鐵路對野生動物生態(tài)影響的分析與展望

蘇麗娜，張洪峰，胡 罕，劉 艷，吳曉民*

(1.陜西省動物研究所，西安 710032；2.陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，西安 710069)

道路繁榮了社會經(jīng)濟，促進(jìn)了商品的流通，拓展了人們交流的空間。但道路建設(shè)和車輛的廣泛使用引發(fā)了一系列環(huán)境和生態(tài)問題，例如修建在石質(zhì)或混凝土地面上的鐵路線，是一種有2個以上鋼軌的相對狹長帶，它改變了所在區(qū)域的景觀格局，盡管方式簡單但卻影響深遠(yuǎn)。野生動物與火車一旦相撞，將引起重大資源損失。由于野生動物易于測量，又有公共及經(jīng)濟利益者關(guān)注，因而它常常是鐵路對生態(tài)系統(tǒng)影響的最佳指示者。然而，一些野生動物非常適應(yīng)環(huán)境的改變，其種群和行為就不能作為指示道路對生態(tài)系統(tǒng)影響的唯一指標(biāo)。同樣地，個別野生動物的某些影響與普遍認(rèn)識也會矛盾，例如有報道說麋鹿和狐貍利用鐵路擴散和運動，但其他許多動物都是回避鐵路[1]?？梢?，鐵路對野生動物影響比較復(fù)雜。

鐵路帶來的變化常因景觀自身差異而有所不同：對石質(zhì)或貧瘠環(huán)境的影響較小，但對森林或植被良好景觀的影響較大。鐵路既是偷獵者、雜草及生物入侵的通道，又是野生動物運動的屏障。鐵路使自然環(huán)境破碎化，大區(qū)域變成小斑塊，動物行為發(fā)生改變，引起一些物種存活率降低。而且當(dāng)一個物種的減少或增加影響了另一物種時，就要發(fā)生潛在的級聯(lián)效應(yīng)。因此，當(dāng)量化鐵路、火車影響及設(shè)計減緩措施時，不能只考慮物種，而是要考慮整個生態(tài)系統(tǒng)。全球鐵路網(wǎng)絡(luò)十分廣泛，截止2015年，全球鐵路大約有1.4億千米，其中，中國的鐵路里程達(dá)到了12.5萬千米[2]。中國、印度等許多國家還在不斷地擴大各自的鐵路網(wǎng)，因此急切需要更好地理解鐵路網(wǎng)的生態(tài)效應(yīng)。本研究系統(tǒng)地梳理了國內(nèi)外鐵路對野生動物的影響，整理歸納了鐵路及火車對野生動物影響研究的現(xiàn)狀及存在問題，并指出了今后的研究思路與發(fā)展方向。

1 鐵路影響野生動物的方式與公路相似，但程度不同

鐵路和公路都是地面上的狹長帶，因此鐵路、火車與公路及車輛對野生動物的負(fù)面影響相似，一方面會引發(fā)野生動物碰撞，另一方面運動的火車或車輛會釋放噪音、光及化學(xué)污染物。顯而易見，鐵路及火車存在以下3種影響：最明顯的影響是野生動物與火車相撞(wildlife-train collision, WTC)引起的直接死亡，其他2種影響分別是生境改變與生境破碎化和阻礙效應(yīng)[3]。據(jù)最早的道路生態(tài)研究者推測[4]，與公路一樣，鐵路沿線也出現(xiàn)了這3種影響，但似乎影響程度較輕。然而，這種經(jīng)驗法則并不總是正確。在某些情況下，鐵路的影響大于公路；但大多數(shù)情況下，鐵路的影響更難發(fā)現(xiàn)。因此鐵路的影響需要進(jìn)一步檢驗。

