公路建設(shè)論文：公路建設(shè)對生物的影響透析

導(dǎo)語：公路建設(shè)論文：公路建設(shè)對生物的影響透析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文作者：黃曉霞江源丁佼和克儉張勇秦雨工作單位：北京師范大學(xué)

數(shù)據(jù)來源和研究方法

地形、地貌數(shù)據(jù)地形、地貌是自然地理環(huán)境的基底。公路建設(shè)對不同地形、地貌類型地區(qū)產(chǎn)生的影響有較大區(qū)別：在中低山區(qū)，公路選線主要沿河谷延伸，并通過修建高架橋和隧道來減少對山體的切割，雖然不會產(chǎn)生大量的公路邊坡，但卻容易帶來高大邊坡的穩(wěn)定性受迫和景觀破碎化問題；在低山丘陵區(qū)，修建公路往往會產(chǎn)生大量的公路邊坡，造成植被破壞和水土流失；平原（含盆地）臺地區(qū)，修建公路所產(chǎn)生的邊坡數(shù)量較少，且恢復(fù)相對容易。因此，其對于生物多樣性造成的影響也不同。本研究中的地貌數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心1﹕4000000地貌圖,地形數(shù)據(jù)則主要基于1﹕250000地形圖生成的研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)，進而得到坡向、坡度、相對高差等數(shù)據(jù)。公路與景觀數(shù)據(jù)景觀結(jié)構(gòu)與功能穩(wěn)定是維持生態(tài)系統(tǒng)健康的重要條件，而公路修筑會破壞景觀結(jié)構(gòu)，造成動植物生境破碎化，阻礙物種和基因的交流；另外，公路建設(shè)與長期運營也會導(dǎo)致動植物生境的損失；同時，公路產(chǎn)生的廊道效應(yīng)又為外來物種的生態(tài)入侵提供了便利。本研究主要收集了基于2009年底以前建成通車的高速公路、國道、省道、縣級公路和鄉(xiāng)級公路數(shù)據(jù)，還包括在建及規(guī)劃建設(shè)的高速公路數(shù)據(jù)，構(gòu)成廣西主要公路的公路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)理論，可運用公路網(wǎng)信息計算景觀的破碎度、多樣性、聯(lián)接程度等反映景觀結(jié)構(gòu)變化的指標，從而探討景觀結(jié)構(gòu)對生物多樣性造成的影響。植被數(shù)據(jù)植被是生態(tài)環(huán)境的重要組成成分，亦是自然地理環(huán)境的表觀反映。區(qū)域植被類型組成（即植被的多樣性或穩(wěn)定程度）不僅影響著土壤、動物種群的穩(wěn)定與發(fā)展，而且對于景觀結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定而言也至關(guān)重要。針對植被在生態(tài)環(huán)境維持方面的特殊意義，還需要特別注意珍稀瀕危植物物種和種質(zhì)資源在植物保護方面的重要意義。廣西地形地貌復(fù)雜，植物種類多，珍稀瀕危植物物種數(shù)僅次于云南，居全國第2位[12]。同時研究表明，我國國家保護植物的分布與我國生物多樣性和特有種的分布特征是一致的，生物多樣性主要分布在低海拔的山地，物種多樣性越豐富的地區(qū)包含越多的瀕危物種[13]。因此，可以依據(jù)保護植物多度分布與海拔的相關(guān)關(guān)系確定廣西稀有瀕危保護植物的垂直分布特征。植被數(shù)據(jù)包括1﹕1000000的廣西植被類型數(shù)據(jù)（依據(jù)群落類型劃分）[14]-15]和珍稀瀕危保護植物的多度分布數(shù)據(jù)[16]。自然保護區(qū)數(shù)據(jù)在公路對區(qū)域切割程度、公路等級相同或相近條件下，自然保護區(qū)的數(shù)量越多，受到公路影響的動植物數(shù)量越多，這意味著公路對動植物（特別是動物）的阻隔效應(yīng)也越強烈。