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调查LED路灯转换对淡水昆虫的生态影响

新西兰许多城镇已经改用现代LED路灯。此举将节省运营成本，但目前尚不清楚人工路灯对飞行的淡水昆虫有什么影响，而淡水昆虫是我们水道生态系统不可或缺的一部分。NIWA调查了可能的影响，这是mbie资助的一个为期四年的Smart Idea项目的一部分。

为了配合全球转向节能路灯技术，新西兰各地最近更换了约37万盏路灯(主要是黄色高压钠灯(HPS))，主要是蓝白色发光二极管(led)。

虽然转换的经济效益是显著的(每年减少数百万美元的运营成本)，但转换为LED照明的潜在生态影响则不太确定。

目前批准的大多数蓝白光LED路灯发出的蓝光比例高于一些(但不是全部)老式路灯。无论是原光还是替换LED的特性，都将决定城市环境中的蓝光量是否会增加。此前的研究表明，人造光会对陆地和水生生态系统产生负面影响，并降低全球夜空的能见度。

Christchurch city at night taken from the Summit Road on the Port Hills in July 2018, at the start of the conversion of streetlights to LEDs, and in May 2022 when the conversion was largely complete. Streetlights were a mixture of types in 2018, including High Pressure Sodium (orange colour).  

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2018年7月，路灯开始转换为led时，以及2022年5月，转换基本完成时，基督城的夜晚从港口山的顶峰路拍摄。2018年的街灯是各种类型的混合，包括高压钠灯(橙色)。

众所周知，蓝光尤其会影响许多生物，包括生活在我们水道中的昆虫，它们为幼年金枪鱼(鳗鱼)等鱼类提供食物，而一旦这些昆虫长成能飞的成虫，就会影响蝙蝠(pekapeka)和皮瓦卡瓦卡(piwakawaka)等鸟类。城市水道提供重要的生态系统服务，促进文化福祉，但它们的健康状况在全球范围内正在下降。生态光污染可能通过改变新出现的成年水生昆虫的行为而导致城市水道生态系统功能不良。

我们调查了将传统路灯转换为蓝白色led对淡水昆虫飞行吸引力的影响。我们还采用了一种方法来可视化城市规模的街道照明，以量化Ōtautahi(基督城)的照明空间模式。通过绘制城市“灯光景观”，并调查不同照明场景下成虫行为的变化，这项研究旨在提供信息，以帮助设计生态敏感的路灯计划，并帮助确定可能需要替代照明解决方案的关键区域。

实验

我们进行了三个实验，以捕捉在水道附近不同类型的灯光周围飞行的昆虫。每晚统计在不同灯光类型附近的粘性陷阱(实验1和2，详见下文)和水陷阱(实验3)中捕获的昆虫数量，以比较昆虫的相对吸引力。在所有的实验中，我们在40多个晚上捕获了100多万只昆虫。这些实验旨在回答三个关键问题:

  1. 从高压钠(HPS, 70瓦)路灯切换到4000 K LED(20瓦)路灯会增加昆虫对路灯的吸引力吗?这项实验在两个地点进行，使用了可操作规模的路灯:
    a. Ōtautahi(基督城)住宅红区毗邻Ōtakaro Awa(雅芳河)，这是一个没有住宅照明的城区
    b.在相对较轻的naïve凯图纳山谷，班克斯半岛。

  2. 我们可以选择特定的LED路灯来减少昆虫的吸引吗?在班克斯半岛的凯图纳山谷，我们比较了三种不同类型的LED路灯(目前使用的4000 K蓝白灯和2200 K蓝白灯和一个黄色LED)吸引的昆虫的数量和类型。

  3. 发出更多蓝光的蓝白色led会吸引更多昆虫吗?次要问题包括:“发生在光照naïve和城市地区的河流的影响是否一致?”，以及“灯光在距离河流多远的地方会吸引淡水昆虫飞行?”作为她的硕士研究项目的一部分，坎特伯雷大学的学生杰斯·斯科菲尔德在Ōtakaro河(城市Ōtautahi)和哈顿河(阿瑟山口国家公园)使用较小规模的光阱，比较了3000 K、4000 K、5650 K和6000 K蓝白色led对caddidi蝇的吸引力。她还调查了距离哈顿河100米范围内的灯光吸引力。

主要研究结果

  1. 我们的城市规模的光景观映射允许在Ōtautahi(基督城)不同的街灯场景下的亮区和暗区可视化。该工具/技术可用于研究路灯可能成为不同类群扩散障碍的强度阈值(即，高光强区域是否会减少昆虫的自然分布，以及绿地或河流走廊沿线的人工照明是否有可能破坏栖息地?)

