美国路域生态学课件

《美国路域生态学课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《美国路域生态学课件（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、路域生态学：理论与实践 简介,目录,背景 基本概念 发展简史 学科框架 研究内容简介 未来发展,背景,对于人类，一方面在享受道路带来的便利性，如经济发展、就业、出行、旅游等可达性，另一方面也不可避免的逐渐意识到道路系统对自然环境越来越严重的威胁，如大气、水质、野生动物、植被及栖息地的破碎、物种的灭绝等等。 解决这些问题包括综合交通学、水文学、野生生物学、植被生态学、种群生态学、土壤科学、水化学、水生生物学和鱼类学学科的知识。整合这些学科会形成路域生态学。,背景,传统的分散化研究,如今的系统化,分支领域研究的深入,丰富了学科体系,相关学科的交叉,完善了学科的内容,基本概念,“路域生态学”中的路域

2、范围界定 路域/道路廊道指已经被道路建设、维护或管理行为所改变的的大地表面宽阔的带状区域；这种宽阔的带状区域包括道路表面、路肩、边沟和外部路域。,道路表面,路肩,路肩,边沟,边沟,外部路域,外部路域,路域/道路廊道,路域生态学 研究与道路和车辆相关的生物与环境之间相互作用的科学。路域生态学也探索自然环境与道路交通系统的相互关系。,基本概念,路,车,人,自,然,环,境,然,环,发展简史,泥浆路面动物致死,风景公路公园大道,人畜、野生动物跨线桥,动物通道、环境意识,欧洲上跨式通道建设,路域生态学相关研究全面开展,北美下穿式通道建设,溪流、沉积、湿地、大气污染、路域植被等研究,加拿大、美国等上跨式通

3、道建设,荷兰生态学团队,欧洲、北美、澳大利亚全球领先,国际会议、科学著作、环保组织,20世纪初,1920S1930S,1960S,1970S,1980S,1990S,学科框架,路域生态学,道路、车辆和交通规划,动植物及栖息地,水体、沉积物、化学物、大气,道路网络系统的生态效应和缓解,道路、车辆及交通规划,研究内容,道路 车辆 交通规划,不同等级、密度 不同道路组成结构,不同类型 不同尺寸、行驶距离等 不同交通量 燃料与节能,规划过程 管理模式 融合环境保护等,研究内容,国家研究委员会（National Research Council 1997）报道了美国公路及路域（等同于roadsides）

4、总面积为2000万英亩（800万公顷），约为美国国土面积的1。 Forman等人研究认为美国国土面积的1/5直接受到占1国土面积的道路网络的生态学影响。,动植物及 栖息地,研究内容,植物 动物 栖息地 路域管理,类型、数量 空间分布格局 侵入物种等,动物致死 栖息地损失、退化 动物通道等,景观连接度 道路密度与累计效应等,除草、植被维护 美学设计 路域栖息地保护,研究内容,路域植物多样性,全球各国路域植被类型差异较大，很少有国家对路域植被进行详尽的研究。路域植被类型的研究已经在下列国家开展：日本、新西兰、澳大利亚、中东、欧洲、斯洛文尼亚、德国、芬兰、瑞典、丹麦、英国、比利时、荷兰、法国和加拿大

5、。在美国，开展研究的包括夏威夷、阿拉斯加、加利福尼亚、俄勒岗、蒙达拿和中西部地区等。,研究内容,路域植物多样性,英国的道路路域有870种植物，而整个国家才2000种。荷兰的一条多车道公路路域有将近800种，占到整个国家的一半。荷兰的路域还有很多稀有物种，路域物种中约20为稀有物种（160种），这是由于其它地方很少存在适宜的栖息地。,研究内容,路域植被空间分布格局,路域栖息地地方和非地方物种的多样性情况。稀有物种仅仅出现一次的；四处栖息地取样样方的数量从99到136之间变化。沿着新西兰南岛主干线50公里路段取样。来源于 Ullmann et al.(1998),研究内容,路域外来物种入侵,从澳大

