神农架世界自然遗产地川金丝猴通道设计

余小林, 韩文斌, 周友兵, 申国珍, 徐文婷, 谢宗强*



神农架世界自然遗产地川金丝猴通道设计

余小林1,2, 韩文斌3, 周友兵1,2, 申国珍1,2, 徐文婷1, 谢宗强1,2*

1. 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室, 北京100093 2. 中国科学院大学, 北京 100049 3. 山西省管涔山国有林管理局, 山西, 宁武 036700

旅游公路会带来野生动物致死、生境破碎化、栖息地丧失、基因隔离等一系列生态问题。设计和修建跨公路的野生动物通道作为缓解旅游公路负面效应的一种有效途径。野生动物通道在国外研究较多, 但在我国实际案例较少。作者针对湖北神农架世界自然遗产国家一级保护动物川金丝猴()被旅游公路隔离的生态问题, 通过实地考察和分析该物种的长期监测结果, 构建了跨公路动物通道的设计方案。神农架川金丝猴通道主要技术参数为: (1) 在遗产地的大龙潭和小龙潭各建川金丝猴上跨式通道1座, 宽度以80 m为宜; (2) 通道上铺设土壤, 厚度2.2 m—2.4 m; (3) 通道上种植巴山冷杉()、长松萝()、红桦()、千金榆()、猫儿屎()、米心水青冈()等川金丝猴喜食的植物, 培育形成郁闭度0.7—0.8的针阔混交林; (4) 在通道入口和中部设立红外监测系统, 并对监测数据进行自动实时传输与分析; (5) 完善配套设施建设, 如在通道入口两侧设立高2.4 m的栅栏、通道两侧设立有藤蔓植物覆盖的生态保护墙、树立“注意野生动物”、“前方有野生动物通道”警示牌等。通道建成后, 须加强通道维护管理、持续开展科研监测、积极宣传保护理念, 以期实现川金丝猴通道功能高效持久的发挥。

旅游公路; 川金丝猴; 生物多样性; 道路生态学; 野生动物通道结构; 技术参数

1 前言

随着经济的高速发展和居民生活水平的提升, 国内旅游业迅猛发展[1]。世界自然遗产地由于其自然环境优良、风光绮丽、珍稀濒危动植物资源丰富, 往往成为公众休闲旅游之地[2–3]。我国有世界自然遗产地15处(其中4处为世界自然和文化双遗产)[4], 这些世界自然遗产地均开展了旅游活动[5–7], 且多数为旅游圣地, 如安徽黄山、四川九寨沟、峨眉山。

世界自然遗产地和自然保护区往往地处偏远、交通不便, 公路不足成为限制其开展生态旅游的一个重要因素。在生物多样性丰富区或生态敏感脆弱区修建旅游公路, 对旅游公路在设计和建设中的环境和资源保护提出了更高要求[8]。国内外大量研究表明, 公路修建带来了野生动物道路致死[9]、动物基因交流与迁徙受阻[10]、生境破碎化[11–13]等一系列问题。特别是当其穿越生态敏感脆弱区时, 这种影响尤为严重。针对这些问题, 国外学者建议采取的主要缓解措施是设立野生动物通道[10, 12, 14–16]。自法国20世纪50年代设立第一座上跨式野生动物通道以来, 野生动物通道已被广泛应用于加拿大、美国、德国、瑞士、瑞典和澳大利亚等发达国家的公路建设中[17–18]。我国在2003年修建青藏铁路时引入野生动物通道这一概念。目前, 仅在青藏铁路和云南思小高速公路分别设置了藏羚羊()通道和亚洲象()通道[19–20]。然而, 鲜见对蕴含丰富生物多样性的自然保护区或自然遗产地内旅游公路建设野生动物通道的相关研究, 更未见针对灵长类动物通道设置的报道。

