规划铁路对景观连通性的影响及其线路优化

《Journal of Transport Geography》：Impacts of planned railways on landscape connectivity and its route optimization

　　

摘要

热带森林拥有极高的生物多样性，但正遭受人类活动导致的栖息地破坏，其中包括交通基础设施的扩张。现有研究缺乏从景观组成和空间分布角度对规划铁路对景观连通性影响的分析，导致在路线设计中未能充分保护具有重要连通功能的斑块。本研究采用形态空间格局分析和最小累积阻力模型，探讨埃塞俄比亚规划铁路对热带山地森林景观连通性在斑块尺度和区域尺度上的影响，并识别出可减轻连通性影响的替代路线。结果表明，拟建铁路将严重破坏景观连通性，摧毁2210平方公里的核心森林。相互连通的森林斑块将从51.9%下降至41.4%，共有854公里铁路对景观连通性产生强烈的负面影响。存在29条总长度为5895公里的最小成本路线，这些路线将通过降低铁路的环境成本来优化铁路选址。研究结果有助于识别对维持连通性至关重要的森林斑块，减少铁路建设对埃塞俄比亚乃至其他地区景观连通性的负面影响。

引言

自20世纪下半叶以来，全球线性交通设施以前所未有的速度扩张。预计到2050年，全球将新建高达2500万公里铺设道路（Engert等人，2024），目前已有近14万公里铁路处于规划或建设阶段（Campbell等人，2018）。这些新基础设施中的大部分将建在发展中国家，这些国家共同维系着地球上最丰富的生物多样性（Sloan等人，2019），其中包括许多濒危物种和生态系统（Laurance等人，2015；Houballah等人，2021）。栖息地破碎化及其导致的景观连通性丧失是交通网络最重要的环境影响之一，对生物多样性和生态系统稳定性构成重大威胁（Laurance等人，2014；Wang等人，2022a）。在全球公路快速扩张的背景下，阐明线性交通基础设施影响景观连通性的机制并识别有利于连通性的规划路线，已成为实现道路建设与生物保护协同发展的关键问题。

长期以来，线性交通基础设施对景观连通性的影响一直备受关注。然而，与公路相比，关于铁路对景观连通性影响的研究知之甚少。铁路连接城市、矿区、物流中心和工业园区，促进资源利用和货物流动（Aminzadegan等人，2022）。许多发展中国家对铁路建设表现出强烈兴趣（Chang等人，2022）。预计到2050年，全球铁路网络将增长30%（Kleinschroth等人，2019），其中大部分集中在非洲大陆（Bhardwaj等人，2025）。铁路加速了森林砍伐并扰乱动物迁徙，这在众多案例中已得到证实。因此，许多国家采取了建立自然保护区、创建野生动物走廊和减少不必要的路线等措施（Lucas等人，2017；Su等人，2026）。然而，铁路建设直接影响栖息地基团的规模和形状，并导致其孤立（Liu等人，2026）。但现有研究忽略了铁路建设对景观斑块类型和空间分布的影响。在铁路规划中，对维持连通性至关重要的斑块未被识别或保护，导致铁路建设与自然景观和动物迁徙持续发生冲突。优化铁路路线以保护关键斑块已成为当务之急。

热带山地森林因其对保护生物多样性、缓解气候变化和调节淡水供应的特殊作用而备受关注（Birhane等人，2019；Sahle等人，2021）。埃塞俄比亚是过去十年非洲经济发展最快的国家，也是一个拥有广泛热带山地森林的全球生物多样性热点地区（Spracklen和Righelato，2014；Rodrigues等人，2018）。该国已制定与所有邻国互联互通的铁路计划，并致力于推进横跨东非的跨境铁路网络建设（Sahle等人，2021）。该项目预计将影响4.4亿人和非洲生物多样性最丰富的1000万平方公里区域（Rodrigues等人，2018）。因此，该国作为一个有用的案例研究，有助于揭示铁路建设对非洲及其他发展中国家景观连通性的影响（Nigussie等人，2021）。

本研究的目标是评估规划铁路对热带山地森林景观连通性的影响，并提出优化现有路线的方案，以最大限度地减少环境干扰。论文其余部分结构如下：第2节回顾文献；第3节概述研究方法、研究区域和数据来源；第4节呈现实证发现，包括铁路对景观连通性的影响和优化的铁路路线；第5节讨论研究发现的实践意义和研究局限性；最后，第6节总结研究并提炼关键见解。

章节片段

铁路与公路在景观连通性变化方面的差异

越来越多的研究探讨了线性交通基础设施对景观连通性的影响。大多数现有研究集中在人类居住区内的公路网络，或包含铁路和公路在内的公路系统（Kleinschroth等人，2019；Su等人，2026）。然而，对公路网络或以公路为主导系统的关注留下了重大空白：尽管全球铁路覆盖范围不断扩大，但相关研究仍然明显不足。

方法

研究框架如图1所示。具体步骤如下：(1) 使用MSPA方法识别斑块的类型和森林的空间分布格局，并评估规划铁路建设前后景观连通性的变化。(2) 使用概率连通性指数对森林斑块在维持景观连通性中的重要性进行排序。(3) 考虑铁路建设对景观连通性的影响，

规划铁路在斑块尺度对景观连通性的影响

核心区和桥接区森林是对维持景观连通性最为重要的，将受到规划铁路建设的严重影响。如图3所示，沿铁路路线的大片核心森林被分割并转变为边缘森林和岛屿森林。原始完好的森林将被分割为不同的独立森林斑块，加剧破碎化并削弱森林间的连通性。此外，某些森林斑块

规划铁路对景观连通性的影响

埃塞俄比亚规划铁路的建设将显著降低热带山地森林内的景观连通性。铁路造成的线性破碎化增加了森林斑块的数量，同时减少了斑块面积并削弱了迁徙通道。这与现有研究发现一致。然而，与以往从景观格局和物种分布角度分析线性交通基础设施影响的研究不同，我们的研究揭示了

结论

交通基础设施的快速扩张可能导致自然栖息地被破坏并威胁生物多样性。评估大型交通基础设施的影响是保护森林景观连通性的重要组成部分。通过从景观斑块组成和空间分布角度综合分析规划铁路对景观连通性的影响，并将景观连通性纳入铁路路线

CRediT作者贡献声明

白浩然： 写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，方法论，调查，形式化分析。翁玲飞： 写作——审阅与编辑，指导，资源提供。Chris Margules： 写作——审阅与编辑。William F. Laurance： 写作——审阅与编辑。Jeffrey A. Sayer： 写作——审阅与编辑。

致谢

本研究由国家社会科学基金资助（编号：25CGJ069）。

白浩然|翁玲飞|Chris Margules|William F. Laurance|Jeffrey A. Sayer

中国天津南开大学周恩来政府管理学院