Влияние высокоскоростных железных дорог на местные экосистемы и биоразнообразие

Быстрое расширение сетей высокоскоростных железных дорог (ВСМ) в Европе, Азии и Северной Африке обещает преобразующие изменения в мобильности и сокращении выбросов углерода. Однако экологический след этих коридоров требует тщательного изучения. Хотя ВСМ может сократить выбросы парниковых газов на одного пассажира по сравнению с воздушными или автомобильными перевозками, его физическая инфраструктура - набережные, виадуки, туннели и системы электрификации - сокращает ландшафты, изменяет среду обитания и нарушает дикую природу. Понимание этих двойственностей имеет важное значение для планировщиков, защитников природы и политиков, стремящихся к устойчивому транспорту. В этой статье рассматриваются как позитивные экологические вклады, так и негативные экологические последствия высокоскоростных железных дорог, а затем исследуются стратегии смягчения последствий, которые могут помочь примирить развитие инфраструктуры с сохранением биоразнообразия.

Положительные экологические последствия высокоскоростных железных дорог

ВСМ часто отстаивается как безвредная для климата альтернатива ближним рейсам и частным автомобилям. При измерении на пассажиро-километровой основе современные высокоскоростные поезда выделяют значительно меньше углекислого газа, чем самолеты или автомобили, особенно при питании от возобновляемых источников энергии. Во Франции, например, сеть TGV производит примерно 3 грамма CO2 на пассажиро-километр по сравнению со 150 граммами для обычного автомобиля и 170 граммами для внутреннего рейса. Этот модальный сдвиг может существенно снизить выбросы, связанные с транспортом, поддерживая национальные и международные климатические цели.

Помимо прямых выбросов, ВСМ может облегчить заторы на дорогах и снизить спрос на расширение аэропортов, что часто требует очистки больших участков земли и изменения структуры дренажа. Концентрируя пассажиропоток вдоль фиксированного, часто повышенного или туннельного коридора, ВСМ использует меньше земельной площади на одного пассажира, чем сети автомагистралей или разросшиеся аэропортовые объекты. В густонаселенных регионах эта эффективность землепользования может сохранить зеленые насаждения и сельскохозяйственные земли, которые в противном случае могли бы быть потреблены дорожной инфраструктурой.

Кроме того, электрификация высокоскоростных линий позволяет железнодорожным операторам постепенно переходить на более чистые источники энергии. Такие страны, как Испания и Япония, уже включили значительную долю ветровой и солнечной энергии в свою тяговую электроэнергию, что еще больше сократило выбросы в течение жизненного цикла своих систем ВСМ. Загрязнение шума также ниже вдоль коридора по сравнению с постоянным движением по шоссе, особенно когда поезда проходят через туннели или за шумовыми барьерами, предназначенными для чувствительных мест обитания.

Негативное воздействие на экосистемы и биоразнообразие

Несмотря на эти преимущества, строительство и эксплуатация высокоскоростных железнодорожных линий может угрожать местным экосистемам несколькими глубокими способами. Физический след типичного коридора ВСМ включает в себя разделы вырубки и заполнения, возвышенные структуры, туннельные порталы, тяговые подстанции и подъездные дороги технического обслуживания. Каждый из этих элементов требует очистки земли, перемещения земли и часто постоянного уплотнения почвы, что непосредственно разрушает или ухудшает естественные среды обитания.

Потеря среды обитания и фрагментация

Начальная фаза строительства является наиболее разрушительной. Леса, водно-болотные угодья, луга и прибрежные зоны очищаются или осушаются для создания непрерывного линейного правостороннего движения. В Китае высокоскоростная железная дорога Пекин-Шанхай проходит через критические водно-болотные угодья в дельте реки Янцзы, затрагивая популяции водоплавающих птиц и перелетных птиц. Аналогично, линия Мадрид-Барселона Испании пересекает важные степные и дехесские места обитания, используемые исчезающим большим бюстардом (] Отис тарда .