6、利亚首都堪培拉某城市汽车清洁部取样研究的结论。研究持续了26个月，从汽车清洁水中过滤然后放置在土壤中培育；9个月之后的统计数据。 来源于Wace(1997).,一些外来物种，具有粘合性，依赖钩子和皮毛进行运输； 风，车辆气流的影响，沿着路域移动了很长距离； 土壤干扰：佛罗理达，路基中引入石灰石会改变路域土壤的特性，反过来有利于更多外来物种的生存； 澳大利亚研究显示火沿着道路传播有助于两种外来草类的进入； 很多研究显示车辆本身能传播外来物种； 其他机制包括被鸟类和哺乳动物传播，但总体看来数量很少。 寒冷区域道路盐，有助于耐盐性植物的传播； 水沿着路域边沟和溪流运动方便了耐湿物种的传播；,研究内容

7、,外来物种入侵机制,研究内容,动物的道路交通致死,种类众多：无脊椎、鸟类、爬行、兽类、两栖等； 数量巨大：荷兰每年15.9万兽类和65.3万鸟类致死，澳大利亚每年548万蛙类和爬行类死亡，美国每天约有100万脊椎动物死亡 Forman预言：道路致死已经取代狩猎成为脊椎动物最大人为死亡因素！,研究内容,动物道路交通致死缓解措施,美国各州使用的降低鹿车辆相撞的缓解技术。数据是基于自然资源局1992年在43个州的调查得出的。括号中的数字是基于研究结论得出的使用该项缓解技术的州的数量。 数据来源于Fomin and Bissonette(1996a),栖息地损失：直接损失与间接损失；,研究内容,动物栖

8、息地损失,由于道路建设导致森林内部种栖息地失去。黑色阴影森林内部；亮色阴影森林边缘区域；白色开发区域。白色区域在A、B中面积相同。（a）66森林内部栖息地被保存，然而区域被分割成5个相互隔绝的区域；（b）森林内部一正方形区域开发，84森林内部栖息地保存在一个大型相互联系区域。,道路割裂了栖息地，降低了联接度,研究内容,栖息地破碎化,道路对动物种群的四种生态影响和累计效应的时滞性。阴影部分展示了四种序列的道路影响。在时滞效应之后，种群变得更小且伴随着更大的相对波动性。,研究内容,时滞效应,多数生态系统在发生栖息地破碎化和生态影响被人类完全发现之间的过程中表现了“时滞效应”；研究发现目前湿地物种多

9、样性可以通过三十或四十年前道路密度精确计算出来。,认识到路域的保护价值的国家还比较少。荷兰采取了许多措施保护和提高路域的自然群落。英国，6处路域被官方指定为特殊科学研究兴趣所在地，类似于美国州的自然保护区。此外，一个路域被指定为国家自然保护区，两个路域是特殊保护区域，一个被欧洲团体指定为重要物种保护区.,研究内容,路域栖息地保护,一只小鹿在悄悄穿越森林公路,途径：人为创造小栖息地（沟渠、栅栏、中央分割带、边坡、路域提供可供鸟类停留场所等）。,研究内容,提高栖息地质量,高架桥下种植动物喜食植被，吸引动物通行,自然保护区公路沿线配合动物通道设置栅栏防止大型哺乳动物进入路面发生交通事故（佛罗里达）,

10、边坡粗糙化，且种植多种地方自然植被、堆积路域表土、森林乱木、小树枝、树桩、枯树叶等营造自然环境，提高生物多样性,水体、化学物和大气,研究内容,水体 化学污染物 风和大气影响,侵蚀、沉积 道路与水体相互作用机制 湖泊、河流、湿地等,污染物来源、扩散 对生态环境的影响 道路盐等,小气候 道路灰尘 防风林 防雪林 噪声干扰等,水体 道路： 损坏路面，侵蚀路面，暴雨、结冰和融化也会损坏道路，地表水还会引起车辆打滑等； 道路 水体： 源在铺设路面的道路上，水流流过路面不会下渗 ，这导致高的流速和下游区域的泛滥； 汇道路表面集水，尽管一般不会很多； 拦对于坡面道路，可阻拦上坡面的水流通过； 导水流沿着道路

11、表面流动，道路作为导管。,道路与水体相互作用机制,研究内容,在水生生态系统中，连通性对有机体、基因、水、有机质、能量、物质等持续流动非常重要。 河流系统连通性包括4个方面：上下游，泛滥平原溪流，森林溪流和地表水地下水。而道路对所有连通性均产生了直接和间接的影响。,研究内容,道路对河流连通性的影响,研究内容,道路对湿地的影响,在水池附近区域蛙类出现机率与道路密度的关系。道路密度位于水池周围750米范围内。对于平均的道路密度，沼泽蛙（rana arvalis）出现的可能性为82，当道路密度最大之时蛙类出现的机率为5。荷兰，基于Vos(1997)的研究。,不同类型涵管对水流和鱼类的影响各异。来源于S

