《Applied Vegetation Science》：How Does the Proximity to Roads Affect Vegetation Structure, Diversity, and Species Composition? A Global Meta-Analysis
编辑推荐：
作为一本关注生态与交通基础设施交叉领域的期刊编辑，我诚挚推荐这篇综述。本文首次通过全球Meta分析系统量化了道路邻近性对植被的复杂影响，揭示了道路促进非本地物种入侵、改变物种组成并降低植被结构指标的关键模式，为道路生态学（road ecology）和生物多样性保护策略提供了定量证据基础。
1 引言
全球道路网络总长已达约6500万公里，且预计在2010年至2050年间将扩张60%。道路在促进社会经济发展的同时，也对生态环境产生了广泛而深远的影响。道路生态学作为一门应用科学，致力于研究道路网络与环境之间的相互关系，量化并缓解道路对生物多样性的负面影响。然而，以往研究多集中于道路对野生动物的影响，如栖息地丧失、破碎化及路杀现象，而关于道路对邻近植被影响的全球性综合评估仍较为缺乏。
道路建设会导致景观发生永久性改变，包括水文与微气候过程变化、栖息地丧失、生态系统破碎化，以及土壤化学性质、空气与噪音污染等。土方工程会改变土壤有机质含量、pH值、土壤湿度及容重。道路表面硬化影响土壤水分动态，加速水分流失。车辆交通则通过种子附着在车体表面以及车辆行驶产生的气流两种主要机制促进种子传播。这些变化共同导致路边物种组成发生改变，更有利于耐受不利条件的物种定殖。研究表明，路边发现的物种多为杂草型或资源获取型，具有高种子产量和 acquisitive 功能性状。例如，有研究发现，距离道路10米处的样地中非本地植物物种多样性显著高于90米处的样地，而本地物种多样性在靠近道路处减少了三分之一。尽管公路对植被的影响已有不少记载，但对其多样性、植被结构和物种组成影响的全面定量评估仍然缺失。
道路对植被的影响可能因道路宽度与类型、建成时间、与原生植被残留地的距离以及生态系统类型等多种因素而异。本研究首次通过全球Meta分析，量化了道路对多样性、物种组成和植被结构的影响。我们测量了样地相对于道路的位置所产生影响的幅度和方向，并考虑了生态系统类型、道路建成后的时间、路面类型及周围景观等因素。我们假设：（i）靠近道路的区域比远离道路的区域表现出更低的物种多样性；（ii）植被结构和物种组成受其与道路接近程度的影响；（iii）对多样性、植被结构和物种组成影响的幅度和方向取决于物种特征和景观特征等多种因素。
2 材料与方法
本研究通过在Web of Science和Scopus数据库中进行系统文献检索，最终纳入了2008年至2023年间发表的21项符合Meta分析标准的科学研究。这些研究覆盖了全球10个国家和三个生物群落区域（热带、温带和地中海）。我们将植被变量分为三类：（i）多样性（物种丰富度及多种多样性指数）；（ii）植被结构（基面积、胸径DBH、密度、多度、高度、盖度、活体与死体个体比例）；（iii）物种组成（物种分布区、先锋或杂草型物种比例、Jaccard相似性系数）。
我们采用了随机效应模型进行Meta分析，使用对数转换后的均值比ROM作为效应量度量。分析分别针对多样性、植被结构和物种组成三个类别进行。我们评估了物种分布区（本地或非本地）、生物群落类型、路面类型、所研究植被的生活型、周围基质的人为压力水平、道路建成时间、道路宽度和日均交通量ADTV等因素的影响。
3 结果
纳入分析的研究分布于五大洲10个国家。亚洲贡献了10项研究，欧洲5项。中国的研究数量最多（5项），其次是西班牙（4项）和巴西（3项）。大多数研究关注铺设道路（13项），且多位于低人为压力区域（12项）。热带生物群落的研究最多（9项），其次是温带（8项）和地中海（4项）。