Фрагментация, пожалуй, самое коварное долгосрочное воздействие. Высокоскоростная железнодорожная линия, особенно когда огорожена и освещена, становится почти непроницаемым барьером для многих наземных видов. Популяции млекопитающих, рептилий, амфибий и даже летающих насекомых становятся изолированными с обеих сторон. Эта генетическая изоляция сокращает биоразнообразие и увеличивает риск локальных вымираний. Исследования в Германии показали, что популяции косаток и диких кабанов демонстрируют более низкое генетическое разнообразие в районах, разделенных железнодорожными линиями ICE по сравнению с нефрагментированными лесами.

Столкновения дикой природы и барьерные эффекты

Скоростные поезда ходят со скоростью, превышающей 250 км/ч (155 миль/ч). На таких скоростях крупное млекопитающее или птица, пересекающая пути, практически не имеет времени на реагирование, а столкновения часто смертельны как для животного, так и потенциально опасны для пассажиров. Даже мелких животных, таких как черепахи или ежи, можно убивать в большом количестве. Для защиты как дикой природы, так и железнодорожных операций операторы устанавливают ограждение вдоль путей. При эффективности в снижении столкновений эти заборы создают жесткие барьеры, которые блокируют ежедневные движения, сезонные миграции и доступ к источникам воды.

Барьерный эффект особенно проблематичен для видов с большими домашними ареалами, таких как волки, рысь и медведи. Во французских Альпах линия LGV Rhône-Alpes была вовлечена в сокращение связи для европейской популяции рыси. Аналогично, японская сеть Shinkansen, хотя в основном туннелирована в горных районах, имеет сегменты, где ограждение предотвращает движение исчезающей леопардной кошки Tsushima.

Шум и нарушение вибрации

Даже без физических столкновений высокоскоростные поезда создают значительный шум и наземную вибрацию. В то время как современные конструкции бесбалластных путей и аэродинамических поездов снижают общий уровень звука, шум от проходящих поездов может превышать 80 децибел на расстоянии 25 метров. Это хроническое нарушение вызывает поведенческие изменения в дикой природе, включая измененные схемы питания, повышенный уровень гормонов стресса и отказ от мест гнездования или размножения. Птицы-песни, например, могут избегать районов в пределах 200-400 метров от высокоскоростной линии, сокращая их доступную среду обитания.

Вибрация от поездов может также влиять на подземные виды, такие как дождевые черви, родинки и ноющие грызуны.Долгосрочное воздействие может ухудшить структуру почвы и помешать эффективности кормления насекомоядных летучих мышей, которые полагаются на подземные вибрации для обнаружения добычи.

Химическое и легкое загрязнение

В ходе работ по техническому обслуживанию вдоль коридоров ВСМ используются гербициды для контроля растительности на путевом ложе. Эти химические вещества могут выщелачиваться в прилегающие водоемы, затрагивая водных беспозвоночных и земноводных. В холодных климатических условиях используются средства для обледенения, которые могут засолять придорожные почвы и ручьи.

Искусственное освещение на станциях, переправах и верфях технического обслуживания нарушает ночную дикую природу.Насекомых привлекают огни, изменяя динамику хищник-жертва и уменьшая опыление вблизи освещенных участков. Световое загрязнение также может сбить с толку перелетных птиц и задержать наступление ночного поведения у млекопитающих.

Распространение инвазивных видов

Сами строительные транспортные средства и поезда могут перевозить семена и пропаганду из одного региона в другой. Линейные коридоры линий ВСМ действуют как «зеленые магистрали» для инвазивных видов растений, позволяя им быстро колонизировать новые районы. В Европе было зарегистрировано распространение амброзии вдоль железнодорожных линий, что усугубляет аллергию для близлежащих жителей и превосходит местную флору. Управление этими вторжениями добавляет долгосрочные затраты к усилиям по сохранению.

Стратегии смягчения последствий и устойчивая практика

Признавая эти экологические риски, многие страны разработали сложные меры по смягчению последствий, которые могут уменьшить или даже компенсировать негативное воздействие ВСМ на биоразнообразие. Эти стратегии требуют скорейшей интеграции экологической экспертизы в планирование, проектирование и оперативные этапы проекта.

Пересечение дикой природы и коридоры

Наиболее широко реализованным смягчением является строительство переходов дикой природы - зеленых мостов, эко-проводов, подземных переходов и водопроводов, специально разработанных для того, чтобы животные могли безопасно пересекать железнодорожную линию. Сеть ICE Германии включает более 100 зеленых мостов, многие из которых засажены местной растительностью и оснащены направляющими заборами для воронки животных к пунктам пересечения. Нидерланды также впервые разработали экодукты через основные транспортные коридоры с видовыми конструкциями для амфибий, барсуков и оленей.

