的驅除效果差異無統計學意義(慘叫聲:P=0.773;槍聲:P=0.364)。但對比單聲和重復的慘叫聲，差異有統計學意義(P=0.005)。而重復3次槍聲的效果和單次播放的效果之間的差異無統計學意義(P=0.277)。

最優時間間隔下，計算得到重復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的差異無統計學意義(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)。進一步對比不同組合最優間隔時的效果，發現不同模式之間的差異有統計學意義(P=0.046)。

圖9 單聲和重復間隔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，距離越遠引起喜鵲逃離的概率越低。3種單一聲音的驅除效果差異無統計學意義，說明只要喜鵲接收到的聲音強度足夠大，就能夠實現驅除。實驗中喜鵲逃離距離在15～20 m，說明在當前實驗聲強下，驅除效果比較顯著。

當采用慘叫聲時，聲強較小或者距離較遠的情況下，驅除范圍內有喜鵲產生警戒而發出叫聲后，甚至吸引其他區域的喜鵲飛近，這是喜鵲接近聲源嘗試確認是否真的有危險(Seamans＆Gosser，2016)。在實際應用時，驅鳥設備需要保證驅除區域存在足夠強度的驅鳥聲音，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 不同驅鳥模式的影響

采用單聲進行實驗時，槍聲引起喜鵲的逃離概率比驚叫和慘叫引起的更高，但是差異并無統計學意義。進一步采用聲音重復的方式，重復驚叫和重復慘叫的驅除效果均比對應單聲的效果更好，而槍聲重復并沒有帶來驅除效果的顯著提高。說明喜鵲對于驚叫聲和慘叫聲的重復比較敏感，喜鵲容易獲得更多的信息，決定是否逃離，因此重復聲音的驅除效果得到了提升。

重復的播放間隔對驅除效果也存在影響，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時的驚叫驅除效果最好，比較符合喜鵲受驚時發聲急促的實際情況。

當采用3種聲音組合時，不同順序的混合聲音產生的驅鳥效果差異較大，且無吸引鳥類靠近的情況。實驗結果表明，慘叫聲出現在其他聲音之后的組合聲音的驅除效果更好，這是因為慘叫聲可以看成是求救信號，它出現在其他聲音之后，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聲，進而提供更豐富的信息警告喜鵲，可以獲得更好的驅除效果。

3.3 構建驅鳥模式建議

合理的驅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，以得到更好的驅除效果。不過當前只是進行了短期實驗，為了驗證其時效性，后續有必要繼續開展驅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，以研究更好的驅除模式。此外，可以嘗試按照上述最優組合原則下構建驅鳥聲音組合，研究其他鳥類的驅除聲音模式。