猫头鹰悄然飞行的羽翼秘密与森林

猫头鹰为何能悄无声息地飞行

猫头鹰之所以能在夜晚的森林中捕猎而不被猎物察觉，秘密就在于翅膀的结构本身。一般鸟类的翅膀在切风飞行时会发出"呼呼"的声音，而猫头鹰几乎将其完全消除。即便是同样属于猛禽类的黑鸢或鹰，振翅时人耳也能清楚听到风声，但猫头鹰即使从头顶飞过，人往往也毫无察觉。造成这种差异的，正是构成翅膀的羽毛本身的微细形状。

这种静音特性并非偶然，而被认为是猫头鹰作为依赖听觉定位猎物的夜行性动物，在进化上极为重要的适应结果。如果自己振翅的声音过大，就会掩盖猎物发出的细微声响，使其无法在黑暗中准确定位声源。换言之，猫头鹰的静音飞行既是提高捕猎成功率的"进攻"机制，也是保护自身听觉、使其能充分发挥作用的机制。

猫头鹰的听觉本身也高度发达。许多种类的左右耳位置和形状略有不对称，据认为这使它们能够根据声音抵达两耳的极微小时间差和音量差，立体地判断猎物的位置。环绕面部的皿状羽毛排列——被称为"面盘"——也被认为具有像抛物面天线一样将声音汇聚并传向耳朵的作用。静音飞行能力与高精度听觉，可谓相辅相成，共同支撑起黑暗中的狩猎。

锯齿：翼前缘的锯齿状结构

在猫头鹰初级飞羽（翅膀最外侧的羽毛）的前缘，排列着被称为"锯齿"的、类似锯齿状的小突起。这一结构能将气流细致分散，把翅膀与空气碰撞时产生的涡流（湍流）打碎成更小的涡旋。若大股湍流未经处理直接通过翅膀，就会产生振动噪音，而锯齿结构能将声音能量分散到超出人耳可听范围的高频段，从而使振翅声难以被听见。

不同物种的锯齿间距与角度略有差异，被认为是根据各自的体型大小与飞行速度而优化的。研究者指出，这种突起不仅能"梳理"气流，还可能延缓翼面上方气流的分离（即气流脱离翼面的现象），从而帮助猫头鹰在低速滑翔时依然保持升力。具备低速飞行能力，也使猫头鹰能够穿梭于树木之间，并在猎物上方近乎悬停般静止。

天鹅绒表面：羽毛表面的绒毛

覆盖翅膀表面的羽毛也十分特殊，呈现出如天鹅绒般细密的绒毛质感。这种"天鹅绒表面"能吸收振翅时羽毛相互摩擦产生的噪音。此外，小羽枝（构成羽毛的细小分支结构）笔直伸展，使相邻羽毛之间保持适当间隔，也进一步抑制了羽毛相互接触产生的声音。

一般鸟类的羽毛为了在飞行中耐磨损、抗污渍，表面往往光滑而坚硬。相比之下，猫头鹰的羽毛柔软，其结构优先考虑"不发出声音"，而非防水性或光滑度。因此猫头鹰的羽毛不易防水，若长时间遭雨淋湿，很容易散失体温——这也是以静音性为代价换来的进化取舍之一。

翼面积与振翅次数

猫头鹰相对于体重的翼面积比（翼载荷）往往低于体型相近的其他猛禽。翅膀相对体重更大，意味着即使振翅次数较少，也能获得足够的升力。振翅次数越少，羽毛相互摩擦的次数也就越少，由此产生的总噪音量也随之降低。也就是说，猫头鹰的静音特性不仅依赖锯齿、天鹅绒表面等羽毛表面结构，也依靠翅膀整体比例这一设计层面的巧思。

这种偏大的翅膀也适合低速轻盈地滑翔飞行。据观察，猫头鹰在接近猎物的最后一刻，会大幅展开双翼，近乎滑行般降低高度，直到落地前几乎不再振翅。相比追求飞行速度，这更像是一种优先保证悄无声息、精准抵达猎物的飞行方式。

