《TRANSPORTATION RESEARCH PART D-TRANSPORT AND ENVIRONMENT》：Road and eco-corridor conflict mitigation through multi-species wildlife crossings around national park
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道路网络扩张威胁生物多样性，本研究基于MaxEnt和MCR模型，在海南热带雨林国家公园识别145个生态栖息源、298条生态走廊及585个道路生态冲突点，设计274个分类型野生动物过街设施，提出融合生态保护与交通网络的科学策略。
彭玉婷|张宏伟|朱高如|杨星|赵雪燕|梁华平
北京交通大学建筑与设计学院，中国北京100044
摘要
道路网络的扩展是导致野生动物栖息地破碎化并威胁国家公园生物多样性的关键因素。基于MaxEnt和MCR模型进行生态走廊识别和野生动物穿越点选择是一种协调这一冲突的创新方法。以海南热带雨林国家公园及其环线道路为例，本研究识别出145个陆地、树栖和两栖爬行动物的生态栖息地来源，使用Linkage Mapper模拟了298条生态走廊，并验证了585个道路与生态走廊之间的冲突点。根据距离阈值和物种特定行为，沿着道路设置了274个陆地、树栖和两栖动物穿越点，间距为1.7公里，并根据动物习性设计了4种类型的野生动物穿越设施。本研究为交通网络与生态保护相结合提供了理论框架，以提升自然保护区的生物多样性。
引言
交通网络的快速扩展是全球栖息地破碎化和生物多样性丧失的主要驱动因素之一（Ibisch等人，2016年）。尽管全球范围内有大约15%的土地被划为保护区，但关键生物多样性区域仍然极易受到人类活动的干扰，这些干扰破坏了重要的栖息地和迁徙路线（Yang等人，2024年）。道路分割了栖息地斑块，降低了景观连通性，并显著增加了物种迁徙的障碍（Lin等人，2019年）。在发展压力较大的地区，这种挑战尤为严重，因为交通基础设施的扩展进一步加剧了栖息地的隔离和生态退化（Huang等人，2022年；Rao等人，2018年）。此外，道路相关的生态风险因道路类型、空间分布和交通强度的不同而有所差异，从而影响其对生物多样性和生态系统功能的影响（Laurance等人，2009年）。
全球范围内，热带雨林生态系统面临着来自道路建设的重大生物多样性威胁。例如，在亚马逊地区的长期监测显示，由于道路的存在，两栖动物的数量急剧下降，这突显了基础设施对物种生存和栖息地连通性的直接影响（Costa & Gomides，2024年）。在中国的一些国家公园中也观察到了类似的问题，道路扩展对生态保护构成了挑战（Li等人，2025年；Xu等人，2019年；Yang等人，2025年）。例如，在东北虎豹国家公园，扩展的道路网络破坏了大型食肉动物的迁徙走廊，限制了基因交流和种群生存能力（Mai等人，2024年）。同样，在三江源国家公园，青藏公路和铁路成为了连续的障碍，阻碍了藏羚羊的迁徙路线（Wang等人，2021年）。海南热带雨林国家公园就是一个典型的例子，这里栖息着世界上最后的海南长臂猿（Nomascus hainanus）种群。省级道路网络的扩展导致了栖息地的进一步破碎化，威胁到了关键的野生动物走廊（Xiong等人，2025年）。与生态旅游发展相关的交通基础设施建设项目带来了日益增加的保护风险，需要立即采取保护措施以防止野生动物栖息地的进一步退化。
协调交通基础设施发展与生物多样性保护是交通研究中的一个重要挑战。道路通过三种主要机制破坏生态系统完整性：栖息地破碎化、迁徙障碍和道路杀伤效应，导致种群隔离和局部灭绝风险增加（Carvalho等人，2018年；Matos等人，2019年；Wu等人，2021年）。为了减轻这些影响，基于科学的野生动物穿越点选择和优化已成为全球生物多样性保护工作的重点。实证研究证实，科学选择的野生动物穿越设施可以显著提高景观连通性并减少道路对动物活动的干扰（Vasiliev等人，2024年）。此外，结合多种类型的穿越设施已被证明可以提高迁徙成功率并降低野生动物死亡率（Sawyer等人，2012年）。当这些穿越设施通过基于栖息地的选址策略和定制的工程设计来实施时，其有效性显著提升（Ma等人，2020年；Wang等人，2024a）。因此，对采用这种策略建立的穿越设施进行长期监测，包括在青藏铁路沿线和其他道路密集地区的案例，已经有力证明了它们在维持和增强景观连通性方面的作用（Wang等人，2021年；Zhu等人，2019年）。目前，野生动物穿越点选择研究主要遵循三种方法论途径：（1）栖息地适宜性建模评估和水文分析方法结合物种分布模型和环境参数来预测最佳迁徙走廊位置并建立保护走廊（Khattak等人，2022年；Rafaai等人，2025年；Yang和Xu，2024年）；（2）使用GPS追踪的行为验证方法，通过分析物种迁徙模式来确定迁徙路线（Liang等人，2016年）；（3）通过交通监测进行逆向优化，通过分析道路杀伤热点和车辆-动物碰撞数据来确定高风险位置（Pinto等人，2024年；Spanowicz等人，2020年；Wu等人，2023a）。
