能源基础设施的生态成本：来自候鸟追踪的证据

《Journal of Environmental Economics and Management》：Ecological costs of energy infrastructure: Evidence from migratory bird tracking

　　陈强源|李建民|梁远宁|赵卫平|程云倩|黄天
中国人民大学国家发展与战略研究院，北京，中国

**摘要**
人类活动日益破坏生态系统，然而能源基础设施对迁徙物种的经济影响仍缺乏深入研究。利用2014至2022年间超过2亿条迁徙鸟类的GPS追踪记录以及中国全国电力厂数据库，我们发现电力厂的建设导致鸟类在50公里范围内的停留时间显著减少了54.4%，且这种影响持续多年。虽然电力厂的退役能够带来生态恢复，但恢复程度较小。我们确定栖息地改变、空气污染和水污染是导致这些效应的关键机制。通过量化能源基础设施对迁徙鸟类的经济影响，本研究推动了生物多样性影响融入经济研究的进程。

**引言**
人类活动对生态系统的影响一直是环境变化讨论中的长期关注点。尽管大量研究关注工业污染对人类健康的负面影响（例如Schlenker和Walker，2016；Ebenstein等人，2017），但关于野生动物影响的证据仍然有限（例如Ando和Langpap，2018）。特别是迁徙物种可能面临被低估的风险，因为它们的移动性和广泛的分布范围掩盖了局部环境干扰（Gu等人，2021；Lisovski等人，2024）。迁徙鸟类在全球生态系统中发挥着重要作用，包括种子传播、营养循环和能量传输（例如Bauer和Hoye，2014）。通过与迁徙路线上的常住物种相互作用，它们连接了世界各地的生态系统，影响生物多样性和稳定性。这些功能为人类带来了显著的好处，如农业害虫控制和基于自然的旅游（Kolstoe和Cameron，2017；Díaz-Siefer等人，2022；Noack等人，2025）。作为对环境敏感的“移动传感器”，迁徙鸟类能迅速调整迁徙路线和停留行为以应对环境压力，从而提供生态系统健康的及时指标（Iwamura等人，2013；Zurell等人，2018）。

然而，与常住鸟类相比，迁徙鸟类面临更严重的环境压力。在北美，1970年至2018年间迁徙鸟类数量减少了25亿只——约为其1970年数量的24%，而常住物种则略有增加（Rosenberg等人，2019）。在温带或沿海地区越冬的迁徙物种损失最大，这反映了它们对非繁殖栖息地变化的敏感性（La Sorte等人，2017；Dokter等人，2018）。主要威胁包括栖息地退化、农业和工业污染以及气候变化（Bairlein，2016；Li等人，2020）。

中国为深入研究人类活动对迁徙物种的生态影响提供了宝贵的准实验环境。20世纪80年代和90年代，随着经济增长推动的能源需求增加，大规模的电力厂建设迅速扩张。尽管近年来有所多样化，但截至2024年，燃煤热电仍占中国电力供应的67.36%。鉴于燃煤发电在电力行业的持续主导地位，本文主要关注燃煤电厂。然而，这些设施通过土地转换和污染物（如颗粒物、烟气和废水）产生显著的环境外部性（Muller和Mendelsohn，2009；Luechinger，2014；Barreca等人，2021）。空气污染物损害鸟类的耐力和繁殖能力（Sanderfoot和Holloway，2017），水污染破坏饮水和猎物（Rosen等人，2015），土地转换导致栖息地丧失（Di Marco等人，2019），这些往往与迁徙路线重叠，加剧了能源与生态系统的冲突。重要的是，中国还经历了一波电力厂退役潮，使我们能够评估基础设施扩张的生态成本以及退役后的生态恢复潜力。

