青藏公路铁路沿线生态系统特征及道路修建对其影响

      中图分类号：X141,P64,P66　文献标识码：A

      公路铁路作为人工廊道，对它们的影响研究主要集中在以下几个方面：①经济效应[1]：铁路、公路和运河具有直接的经济效益，能有效地运送货物。②破坏动植物栖息环境，影响物种的传播和迁移［2～4］。③污染与灾害[5,6]。④景观破碎化和边缘效应［7～9］，这方面研究国外多集中在森林－草地边缘地带，国内有森林林窗边缘研究和边缘效应对野生生物正负影响的研究[10,11]。以上研究多以交通干线附近和交通干线本身的研究为主[12]，对生态系统的影响研究还很少。最近，张镱锂[12]等对青藏公路缓冲区土地利用变化进行了较为深入的研究，发现青藏公路建设对研究区的辐射和聚集作用呈“点”状。青藏铁路地处高寒生态脆弱区，自然地理条件复杂[13]。青藏铁路建成段［西宁至格尔木（南山口）］和在建铁路［格尔木（南山口）至拉萨］与青藏公路并行，设计最近距离2km，最远距离16km（注：铁道部第一勘察设计院.新建铁路青藏线格尔木至拉萨段格尔木至唐古拉山口环境影响报告书.2001年2月，兰州.）。对青藏公路的影响研究，主要有冻土研究[14,15]和土地利用变化研究[12]等。青藏铁路建设对生态系统的影响研究才刚刚起步。本研究的目的在于弄清青藏公路铁路沿线整体生态系统结构的基本特征及分区特征，揭示青藏公路铁路建设对高寒生态系统的破碎化影响及破碎化产生的边缘效应，并为进一步的格局－过程研究奠定基础。

      1　研究区概况

      青藏铁路既有段［西宁至格尔木（南山口）］位于青海省境内，途经西宁市、湟中县、湟源县、海晏县、刚察县、天竣县、马兰县、德令哈市、都兰县和格尔木市。在建青藏铁路格拉［格尔木（南山口）至拉萨］段位于青藏高原腹地，行政区划上跨越青海省海西州格尔木市、玉树州治多县，西藏自治区那曲地区安多县、那曲县，拉萨市当雄县、堆龙德庆县、拉萨市区。线路自格尔木起基本沿青藏公路南行，途经那赤台、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山进入西藏自治区境内后，经安多县、那曲县、当雄县、羊八井至西藏自治区首府拉萨市（图1）。格拉段全长1142km，其中格尔木至南山口既有线改建长29.75km，南山口至拉萨段新建线路长1110.25km。其在青海省境内长594.23km，西藏自治区境内长547.77km。格拉段铁路跨越9个纬度和12个经度；沿线海拔高度2200～5200m；年均降水量40～500mm；极端最低气温-33.6℃，最高气温35.5℃；沿线主要植被生态系统类型包括高寒草甸、草原、荒漠、灌丛和高山植被等。沿线通过地段，只有格尔木至南山口位于柴达木盆地南部边缘，其余地段均处于青藏高原（注：铁道第一勘察设计院.新建铁路青藏线格尔木至拉萨段格尔木至唐古拉山口环境影响评价大纲.2001-04，兰州.）。

      

      图1　青藏公路铁路位置图

      Fig.1　Location of Qinghai-Xizang highway and railway

      2　资料来源和研究方法

      研究的工作底图包括：2001年青藏高原1:100万植被类型图；1:400万青藏高原植被区划图；1:200万青藏铁路沿线自然保护区分布及功能区界调整图；1:100万青藏高原地形图。作者等于2001-08和2002-08进行了两次野外调查，对青藏公路铁路沿线地貌、水文状况及生态系统破坏和恢复情况有整体认识，并按类型作了一部分生物量及群落调查，供计算参考之用。室内进行了工作图的数字化和分析工作，数字化采用快速数字化软件R2V，用ARCVIEW3.2和ARCGIS8.1进行编辑和分析。

      本研究区生态系统分类主要以植被类型为依据，沿用原植被类型的名称，并进行适当调整，将沼泽和水体合并为湿地生态系统，栽培植被对应农田生态系统。共分为11种生态系统类型：Ⅰ针叶林生态系统(Needleleaved forests ecosystem)、Ⅱ阔叶林生态系统(Broadleaved forests ecosystem)、Ⅲ灌丛生态系统(Scrubs ecosystem)、Ⅳ荒漠生态系统(Deserts ecosystem)、Ⅴ草原生态系统(Steppes ecosystem)、Ⅵ草丛生态系统(Grasslands ecosystem)、Ⅶ草甸生态系统(Meadows ecosystem)、Ⅷ湿地生态系统(Wetland ecosystem)、Ⅸ高山植被生态系统(Alpine Vegetation ecosystem)、Ⅹ农田生态系统(Farmland ecosystem)和Ⅺ无植被地段(Land Without Vegetation)。

      本文对生态系统结构的分析采用景观指数，景观指数计算所采用的Patch Analyst软件是在可持续森林管理网络(Network of Centres of Excellence)和安大略省自然资源中心(Centre for Northern Forest Ecosystem Research)的支持下由Rob Rempel,Angus Carr和Phil Elkie共同开发完成。Patch Analysis所提供的景观指数可达50多个，如何在众多的景观指数当中选取有效的参数是至关重要的问题。Riitters et al.(1995)通过对美国85幅土地利用和土地变化图的研究指出：这50多个指数可以缩减到26个，其中居前6位的指数可以解释87%的变化问题，即我们可以根据研究的具体情况选取最能说明问题的有限个指数来说明问题。本文采用的指标为生态系统类型面积百分比和几个景观指数来分析生态系统整体结构，以青藏铁路（包括既有线和在建线，下同）为中心做1km、10km和30km的缓冲区，对三个尺度进行比较；然后再分区比较；公路铁路建设对生态系统的影响分析采用斑块数量(NUMP)、平均斑块面积(MPS)、平均形状指数(MSI)、斑块面积标准差(PSSD)、边缘密度(ED)和香农多样性指数(SHDI)等指标进行分析。公路铁路建设除对生态系统结构产生影响外，还对植被的净初级生产力和生物量产生影响。青藏高原净初级生产力和生物量的数据来源：主要植被类型生物量采用罗天祥[16]等基于样方调查而获取的数据，净初级生产力数据主要来源于朴世龙[17]等应用遥感影象数据，运用NPP模型——CASA模型计算而得的数据，其余所缺数据依据Whittaker(1975)“地球上各种生态系统的净生产力和生物量”进行插值。