尽管取得了这些进展，当前的方法论仍面临两个关键限制：（1）生态模型往往无法充分整合物种特定行为和栖息地偏好，尽管它们有此意图，导致通行利用率存在很大差异；（2）传统的追踪方法，如道路杀伤调查和基于GPS的移动分析，受到空间和时间分辨率低以及实施成本高的限制，使其在大规模生态基础设施规划中效果较差。遥感和生态建模的最新进展通过提高选址精度和监测效率提供了有希望的替代方案。因此，开发一个系统性的多物种方法论框架，整合多源生态数据和自适应建模，仍然是关键的研究重点。
本研究旨在为海南热带雨林国家公园内已投入使用的旅游公路沿线的野生动物穿越设施制定改造策略。研究目标有三个：（1）开发一种针对三种物种（树栖、两栖和陆生动物）的特定方法，以实现精细和有针对性的分析；（2）专注于科学筛选和验证最佳穿越点位置，优先考虑精确选址而非一般性走廊划定；（3）根据优先选定的地点提出四种定制的穿越结构设计。该框架的有效性通过物种栖息地分布分析和道路杀伤数据得到了严格验证，从而为减轻现有交通基础设施对生物多样性热点地区的生态影响提供了科学依据。
研究区域
海南热带雨林国家公园位于中国海南岛的山区核心地带（北纬18°33′–19°14′，东经108°44′–110°04′），是全球生物多样性热点地区的重要组成部分（Wang和Xie，2025年；Wu等人，2023b）。该公园拥有650种脊椎动物，包括14种国家一级保护物种（例如，极度濒危的海南长臂猿Nomascus hainanus）、120种二级保护物种（例如，海南猕猴Macaca mulatta）以及23种特有的野生动物物种
研究设计
本研究采用四阶段方法论框架来识别道路基础设施与野生动物迁徙走廊之间的空间冲突以及野生动物穿越点的选择。具体步骤如下：（1）潜在栖息地预测：利用物种出现数据，应用MaxEnt模型模拟潜在的适宜物种区域并确定核心栖息地。（2）生态源区识别：将高适宜性区域确定为生态源区。
生态走廊建设
使用MaxEnt对三种目标物种群体（树栖、两栖-爬行动物、陆生动物）进行栖息地适宜性建模，显示出可接受至较强的预测性能，平均AUC值分别为0.88、0.82和0.73（图4a）。如图4b所示，三种物种的最佳栖息地表现出明显的空间异质性。树栖物种的最佳适宜栖息地面积为1,061.26平方公里（7.4%），主要集中在高海拔的雨林区域内
野生动物穿越点优化
在冲突点分析的基础上，选址过程首先应用了地形和水文筛选。DEM分析排除了25个坡度超过35°的高风险地点，降低了不适当选址的可能性。同时，水文缓冲区筛选保留了87%与水依赖物种相关的冲突点，确保了关键湿地的连通性得到保护。然后应用空间聚类算法对最初的585个冲突点进行了整合与传统野生动物穿越点选择方法的比较
本研究的主要目标是开发、验证并应用一种综合方法论框架，以解决传统野生动物缓解规划中的关键局限性。虽然MaxEnt和GIS等基础工具被广泛使用，但本研究的创新之处在于将它们战略性地整合到一个新的工作流程中，强调了生态全面性、实证验证和操作实用性。传统方法通常依赖于单一的旗舰工具
结论与展望
本研究建立了一个综合方法论框架，结合了栖息地适宜性建模（MaxEnt）、生态走廊建设（MCR和电路理论）和空间冲突识别，以应对海南热带雨林国家公园的道路生态挑战，为平衡交通发展和生态保护提供了创新解决方案。研究表明，在野生动物穿越方面，针对物种特定策略的关键重要性
作者贡献声明
彭玉婷：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件开发、方法论设计。张宏伟：撰写——审稿与编辑、监督、方法论指导。朱高如：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、概念构思。杨星：撰写——审稿与编辑、概念构思。赵雪燕：数据收集与整理。梁华平：资源协调、项目管理。
资助
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号42471119）、海南省交通科技项目（HNJTT-KXC-2024–2-27–01）、教育部人文社会科学基金（项目编号24YJAZH245）以及中央政府引导的地方科技发展基金项目（项目编号25ZYJA015）的支持。
致谢
我们衷心感谢团队所有成员对研究过程的宝贵贡献。同时，我们也感谢南京大学动物行为与保护实验室的Zhongqiu Li教授、Zixi Zhao和Xinmiao Chen慷慨分享了野生动物与车辆碰撞（道路杀伤）监测数据。他们的数据库为我们的研究提供了51条经过验证的记录，这些数据为我们的研究提供了重要的实证支持