1.1 野生動物與火車相撞

因觸電、鐵路誘捕、撞電線失事、野生動物與火車相撞等，鐵路沿線常發(fā)生野生動物死亡。在某些情況下，野生動物常常被困在兩條鐵軌之間，或者因陽光暴曬、鐵軌和石渣升溫引起過度受熱[5]?；疖嚺c野生動物相撞是最常見的死亡原因，已記錄到至少84種動物因此而喪生，有亞洲象、箱龜、蜥蜴和鳥等[6]。有時，火車與動物相撞明顯地影響了野生動物種群，例如，在阿拉斯加州，野生動物與火車相撞使麋鹿種群下降了70%[7]；鐵路和公路并行時，棕熊與火車相撞比例不小于公路路殺比例。熊與火車相撞的頻率是并行公路的2倍，碰撞成為熊繼偷獵之后的第二大死亡原因[8]。在上述情況下，鐵路對野生動物種群的影響似乎比公路大。這是由于許多野生動物能穿過或利用鐵路改變的地帶，導(dǎo)致碰撞風(fēng)險很高，因此野生動物與火車相撞較常見。

1.2 生境改變與生境破碎化

鐵路的建設(shè)及運行會引起生境改變。判斷生境變化程度的方法是基于標(biāo)準(zhǔn)軌距的寬度來計算，通常以每軌道兩側(cè)15 m來算[9]，但這個方法過于簡單，因為一些野生動物回避道路的地方更遠(yuǎn)，如蒙古瞪羚的回避處遠(yuǎn)達(dá)300 m[10]。其二，這個方法忽視了噪音、人及其他因素的影響。

當(dāng)鐵路引起生境被分隔成更小的斑塊時，生境破碎化效應(yīng)就產(chǎn)生了，伴隨發(fā)生的是小種群出現(xiàn)、生物多樣性降低。由于原始生境之間的環(huán)境條件改變了，進(jìn)而會引起不同物種來利用，所以破碎化影響了種群發(fā)展變化。例如動物有偏好開闊生境者和偏好封閉生境者之分，野生動物與火車相撞比例的增加取決于生境破碎化的程度和位置。

1.3 阻隔效應(yīng)

遷移和擴散是一個物種得以生存的重要動力。然而鐵路的存在，不可避免地穿越野生動物棲息地，阻隔動物穿越鐵路，切割動物移動路線，使野生動物移動方向發(fā)生改變，導(dǎo)致其覓食、交配、育幼等活動受到限制，進(jìn)而影響該物種種群數(shù)量變化，最終可能威脅到局部種群的生存?？梢姡F路的阻隔效應(yīng)對野生動物及其生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響很大。

鐵路對野生動物阻隔效應(yīng)的發(fā)生與這3個因素密切相關(guān)：(1)物種特異性與鐵路設(shè)計(即柵欄、鐵軌和石渣等因素)相互影響；(2)缺少自然覆蓋物(如森林樹冠或其他植被)；(3)躲避其他條件(聲音、光及人等)。據(jù)報道，一些警惕性高、運動力有限的動物減少了在鐵路附近的運動，如東部箱龜?shù)纳眢w無法在標(biāo)準(zhǔn)軌距的鐵路上攀爬[5]。其他物種因為面臨捕食、熱休克或其他可感知的風(fēng)險，盡管從身體條件來看也許能穿過軌道，但并未通過。阻隔效應(yīng)的大小取決于鐵路位置、物種特異性及鐵路交通量。如麋鹿偏好沿著鐵路移動，但蒙古瞪羚的身體能跳很高，也能行進(jìn)較大的距離，卻很少穿越鐵路[10]。

