生态学论文
摘 要： 相比公路人们对铁路给野生动物造成的生态影响知之甚少。本文系统论述了国内外铁路和火车对野生动物的负面影响,并归纳了减少和减轻这些影响的方法。尽管公路与铁路对野生动物带来的生态效应较为相似,研究方法也可以互相借鉴,但在某些特殊情况下,未来的铁路生态学研究仍需要研发新的方法和技术。
关键词： 铁路; 野生动物; 生态影响; 缓解措施; 综述;
Abstract： Compared to roads, relatively little is known about the ecological effects of railways on wildlife. Railways and trains can negatively affect wildlife and the environment in ways similar to roads and vehicles(including wildlife mortality, habitat loss and fragmentation), but the degree of these impacts may differ. Furthermore, any of the solutions developed for roads can probably be applied successfully to railways, but in some cases, new approaches and technologies are needed in future.
Keyword： Railways; wildlife; ecological effects; mitigation measure; integrated description;
道路繁荣了社会经济,促进了商品的流通,拓展了人们交流的空间。但道路建设和车辆的广泛使用引发了一系列环境和生态问题,例如修建在石质或混凝土地面上的铁路线,是一种有2个以上钢轨的相对狭长带,它改变了所在区域的景观格局,尽管方式简单但却影响深远。野生动物与火车一旦相撞,将引起重大资源损失。由于野生动物易于测量,又有公共及经济利益者关注,因而它常常是铁路对生态系统影响的最佳指示者。然而,一些野生动物非常适应环境的改变,其种群和行为就不能作为指示道路对生态系统影响的唯一指标。同样地,个别野生动物的某些影响与普遍认识也会矛盾,例如有报道说麋鹿和狐狸利用铁路扩散和运动,但其他许多动物都是回避铁路[1]。可见,铁路对野生动物影响比较复杂。
铁路带来的变化常因景观自身差异而有所不同:对石质或贫瘠环境的影响较小,但对森林或植被良好景观的影响较大。铁路既是偷猎者、杂草及生物入侵的通道,又是野生动物运动的屏障。铁路使自然环境破碎化,大区域变成小斑块,动物行为发生改变,引起一些物种存活率降低。而且当一个物种的减少或增加影响了另一物种时,就要发生潜在的级联效应。因此,当量化铁路、火车影响及设计减缓措施时,不能只考虑物种,而是要考虑整个生态系统。全球铁路网络十分广泛,截止2015年,全球铁路大约有1.4亿千米,其中,中国的铁路里程达到了12.5万千米[2]。中国、印度等许多国家还在不断地扩大各自的铁路网,因此急切需要更好地理解铁路网的生态效应。本研究系统地梳理了国内外铁路对野生动物的影响,整理归纳了铁路及火车对野生动物影响研究的现状及存在问题,并指出了今后的研究思路与发展方向。
1 、铁路影响野生动物的方式与公路相似,但程度不同
铁路和公路都是地面上的狭长带,因此铁路、火车与公路及车辆对野生动物的负面影响相似,一方面会引发野生动物碰撞,另一方面运动的火车或车辆会释放噪音、光及化学污染物。显而易见,铁路及火车存在以下3种影响:最明显的影响是野生动物与火车相撞(wildlife-train collision, WTC)引起的直接死亡,其他2种影响分别是生境改变与生境破碎化和阻碍效应[3]。据最早的道路生态研究者推测[4],与公路一样,铁路沿线也出现了这3种影响,但似乎影响程度较轻。然而,这种经验法则并不总是正确。在某些情况下,铁路的影响大于公路;但大多数情况下,铁路的影响更难发现。因此铁路的影响需要进一步检验。
