公路建设论文：公路建设对生物的影响透析

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本文作者：黄晓霞江源丁佼和克俭张勇秦雨工作单位：北京师范大学

数据来源和研究方法

地形、地貌数据地形、地貌是自然地理环境的基底。公路建设对不同地形、地貌类型地区产生的影响有较大区别：在中低山区，公路选线主要沿河谷延伸，并通过修建高架桥和隧道来减少对山体的切割，虽然不会产生大量的公路边坡，但却容易带来高大边坡的稳定性受迫和景观破碎化问题；在低山丘陵区，修建公路往往会产生大量的公路边坡，造成植被破坏和水土流失；平原（含盆地）台地区，修建公路所产生的边坡数量较少，且恢复相对容易。因此，其对于生物多样性造成的影响也不同。本研究中的地貌数据来源于国家基础地理信息中心1﹕4000000地貌图,地形数据则主要基于1﹕250000地形图生成的研究区DEM数据，进而得到坡向、坡度、相对高差等数据。公路与景观数据景观结构与功能稳定是维持生态系统健康的重要条件，而公路修筑会破坏景观结构，造成动植物生境破碎化，阻碍物种和基因的交流；另外，公路建设与长期运营也会导致动植物生境的损失；同时，公路产生的廊道效应又为外来物种的生态入侵提供了便利。本研究主要收集了基于2009年底以前建成通车的高速公路、国道、省道、县级公路和乡级公路数据，还包括在建及规划建设的高速公路数据，构成广西主要公路的公路网数据库。根据景观生态学理论，可运用公路网信息计算景观的破碎度、多样性、联接程度等反映景观结构变化的指标，从而探讨景观结构对生物多样性造成的影响。植被数据植被是生态环境的重要组成成分，亦是自然地理环境的表观反映。区域植被类型组成（即植被的多样性或稳定程度）不仅影响着土壤、动物种群的稳定与发展，而且对于景观结构和功能的稳定而言也至关重要。针对植被在生态环境维持方面的特殊意义，还需要特别注意珍稀濒危植物物种和种质资源在植物保护方面的重要意义。广西地形地貌复杂，植物种类多，珍稀濒危植物物种数仅次于云南，居全国第2位[12]。同时研究表明，我国国家保护植物的分布与我国生物多样性和特有种的分布特征是一致的，生物多样性主要分布在低海拔的山地，物种多样性越丰富的地区包含越多的濒危物种[13]。因此，可以依据保护植物多度分布与海拔的相关关系确定广西稀有濒危保护植物的垂直分布特征。植被数据包括1﹕1000000的广西植被类型数据（依据群落类型划分）[14]-15]和珍稀濒危保护植物的多度分布数据[16]。自然保护区数据在公路对区域切割程度、公路等级相同或相近条件下，自然保护区的数量越多，受到公路影响的动植物数量越多，这意味着公路对动植物（特别是动物）的阻隔效应也越强烈。据我国国家环保总局提供的保护区名录资料，截至2009年底,广西建立自然保护区78个，其中国家级自然保护区16个。根据自然保护区名录生成自然保护区数据库和广西县级以上自然保护区的分布图。指标选择及计算公路对于区域生物多样性的影响主要表现在3个方面，第一类影响是直接影响所经地段植被中的物种组成多样性（α-多样性）；第二类影响主要是由于生境复杂度变化导致对β-多样性的影响；第三类影响表现在对所经地段珍稀濒危物种的影响[18]。植被类型多样性由于植被类型既在一定程度上反映着物种组成多样性（α-多样性），又是生境类型的重要指示体。因此，本研究选择植被类型多样性D为表示α-多样性的指标，它同时也指示了网格内生境的差异程度，即β-多样性。采用Shannon-Wiener指数计算每个基本单元格内的植被类型多样性：1lnniiiDpp=＝－∑（1）式中，n为某基本单元中的总的植被类型数；pi为植被类型i在该单元内的相对面积。保护植物多度等级依据广西珍稀濒危保护植物分布特征[16]，以及我国国家保护植物沿着海拔梯度的分布格局[17]，本研究采用反映保护植物水平分布状况的广西各个县区保护植物多度数量指标（图1），以及依据1﹕250000地形图生成的DEM数据计算反映保护植物在垂直方向上的多度分布数据（图2），体现广西珍稀濒危植物物种的分布特征。公路对动物的隔离效应强度公路网对于景观切割程度愈强,表明公路建设对于区域野生动物的迁徙、繁殖等活动阻隔效果愈深刻明显。此处用公路网网眼的大小定量表现广西公路网对景观已造成的切割状况。同时考虑到各类型保护区（特别是森林生态和野生植物保护区）都为动物物种的保护提供了重要的生境,因此本研究中并未将动物保护区单独区分出来,而是基于所有的保护区分布数据计算公路对动物的阻隔效应指数。采用以下公式计算公路对动物保护区阻隔效应指数（无量纲指数）[18]：()15151∑∑===+jijjiiaLbSMI（2）式中，I为任一公路网眼的阻隔效应指数；M为公路网网眼面积；Li为网眼内未闭合路段i等级公路总长度；Sj为网眼内j类保护区的总面积；ai为i等级公路权重（参考道路宽度确定）；bj为j类保护区权重。公路对生物多样性的潜在影响评价判断公路建设对生物多样性潜在影响程度的原则是：植被类型愈丰富、珍稀濒危植物愈多、公路对区域切割程度和对动植物阻隔效应愈强的区域，是今后修建公路时对生物资源和景观潜在影响越强烈的区域，或者说是在今后公路设计和建设中应该尽量避免穿行和干扰的区域。据此，公路对生物多样性潜在影响程度指标定义如下[19]：B＝D＋S＋I（3）式中，B是公路对生物多样性潜在影响度指数；D是植被类型多样性；S是保护植物多度等级；I是公路对动物的隔离效应强度指标，其详细计算过程见公式（2）。由于参数I中同时包含着动植物保护区数目和公路对区域的切割程度，因此它同时也反映着对景观的影响程度。在GIS平台中，生成覆盖广西整个区域的5km×5km网格单元，作为基本单元进行数据处理。并根据所选择的指标及分析目的，设定各指标具体的转化权重（表1）。依据上述公式，计算每个基本单元的植被类型多样性、保护植物多度等级和公路对动植物的隔离效应强度，最后经数据标准化处理后，得出广西公路建设对生物多样性潜在影响指数。