事實上，許多野生動物能夠穿越被鐵路改變的土地，但對那些極其謹(jǐn)慎或移動有限的野生動物而言，似乎有所例外。據(jù)以往報道，一些野生動物使用鐵路覓食、接近關(guān)鍵資源、遷移和擴散。然而，生境利用常常伴隨著車輛與野生動物碰撞等其他影響而發(fā)生。因此，生境利用要結(jié)合其他影響來考慮。生境的喪失、破碎化及阻隔效應(yīng)，對野生動物的影響程度似乎與公路不同。在許多情況下，這可能是因為鐵路軌道比較窄、火車交通量低。另外，火車網(wǎng)不及公路網(wǎng)廣，常與公路廊道并行。然而，每個已建成或擬建的鐵路都有可能對野生動物產(chǎn)生一系列有害影響，因此應(yīng)徹底評估鐵路本身及與公路相鄰的鐵路的影響。

2 鐵路對野生動物的影響?yīng)毺?，但并未完全闡明

人們關(guān)于鐵路對野生動物影響的了解，大多數(shù)來自于北美和歐洲、亞洲對個別物種的部分研究，如藏羚、鹿、熊和大象等大型哺乳動物[6]，這一方面是因為它們具有特殊的經(jīng)濟價值或保護地位，另一方面是因為某些情況下它們能對火車造成重大傷害。目前，中國等擁有最大鐵路網(wǎng)的國家，只是剛剛開始調(diào)查鐵路對野生動物的影響[10]。代表性的研究案例有兩個，一是修建在世界屋脊上的青藏鐵路(格爾木至拉薩段)，專門為青藏高原的珍稀野生動物設(shè)計并修建了33處野生動物通道。根據(jù)近年來的觀察[12-14]，藏羚羊等野生動物對動物通道的利用率逐年提升，目前保持在穩(wěn)定水平。二是西成高鐵是中國首條穿越秦巴山區(qū)的高速鐵路，也是世界上首條安裝鳥類防護網(wǎng)的高速鐵路。在經(jīng)過1年的實驗監(jiān)測中, 專家發(fā)現(xiàn)有將近8 000多次朱鹮有效飛躍西成高鐵，但沒有發(fā)現(xiàn)一次撞上防護網(wǎng)的現(xiàn)象，朱鹮防護網(wǎng)的設(shè)計實施為后續(xù)鐵路項目積累了寶貴經(jīng)驗[15-16]。目前，人們對鐵路、火車生態(tài)影響的了解是不完整的。未來研究的重要領(lǐng)域包括火車噪音的影響、火車與其他景觀特征交互作用的累積效應(yīng)，尤其應(yīng)關(guān)注那些并行的道路。

鐵路和公路可能有交互作用或累積影響，在大多數(shù)案例研究中并未涉及這一點。在某些獨特影響上，多個交通特征的累積影響可能會加劇其影響或結(jié)果。有研究發(fā)現(xiàn)，相比地理距離和遺傳差異，線性交通設(shè)施(包括公路和鐵路)的數(shù)量加劇了沼澤蛙的繁殖棲息地的隔離[17]。對一些物種來說，鐵路和公路的累積效應(yīng)導(dǎo)致阻隔效應(yīng)，引起野生動物與火車相撞比例增加[18]。例如美國蒙大納的灰熊，在公路交通量最低但火車交通量最高時穿越動物通道，導(dǎo)致灰熊在鐵路的死亡率高于公路?？梢娫谘芯康缆酚绊懞途徑獯胧r，這些潛在的交互作用需要考慮。然而，當(dāng)運輸效率提高時，生境破碎化會下降，因此將多個交通特征聚類分析可能比分開研究更好。并行的多種交通設(shè)施在同一位置設(shè)置集中的柵欄和動物通道，使減緩措施設(shè)置比較經(jīng)濟劃算。然而，當(dāng)野生動物穿過多種線性設(shè)施時，隨著動物通道的增長，通道的有效性可能受到限制。

火車產(chǎn)生的噪音通常頻率高、強度高，且持續(xù)時間短。在荷蘭，噪音水平及其持續(xù)時間與鳥類密度的降低有關(guān)，可能會影響野生動物的行為[19]?；疖囋胍舻母蓴_效應(yīng)具有物種特異性，且因聲音特征、速度、火車交通量及其設(shè)計而變化。高速列車通常在一定的頻率范圍產(chǎn)生高強度噪聲。由于世界各地高鐵的快速擴張和普及，研究高鐵噪聲的影響顯得特別重要。