1.1 、野生动物与火车相撞
因触电、铁路诱捕、撞电线失事、野生动物与火车相撞等,铁路沿线常发生野生动物死亡。在某些情况下,野生动物常常被困在两条铁轨之间,或者因阳光暴晒、铁轨和石渣升温引起过度受热[5]。火车与野生动物相撞是最常见的死亡原因,已记录到至少84种动物因此而丧生,有亚洲象、箱龟、蜥蜴和鸟等[6]。有时,火车与动物相撞明显地影响了野生动物种群,例如,在阿拉斯加州,野生动物与火车相撞使麋鹿种群下降了70%[7] ;铁路和公路并行时,棕熊与火车相撞比例不小于公路路杀比例。熊与火车相撞的频率是并行公路的2倍,碰撞成为熊继偷猎之后的第二大死亡原因[8]。在上述情况下,铁路对野生动物种群的影响似乎比公路大。这是由于许多野生动物能穿过或利用铁路改变的地带,导致碰撞风险很高,因此野生动物与火车相撞较常见。
1.2、 生境改变与生境破碎化
铁路的建设及运行会引起生境改变。判断生境变化程度的方法是基于标准轨距的宽度来计算,通常以每轨道两侧15 m来算[9] ,但这个方法过于简单,因为一些野生动物回避道路的地方更远,如蒙古瞪羚的回避处远达300 m[10] 。其二,这个方法忽视了噪音、人及其他因素的影响。
当铁路引起生境被分隔成更小的斑块时,生境破碎化效应就产生了,伴随发生的是小种群出现、生物多样性降低。由于原始生境之间的环境条件改变了,进而会引起不同物种来利用,所以破碎化影响了种群发展变化。例如动物有偏好开阔生境者和偏好封闭生境者之分,野生动物与火车相撞比例的增加取决于生境破碎化的程度和位置。
1.3、 阻隔效应
迁移和扩散是一个物种得以生存的重要动力。然而铁路的存在,不可避免地穿越野生动物栖息地,阻隔动物穿越铁路,切割动物移动路线,使野生动物移动方向发生改变,导致其觅食、交配、育幼等活动受到限制,进而影响该物种种群数量变化,最终可能威胁到局部种群的生存。可见,铁路的阻隔效应对野生动物及其生态系统的负面影响很大。
铁路对野生动物阻隔效应的发生与这3个因素密切相关:(1)物种特异性与铁路设计(即栅栏、铁轨和石渣等因素)相互影响;(2)缺少自然覆盖物(如森林树冠或其他植被);(3)躲避其他条件(声音、光及人等)。据报道,一些警惕性高、运动力有限的动物减少了在铁路附近的运动,如东部箱龟的身体无法在标准轨距的铁路上攀爬[5]。其他物种因为面临捕食、热休克或其他可感知的风险,尽管从身体条件来看也许能穿过轨道,但并未通过。阻隔效应的大小取决于铁路位置、物种特异性及铁路交通量。如麋鹿偏好沿着铁路移动,但蒙古瞪羚的身体能跳很高,也能行进较大的距离,却很少穿越铁路[10]。
事实上,许多野生动物能够穿越被铁路改变的土地,但对那些极其谨慎或移动有限的野生动物而言,似乎有所例外。据以往报道,一些野生动物使用铁路觅食、接近关键资源、迁移和扩散。然而,生境利用常常伴随着车辆与野生动物碰撞等其他影响而发生。因此,生境利用要结合其他影响来考虑。生境的丧失、破碎化及阻隔效应,对野生动物的影响程度似乎与公路不同。在许多情况下,这可能是因为铁路轨道比较窄、火车交通量低。另外,火车网不及公路网广,常与公路廊道并行。然而,每个已建成或拟建的铁路都有可能对野生动物产生一系列有害影响,因此应彻底评估铁路本身及与公路相邻的铁路的影响。
2 、铁路对野生动物的影响独特,但并未完全阐明