静音结构也被应用于人类技术

猫头鹰的翅膀结构长期以来被作为将生物机制应用于工程学的"仿生学"代表案例加以研究。把生物历经数亿年进化所获得的功能应用于人工制品设计的思路，并不局限于猫头鹰的翅膀，荷叶的疏水性、鲨鱼皮肤的减阻效果等也已在多个领域实现实用化。其中猫头鹰的静音结构因为直接关系到噪音这一现代社会的切身课题，应用范围尤其广泛。

在新干线受电弓上的应用

其中最广为人知的，是其在新干线受电弓（集电装置）降噪对策上的应用。为了降低受电弓在高速行驶时所受到的空气阻力与噪音，参考猫头鹰翼截面与羽毛边缘形状的设计方案已被研究并投入使用。由于新干线的行驶速度接近每小时300公里，车体表面哪怕极细微的突起或形状差异，都会产生较大的空气动力噪音。受电弓正是其中特别容易产生噪音的部位，长期以来与隧道进入时的降噪对策一同，成为不断优化形状的重点领域。

无人机静音化研究

近年来，猫头鹰的翼结构也被应用于降低城市配送与巡检用无人机飞行噪音的研究中。在螺旋桨边缘加入类似锯齿的微细突起，已在多项研究中被证实能降低作为旋翼噪音主要成分的高频声音。随着无人机在贴近生活空间的低空飞行机会增加，出于对周边居民噪音影响的考量，这一领域也被寄予实用化的期待。随着无人机在物流与灾害调查中的应用不断扩大，抑制飞行噪音的技术重要性预计将进一步提升。

无人机噪音并不仅仅是"吵闹"这种不适感的问题。夜间与清晨飞行时，对周边噪音的顾虑往往成为运营上的制约，对野生动物的影响也曾被指出。若能建立起抑制飞行噪音的技术，就有可能放宽无人机的运营时段与飞行路线限制，从而扩大其在灾害搜救、偏远地区配送等社会需求较高用途中的应用范围。一种鸟类翅膀所具备的结构，竟与这些实际问题的解决息息相关，颇为耐人寻味。

向换气扇、送风机的延伸

在贴近日常生活的家电领域，参考猫头鹰翼结构进行静音化的尝试也在推进。通过在换气扇、送风机叶片边缘加入微细凹凸，或将表面加工得更加细腻，来抑制旋转时产生的风声，相关产品开发正在展开。随着住宅气密性不断提高，空调设备的静音化也愈发受到重视，可以说一种鸟类所拥有的结构，也间接地为居住环境的舒适度做出了贡献。

在风力发电叶片上的应用可能性

噪音问题较为突出的风力发电风车叶片，也在研究层面探讨参考猫头鹰翼结构进行静音化的可能性。风力发电作为可再生能源正不断扩大规模，但大型叶片旋转时产生的低频噪音，有时会被指出影响周边居民的生活环境。若在叶片边缘引入类似锯齿的微细结构，理论上有望将声音能量分散至高频段，从而降低人体感受到的噪音水平。要实现实用化，需要在叶片整体强度与发电效率之间取得平衡，因此目前仍处于研究阶段，但作为兼顾可再生能源普及与居住环境的技术，依然受到关注。

猫头鹰无法自己筑巢

能够悄无声息地飞行虽提高了捕猎成功率，但猫头鹰的生存还面临另一大制约：它无法用喙或爪自己挖掘巢穴。不同于啄木鸟一类能够在树上凿洞的鸟类，猫头鹰只能利用已经存在的"树洞"。这一制约将猫头鹰这一物种的分布本身，与存在树洞的森林分布紧密地捆绑在一起。

树洞是如何形成的

树洞是由于树干或树枝受损处遭真菌侵入，使内部木质逐渐腐朽、形成空洞而自然产生的。健康的幼树几乎不会形成树洞，只有树干粗壮的古老大径木，才能形成足以容纳猫头鹰身体的空洞。神社寺庙林地或里山中残留的大树，因此成为猫头鹰为数不多的珍贵繁殖场所。

