![]()
![]()
假设“我”就是这只想过路的中国林蛙，
会遇到什么样的艰难险阻呢？
格致论道·湾区第18期 | 2022年8月27日 广州大家好，我是王云，来自交通运输部科学研究院。今天想跟大家交流下道路交通中对野生动物的保护。我做这项研究大概15年了，当初会选择这样一个相对小众的领域，主要有两个原因。第一是因为，我比较喜欢走进大自然，观察野生动物。更重要的原因是，在我接触这个领域的时候得到了一些老师的鼓励和指导，包括道路生态学之父——美国哈佛大学著名教授理查德·福尔曼先生。当年他来中国访问，在临走的时候对我说：“你们的研究还是很重要的，从某种程度上来说，中国的发展会影响这个学科未来的发展”。就是这些鼓励，驱使我一直从事这项研究。大家可能会好奇，一个是野生动物，一个是道路交通，看似没有关系的两者，会发生什么样的联系呢？请看下面的一些案例。2021年8月，著名演员“谢大脚”的扮演者于月仙驾车行驶在内蒙古西部阿拉善的一条道路上，不幸与横穿道路的两只骆驼发生了碰撞，最终导致车毁人亡的惨剧发生。左图是损毁的车辆，右图是被撞死的骆驼。这是道路交通对野生动物产生影响的一个极端案例，既导致了人员财产损失，动物也因此死亡。下面两个案例，虽然人和车辆安然无恙，但是动物却受到了很大的伤害。左图是去年12月发生在山西省吕梁地区的事故，一只国家一级保护动物华北豹过路时，不幸被车辆碰撞致死。右图是前两年在西藏，一头国家一级保护动物藏野驴过路时被车辆撞死，当时交警开的一个罚单。大家可以猜一下，罚单上写的撞死野驴要赔多少？居然高达3.5万元，当然真实性还有待考证。▲左：道路生态学，2003
右：Ament，2012
以上案例至少说明，道路交通对野生动物的伤害很大。但是从国际上来看，道路交通对野生动物的影响远远不止于此，通过右图可以看出，至少有5种影响。举个简单的例子，假如有一群野生动物生活在森林里，我们突然在这里修一条道路，将森林一分为二。首先，这群动物的活动空间会受到挤压，有一些动物可能就再也过不了公路了，这就是第一种影响——移动路线受阻隔。也有一些动物比较敢于尝试新鲜事物，它非要过到公路的另外一侧，就不可避免会与我们行驶的车辆碰撞。对这些动物来说，既没有红绿灯，也没有斑马线，更没有交警维持交通秩序。所以第二种影响就是，它们可能会长眠在道路上。第三种影响是动物栖息地损失。本来动物家园是一个整体，由于我们修路，就不可避免破坏一部分生态。第四种影响是动物栖息地质量下降，这是一种看不见、摸不着的影响。我们在修完路以后，道路两边的森林、草地似乎没有变化，我们也没有去干扰它，但是动物会越来越少，甚至不会再来这边活动了。因为车辆噪声、尾气排放，造成道路两侧的环境不适合动物生存。只有最后一种影响是正面的影响。我们在修完路以后，交通部门都会在被干扰过的地方种植植被，这些植被有时甚至长得比受干扰之前更好，反而会吸引一些动物前来。先来看一个蒙古国研究的案例。在10年前，研究人员为24只蒙古原羚分别佩戴了GPS项圈，跟踪其移动路线。发现在10年间，没有一只蒙古原羚能成功穿越乌兰巴托—北京铁路，说明这条铁路对蒙古原羚造成了比较严重的阻碍。▲左：H. Corneliussen
右：Conover et al.，1995；Cook & Daggett，1995；
Groot Bruinderink & Hazebroek, 1996；
L-P Tardiff & Associates Inc. 2003；Huijser et al. 2008