结果与分析

植被多样性敏感区域识别从植被类型多样性指数分析结果来看，广西整体的生物多样性较为丰富，只有西北部岩溶分布区域略低，而东北部中山山区、西南部热带岩溶区域及南部沿海的植被多样性指数都较高。而从广西的珍稀濒危保护植物多度的分析结果看，桂北及桂西边缘的山区，其生物多样性既具有过渡性的特点，又都是珍稀濒危保护植物集中分布的地方，其中又以桂东北和桂西最为集中。由于广西区位特殊，既是华南通向西南的枢纽，又是西南地区的出海通道，区域发展迫切要求广西加强区内高速公路网络建设，并与云南、贵州、湖南的高速公路体系连通。但在公路铺设时，往往穿越人口相对较少和动植物分布丰富的地区，其中不可避免地会涉及一些特殊的、敏感的生态系统，或穿越生物多样性相对较高而生态环境又比较脆弱的地区。高速公路建设的飞速发展，势必对这些生态保护重要性高区域的生物多样性资源构成较大影响，不仅可能会引起这些地区生物多样性降低，更可能导致生态系统的生态功能退化。因此，需要尽量减少公路建设对其生态系统的干扰强度，特别是降低对所经地区的珍稀动植物资源的不利影响。公路阻隔效应的区域特征从广西公路网对动植物的阻隔效应指数分布图看（图4），总体而言，广西西部的公路网络相对密集，公路网眼的面积较小。结合自然保护区的分布来看，公路网密集的平原丘陵区域只有少数几个自然保护区受到影响，而在桂东北和西北地势较高的山地丘陵区，已建省级以下公路和规划要建的高速公路线却延伸并穿越或临近多个自然保护区，甚至包括了几个重要的国家级自然保护区。依据计算的公路阻隔效应指数，可以看到广西东北部山区和桂南滨海平原区公路网的切割和阻隔效应较为强烈，其次为桂西岩溶山地丘陵区，以及桂东山区。公路阻隔效应指数相对较高的区域，一般都分布着各类自然保护区。随着公路修建而产生的环境破坏问题，以及营运可能诱导的城镇化，都会给自然保护区带来不利影响。如道路的开通加剧了对保护区内外自然资源的开发，从而破坏保护区的自然性，降低其自然保护功能等，这些潜在风险将伴随着道路的营运长期存在。广西公路对生物多样性潜在影响的评估广西公路对生物多样性潜在影响的分析结果（图5、表2）表明，广西的北部山区、桂西南的热带溶岩山地丘陵区，以及广西边缘的山地丘陵区是公路建设中对生物多样性潜在影响最大的区域，特别是桂西南热带岩溶山地丘陵区，不仅植被多样性和保护植物多度指数高，公路的阻隔效应也非常明显，是公路建设过程中最需要重视的区域；其次是广西北部山区。与此相对应的广西中部农田植被广泛分布的平原、盆地和台地地区，因植被多样性较低，保护植物较少，公路阻隔效应亦不强，所以，公路建设对生物多样性潜在影响则相对较弱。