人们关于铁路对野生动物影响的了解,大多数来自于北美和欧洲、亚洲对个别物种的部分研究,如藏羚、鹿、熊和大象等大型哺乳动物[6],这一方面是因为它们具有特殊的经济价值或保护地位,另一方面是因为某些情况下它们能对火车造成重大伤害。目前,中国等拥有最大铁路网的国家,只是刚刚开始调查铁路对野生动物的影响[10]。代表性的研究案例有两个,一是修建在世界屋脊上的青藏铁路(格尔木至拉萨段),专门为青藏高原的珍稀野生动物设计并修建了33处野生动物通道。根据近年来的观察[12,13,14],藏羚羊等野生动物对动物通道的利用率逐年提升,目前保持在稳定水平。二是西成高铁是中国首条穿越秦巴山区的高速铁路,也是世界上首条安装鸟类防护网的高速铁路。在经过1年的实验监测中, 专家发现有将近8 000多次朱鹮有效飞跃西成高铁,但没有发现一次撞上防护网的现象,朱鹮防护网的设计实施为后续铁路项目积累了宝贵经验[15,16]。目前,人们对铁路、火车生态影响的了解是不完整的。未来研究的重要领域包括火车噪音的影响、火车与其他景观特征交互作用的累积效应,尤其应关注那些并行的道路。
铁路和公路可能有交互作用或累积影响,在大多数案例研究中并未涉及这一点。在某些独特影响上,多个交通特征的累积影响可能会加剧其影响或结果。有研究发现,相比地理距离和遗传差异,线性交通设施(包括公路和铁路)的数量加剧了沼泽蛙的繁殖栖息地的隔离[17]。对一些物种来说,铁路和公路的累积效应导致阻隔效应,引起野生动物与火车相撞比例增加[18]。例如美国蒙大纳的灰熊,在公路交通量最低但火车交通量最高时穿越动物通道,导致灰熊在铁路的死亡率高于公路。可见在研究道路影响和缓解措施时,这些潜在的交互作用需要考虑。然而,当运输效率提高时,生境破碎化会下降,因此将多个交通特征聚类分析可能比分开研究更好。并行的多种交通设施在同一位置设置集中的栅栏和动物通道,使减缓措施设置比较经济划算。然而,当野生动物穿过多种线性设施时,随着动物通道的增长,通道的有效性可能受到限制。
火车产生的噪音通常频率高、强度高,且持续时间短。在荷兰,噪音水平及其持续时间与鸟类密度的降低有关,可能会影响野生动物的行为[19]。火车噪音的干扰效应具有物种特异性,且因声音特征、速度、火车交通量及其设计而变化。高速列车通常在一定的频率范围产生高强度噪声。由于世界各地高铁的快速扩张和普及,研究高铁噪声的影响显得特别重要。
类似于公路,铁路还能产生间接或次要影响,如人类活动增加、偷猎、土地使用变化等相关干扰。间接影响发生在铁路运营和停止使用后,因此会很长时间上影响野生动物。需要研究关注这些间接的长期影响,也需要寻找机会研究已存在的这类影响。例如巴西和中国等国家正在相对不发达的自然景观中修建新铁路,将为今后的相关研究提供良好的契机。
3、 野生动物与火车相撞是一个多因素问题
人们通常认为火车声音大、体型大、移动缓慢[20],所以野生动物死于火车令人不可思议,尤其是有时会出现一大群动物同时都死于火车。尽管世界上大部分的铁路运行速度小于200 km·h-1,特别是当速度降一个等级时,火车运行时相对寂静,通常导致车辆与野生动物碰撞。另外,火车不能规避野生动物,也不能迅速停止,可能导致许多在公路上都可避免的碰撞。已有不少研究关注车辆与野生动物碰撞率的量化问题和影响碰撞率的因素[21],在毗邻铁路的栖息地中野生动物的丰富度是一个主要影响因素,因为野生动物越丰富,接近列车的野生动物个体越多。高质量的野生动物栖息地和铁路相交处,常常见到有蹄类动物和食肉动物在觅食[22]。然而,由于食肉动物家域大,沿着铁路移动,一些食肉动物经常遇见铁路。另外一些野生动物也有类似食肉动物的行为,增大了其被撞的可能性。相比食肉动物,食草动物常常被撞,这可能反映了食草动物的相对丰度高,以及食草动物多在铁路区域吃草或放牧的现象[23]。例如,当火车接近时,驼鹿逃离轨道,常常引起碰撞事故和个体死亡[24]。