12、aremba and Mattison(1984),研究内容,道路对湿地的影响,化学污染来源,研究内容,地面径流内部23种污染物的来源。Kobringer(1984) and FHWA(1996a),小气候区别明显表现在几个方面： （1）白天和晚上； （2）路域高地下水位和低地下水位； （3）夏季和冬季； （4）有树荫的森林道路和没有树荫的森林道路； （5）热带和寒带； （6）中央分隔带有植被的和没有植被的； （7）北侧路域和南侧路域； （8）黑色沥青和白色混凝土。 同时，道路表面宽度、路域宽度、路域组成（护栏、标志牌、混凝土结构）也对小气候产生影响。,研究内容,小气候,气流从路表面搬运粒子，

13、包括一系列微粒启动、运输、磨损、分类、沉积重叠过程，经常沉积在顺风向远处； 风蚀有选择性的侵蚀小的富于营养的微粒，导致了土壤的贫瘠，严重的侵蚀加速土壤的分类； 采取综合措施以最小化风蚀的影响。幸运的是，防风带降低风蚀效果 超过了降低风速的效果。,研究内容,灰尘和侵蚀,美国悬浮颗粒物的主要来源和数量。 来源于Goff(1999),研究内容,灰尘和侵蚀,与道路和车辆相关的污染物分布在地方、区域和全球尺度上，产生了深远的生态学影响。在区域和全球生态影响中的斜体部分是在大气中形成的污染物。,道路网络系统的生态效应及缓解,研究内容,道路网络系统 四种景观中的道路网络系统 自然景观中的道路网络系统,路域生

14、态学的网络理论； 道路网络的特征； 道路网络的时空变化； 道路系统对景观的影响； 景观对道路系统的影响,建筑景观 森林景观 农业景观 放牧、干旱景观,偏远地区 公园土地 北极地区 热带地区,道路网络的属性特征,研究内容,不同道路密度的生态学影响,（a）物种1回避道路；物种2穿越道路，导致了道路致死；,（c）左边中心区域远离人为干扰和影响。,（b）物种避免道路；小种群数量波动大,研究内容,不同道路密度的生态学影响,（d）N正常，H高，L低水位。右侧对比了一个小涵洞和三个大涵洞的水位；,（e）左侧相互连接的水源溪流；右侧（道路容易与主河平行，以直角穿越小溪流），道路与主河在8个河流横断面处交叉必然

15、对水生生态系统产生影响；,道路网络的属性特征,道路网络的变化,研究内容,四个有着同样道路密度和不同网络形式的道路分布格局，因此带来不同生态学效应。白色植被区域。道路网络的变化可能会带来至关重要的生态学影响。,道路网络的生态学影响与网络空间形式密切相关，在许多情况下几乎与道路密度无关。以下是一些主要的原则和指南： 维持或建立大型无道路区域； 最小化道路与溪流和其他水体的连接； 如果增加道路，增加现存道路的行车道优于建设新道路。,道路网络的变化,研究内容,道路系统对周围土地的影响,研究内容,道路对生态系统中不同因子的影响距离。横线表示已经记录的有显著生态学意义的平均和最大的影响距离,研究内容,网络

16、中的道路生态影响域,道路系统对周围土地的影响,一条10公里多车道公路的道路影响域。 9个生态因子影响距离超过100米湿地、溪流、道路盐、侵入物种、驼鹿、鹿、两栖类、森林鸟、草地鸟。几个道路影响超过了1公里。多数因子通过25特殊位置来测量的，交通噪声影响沿着道路较明显。把这些影响带综合制图发现景观中道路影响距离平均宽度为600米（每边300米），不对称，回旋的边界好像长的“手指”,研究内容,道路系统对周围土地的影响,未来发展,道路和车辆 燃料和生态学 旅行和交通 自然，野生生物和水体 位置、公众及其联系 经济 规划 政策,展望,路域生态学的核心和优势领域仍然有待于填补。最受威胁的区域和最需要关注的区域在哪里？答案和解决方式如何才最有时效性？ 路