據(jù)我國國家環(huán)保總局提供的保護區(qū)名錄資料，截至2009年底,廣西建立自然保護區(qū)78個，其中國家級自然保護區(qū)16個。根據(jù)自然保護區(qū)名錄生成自然保護區(qū)數(shù)據(jù)庫和廣西縣級以上自然保護區(qū)的分布圖。指標選擇及計算公路對于區(qū)域生物多樣性的影響主要表現(xiàn)在3個方面，第一類影響是直接影響所經(jīng)地段植被中的物種組成多樣性（α-多樣性）；第二類影響主要是由于生境復(fù)雜度變化導(dǎo)致對β-多樣性的影響；第三類影響表現(xiàn)在對所經(jīng)地段珍稀瀕危物種的影響[18]。植被類型多樣性由于植被類型既在一定程度上反映著物種組成多樣性（α-多樣性），又是生境類型的重要指示體。因此，本研究選擇植被類型多樣性D為表示α-多樣性的指標，它同時也指示了網(wǎng)格內(nèi)生境的差異程度，即β-多樣性。采用Shannon-Wiener指數(shù)計算每個基本單元格內(nèi)的植被類型多樣性：1lnniiiDpp=＝－∑（1）式中，n為某基本單元中的總的植被類型數(shù)；pi為植被類型i在該單元內(nèi)的相對面積。保護植物多度等級依據(jù)廣西珍稀瀕危保護植物分布特征[16]，以及我國國家保護植物沿著海拔梯度的分布格局[17]，本研究采用反映保護植物水平分布狀況的廣西各個縣區(qū)保護植物多度數(shù)量指標（圖1），以及依據(jù)1﹕250000地形圖生成的DEM數(shù)據(jù)計算反映保護植物在垂直方向上的多度分布數(shù)據(jù)（圖2），體現(xiàn)廣西珍稀瀕危植物物種的分布特征。公路對動物的隔離效應(yīng)強度公路網(wǎng)對于景觀切割程度愈強,表明公路建設(shè)對于區(qū)域野生動物的遷徙、繁殖等活動阻隔效果愈深刻明顯。此處用公路網(wǎng)網(wǎng)眼的大小定量表現(xiàn)廣西公路網(wǎng)對景觀已造成的切割狀況。同時考慮到各類型保護區(qū)（特別是森林生態(tài)和野生植物保護區(qū)）都為動物物種的保護提供了重要的生境,因此本研究中并未將動物保護區(qū)單獨區(qū)分出來,而是基于所有的保護區(qū)分布數(shù)據(jù)計算公路對動物的阻隔效應(yīng)指數(shù)。采用以下公式計算公路對動物保護區(qū)阻隔效應(yīng)指數(shù)（無量綱指數(shù)）[18]：()15151∑∑===+jijjiiaLbSMI（2）式中，I為任一公路網(wǎng)眼的阻隔效應(yīng)指數(shù)；M為公路網(wǎng)網(wǎng)眼面積；Li為網(wǎng)眼內(nèi)未閉合路段i等級公路總長度；Sj為網(wǎng)眼內(nèi)j類保護區(qū)的總面積；ai為i等級公路權(quán)重（參考道路寬度確定）；bj為j類保護區(qū)權(quán)重。公路對生物多樣性的潛在影響評價判斷公路建設(shè)對生物多樣性潛在影響程度的原則是：植被類型愈豐富、珍稀瀕危植物愈多、公路對區(qū)域切割程度和對動植物阻隔效應(yīng)愈強的區(qū)域，是今后修建公路時對生物資源和景觀潛在影響越強烈的區(qū)域，或者說是在今后公路設(shè)計和建設(shè)中應(yīng)該盡量避免穿行和干擾的區(qū)域。據(jù)此，公路對生物多樣性潛在影響程度指標定義如下[19]：B＝D＋S＋I（3）式中，B是公路對生物多樣性潛在影響度指數(shù)；D是植被類型多樣性；S是保護植物多度等級；I是公路對動物的隔離效應(yīng)強度指標，其詳細計算過程見公式（2）。由于參數(shù)I中同時包含著動植物保護區(qū)數(shù)目和公路對區(qū)域的切割程度，因此它同時也反映著對景觀的影響程度。在GIS平臺中，生成覆蓋廣西整個區(qū)域的5km×5km網(wǎng)格單元，作為基本單元進行數(shù)據(jù)處理。并根據(jù)所選擇的指標及分析目的，設(shè)定各指標具體的轉(zhuǎn)化權(quán)重（表1）。依據(jù)上述公式，計算每個基本單元的植被類型多樣性、保護植物多度等級和公路對動植物的隔離效應(yīng)強度，最后經(jīng)數(shù)據(jù)標準化處理后，得出廣西公路建設(shè)對生物多樣性潛在影響指數(shù)。