饲料类食物和其它野生动物引诱剂会增加野生动物与火车相撞的比例。饲料类食物包括自然植被、腐肉、饲料,以及在装载、运输和/或火车出轨时从车厢中溢出的农产品[8,25,26]。桥梁、茂密的植被、铁路的岩屑及铁路弯曲度都能降低动物的可见距离,从而增加碰撞的风险。反映铁路设计问题的最明显例子是海龟的研究,如许多海龟无法翻越铁路[5]。对于大多数物种,可能是上述这些因素的综合作用,共同影响了野生动物与火车相撞和死亡率。火车客运量可能也是影响野生动物与火车相撞的一个重要因子。在瑞典,铁路客运量为中等强度(日均交通量为每天50～130辆)时,麋鹿和孢子的事故率最高。然而据报道,铁路的客运量越高,沿铁路扩散活动的动物就越少[26]。之所以如此,根本原因在于较高的客运量阻止了野生动物跨越铁路。
4 、缓解措施已存在, 但有些措施尚待更多证明
减少铁路、火车的影响有一系列措施,如避免影响、使影响最小化、缓解及补偿影响。它们与公路上使用的一系列措施很相似。然而,大多数的努力都集中在减少或减轻已有铁路的影响,其中以野生动物与火车相撞(WTC)的影响为主。今后,应集中关注在铁路规划及设计中避免影响,尽量使影响最小化,这在高速铁路网的扩张中更需急切考虑。当前,主要缓解措施包括野生动物交叉结构,栖息地改造,厌恶/驱逐系统,降低列车速度,补充喂食。植被管理(即收割或修剪可提供饲料或植物)是一种得到很多研究证明的技术,如植被管理使麋鹿与车辆相撞的比例减少了56%[27,28]。然而植被管理是一种持续性进行的技术,一旦植被得不到维护,碰撞率将会升高[26]。
动物通道使野生动物安全地通过铁路。对大多数动物,它是降低野生动物与火车相撞比例和阻碍效应的最佳策略之一。许多因素可能影响野生动物使用动物通道,例如通道大小、通道出口处的植被、栅栏有无及其设计。一些动物会使用排水涵洞,表明基本结构可为动物提供通道。乌龟和其他小动物的简单策略有:在铁路枕木之间挖掘石渣,为动物使用轨道下方空间提供低洼地[28]。尽管单独使用动物通道或栅栏,因效果差,也不被推荐。虽然已明白栅栏和动物通道的使用,需要大量的前期投入,但后来证实它们更有效,且长期易于维护。
安装在火车前面的电子系统可以发现和检测到动物,或者是安置在铁路上的一种固定系统装置可驱逐动物进入栅栏区域,还有在桥上通过基于声音或光学感应的装置驱赶动物。随着其它听觉威慑手段的使用,出现了“动物的习惯化”现象。其它系统在栅栏间隙处,沿着火车轨道使用充电的护具,这与公路上野生动物采用防护措施相似。火车方面相关的解决方法包括:火车针对人发出警告信号,如光或喇叭等,而且火车司机发现多种警告信号同时使用,常常使野生动物远离即将靠近的火车,其效果优于单独使用某一种延长的警告信号。今后还需要改进信号,来防止野生动物逃下轨道。
从资源有效利用角度看,许多减缓措施只针对单一物种,多物种的减缓措施还没有形成。而且,缓解资金的有效使用应该瞄准陆路交通(如铁路与公路)和工业上的线性特征(如能源线、管道线)并行的那些廊道。大多数铁路、公路、能源线、管道线有各自的地役权,且被不同机构或公司管理,导致规划和减缓工作复杂化。基于这一原因,针对现有及今后的基础设施或廊道的减缓措施的集成研究,迫切需要详尽的规划与合作。因此,为实现长期规划且经济划算的区域减缓目标,我们很有必要巩固与政府机构及基础设施单位的区域网络。
总而言之,铁路是一种更有效的交通运输方式,与卡车和小汽车比,它能减少运输过程中的CO2排放,可更有效地缓解运输人与物品引起的交通阻塞。与公路的影响相比,人们对铁路如何影响动物知之较少,所以需要再一步研究。由于高铁与普通货运列车在噪音水平、速度和高压线栅栏常用方法上存在不同,因此高铁的影响可能会与之不同。以往研究主要关注铁路对麋鹿、熊和藏羚等大型动物的影响,未来研究要超越这一点来发展,应致力于评估铁路对生物多样性及生态系统的总体影响。另外,需要关注铁路与其他基础线性设施的累积效应和相互作用。今后,亟需增强野生动物与铁路管理部门的对话,将野生动物保护纳入交通规划中。
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