再来看道路致死，即“路杀”的案例。关于“路杀”的研究在国际上，尤其是西方发达国家已经有非常多了。以美国为例，每年道路交通造成的鹿的死亡数量大概在100万-200万头，而且还造成了2.9万多人受伤，200多人死亡，直接经济损失超过10亿美元。▲上：鬃狼（巴西）、棕鬣狗（南非）
下：小斑虎猫（巴西）、豹（印度）
不仅如此，放眼全球，124种野生动物种群因此将面临严峻的生存挑战。研究表明，如果“路杀”状况得不到缓解，巴西鬃狼、小斑虎猫、南非棕鬣狗和印度豹将在50年之内灭绝。以下是栖息地损失的案例。左图是巴基斯坦红其拉甫国家公园中巴公路的栖息地损失的现象图，公路在巴基斯坦山区峡谷底部布线。这个区域非常干旱，食草动物的重要食物来源就是峡谷底部的乔灌木，但山间的道路会侵占一部分植物空间。右图是栖息地质量下降的案例，这是东北长白山的研究数据，是我们在长白山山区环长白山旅游公路进行调研后得到的结果。横坐标是垂直于公路的距离，纵坐标是栖息地组成要素。可以看到，虽然道路对植被宽度的影响可能只有20米，但是车辆产生的噪声干扰距离可能会放大到100米远。可见，道路虽然占据地表面积很小，但是它对野生动物栖息地的影响可能会很大。以中国三江源国家公园的这条公路为例，这条公路修完以后，由于植被恢复的效果很好，植被的高度、盖度，甚至比路远侧的自然植被更好，进而吸引了很多家养动物、野生动物前来吃草，起到一种正面的吸引作用。可见，道路交通对野生动物的影响还是比较复杂的。那么在我们国家，道路交通对野生动物的影响程度到底是什么样呢？下面，我想介绍我们团队的两个研究案例。▲长白山保护区：2007-2019，13条公路
根据过去13年来对长白山已经通车的13条公路的持续监测，我们发现道路交通致死的野生动物种类至少达91种，数量有1.3万多个，其中约80%是一些小型动物，也就是两栖类动物。我们还预测，如果没有有效的缓解措施，到2030年，可能会超过3万多只野生动物被“路杀”致死。▲上：极北鲵、长尾林鸮
下：中国林蛙、极北蝰
上图是一些现场照片，中国林蛙是致死数量最多的两栖类动物。其实“路杀”致死的动物里也包括一些国家级保护物种。我们不希望再看到道路上发生更多惨案，所以采取了一些措施加以改进。当时我们正好要新建一条公路——鹤大高速公路，就是图中蓝色的线。首先，我们沿着这条线对道路两侧的栖息地做了评估，颜色越深表示两栖类栖息地质量越好。总体上来说，鹤大高速公路两栖类的栖息地质量还是比较高的，也得到了现场的调查验证。▲左：中华蟾蜍卵带
右：中国林蛙卵团
我们在当地发现了大量的两栖类动物的卵团、卵带，说明该区域有大量的两栖类动物在繁殖，所以加以保护很有必要。我们该怎么保护它们呢？因为这里受影响最大的是中国林蛙，所以我们选择它做实验主角。假设“我”就是这只想过路的中国林蛙，“我”会遇到什么样的艰难险阻呢？第一个阻隔就是，“我”必须穿越道路两侧的隔离栅，好在现在的隔离栅孔径是比较大的，一般都有10—20厘米，所以对“我”来说，钻过去难度不大。过去以后，“我”会遇到第二重阻隔——公路两侧的排水沟。有时设计人员会把排水沟设计成矩型沟，它的侧壁跟坡底是90度垂直的。“我”特别害怕，因为一旦掉下去以后，“我”是上不来的。如果“我”能幸运地爬过这些排水沟，在公路路面上还会遇到第三重障碍。因为“我”的体表是湿润的，身体是柔软的，而公路路面是比较干燥、坚硬的，所以“我”在路面上爬得非常缓慢。这时如果车辆恰巧经过，很容易把“我”碾压致死。但如果够聪明，“我”会发现道路两侧有很多小的涵洞能钻，就不用经过路面了，面临的风险会小一些。可是，到了涵洞洞口，“我”发现这些涵洞洞口的坡度非常陡，一旦掉下去就爬不上来了，而且这些涵洞又黑又小，不方便移动。通过简单分析可知，中国林蛙过路时至少面临7种阻隔。我们团队思考后，准备举行一场两栖类的运动会，邀请的选手就是受影响最大的两类物种——中国林蛙和中华蟾蜍。我们有三个运动项目，“跳高比赛”“爬坡比赛”和“钻洞比赛”。首先来看“跳高比赛”。参照国际经验，两栖类的隔离栅高度一般是30厘米—40厘米。所以我们设计了4个不同高度的竞技场，邀请10只中国林蛙，记录15分钟内跳出隔离栅的数量。▲用混凝土砖构建方形跳高竞技场