結(jié)果與分析

植被多樣性敏感區(qū)域識別從植被類型多樣性指數(shù)分析結(jié)果來看，廣西整體的生物多樣性較為豐富，只有西北部巖溶分布區(qū)域略低，而東北部中山山區(qū)、西南部熱帶巖溶區(qū)域及南部沿海的植被多樣性指數(shù)都較高。而從廣西的珍稀瀕危保護植物多度的分析結(jié)果看，桂北及桂西邊緣的山區(qū)，其生物多樣性既具有過渡性的特點，又都是珍稀瀕危保護植物集中分布的地方，其中又以桂東北和桂西最為集中。由于廣西區(qū)位特殊，既是華南通向西南的樞紐，又是西南地區(qū)的出海通道，區(qū)域發(fā)展迫切要求廣西加強區(qū)內(nèi)高速公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，并與云南、貴州、湖南的高速公路體系連通。但在公路鋪設(shè)時，往往穿越人口相對較少和動植物分布豐富的地區(qū)，其中不可避免地會涉及一些特殊的、敏感的生態(tài)系統(tǒng)，或穿越生物多樣性相對較高而生態(tài)環(huán)境又比較脆弱的地區(qū)。高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展，勢必對這些生態(tài)保護重要性高區(qū)域的生物多樣性資源構(gòu)成較大影響，不僅可能會引起這些地區(qū)生物多樣性降低，更可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能退化。因此，需要盡量減少公路建設(shè)對其生態(tài)系統(tǒng)的干擾強度，特別是降低對所經(jīng)地區(qū)的珍稀動植物資源的不利影響。公路阻隔效應(yīng)的區(qū)域特征從廣西公路網(wǎng)對動植物的阻隔效應(yīng)指數(shù)分布圖看（圖4），總體而言，廣西西部的公路網(wǎng)絡(luò)相對密集，公路網(wǎng)眼的面積較小。結(jié)合自然保護區(qū)的分布來看，公路網(wǎng)密集的平原丘陵區(qū)域只有少數(shù)幾個自然保護區(qū)受到影響，而在桂東北和西北地勢較高的山地丘陵區(qū)，已建省級以下公路和規(guī)劃要建的高速公路線卻延伸并穿越或臨近多個自然保護區(qū)，甚至包括了幾個重要的國家級自然保護區(qū)。依據(jù)計算的公路阻隔效應(yīng)指數(shù)，可以看到廣西東北部山區(qū)和桂南濱海平原區(qū)公路網(wǎng)的切割和阻隔效應(yīng)較為強烈，其次為桂西巖溶山地丘陵區(qū)，以及桂東山區(qū)。公路阻隔效應(yīng)指數(shù)相對較高的區(qū)域，一般都分布著各類自然保護區(qū)。隨著公路修建而產(chǎn)生的環(huán)境破壞問題，以及營運可能誘導(dǎo)的城鎮(zhèn)化，都會給自然保護區(qū)帶來不利影響。如道路的開通加劇了對保護區(qū)內(nèi)外自然資源的開發(fā)，從而破壞保護區(qū)的自然性，降低其自然保護功能等，這些潛在風險將伴隨著道路的營運長期存在。廣西公路對生物多樣性潛在影響的評估廣西公路對生物多樣性潛在影響的分析結(jié)果（圖5、表2）表明，廣西的北部山區(qū)、桂西南的熱帶溶巖山地丘陵區(qū)，以及廣西邊緣的山地丘陵區(qū)是公路建設(shè)中對生物多樣性潛在影響最大的區(qū)域，特別是桂西南熱帶巖溶山地丘陵區(qū)，不僅植被多樣性和保護植物多度指數(shù)高，公路的阻隔效應(yīng)也非常明顯，是公路建設(shè)過程中最需要重視的區(qū)域；其次是廣西北部山區(qū)。與此相對應(yīng)的廣西中部農(nóng)田植被廣泛分布的平原、盆地和臺地地區(qū)，因植被多樣性較低，保護植物較少，公路阻隔效應(yīng)亦不強，所以，公路建設(shè)對生物多樣性潛在影響則相對較弱。