川金丝猴为中国特有的灵长类动物, 是IUCN物种红色名录濒危级(EN)物种, CITES公约附录I名录动物和我国一级重点保护野生动物。川金丝猴共有3个亚种, 分别是分布于甘肃、四川的指名亚种(), 约20000只, 主要分布在汶川、青川、平武、松潘等地; 陕西的秦岭亚种(), 约4200只, 主要分布于秦岭境内的周至、佛坪、洋县、太白、宁陕等地; 湖北亚种(), 约1200只, 主要分布在神农架国家级自然保护区及其周边地区[21]。目前学者已对川金丝猴湖北亚种的分布[22]、栖息地特征及保护现状[23]、食性[24–26]、运动与迁移规律[27]等做了大量研究。然而, 针对旅游公路上游览人员和车辆对大龙潭、小龙潭和金猴岭沿线约40%的川金丝猴活动与迁移造成影响的问题却没有得到足够重视[23]。

鉴于此, 本文针对湖北神农架世界自然遗产地旗舰保护物种—濒危灵长类动物川金丝猴(兼顾其他珍濒野生动物)被旅游公路隔离的生态问题, 通过实地考察和分析该物种的长期监测结果, 研究了自然遗产地旅游公路设置野生动物通道的原则与方案。着重对通道设计的数量、位置、类型、尺寸、表面设计、监测系统、配套设施等主要技术参数做了分析与探讨, 以期为这一地区川金丝猴保护行动提供建议, 同时为我国自然遗产地和保护区旅游公路建设中的野生动物通道设计提供参考。

2 研究区域与方法

2.1 研究区域自然概况

本研究位于湖北神农架世界自然遗产地内。神农架自然遗产地主体位于湖北神农架国家级自然保护区, 涉及部分巴东沿渡河自然保护区区域[28]。神农架自然遗产地位于中国地势第二阶梯的东部边缘, 为大巴山脉东段组成的中山地貌, 呈近东西方向延伸, 地势西南高东北低, 峡谷纵横深切。神农顶海拔3,106.2 m, 为大巴山脉主峰和湖北省的最高点, 也是华中地区最高点。受亚热带环流控制, 气候属北亚热带季风气候区, 温暖湿润, 为中国南部亚热带与北部暖温带的气候过渡区域。年均气温12—17 ℃, 极端最低气温–31 ℃, 极端最高气温43 ℃。年均降水量700—2,700 mm。山体立体气候明显, 具有明显的垂直气候带, 从低海拔到高海拔依次呈现出北亚热带、暖温带、温带、寒温带的气候特点。神农架复杂的地形和巨大的高差、多种土壤类型和气候条件, 孕育了多样的栖息地类型和丰富的生物多样性, 是华中地区面积最大的原始森林分布区, 为野生动植物提供了良好的生存繁衍场所。国家级重点保护野生动植物如川金丝猴湖北亚种()、大鲵()、中华鬣羚()、林麝()、黑熊()、珙桐()、伞花木()、华中雪莲()、水青树()等都在此有分布。神农架自然保护区完好的森林生态系统、完整的北亚热带垂直带谱和丰富的生物多样性, 对三峡水利工程的顺利运行、长江流域的水源涵养、生态环境改善和生态平衡维持, 均具有显著的现实意义和重要价值[29]。

2.2 野外调查与数据收集

2014年6月—2015年10月, 多次沿着保护区公路进行实地考察, 通过观测法调查、记录公路(垭子口到长岩屋)沿线的生境、植被概况、地形地貌概况, 当发现适合建设通道地段时, 对沿线植被概况、地形地貌进行详细记录并拍照。结合保护区地形图、迁移扩散图、野生动物分布图以及保护区管理规划中关于旅游容量、道路等基础设施建设、分区管护、检测与科研、投资计划等资料了解保护区本底情况。通过文献资料和保护区近10年在大龙潭的研究与监测资料查阅[30], 对川金丝猴湖北亚种的种群分布、大小、季节性移动迁移规律、食性等生态学特征及其栖息地的保护现状进行归纳整理。

2.3 通道设计

依据保护区地形图、迁移扩散图、野生动物分布图和野外调查数据确定通道位置、类型, 通过川金丝猴湖北亚种种群分布、大小、季节性移动迁移规律、食性等生态学特性确定通道的数量、位置、类型、尺寸及表面设计。

具体地说, 通道数量的确定应考虑到目标物种的数量、分布、迁移能力、人类活动、经济状况等因素的影响[31]。已有资料[32–34]显示, 高速公路的野生动物通道设置间距由1.5 km到6.0 km不等。本文结合川金丝猴移动数据[27]及穿越川金丝猴分布区的公路长度, 假设川金丝猴用一天的时间通过通道, 将日活动平均距离和最大距离分别作为直角三角形的直角边和斜边, 计算出通道位置与垭子口和长岩屋的最大直线距离, 由此确定通道数量。