Для высокоскоростных железных дорог секции туннелей предлагают наилучшую связь, поскольку они полностью устраняют как барьерные эффекты, так и риск столкновения над землей. Например, Готардский базовый тоннель в Швейцарии сохраняет альпийские экосистемы над туннелем, даже обеспечивая высокоскоростной транзит. Однако туннели дороги и невозможны для всей местности. Виадуки также могут уменьшить фрагментацию на уровне земли, поднимая дорожку, позволяя дикой природе перемещаться под ней, при условии, что область под ней не огорожена или не вымощена.

Основные соображения дизайна для эффективных пересечений дикой природы включают:

Выбор маршрута и оценка воздействия на окружающую среду

Наиболее экономически эффективный способ минимизировать экологический ущерб - полностью избежать чувствительных мест обитания во время планирования маршрута. Ранние оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) должны идентифицировать охраняемые районы, ключевые точки биоразнообразия, коридоры водно-болотных угодий и домашние диапазоны исчезающих видов. В Испании запланированное расширение линии AVE до Экстремадуры было перенаправлено в обход биосферного заповедника Монфрагуэ, критической области для иберийской рыси и черного стервятника. Аналогичным образом, выравнивание HSR Тайваня было сдвинуто, чтобы избежать мест обитания эндемического лосося, не имеющего выхода к морю.

Современные ОВОС часто включают кумулятивные оценки воздействия, которые учитывают не только саму железнодорожную линию, но и связанные с ней события, такие как подъездные дороги, карьеры и новые линии электропередач. Стратегическая экологическая оценка (СЭО) на уровне национальной сети может идентифицировать коридоры с наименьшим экологическим конфликтом до начала детального проектирования.

Смягчение последствий строительства

В ходе строительства крайне важно определить сроки. Расчистка растительности должна быть запланирована вне сезона размножения птиц и периода отела копытных. Осадочные бассейны и меры по борьбе с эрозией защищают прилегающие водные пути от илового стока. В Великобритании проект HS2 (теперь частично построенный) реализовал подход «зеленого коридора», посадив миллионы деревьев и создав новые места обитания наряду с трассой, чтобы компенсировать потери. Хотя это не полностью компенсирует разрушение среды обитания в условиях старого роста, это может улучшить связь для некоторых видов-универсалов.

Оперативные корректировки

После ввода в эксплуатацию несколько мер могут уменьшить постоянный вред. Снижение скорости в чувствительных участках в определенное время года может снизить риск столкновения - например, во время сезона миграции для большого барстарда в Испании. Шумовые барьеры могут быть архитектурно спроектированы не только для снижения звука, но и с альпинистскими растениями и гнездовыми уступами для поддержки птиц и летучих мышей. Медленно движущиеся участки вблизи водно-болотных угодий могут использовать шлейфовые ворота, чтобы земноводные не входили в трековый балласт.

Адаптивное управление имеет важное значение: операторы должны контролировать смертность и проницаемость барьеров, а также периодически корректировать ограждение, дизайн скрещивания или свисток.В Японии сеть Shinkansen установила ультразвуковые устройства сдерживания, чтобы препятствовать приближению дикой природы к путям, хотя эффективность этих систем варьируется в зависимости от вида.

Биоразнообразие за счет чистого прироста

Во многих юрисдикциях экологические нормы требуют компенсации биоразнообразия в случае неизбежной потери среды обитания. Концепция «чистой выгоды» направлена на то, чтобы после смягчения последствий проект оставил биоразнообразие в лучшем состоянии, чем раньше. Скидки могут включать восстановление деградировавшей среды обитания в других местах, создание новых водно-болотных угодий или обеспечение защитных сервитутов на близлежащих землях. Однако компенсации являются спорными, поскольку они часто не воспроизводят экологическую сложность утраченной среды обитания, особенно для видов с конкретными требованиями к микрорайонам. Поэтому избегание всегда должно быть первоочередным приоритетом.