**数据与测量**
实证估计电力厂对鸟类影响的一个主要挑战是缺乏大规模的迁徙物种追踪数据。现有数据集提供了基于地面调查的鸟类数量和种类的重复横截面快照，这限制了分析鸟类对环境变化的迁移和适应行为。我们通过引入一个高分辨率的卫星追踪数据集来克服这一挑战，该数据集覆盖了2014至2022年间东亚-澳新走廊上的迁徙鸟类，包含超过2亿条实时传输的GPS记录，涵盖了在中国发现的24个鸟类目中的15个。主要群体包括雀形目（例如鸣禽；28.5%的物种）、水禽（例如鸭子、鹅；19.3%）和猛禽（例如鹰、隼；12.1%）。此外，该数据集还包括7种国家级保护物种（例如东方鹳、冠鹮）和12种被IUCN红色名录列为全球受威胁的物种，增强了其保护价值。这一鸟类遥测系统提供了精确的个体级数据，具有三个关键优势：（1）每小时记录一次的实时位置数据，精度达到5米；（2）连续的追踪数据有助于划分迁徙路线、走廊和停留点，这些在地面调查中难以捕捉；（3）涵盖2014至2022年间中国主要生物群的全面且最新的数据集。

我们基于追踪数据开发了一种新的行为测量方法——停留时间指标。它衡量每只鸟类在特定停留点的停留时间，直接反映了当地的食物可用性、污染水平和栖息地质量。这一指标常用于生态学文献中描述迁徙物种的模式（例如Schaub等人，2001；Schmaljohann等人，2022）。此外，停留时间比种群数量更敏感，能够更早地检测到生态干扰，因为环境压力通常会引发行为反应，如缩短停留时间或改变迁徙路线，而这些变化在转化为可观察到的死亡率之前就已经发生。

**效应**
我们采用准实验设计来估计燃煤电厂对迁徙鸟类行为的整个生命周期影响。具体来说，我们使用多时期差异模型，考虑了电厂建设和退役的时间和空间变化。为了识别电厂建设的影响，我们将样本早期建设的电厂作为处理组，将样本最后一年计划建设的电厂作为反事实组。为了评估退役的影响，我们将样本期间退役的电厂与仍在运行的电厂进行比较。平衡测试确认处理组和对照组在地理特征和建设前的经济条件方面具有可比性。

我们的发现表明，电厂建设导致迁徙鸟类在50公里范围内的停留时间显著减少，减少了54.4%。虽然电厂退役后停留时间在50公里范围内增加了35.4%，但恢复程度远低于初始损失，突显了生态衰退和恢复之间的不对称性。我们进行了多项稳健性检验以解决潜在的偏见来源：（1）控制与电厂共位的经济发展活动，包括当地制造企业数量、夜间光照强度、超过指定规模的工业企业的附加值、总电力消耗和道路密度；（2）控制同时实施的保护和气候政策；（3）排除影响区域重叠的电厂。

我们探讨了估计影响的几个描述性特征。首先，新电厂建设后的生态退化和电厂退役后的恢复在五年时间内持续存在，并且通常会加剧，表明生态响应是逐渐发生的而非瞬间的。其次，空间溢出分析显示了一个明显的距离衰减模式：效应在电厂附近最强，超过大约70-80公里后逐渐减弱。第三，更高的运营强度放大了影响，因为更高电力生产和煤炭消耗加剧了生态损失。最后，我们在检查鸟类数量和每只鸟的平均停留时间时观察到与停留时间相当的效果大小，这与迁徙鸟类主要通过改道来应对环境压力的解释一致。

**机制**
我们进一步研究了这些效应的机制。首先，电厂破坏了关键的迁徙栖息地，其影响因迁徙走廊的强度和靠近关键功能地点的程度而加剧。觅食和筑巢区域的丧失和破碎迫使鸟类重新定位或争夺有限资源。我们发现，在高强度迁徙走廊中，建设效应最为负面，而退役在这些区域带来了更强的生态效益。同样，位于国家鸟类迁徙走廊保护行动计划指定关键栖息地50公里范围内的电厂产生了最显著的影响。其次，电厂运营产生的空气污染物——尤其是某些成分——通过直接损害鸟类的呼吸和循环系统以及通过土壤酸化和水富营养化破坏当地食物和水资源，从而缩短了停留时间。与此机制一致的是，风向分析表明，这些负面效应在下风区域明显强于上风区域。第三，电厂产生的水污染增加了氨氮浓度并降低了溶解氧水平，进一步缩短了停留时间。