野生动物通道类型包括上跨式、下钻式两种, 选择时主要受动物栖息地质量和地形因素的限制[35]。上跨式通道多位于“U”形或平缓地段, 适合喜开阔环境的大型有蹄类动物、食肉动物、树栖或半树栖动物通过[18]; 其表面往往有大量植物存在, 因而也被称为“绿色桥梁”。下钻式通道多建于水域、湿地等区域, 常以涵洞、高架桥形式存在, 此类通道适合小型有蹄类、两栖爬行类动物通过[36]。在选择川金丝猴通道类型时应充分考虑其树栖的生态学特性。

通道尺寸可能是决定动物穿越成功与否的关键因素[37], 也影响着通道的利用率及有效性[31, 38–39]。对于宽度小于20 m的上跨式通道, 动物通过的频率很低, 宽度大于50 m时可满足绝大部分动物通过[40], 在地形和经济允许的条件下, 越宽越好。本设计根据川金丝猴对人类干扰的响应距离、猴群移动的队形与宽度等数据确定通道尺寸。

通道表面应铺设就地取材的基质和土壤, 使其尽可能与周围环境一致, 铺设厚度应该考虑能给植物提供足够的水分和支撑[34], 铺设土壤厚度2.2 m—2.4 m为宜, 通道具体位置的厚度要考虑植物配置等因素。植物配置以与周边一致的植物物种和川金丝猴偏好的植物为主[25–26]。

3 结果

3.1 通道数量

神农架金丝猴生态与行为20余年的研究与监测数据[27, 30, 41]表明神农架川金丝猴一年四季的日活动平均距离分别为1.08 km、1.82 km、1.75 km和1.1 km, 日最大活动距离分别为2.65 km、3.76 km、2.67 km和1.8 km。而神农架自然遗产地横穿金丝猴栖息地主线旅游公路长达15 km, 但由于这些公路为山区公路, 崎岖婉转, 从垭子口到长岩屋穿过川金丝猴分布区的主线旅游公路实际直线距离仅为7.65 km。由此求出春、夏、秋季至少需要2座通道可满足川金丝猴通过, 而冬季则至少需要3座(图1)。

然而, 由于冬季神农架保护区温度较低, 旅游活动稀少, 旅游公路多被冰雪覆盖, 对川金丝猴的影响相对较小。因此, 建设两座通道应可满足该段旅游公路沿线川金丝猴的通过。通过建成后的监测观察, 如有不足, 在经济状况允许的情况下, 可适当增设。

3.2 通道位置

近期开展的调查显示, 神农架自然遗产地的金丝猴主要分布在金猴岭、大龙潭和千家坪海拔1600—3000 m之间的针阔叶混交林和针叶林中。在白岩坡、板壁岩等次要分布区也有少量小群或个体活动。自然遗产地的旅游公路主线正好横穿川金丝猴的大龙潭分布区和金猴岭分布区, 考虑到通道间距、川金丝猴日移动距离等因素的影响, 两通道的最大直线距离约为3.6 km(图1)。考虑到该段旅游公路两侧的地质地貌特征, 将通道位置分别选在大龙潭下侧1 km处和小龙潭上侧1 km处川金丝猴活动较为集中的区域, 此时通道距离垭子口和长岩屋金丝猴分布边界的直线距离约为2.3 km(图2)。

图1 神农架世界自然遗产地川金丝猴通道数量计算示意图

3.3 通道类型

目标动物川金丝猴是一种警惕性较高的树栖灵长类动物, 其在树上的时间比例高达97.1%, 地面活动时间仅占2.9%[42]。同时, 考虑到川金丝猴分布区的旅游公路总体在喀斯特地貌的高山峡谷中穿行, 挖掘下钻式通道难度较大, 修建钢筋混凝土结构的上跨式通道更适合于川金丝猴的通行, 结构示意图如附图。