  2. 从HPS路灯到4000 K LED的转换通常会降低昆虫的吸引力，这与我们最初的预期相反，因为LED发出的蓝光比例高于HPS。然而，这种明显的效果可能取决于两种光类型的相对亮度——在五个地点中的四个，HPS的光输出比led更高。在一个地点，灯柱较短，地面上HPS灯和LED灯的光强相似，LED灯比HPS灯吸引更多的昆虫。我们的结果表明，焦点类群所感知的光强度和颜色光谱都影响吸引率。

  3. Caddisfly类群被发出更多蓝光的蓝白色led所吸引。这种影响在不同的caddisfly类群中基本一致，在光照naïve地区(arthur Pass国家公园)或光照更好的城市地区毗邻河流。尽管离河100米以内的灯光会吸引石虱，但在距离河20米以内捕获的石虱比例很高。

  4. 运行规模的路灯实验表明，许多(但不是全部)昆虫类群更容易被发射更多蓝光的LED吸引，而不是色温较低的蓝白色LED，或者不发射蓝光的LED(黄色LED)。

结论

总的来说，我们得出的结论是，使用发出较少蓝光的灯可能有利于某些昆虫群体(特别是飞蛾和石虱)，其影响的大小取决于所更换灯的相对光强和光谱，以及焦点类群。在可能的情况下，将路灯放置在离水道更远的地方或在河岸植物等屏风后面，也可能会减少淡水昆虫对路灯的吸引力。

合作者:

  • NIWA员工:Kristy Hogsden博士，Amy Whitehead博士，Brian Smith
  • Jon Bennie博士，埃克塞特大学
  • 史蒂夫·波森博士，坎特伯雷大学
  • 杰西卡·斯科菲尔德
  • 项目设置建议:Julian Chisnall和Carol Bannock;Waka Kotahi新西兰运输机构，Geoff English和Andrew Cameron;CCC。
  • 红区灯具的安装:连接件
  • 灯具供应:Allan Stephenson, Signify, Connectics
  • 技术支持:Amber Sinton, Oonagh Daly, Brendon Smith, Alex Rose, Paul Lambert - NIWA, Emily Carr。

    联系

    Michelle Greenwood博士

    淡水生态学家
    给米歇尔·格林伍德博士发邮件

    新西兰境内免费电话:0800 RING NIWA (0800 746 464)

    Example of a street converted to LEDs (foreground, white colour) and one that is still high-pressure sodium lighting (orange street, midground). This was in August 2018, almost all lights are converted to LEDs now. Photo: Michelle Greenwood, NIWA.

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    例如，街道转换为led(前景，白色)和一个仍然是高压钠灯照明(橙色街道，中景)。这是在2018年8月，现在几乎所有的灯都转换为led。图片:Michelle Greenwood, NIWA。

    The different lighting treatments used in Experiment 2 in Kaituna Valley. Traps at the top of the poles were sticky and caught insects that were attracted to the lights. A dark control pole (unlit) is just out of shot. These poles were installed specifically for the experiment. Photo: Michelle Greenwood, NIWA.

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    实验2在凯图纳河谷采用的不同光照处理。灯杆顶部的陷阱很粘，可以捕捉被灯光吸引来的昆虫。一个黑暗的控制杆(未点亮)只是在镜头之外。这些杆子是专门为实验安装的。图片:Michelle Greenwood, NIWA。

    An example sampling sheet showing insects captured on sticky traps near lights during one night. A mass emergence of flies covered the sampling sheet. Photo: Alex Rose, NIWA.

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    一个示例采样表，显示在一个晚上在靠近灯光的粘性陷阱捕获的昆虫。大量苍蝇出现在取样单上。图片:Alex Rose, NIWA。

    Insects captured on sticky sample sheet from one night  trapping on the LED light in Hagley Park. The large moth-like insects with long antennae are caddisnipsflies. Chironomid midges are also visible. Photo: Brian Smith, NIWA. 

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    在哈格利公园的LED灯下捕捉的昆虫被粘在粘性样品单上。这种长有长触角的蛾状大昆虫是caddisnipsflies。摇蚊也可见。图片:NIWA的Brian Smith。
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