類似于公路，鐵路還能產(chǎn)生間接或次要影響，如人類活動增加、偷獵、土地使用變化等相關(guān)干擾。間接影響發(fā)生在鐵路運營和停止使用后，因此會很長時間上影響野生動物。需要研究關(guān)注這些間接的長期影響，也需要尋找機會研究已存在的這類影響。例如巴西和中國等國家正在相對不發(fā)達(dá)的自然景觀中修建新鐵路，將為今后的相關(guān)研究提供良好的契機。

3 野生動物與火車相撞是一個多因素問題

人們通常認(rèn)為火車聲音大、體型大、移動緩慢[20]，所以野生動物死于火車令人不可思議，尤其是有時會出現(xiàn)一大群動物同時都死于火車。盡管世界上大部分的鐵路運行速度小于200 km·h-1，特別是當(dāng)速度降一個等級時，火車運行時相對寂靜，通常導(dǎo)致車輛與野生動物碰撞。另外，火車不能規(guī)避野生動物，也不能迅速停止，可能導(dǎo)致許多在公路上都可避免的碰撞。已有不少研究關(guān)注車輛與野生動物碰撞率的量化問題和影響碰撞率的因素[21]，在毗鄰鐵路的棲息地中野生動物的豐富度是一個主要影響因素，因為野生動物越豐富，接近列車的野生動物個體越多。高質(zhì)量的野生動物棲息地和鐵路相交處，常常見到有蹄類動物和食肉動物在覓食[22]。然而，由于食肉動物家域大，沿著鐵路移動，一些食肉動物經(jīng)常遇見鐵路。另外一些野生動物也有類似食肉動物的行為，增大了其被撞的可能性。相比食肉動物，食草動物常常被撞，這可能反映了食草動物的相對豐度高，以及食草動物多在鐵路區(qū)域吃草或放牧的現(xiàn)象[23]。例如，當(dāng)火車接近時，駝鹿逃離軌道，常常引起碰撞事故和個體死亡[24]。

飼料類食物和其它野生動物引誘劑會增加野生動物與火車相撞的比例。飼料類食物包括自然植被、腐肉、飼料，以及在裝載、運輸和/或火車出軌時從車廂中溢出的農(nóng)產(chǎn)品[8,25,26]。橋梁、茂密的植被、鐵路的巖屑及鐵路彎曲度都能降低動物的可見距離，從而增加碰撞的風(fēng)險。反映鐵路設(shè)計問題的最明顯例子是海龜?shù)难芯?，如許多海龜無法翻越鐵路[5]。對于大多數(shù)物種，可能是上述這些因素的綜合作用，共同影響了野生動物與火車相撞和死亡率?；疖嚳瓦\量可能也是影響野生動物與火車相撞的一個重要因子。在瑞典，鐵路客運量為中等強度(日均交通量為每天50～130輛)時，麋鹿和孢子的事故率最高。然而據(jù)報道，鐵路的客運量越高，沿鐵路擴散活動的動物就越少[26]。之所以如此，根本原因在于較高的客運量阻止了野生動物跨越鐵路。

4 緩解措施已存在, 但有些措施尚待更多證明

減少鐵路、火車的影響有一系列措施，如避免影響、使影響最小化、緩解及補償影響。它們與公路上使用的一系列措施很相似。然而，大多數(shù)的努力都集中在減少或減輕已有鐵路的影響，其中以野生動物與火車相撞(WTC)的影響為主。今后，應(yīng)集中關(guān)注在鐵路規(guī)劃及設(shè)計中避免影響，盡量使影響最小化，這在高速鐵路網(wǎng)的擴張中更需急切考慮。當(dāng)前，主要緩解措施包括野生動物交叉結(jié)構(gòu)，棲息地改造，厭惡/驅(qū)逐系統(tǒng)，降低列車速度，補充喂食。植被管理(即收割或修剪可提供飼料或植物)是一種得到很多研究證明的技術(shù)，如植被管理使麋鹿與車輛相撞的比例減少了56%[27-28]。然而植被管理是一種持續(xù)性進(jìn)行的技術(shù)，一旦植被得不到維護，碰撞率將會升高[26]。