3.4 通道尺寸

长期监测数据表明, 观察者与神农架金丝猴的距离可以缩短至20 m左右, 此时即使观察者做出一些恐吓行为, 猴群也不再惊慌, 最多回避一段距离。猴群在休息、取食和移动过程中, 空间形状总的特征是“流质性”的, 形状会因地形、植被、意外情况等原因随时发生改变。神农架川金丝猴群移动的宽度在20 m—40 m之间。将金丝猴的逃跑距离(通道左右两侧均计算)与猴群的移动宽度累加可以得出通道的宽度应在60 m—80 m之间, 为达到更好的效果, 本设计采用80 m的通道宽度。

3.5 通道表面设计

为吸引金丝猴使用并习惯通道, 在小龙潭通道种植巴山冷杉()、红桦(), 培育川金丝猴最喜爱的植物—树衣类植物, 如长松萝(); 在大龙潭通道种植千金榆()、青荚叶()、米心水青冈()、猫儿屎()等金丝猴熟悉或喜食的植物[25–26]。同时, 这些植物也都是与川金丝猴同域共栖的其它保护动物(如林麝[]、中华鬣羚[]、中华斑羚[]、黑熊[]、黄喉貂[])栖息地的关键物种。通过后期的管理, 将其培育形成与川金丝猴栖息地类型相近的、郁闭度为0.7—0.8的针阔混交林[23], 更好满足川金丝猴等动物的通过。

3.6 监测系统

为保证通道的长期有效利用, 在通道的两端入口处和通道中段分别设计安装可自动传输的红外监测系统, 对川金丝猴穿越通道前和在通道上的行为进行长期监测。由于川金丝猴属于树栖动物, 主要在树上活动, 并且研究显示近94.2%被川金丝猴利用的树都高于6 m[42]。因此, 安装的监控设备应尽可能高于6 m, 均朝向通道入口方向, 以便能对川金丝猴的树上活动行为进行更好的监测。同时, 为了能够监测川金丝猴的地面活动行为以及与其共栖的其它保护动物对通道的利用情况, 也可以在低处安装监控设备。安装有效的监控系统可以便于对通道的使用效率及合理性进行检测, 及时发现通道设计的不妥之处, 并对其进行调整。与此同时, 监测系统还可以动态监测川金丝猴等珍稀濒危动物的生物生态学特性, 为这些物种的管理与保护提供基础资料。

图2 神农架世界自然遗产地川金丝猴分布图及拟建通道的位置

附图 川金丝猴通道的结构示意图

Appendix Structure diagram of the wildlife crossing for

3.7 配套设施

在通道入口两侧修建高2.4 m的栅栏, 通道两侧修建有藤蔓植物覆被的生态保护墙, 引导川金丝猴等动物顺利进入通道, 阻止其直接进入旅游公路, 以减少“动物车祸”的发生率, 同时也增加对通道的有效利用。在通道位置前后设计“前方有野生动物通道”、“注意野生动物”、“减速慢行”、“禁止鸣笛”等警示标志。虽然本设计选择的通道修建地离水源较近, 但为更方便的对通道修建初期的植物进行浇灌, 还应修建简易蓄水池。

4 讨论

国内外研究表明, 已有的通道建设与研究多针对两栖类、爬行类、有蹄类、哺乳类动物[32–35], 而对于灵长类的研究尚未见报道。本文应是国际上首次针对灵长类动物进行通道设计, 因而对于完善动物通道建设系统研究有着重要意义。

已有研究表明, 建设高效的动物通道不仅仅需要全面、科学的前期调查, 也离不开持续有效的后期监测。全面、科学的前期调查为提出科学合理的设计方案提供了保障[43], 持续的后期监测为研究川金丝猴穿越通道前和在通道上的行为、食性特点、活动迁移规律等奠定基础, 这不仅有利于发现通道设计存在的问题, 方便及时完善设计[32–35], 更进一步保证了通道功能的可持续发挥, 实现对物种更有效的保护。持续的科研监测也能为研究川金丝猴与其他动物的保护与管理、旅游公路干扰下动物的适应机制、影响动物对旅游公路上动物通道有效利用的决定因素[44–45]等基本科学问题和基础理论研究提供案例与素材。