讨论与建议

讨论本文针对广西公路建设中的区域生物多样性影响与保护问题，在GIS平台中，使用了精度较高的植被、地形、公路网数据与自然保护区数据，以及依据国家保护植物分布与海拔梯度关系的研究，通过地形数据推算出的广西保护植物多度分布数据，构建公路阻隔效应指数和生物多样性影响指数，分析公路建设对生物多样性造成的潜在影响，较好地识别出了区域公路建设过程中生物多样性保护的重点及敏感地区。若再结合景观的稳定性及植被恢复难易程度的区域差别分析，即可有效地为未来广西公路建设提供参考，以便采取不同的生态保护措施。建议1）广西公路建设中的生物多样性保护。分析结果表明，桂北山区、桂西南岩溶山区和广西边缘山区是公路建设过程中生物多样性保护的重点区域，特别是其中的桂北、桂东北、桂西北部山区、桂西南石灰岩地区和十万山地区。这些区域在地理位置和生物多样性组成上具有过渡意义，不仅植被类型丰富，多样性高，而且珍稀濒危动植物数量多，保护区集中。此外，桂西南和桂东北独特的石灰岩生物多样性，包含有诸多具有重要的科学研究意义和遗传资源保护价值的特有物种。因此这些地区在未来公路建设中，生物多样性保护问题将十分突出，应该给予足够重视。对于接近或穿越保护区的公路选线，要特别注意采取必要措施降低干扰。同时，还需要在边坡植被恢复与公路运营过程中，防控生物入侵。对于广西西部山区及南部盆地平原区等阻隔效应已经相对较高的区域，今后的公路建设应特别重视生态影响评价，同时应针对周边自然保护区的动植物的生物学特性，有针对性地开展相关的保护措施的研究。此外，可适当增加桥涵的使用，不仅可以有效保护喀斯特地貌，也有利于保护野生动植物栖息地的完整性及提供必要的迁徙廊道。2）广西公路建设中的岩溶区域边坡植物选择与恢复。由于广西地区大部分属于喀斯特地貌，岩溶山区由于“地高水低”“雨多地漏”“石多土少”“土薄易旱”等原因，湿润气候下出现特有的“岩溶干旱缺水”。而且高速公路建设后的土壤养分贫瘠、保水性较差，因此在选择植物种类时应考虑耐旱、耐瘠薄、易成活、适应性强的物种[20]。边坡植被恢复尽可能采取乔、灌、草混合种植模式[21]。从岩溶地区地貌植被组合的稳定性来看，峰丛常绿阔叶林和常绿落叶混交林的自我恢复能力极强，而岩溶沟谷灌丛、峰林灌草丛、峰丛草坡的恢复能力较差[23]。在公路建设中进行植被保护与恢复时应考虑到这种恢复能力的差异。在岩溶山区进行植被恢复与构建时还应注意选择优良的乡土树种尤其是速生常绿阔叶树种，同时适当从相似的生物地理气候地带引进优质高效性能稳定的适生树种，实行适地栽植，丰富岩溶山地的生物多样性；并遵循植被分布的规律，根据不同区域的气候条件和自然地理环境，依据不同的立地条件与土壤特征，参照区域性的顶极植物群落，人工模拟构建岩溶山地植被生态系统[24]。