这是比赛现场的照片，中国林蛙还是非常卖力的，都跃跃欲试想要取得好成绩。成绩如图所示，横坐标是隔离栅的高度，纵坐标是隔离栅对它阻隔的效果。当隔离栅高度超过37厘米的时候，阻隔效果比较理想，超过90%的中国林蛙跳不出去。保守估计，高于40厘米的隔离栅可以阻隔绝大多数两栖类动物上路，从而避免被车辆压死。再来看“爬坡比赛”。根据现有的公路设计规范，大部分公路排水沟的坡度，一般是45度或90度。相对来说，45度比较缓，而90度坡度是不适合两栖类动物逃生的。所以我们设计了3种角度——45度、60度和75度，同样我们邀请10只中国林蛙和10只中华蟾蜍参加实验，限时15分钟。这是我们现场比赛的照片。可以看到，中华蟾蜍一个个都奋勇争先，非常卖力，都想取得好成绩。比赛结果如图所示，横坐标是排水沟的坡度，纵坐标是逃生率。可以看到，当坡度在45度时，这两种两栖类动物有90%左右的几率可以成功逃脱。而当坡度增加到60度或75度时，只有不到50%的两栖类动物可以逃生。所以，排水沟坡度不超过45度，是最有利于两栖类动物逃生的。最后一个比赛项目是“钻洞比赛”。长白山山区绝大多数真实涵洞的长度是10米长，所以我们1：1制作了6个涵洞模型。我们主要考虑三种变量——涵洞的形状、尺寸和材料。形状有方形和圆形的，尺寸最小为0.5米-1米，最大是1.5米，材料有金属、混凝土和土质的。这是现场的照片。上面三个分别是金属、土质、混凝土三种材质的涵洞，下图是6个涵洞模型的布设远景图。比赛结果如图。左图是穿越不同尺寸涵洞的两栖类动物的数量，可以看出，中等以上尺寸涵洞的效果更佳。右图是穿越不同基底材料涵洞的两栖类动物的数量，可以看到土质材料的效果明显优于另外两者。所以，“方形”“土质基底”“尺寸大于1米”的涵洞最有利于两栖类动物穿越。我们将这个结论也用到鹤大高速公路两栖类动物通道的设计中。左图是设计并实施完成的两栖类动物的隔离栅、排水沟和标志牌，右图是涵洞的出入口。涵洞具体效果如何，我们也在持续监测当中。第二个案例是关于大型动物过路的。去过青藏高原的人都知道，我们在路上开车的时候经常能看到野生动物，其中藏羚羊是一种有季节性大规模迁徙习性的野生动物。▲左：关磊 摄
右：陈学平 摄
目前我国交通部门以及自然保护区部门，对于藏羚羊过公路采取了一种最原始的“人工拦车”的办法。如左图所示，藏羚羊似乎也挺适应这样的方式。但这种办法会阻碍我们正常的交通流量，开车途经时会随时被阻拦。同时，不是所有动物都有藏羚羊的待遇。像右图显示，国家一级保护动物藏野驴过公路时是没有人去照顾它的，这就将面临与车辆相撞的风险。因此我们团队就提出一些保护它们安全过路的办法。前些年，我们和当地的交通部门合作，在藏羚羊迁徙的廊道上设了一个藏羚羊通道桥。这个桥参考了青藏铁路的藏羚羊通道，长度达300米，高度最高达到了6米，超过了国际标准规定的4米。桥建好以后，我们利用红外相机技术，对25座铁路的中小桥，以及1座公路的藏羚羊通道都开展了监测。这是现场安装红外相机的照片，为了避免人为破坏，我们每次都会带着梯子尽量把相机架高一点。在野外，设备的安全是最重要的。▲上：藏野驴、藏原羚