自然遗产地和自然保护区是生物多样性保护的主要场所, 对珍稀濒危动植物保护至关重要[7]。应开展简明、生动、灵活多样的活动对广大旅游从业人员和游客进行针对性的宣传教育[46]。由于旅游公路上的司机主要是当地居民、旅游公司和保护区司机, 可考虑对其进行针对性培训, 让其意识到大声鸣笛对川金丝猴等动物活动带来的影响; 也可以通过对保护区的导游开展培训, 使导游在工作中引导游客进行生态旅游; 还可以向游客发放生态保护宣传册, 提醒游客在旅游中尽量谨慎慢行、避免大声喧哗, 以此降低其对川金丝猴带来的取食时间减少、能量消耗增加等不利影响[47]。全民环境意识和生态旅游意识的逐步提高, 是有效的减少旅游过程中对野生动物干扰和对自然环境破坏的根本。

致谢: 感谢湖北神农架国家级自然保护区管理局、湖北神农架森林生态系统国家野外科学观察研究站的支持。

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Technical parameters for designing crossings for the Sichuan snub–nosed monkey ()in Shennongjia World Natural Heritage Site

YU Xiaolin1,2, Han Wenbin3, ZHOU Youbing1,2, SHEN Guozhen1,2, XU Wenting1, XIE Zongqiang1,2*

1. State Key Laboratory of Vegetation and Environment Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 3. Shanxi province Guancen Mountain National Forest Administration, Ningwu 036700, China

World Natural Heritage sites and nature reserves represent key natural ecosystems and provide critical habitats for rare and endangered species, and thus, are very important for global biodiversity and nature conservation. Due to the rich biodiversity and indigenous culture, increasing tourists prefer to travel to World Natural Heritage sites and nature reserves to experience nature and indigenous culture; the construction of tourism roads are thus prerequisites for the development of nature–based tourism and nature reserve. However, roads as barriers lead to interrupt of ecological function, such as genetic isolation, habitat loss and fragmentation, together with direct traffic casualty and mortality. Wildlife crossings, constructed across the roads, were proven to be one of the most significant ways to alleviate these negative ecological effects. Although wildlife crossings have received extensive attention, limited examples have been reported in China. Here, based on literature reviews, field surveys, and data from the long–term monitoring of the Sichuan snub–nosed monkey by the Conservation and Research Center of the Sichuan Snub–nosed Monkey of Shennongjia National Nature Reserve, we proposed the details of the crossings for Sichuan snub–nosed monkey as follows. (1) Wildlife overpass is suitable for the success passing of Sichuan snub–nosed monkey and best to be constructed in Dalongtan and Xiaolongtan considering their population distribution, and overpass with 80 m width can increase the probability of success passing of the Sichuan snub–nosed monkey. (2) The substrate of overpass should be similar to the surrounding environment, and will better if the soil meets 2.2 m–2.4 m depth which is essential to the growth of plants. (3) Plants that snub–nosed monkeys prefer (,,,,) should be cultivated. (4) Infrared monitoring system should be set up in the middle and the entrance of the overpass, and the monitoring data should be transferred automatically. (5) Other facilities, like fence along the both side of the entrance of overpass with 2.4 m height, vine–covered protective wall and warning signs (“attention wildlife”, “wildlife overpass”) should be erected to ensure the effectiveness of wildlife crossing. We suggest that the benefits acquired from wildlife crossings will be maximized with continuous monitoring, well preserving, and in accordance with the improvement of public conservation awareness of both eco–tourists and tour operators driving within the reserve. The efficient use of these crossings may make a great contribution to improve the balance between development and biodiversity conservation in the nature reserve.

tourism road;; biodiversity; road ecology; wildlife crossing structure; technical parameters

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.04.012

Q958

A

1008-8873(2018)04-097-08

2017-07-18;

2017-08-27

国家自然基金青年项目(31500359); 中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDY-SSW-SMC011-2)

余小林(1990—), 女, 重庆永川人, 硕士研究生, 主要从事保护生物学研究

谢宗强, 男, 研究员, 博导, 主要从事保护生态学研究, Email: xie@ibcas.ac.cn

余小林, 韩文斌, 周友兵, 等. 神农架世界自然遗产地川金丝猴通道设计[J]. 生态科学, 2018, 37(4): 97-104.

PAN Xiu-ya, CHEN Wen, DI Li, et al. The comparative study of the technical between Soil Create System and Hydromulching System[J]. Ecological Science, 2018, 37(4): 97-104.