動物通道使野生動物安全地通過鐵路。對大多數(shù)動物，它是降低野生動物與火車相撞比例和阻礙效應(yīng)的最佳策略之一。許多因素可能影響野生動物使用動物通道，例如通道大小、通道出口處的植被、柵欄有無及其設(shè)計。一些動物會使用排水涵洞，表明基本結(jié)構(gòu)可為動物提供通道。烏龜和其他小動物的簡單策略有：在鐵路枕木之間挖掘石渣，為動物使用軌道下方空間提供低洼地[28]。盡管單獨使用動物通道或柵欄，因效果差，也不被推薦。雖然已明白柵欄和動物通道的使用，需要大量的前期投入，但后來證實它們更有效，且長期易于維護。

安裝在火車前面的電子系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)和檢測到動物，或者是安置在鐵路上的一種固定系統(tǒng)裝置可驅(qū)逐動物進(jìn)入柵欄區(qū)域，還有在橋上通過基于聲音或光學(xué)感應(yīng)的裝置驅(qū)趕動物。隨著其它聽覺威懾手段的使用，出現(xiàn)了“動物的習(xí)慣化”現(xiàn)象。其它系統(tǒng)在柵欄間隙處，沿著火車軌道使用充電的護具，這與公路上野生動物采用防護措施相似。火車方面相關(guān)的解決方法包括：火車針對人發(fā)出警告信號，如光或喇叭等，而且火車司機發(fā)現(xiàn)多種警告信號同時使用，常常使野生動物遠(yuǎn)離即將靠近的火車，其效果優(yōu)于單獨使用某一種延長的警告信號。今后還需要改進(jìn)信號，來防止野生動物逃下軌道。

從資源有效利用角度看，許多減緩措施只針對單一物種，多物種的減緩措施還沒有形成。而且，緩解資金的有效使用應(yīng)該瞄準(zhǔn)陸路交通(如鐵路與公路)和工業(yè)上的線性特征(如能源線、管道線)并行的那些廊道。大多數(shù)鐵路、公路、能源線、管道線有各自的地役權(quán)，且被不同機構(gòu)或公司管理，導(dǎo)致規(guī)劃和減緩工作復(fù)雜化。基于這一原因，針對現(xiàn)有及今后的基礎(chǔ)設(shè)施或廊道的減緩措施的集成研究，迫切需要詳盡的規(guī)劃與合作。因此，為實現(xiàn)長期規(guī)劃且經(jīng)濟劃算的區(qū)域減緩目標(biāo)，我們很有必要鞏固與政府機構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)施單位的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。

總而言之，鐵路是一種更有效的交通運輸方式，與卡車和小汽車比，它能減少運輸過程中的CO2排放，可更有效地緩解運輸人與物品引起的交通阻塞。與公路的影響相比，人們對鐵路如何影響動物知之較少，所以需要再一步研究。由于高鐵與普通貨運列車在噪音水平、速度和高壓線柵欄常用方法上存在不同，因此高鐵的影響可能會與之不同。以往研究主要關(guān)注鐵路對麋鹿、熊和藏羚等大型動物的影響，未來研究要超越這一點來發(fā)展，應(yīng)致力于評估鐵路對生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)的總體影響。另外，需要關(guān)注鐵路與其他基礎(chǔ)線性設(shè)施的累積效應(yīng)和相互作用。今后，亟需增強野生動物與鐵路管理部門的對話，將野生動物保護納入交通規(guī)劃中。