分析结果表明，与远离道路的样地相比，路边样地的非本地物种增加了46%，植被结构指标（平均直径、多度、盖度）下降，物种组成发生转变，常由杂草型或资源获取型物种主导。道路邻近性显著影响了物种组成，增加了物种多样性，但降低了与植被结构相关的变量值。
具体而言，道路邻近性对多样性的影响在所有情况下均为正效应，表明总体多样性在道路附近增加。非本地物种的效应量最大。地中海生物群落的效应量高于温带生物群落。木质和非木质物种组合的响应比仅分析木质物种时更为显著。高人为压力区域及铺设道路沿线的样地多样性增加更为明显。
对于植被结构，我们观察到道路邻近性产生了负向影响，靠近道路的位置植被结构变量值降低。铺设道路和高压力区域的负面影响比未铺设道路和低压力区域更为显著。本地物种的减少幅度比未指明分布区的物种组高出40%。
在物种组成方面，道路邻近性在热带生物群落、木质物种、低人为压力区域、未铺设道路以及分布区未指明的物种中具有显著效应。
4 讨论
与我们的假设相反，路边样地的物种多样性有所增加，其中非本地物种的增幅最大。这支持了道路是种子传播和非本地物种定殖关键途径的观点。车辆移动通过种子附着和交通气流两种机制影响种子传播，道路建设期间的土壤干扰也可能引入新物种。
物种组成方面的结果表明，靠近道路的样地中先锋种、杂草种或广布种的比例更高。这可能与边缘效应引起的微气候变化有关。快速生长和杂草型物种可能在因道路建设而改变的环境条件下茁壮成长。总体而言，物种组成的效应量显著，支持了路边样地群落同质化的观点。道路建设可导致景观层面的环境条件发生重大变化，包括土壤理化性质改变及水分可用性降低。因此，路边群落往往由具有获取策略和高竞争能力的非本地物种主导，这些物种通常具备长距离种子传播、高种子产量及在严酷条件下萌发和建立的能力。
植被结构的总体效应量显示路边样地数值降低了17%，表明土壤覆盖度、树木基面积和多度均低于内部样地。频繁发生在路边的干扰事件可能阻碍次生演替，导致植被结构值较低的生态系统得以维持。与需要物种鉴定的指标相比，植被结构指标（如密度、直径、植被盖度和基面积）在野外更易于测量。
木质物种的多样性效应量比包含木质和非木质物种的组别低45%，这表明非木质物种通过在被干扰的路边生境中繁盛，影响了道路附近区域的生物多样性变化。木质物种由于其寿命较长和周转率较慢，通常对与道路边缘效应相关的环境变化响应更为缓慢。
地中海和温带生物群落多样性的增加及其效应量大小与先前研究一致，表明温带群落对栖息地干扰（如靠近道路）的反应似乎较弱。然而，物种丰富度的增加可能表明这些生物群落比热带地区面临着更严重的生物入侵。
铺设道路导致多样性增加近18%，而未铺设道路导致增加10%。铺设道路所带来的环境变化往往更为剧烈，土壤退化在铺设道路的建设过程中加剧，这可能促进非本地物种入侵并降低总生物量和地表覆盖度。
被归类为低人为压力的区域主要靠近保护区，其基质具有更高的原生植被覆盖率，可作为繁殖体的来源。靠近道路导致这些区域的植被结构指标显著降低，而组成指标值较高，表明在受保护区域可能存在同质化过程。人为活动区域更容易受到直接和反复的影响，且道路交通量更大，对多样性产生了正向效应，其值是植被环绕区域的两倍。
Meta分析未发现道路年龄、道路宽度、与道路的距离或ADTV具有显著效应量。但这并不意味这些参数对所分析的生态变量没有影响，而是反映了现有研究在数量和质量的局限性。
5 结论
我们的研究结果表明，道路附近的植被比远离道路的植被包含更高比例的广布种和非本地物种。我们观察到了生物多样性（14%）和物种组成（78%）的显著变化，同时植被结构指标降低了17%。长期研究，特别是在永久样地进行的研究，为管理受道路影响的生态系统提供了宝贵的见解。理解道路、植被和景观特征之间的相互作用对于规划新道路至关重要。未来的道路生态学研究应考虑几个重要因素，包括与道路的距离、道路本身的特征（如路面类型、宽度和ADTV）、周围景观、基础设施建成后的时间以及所研究植被的多样性和生活型。