Тематические исследования в области высокоскоростных железных дорог и биоразнообразия

Франция: TGV и водно-болотные угодья Камарг

Линия TGV Méditerranée, открытая в 2001 году, проходит вблизи края Камарга — одного из самых важных водно-болотных угодий Европы для фламинго, цапель и других водоплавающих птиц. Ранняя экологическая оппозиция привела к 7-километровому туннелю под дельтой Роны, чтобы избежать прямой фрагментации. Кроме того, были построены инженерные районы смягчения водно-болотных угодий, чтобы компенсировать потерянную среду обитания для кормления. Послестроительный мониторинг показал, что туннель успешно поддерживает связь, хотя некоторые виды птиц переместили свои племенные территории от входов в туннель из-за шума.

Испания: AVE в регионе Доньяна

Предложенная линия AVE из Севильи в Уэльву подверглась интенсивному изучению, поскольку она пересекла буферную зону национального парка Доньяна, объект Всемирного наследия ЮНЕСКО и критическую среду обитания для исчезающей иберийской рыси. После протестов и юридических проблем маршрут был перемещен дальше на север и частично помещен в туннель. Были построены эстакады дикой природы и инициирована программа мониторинга популяции рыси. В то время как линия в конечном итоге открылась, природоохранные группы продолжают утверждать, что совокупное воздействие нескольких инфраструктурных проектов угрожает гидрологической целостности Доньяны.

Китай: линия Чэнду-Ланьчжоу и гигантская панда-пристань

Для расширения высокоскоростных железных дорог Китая необходимо было пересечь несколько заповедников в горных западных регионах. Линия Чэнду-Ланчжоу, которая проходит через потенциальную среду обитания панд, была спроектирована с длинными сегментами туннелей для сохранения лесной связи. Китай также инвестировал в «мосты биоразнообразия», которые засажены бамбуком, чтобы создать коридор для панд и других древесных видов. Предварительные данные свидетельствуют о том, что эти структуры используются пандами, хотя общее влияние популяции остается неопределенным из-за продолжающейся фрагментации среды обитания от других разработок.

Вывод: Балансировка скорости с экологией

Высокоскоростная железная дорога, несомненно, предлагает более низкую углеродную альтернативу воздушным и автомобильным перевозкам, и ее роль в устойчивом транспортном будущем не должна быть отклонена. Однако экологические затраты на строительство новых коридоров реальны и могут быть серьезными, если не управлять инициативно. Проблема заключается не в том, строить ли ВСМ, а в том, как строить его с наименьшим возможным ущербом для биоразнообразия.

Успех требует ранней интеграции экологической науки в выбор маршрутов, надежного использования пересечений дикой природы и туннелирования, строгого соблюдения оценок воздействия на окружающую среду и долгосрочного мониторинга с адаптивным управлением. Ни одна стратегия смягчения последствий не идеальна - туннели дороги, переходы могут иметь низкое первоначальное использование и компенсация не всегда может заменить древние экосистемы. Тем не менее, когда эти меры объединяются и применяются через правовые рамки, такие как директивы ЕС о птицах и средах обитания или политика Китая по экологической красной линии, высокоскоростные железные дороги могут сосуществовать с природой, а не преодолевать ее.

Несколько авторитетных ресурсов предоставляют руководство для планировщиков и заинтересованных сторон. Международный союз охраны природы (МСОП) опубликовал руководящие принципы по линейной инфраструктуре и биоразнообразию (], обзор руководящих принципов , Инфраструктура и инструментарий биоразнообразия Всемирного банка предлагает практические рамки для развивающихся стран (], более подробно изучите , а также исследования Европейской комиссии по транспортным коридорам предоставляют примеры конкретных случаев смягчения последствий (, читайте здесь ).

По мере того, как глобальная высокоскоростная железнодорожная сеть продолжает расширяться, а в Индии, Индонезии, Марокко и Соединенных Штатах строятся новые линии, уроки, извлеченные из существующих проектов, должны применяться строго. Внедряя экологическое мышление на каждом этапе планирования и эксплуатации, мы можем гарантировать, что высокоскоростное будущее не придет за счет хрупкого биоразнообразия планеты. Цель состоит не только в том, чтобы быстрее перемещать людей, но и в том, чтобы ответственно перемещать их.