《Biological Conservation》：Assessing and mapping taxon-specific effects of ecological light pollution for environmental impact analysis
编辑推荐：
本研究针对生态光污染对濒危物种影响评估的难题，开发了一种结合照明工程软件与物种光谱敏感性的创新方法。通过两个加州道路照明案例，团队将照明水平转换为物种感知的月光等效照度，提出0.01-0.1月光等效照度作为影响阈值。研究发现光谱调谐可使影响面积减少8-25%，屏蔽措施效果因具体设计而异。该方法为环境影响评价提供了量化工具，发表于《Biological Conservation》。
随着城市化进程加速，人工光源对夜间生态环境的干扰日益严重，特别是对夜行性野生动物的影响亟待量化评估。传统环境影响评估往往忽视光污染的生态效应，或仅基于人类视觉标准进行粗略判断，难以准确反映其对不同物种的真实影响。由于不同生物的光谱敏感性与人类存在显著差异，开发一种能够量化物种特异性光污染影响的方法成为当务之急。
在这项发表于《Biological Conservation》的研究中，加州大学洛杉矶分校的研究团队提出了一种创新性的评估框架，将专业照明设计软件与物种视觉特性相结合，为生态光污染的环境影响分析提供了实用工具。
研究团队选取了加州两个典型道路照明项目作为案例，分别涉及加州虎螈（Ambystoma californiense）和圣贝纳迪诺更格卢鼠（Dipodomys merriami parvus）两种濒危物种。他们采用照明工程领域广泛使用的AGi32软件，以0.001勒克斯的高精度计算水平和垂直照度分布，突破了传统照明设计通常只分辨率到1勒克斯的限制。
关键技术方法包括：利用AutoCAD与插件获取地形网格数据；设置3英寸高的计算点模拟小型地面动物视角；通过光谱功率分布（SPD）数据将照明值转换为物种特异性月光等效照度；使用ArcGIS Pro进行空间分析并绘制影响区域图。
案例研究地点
研究选取的两个地点都具有代表性特征：都是人工光源较少的区域的新建照明项目，且每个项目都影响至少一种州或联邦列出的濒危物种。第一个项目位于索拉诺县的12号州道/113号州道交叉口，该区域是开放草原栖息地，附近有加州虎螈的栖息地。第二个项目位于河滨县的79号公路和吉尔曼斯普林斯路交叉口，照明设施紧邻圣贝纳迪诺更格卢鼠的关键栖息地。
照明场景开发
研究人员基于竣工照明方案建立基线场景，使用照明工程学会（IES）文件描述灯具的光分布特性。通过导入地形网格、设置反射率参数、定义适合小型动物受体的测量平面等步骤，计算无屏蔽和添加商用屏蔽两种条件下的照度分布。屏蔽方案通过测试不同侧罩和死胡同屏蔽来减少场外光溢出，同时保持符合道路照明实践标准。
野生动物视觉系统调整
研究团队采用Longcore（2023）编制的光谱响应曲线数据库，针对两种目标物种的视觉特性进行调整。对于加州虎螈，使用钝口螈属（Ambystoma）两个物种的曲线进行样条拟合；对于更格卢鼠，以博塔口袋地鼠（Thomomys bottae）作为视觉系统代理。通过将灯具光谱功率分布与月光光谱组成进行比较，计算出物种特异性的转换因子，将照明水平转换为月光等效值。
影响阈值
研究提出了基于月球自然光照周期的分级阈值体系：小于0.001勒克斯（新月条件）可能仅产生轻微影响；0.001-0.01勒克斯可能产生眩光影响；0.01-0.1勒克斯可能产生显著的场景照明影响；大于0.1勒克斯（满月典型照度）肯定会产生显著不利影响。研究人员将0.01和0.1月光等效照度作为主要影响阈值进行映射分析。
照明转换因子
分析显示，不同灯具的转换因子存在显著差异。对于钝口螈，低压力钠灯（LPS）的转换因子为0.48，而4310K LED为0.84；对于地鼠/更格卢鼠，相应值分别为0.34和0.91。转换因子与灯具的相关色温（CCT）呈显著线性相关，表明光谱特性对物种感知亮度有重要影响。
屏蔽措施效果
在12/113交叉口案例中，屏蔽措施显著减少了高照度区域面积。无屏蔽条件下，交叉口中心照度超过50勒克斯，远超照明实践推荐值；添加前侧屏蔽和死胡同屏蔽后，最大照度降至33勒克斯，大于1勒克斯的区域明显减少。然而在79号公路案例中，由于只能使用房屋侧屏蔽且无法计算垂直照度，屏蔽反而使大于0.01勒克斯的影响面积增加了16%，表明屏蔽设计需要针对具体场景进行优化。
光谱控制效果
光谱调整对两个地点的各种阈值影响面积都有减少作用。在12/113地点，将3000K LED换为低压力钠灯可使大于0.01勒克斯的面积减少8%（无屏蔽）至19%（屏蔽），大于0.1勒克斯的面积减少13-18%。结合光谱调谐和屏蔽措施，总体影响面积可减少33-38%。类似的趋势也出现在79号公路案例中，光谱调整可减少21-25%的影响面积。
研究结论表明，该方法成功地将照明工程计算与物种视觉特性相结合，为生态光污染的环境影响评价提供了量化基础。虽然当前方法在软件计算能力和物种视觉表征方面仍需改进，但已明显优于传统的定性评估方法。光谱调谐和适当的屏蔽设计可有效减少对敏感物种的影响，具体效果取决于灯具特性、屏蔽选择和物种视觉敏感性。
这项研究的重要意义在于建立了跨学科的方法框架，使照明工程师、环境保护机构和项目开发者能够在项目规划阶段预测和减轻生态光污染影响。通过将技术标准与生态需求相结合，为可持续照明设计提供了科学依据，对保护夜间生态环境和生物多样性具有重要实践价值。