树洞的形成需要数十年乃至数百年的漫长时间。首先树木因某种原因受伤，腐朽菌随之在伤口定植，经年累月地分解其内部。在此期间，树木本身大多依然存活，外观看上去仍是一棵健壮的大树，实际上内部却已悄然空洞化。而在数十年一个周期反复砍伐、重新种植的人工林中，这种漫长的时间余地从一开始就不存在。

形成树洞的"创伤"也有多种类型：台风等强风折断大枝留下的痕迹、雷击留下的烧灼痕迹、啄木鸟凿出的孔洞不断扩大、鹿等动物剥食树皮留下的伤痕等，大多是由自然力量偶然造成的。人类基本上无法通过刻意伤害树木来制造树洞，只能等待其在漫长岁月中自然形成。正是这种"唯有时间才能造就"的特性，使得树洞无法被人工巢箱完全替代。

营巢地所需的森林条件

仅有树洞还不够。由于猫头鹰在林缘或林内捕猎，营巢地周边还需要具备便于飞行的林内空间、适合狩猎的稀疏林地，以及与森林相邻、散布着农田和草地的土地利用方式等条件。不仅要保留一棵大树，还需要连同狩猎场在内的整片森林结构都得以维持，这一点至关重要。

具体而言，以拥有树洞的繁殖树为中心，半径数百米至数公里范围内，需要有能供老鼠等小动物栖息的草地，以及视野开阔的林内空间。在树木过于密集、连林下植被都难以望见的年轻人工林中，猫头鹰难以高效发现猎物；反之，若周边只是完全没有树木的开阔农地，则既无藏身之处，也没有可用的营巢树。猫头鹰的栖息离不开大树与开阔空间交错分布、具有多样性的森林景观。

利用树洞的不只有猫头鹰

树洞不仅对猫头鹰而言，对众多其他生物来说也是重要的生活场所。鼯鼠、蝙蝠、大山雀等在树洞中营巢的鸟类，以及以树洞为庇护所的昆虫类，往往会错开时间共同利用同一棵大树的空洞。这样的树洞被称为"微生境"，近年来作为衡量森林整体生物多样性不可或缺的要素而备受关注。考虑猫头鹰的保护，某种意义上也就是在考虑通过树洞相互联系的整个森林生物群落的保护。

即使是同一棵树上的树洞，其入口大小、深度、距地面高度不同，能够利用的生物也会随之变化。入口较小的树洞只能供小型鸟类或小型蝙蝠进入，而开口较大的树洞则可容纳猫头鹰这样的中型鸟类或哺乳动物。可见，树洞形状与大小的多样性越丰富，能够利用该森林的生物种类也就越丰富。当一棵大树历经漫长岁月形成多个树洞后，这棵树本身便成为一个小型生态系统的据点。

从毛腿渔鸮看营巢树木消失的危机

在日本的猫头鹰类中，栖息于北海道的毛腿渔鸮，是树洞依赖性与森林环境变化所带来危机的一个缩影。毛腿渔鸮体型在日本产猫头鹰类中数一数二，据说展翅时翼展可达180厘米。体型越大，能容纳其身体的树洞也必然需要更大，可用于营巢的树木因此更加有限。毛腿渔鸮筑巢据说需要树龄300年以上的大树，而这类树木因大规模森林砍伐与人工林扩张而急速消失。

曾锐减至70只的种群数量

20世纪70年代，毛腿渔鸮的种群数量一度锐减至约70只，灭绝危机迫在眉睫。对此，日本环境厅（现环境省）于1984年启动保护增殖事业，推进冬季投喂、设置巢箱等对策。根据环境省资料，截至2018年3月，其估计种群数量已恢复至165只。目前该物种在环境省第4次红色名录中被列为极危物种（CR），仍属于灭绝风险最高的类别。

种群减少的原因并不仅限于森林砍伐。河流整治导致鱼类减少（毛腿渔鸮的主食为鱼类与螯虾等）、交通事故与触碰电线的意外，以及使饵料鱼难以逆流而上的河流构筑物等，被认为是多种因素复合作用的结果。因此，保护增殖事业不仅涵盖营巢树木的保护，也将河流环境改善与交通事故对策纳入其中，作为综合性举措加以推进。