討論與建議

討論本文針對廣西公路建設(shè)中的區(qū)域生物多樣性影響與保護問題，在GIS平臺中，使用了精度較高的植被、地形、公路網(wǎng)數(shù)據(jù)與自然保護區(qū)數(shù)據(jù)，以及依據(jù)國家保護植物分布與海拔梯度關(guān)系的研究，通過地形數(shù)據(jù)推算出的廣西保護植物多度分布數(shù)據(jù)，構(gòu)建公路阻隔效應(yīng)指數(shù)和生物多樣性影響指數(shù)，分析公路建設(shè)對生物多樣性造成的潛在影響，較好地識別出了區(qū)域公路建設(shè)過程中生物多樣性保護的重點及敏感地區(qū)。若再結(jié)合景觀的穩(wěn)定性及植被恢復(fù)難易程度的區(qū)域差別分析，即可有效地為未來廣西公路建設(shè)提供參考，以便采取不同的生態(tài)保護措施。建議1）廣西公路建設(shè)中的生物多樣性保護。分析結(jié)果表明，桂北山區(qū)、桂西南巖溶山區(qū)和廣西邊緣山區(qū)是公路建設(shè)過程中生物多樣性保護的重點區(qū)域，特別是其中的桂北、桂東北、桂西北部山區(qū)、桂西南石灰?guī)r地區(qū)和十萬山地區(qū)。這些區(qū)域在地理位置和生物多樣性組成上具有過渡意義，不僅植被類型豐富，多樣性高，而且珍稀瀕危動植物數(shù)量多，保護區(qū)集中。此外，桂西南和桂東北獨特的石灰?guī)r生物多樣性，包含有諸多具有重要的科學(xué)研究意義和遺傳資源保護價值的特有物種。因此這些地區(qū)在未來公路建設(shè)中，生物多樣性保護問題將十分突出，應(yīng)該給予足夠重視。對于接近或穿越保護區(qū)的公路選線，要特別注意采取必要措施降低干擾。同時，還需要在邊坡植被恢復(fù)與公路運營過程中，防控生物入侵。對于廣西西部山區(qū)及南部盆地平原區(qū)等阻隔效應(yīng)已經(jīng)相對較高的區(qū)域，今后的公路建設(shè)應(yīng)特別重視生態(tài)影響評價，同時應(yīng)針對周邊自然保護區(qū)的動植物的生物學(xué)特性，有針對性地開展相關(guān)的保護措施的研究。此外，可適當增加橋涵的使用，不僅可以有效保護喀斯特地貌，也有利于保護野生動植物棲息地的完整性及提供必要的遷徙廊道。2）廣西公路建設(shè)中的巖溶區(qū)域邊坡植物選擇與恢復(fù)。由于廣西地區(qū)大部分屬于喀斯特地貌，巖溶山區(qū)由于“地高水低”“雨多地漏”“石多土少”“土薄易旱”等原因，濕潤氣候下出現(xiàn)特有的“巖溶干旱缺水”。而且高速公路建設(shè)后的土壤養(yǎng)分貧瘠、保水性較差，因此在選擇植物種類時應(yīng)考慮耐旱、耐瘠薄、易成活、適應(yīng)性強的物種[20]。邊坡植被恢復(fù)盡可能采取喬、灌、草混合種植模式[21]。從巖溶地區(qū)地貌植被組合的穩(wěn)定性來看，峰叢常綠闊葉林和常綠落葉混交林的自我恢復(fù)能力極強，而巖溶溝谷灌叢、峰林灌草叢、峰叢草坡的恢復(fù)能力較差[23]。在公路建設(shè)中進行植被保護與恢復(fù)時應(yīng)考慮到這種恢復(fù)能力的差異。在巖溶山區(qū)進行植被恢復(fù)與構(gòu)建時還應(yīng)注意選擇優(yōu)良的鄉(xiāng)土樹種尤其是速生常綠闊葉樹種，同時適當從相似的生物地理氣候地帶引進優(yōu)質(zhì)高效性能穩(wěn)定的適生樹種，實行適地栽植，豐富巖溶山地的生物多樣性；并遵循植被分布的規(guī)律，根據(jù)不同區(qū)域的氣候條件和自然地理環(huán)境，依據(jù)不同的立地條件與土壤特征，參照區(qū)域性的頂極植物群落，人工模擬構(gòu)建巖溶山地植被生態(tài)系統(tǒng)[24]。