下：野牦牛、狼
拍摄的效果非常好，我们拍到很多过路动物，包括国家一级保护动物藏野驴、野牦牛，国家二级保护动物藏原羚、狼、狐狸等。更让我们高兴的是，藏羚羊迁徙时也会利用动物通道，成群结对，来去自如。还有一个有趣的现象，藏羚羊群喜欢钻公路桥梁通道最中间的桥孔。原因可能是中间的桥孔最高，方便通过，而且视野是最开阔的。数据分析也证实了我们的猜想。如左图显示，当桥孔的高度超过5米以后，通道利用率显著高于矮桥孔的利用率。右图是开阔率的示意图。藏羚羊迁徙只在固定路段、固定时间才发生。那对于不在这个区域的、不迁徙的藏羚羊来说，通道设计的尺寸又有什么要求呢？如左图显示，通道的开阔率和藏羚羊对通道的利用率呈显著的正相关关系。右图也可佐证左图，桥涵通道的开阔率比涵洞更高，因此它的利用率也更高。我们进一步分析了藏羚羊穿越现有的14座中小桥的数据，我们发现其中有4座桥梁是被频繁穿越的，占到总体穿越率的80%。它们的共性在于开阔率不低于4.2、宽度不小于6米、高度都在3.5米以上，这个指标很可能就是满足藏羚羊零散穿越需求的通道尺寸。基于此，我们对常见的野生动物做了同样的分析，形成了“高寒高海拔地区常见野生动物通道规格推荐值”表，这个结论也被纳入交通运输部推荐性行业标准当中。以上所有的通道都是让野生动物从公路下方穿越的，那么有没有能让野生动物从公路上面穿越的通道类型？▲左：Leonard E. Sielecki
右：J Sartore
答案是有的。其实国际上动物通道的类型非常多，图示就是加拿大班夫国家公园的上跨式动物通道，这些通道表面覆盖厚厚的土壤，种植当地的自然植被，已经成为国家公园里的一道景观了。此外还有林冠、树冠通道，能将道路两侧的树冠层连通，让生活在树上的动物不用下地就能飞跃公路。▲图片来源：神农架国家公园管理局
这是神农架国家公园管理局为川金丝猴过路设置的林冠通道，效果还是挺好的，我们也希望类似做法能够在国内推广。以上这些措施，都是从交通建设的角度对公路进行优化设计。比起这些，提高大众对交通沿线野生动物的保护意识更为重要。今年（2022年）我们和光明日报客户端合作，一起制作和发布了一系列科普小视频，主题就是“路遇动物观察”，希望能激发网友对交通道路上野生动物的兴趣。至今视频已经有100多万的点击量和评论量，效果还是不错的。▲左：安卓版
右：苹果版
但是这些还远远不够，于是我们又开发了一个专业的“路遇动物”APP，希望感兴趣的人能够下载使用。我们开发这个软件的目的非常明确：因为中国疆土广阔，野生动物种类多、数量大，路网又密。关于现场的一手资料，我们肯定掌握不全。当大家在野外看到野生动物，不管它们是在路上被车辆碰撞，还是在路边活动，都能通过这个软件拍照上传给我们。因为一手的数据能让我们知道，如果再在这地方修路，动物通道该修在什么地方、为谁修、修成什么样。我们同时开发了一个叫“交通动物观察”的网站，这个网站有更多的团队科研成果介绍，也欢迎大家浏览。最后也希望有更多的动物爱好者、志愿者能够加入我们，能够更多关注交通设施沿线的野生动物保护，因为保护好这些动物，就是保护我们人类自身的安全。文章和演讲仅代表作者观点，不代表格致论道讲坛立场。“格致论道”，原称“SELF格致论道”，致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院网络安全与信息化办公室主办，中国科普博览(中国科学院科普云平台)提供技术支持。欢迎关注格致论道官网: self.org.cn，微信公众号: SELFtalks，微博: 格致论道。