尤其是交通事故，由于毛腿渔鸮容易飞向投喂场周边视野开阔的道路，多年来一直是持续应对的课题。相关部门通过重新规划投喂场位置、在事故多发路段设置警示标牌等方式，与地方道路管理部门及行政机构展开合作。毛腿渔鸮的案例充分说明，保护野生动物不仅要守护其栖息地本身，也需要关注其与人类生活圈交汇处产生的各种风险。

巢箱与保护区带来的支持

在自然树洞不足的地区，人工巢箱为猫头鹰的繁殖提供了支持。以环境省为主导，北海道内已设置约200处巢箱与12处投喂场，被认为是种群数量恢复的直接原因之一。日本野鸟会也自2004年起独立推进野鸟保护区的设立，目前在北海道内共设有14处、总面积约1800公顷的保护区，以原样保留栖息环境的方式持续开展保护工作，区域内共有11对繁殖对定期成功育雏。

巢箱作为应急对策发挥了显著效果，但专家普遍认为，这终究只是自然树洞恢复之前的一种"过渡"手段。巢箱数十年便会朽坏，而拥有天然树洞的大径木则能作为森林的一部分长期发挥作用。最终目标，是恢复一片无需人工干预、繁殖树木也能实现世代更替的森林。

本州以南的猫头鹰与里山巢箱项目

尽管风险程度不及北海道的毛腿渔鸮那样严重，但广泛分布于本州以南的普通猫头鹰（乌林鸮）同样面临着里山大树减少这一相同的结构性问题。曾经，日本各地的里山点缀着作为镇守之森或宅邸林而受到保护的大树，发挥着猫头鹰营巢地的功能。然而自经济高速增长期以来，住宅开发与里山管理的放弃，使这些大树网络在各地逐渐被割裂。

巢箱挂设构建的里山保护网络

近年来，各地自然保护团体正通过设置替代老树的巢箱，扩大对猫头鹰营巢的支持活动。例如长野县的八岳自然俱乐部自2004年起启动"猫头鹰项目"，在东西10公里、南北5公里的范围内设置了20多个巢箱，持续开展调查与保护工作。栃木县的西鬼怒地区工作组（Groundwork Nishikinu）也将猫头鹰定位为里山生态系统的顶点，开展营巢环境保护网络建设。

这些活动的共同之处在于，不止步于设置巢箱，还通过定期调查记录猫头鹰的繁殖状况，并结合面向当地居民的科普宣传。猫头鹰的存在容易让人切身感受到身边自然的丰富度，各地也因此开展了面向儿童的观察活动及与学校教育相结合的项目。

巢箱设计方面也积累了不少经验。入口大小与深度、安装高度、所依附树种与朝向，都会大大左右猫头鹰是否会实际入住。为了打造不易被乌鸦、貂等天敌袭击的结构，以及防止雨水积聚而设置的倾斜屋顶等设计，都是经过多年观察不断改良的成果。这些经验积累本身，正是脚踏实地的公民科学成果。

这种以市民为主体的活动，其意义还在于能够弥补行政层面大规模保护增殖事业难以覆盖的、因地而异的细致情况掌握。相较于全国统一标准，长期在当地持续观察的地方团体，能够根据当地森林状况、气候与天敌种类调整巢箱规格，这正是其独特优势所在。行政、市民团体与研究人员从各自立场汇集信息，从而促成了更具实效性的保护措施。

猫头鹰为何被视为"指标物种"

由于猫头鹰处于食物链的上层，能够容纳猫头鹰生存的森林，也证明了包括其下层小动物与昆虫在内的整个生态系统都十分丰富。以老鼠等小型哺乳动物、昆虫，乃至小鸟为食的猫头鹰能够稳定繁殖，意味着支撑这些猎物的植被与土壤环境同样健全，整个生态金字塔正在正常运转。

世界猫头鹰的多样性与日本本土物种

鸮形目（包含"鸱鸮科"与"草鸮科"）在全球已知约有200种，除南极大陆外几乎分布于所有大陆。从体长约5厘米的小型种，到展翅接近2米的大型种，体型因物种而异，但夜行性、擅长静音飞行、以树洞或地面洞穴作为巢穴等基本生态特征，为大多数物种所共有。

日本主要的猫头鹰类物种

日本境内栖息着多种猫头鹰类：体长约50厘米、广泛分布于北海道至九州的普通"猫头鹰"（乌林鸮）；体型日本最大的毛腿渔鸮；体型较小、作为夏候鸟迁徙而来的领角鸮近缘种；以及在平地至山地的树洞或神社寺庙屋檐下繁殖的猫头鹰近缘种等。虽然各物种偏好的森林高度与树洞大小有所不同，但它们无一例外都依赖大径木或古老建筑物缝隙这类"经年累月才能形成的空间"。

城市周边可见的猫头鹰

近年来，各地都有报告称，猫头鹰及其近缘种利用城市近郊神社林地或公园中残留的大树进行繁殖。即使身处贴近人类生活圈的地方，只要确保有大树与安静的环境，猫头鹰也能够十分自在地生存下去。这种城市近郊的栖息现象，作为思考开发与自然保护如何兼顾的一个身边案例，正受到关注，也成为地方自然观察活动与观鸟活动的热门对象。

不过，在城市近郊繁殖并不一定意味着栖息状态稳定。一旦周边再开发推进、大树被砍伐，营巢地便可能在短短一年内消失。城市中残留的大树，大多是因宗教或文化原因而偶然得以保护的树木，例如神社寺庙境内或旧宅邸林地，而并非出于保护猫头鹰的目的被有计划地保留下来。从这个意义上说，城市近郊猫头鹰的栖息，可谓建立在由偶然支撑的脆弱平衡之上。

长期保留森林才能守护猫头鹰

猫头鹰静音飞行这一进化成果，正在将其影响力延伸至工程学领域，而作为其生存基础的树洞，却并非人类活动通常以数十年为单位所能造就，而需要以数百年为单位的漫长时间才能形成。在伐期周期短暂的人工林遍布的森林中，无论设置多少巢箱，都无法赶上真正拥有树洞的大径木得以生长的森林。

设置巢箱、划定保护区，是遏制种群数量骤减的有效速效对策，但要让猫头鹰能够长期稳定地栖息，就离不开有计划地扩大不砍伐大径木的区域。在林业实践中，与其采取皆伐（一次性全部砍伐的方式），不如将部分树木长期保留下来的"长伐期经营"，与择伐（仅间伐部分树木的方式）相结合，兼顾木材生产与大径木保护，这类尝试正在各地展开。

这类经营方式在木材生产效率上或许不及皆伐，却能带来抑制水土流失、维持生物多样性等难以用数字体现的价值。像猫头鹰这样依赖树洞的物种的存在，恰恰能将这些"难以看见的价值"，具象化为某种真实生物的存在。林业相关人士与自然保护团体反复对话，在木材生产与生态系统保护之间摸索平衡点的行动，正在全国各地的森林中逐步扩展。

森林能否继续保留猫头鹰悄然翱翔的空间，也是这片土地上的森林是否历经数百年仍保持健康维护的一面镜子。夜晚的森林中，猫头鹰不发出一丝振翅声悄然飞过的身影，静静诉说着我们平日难得一见的森林时间的厚度。

或许我们每个人能做的事情看似有限，但参加当地自然观察活动了解猫头鹰的栖息状况、为支持巢箱设置项目的团体提供捐款或协助、关心身边里山或神社寺庙林地中大树的管理方式，这些行动都在为把拥有树洞的森林留给下一代而积累着微小的力量。猫头鹰能够安静栖息的森林，对人类而言，也是一片能够度过悠长而丰盈时光的森林。

关于巨树为何能够长久存活，可参阅千年巨树存活的条件｜解读日本巨木分布一文。此外，关于支撑森林生态系统的其他生物，也可参阅运送种子的动物们：松鸦与熊如何重塑森林，以及消失森林的未来与蝙蝠的生态系统服务｜害虫防治与花粉传播的真实力量。