**福利**
我们采用财富核算方法来量化电厂对迁徙鸟类的经济影响，该方法强调将生物多样性的变化视为自然资本财富的变化（Fenichel等人，2024）。我们从基础设施引起的迁徙鸟类行为变化中推断出种群层面的影响，并计算其经济价值。特别是，电厂建设和退役显著改变了鸟类的停留行为，进而影响体重和生存率及种群规模。然后我们使用物种级别的核算方法将鸟类数量的变化货币化，避免了汇总生物多样性指数的局限。我们估计新电厂的建设每年造成的生态成本约为16,630美元，而退役每年带来约900美元的收益。总体而言，2014年至2022年间，新建的638座燃煤电厂造成的年损失约为1,060万美元，而退役的173座电厂每年带来约155,700美元的经济收益。这些估计可能代表了由于此处讨论的渠道有限而实际受到的生态价值的下限。

**贡献**
本研究为三个研究领域做出了贡献。首先，它考察了基础设施扩张和退役的生态效应。虽然先前的研究表明经济活动通过污染和栖息地丧失耗尽了自然资本和生态系统服务（Foster和Rosenzweig，2003；Polasky等人，2005；Hautier等人，2015；Frank和Schlenker，2016；Jayachandran等人，2017），但燃煤电厂的整个生命周期影响仍缺乏研究。大多数研究关注退化，关于人类干预后生态恢复的证据有限（Newmark等人，2017；Jones等人，2018）。这一空白限制了我们对重建自然资产和恢复生态系统服务潜力的理解。我们提供了因果证据，证明电厂建设导致持续的生态损失，并量化了退役后的被动恢复的空间和时间模式。其次，我们有助于理解迁徙物种生态变化的人为驱动因素。迁徙鸟类是关键的生态资本，提供支持生态功能和人类福祉的生态系统服务（Barbier，2019），它们的退化可能破坏可持续发展（Arrow等人，2012）。这些物种对繁殖地、非繁殖地和迁徙途中的干扰非常敏感（Thorup等人，2017），但大多数文献关注的是固定物种。先前的研究记录了道路、铁路、城市化、可再生能源设施、栖息地破碎化和土地覆盖简化（例如Torres等人，2016；Crooks等人，2017；Asher等人，2020；Noack等人，2022；Meng等人，2025）以及工业污染（例如Sanderfoot和Holloway，2017；Liang等人，2020；Agathokleous等人，2020；Vardar等人，2022）的生态影响。我们展示了核心迁徙走廊上的土地开发变化和电厂运营产生的局部污染对停留行为的不成比例的大影响，突显了迁徙鸟类作为关键生态资本的脆弱性。第三，我们将实时鸟类迁徙数据引入经济学文献。现有的鸟类数据集（如北美繁殖鸟类调查（Hostetler等人，2023）提供了来自地面调查的鸟类种群快照。虽然广泛使用的公民科学观鸟数据集（如eBird（Sullivan等人，2014）和中国观鸟报告（CBR）很有价值，但由于观察者选择的调查时间和地点存在选择性问题，这些数据集存在局限性。我们的数据集以无与伦比的时空分辨率捕捉了即时的迁徙模式，并结合了全面的监测，超越了静态观察计数，能够详细及时地评估人类干预的生态后果。通过这样做，它填补了先前研究中的一个关键空白，并为研究经济活动与生态系统之间的相互作用开辟了新的机会。本文的其余部分安排如下：第2节描述了数据和测量方法；第3节概述了实证策略并展示了结果；第4节讨论了潜在机制；第5节探讨了福利影响；第6节进行了总结。

**鸟类迁徙数据**
本研究使用了湖南全球信使科技有限公司（Hunan Global Messenger Technology Co., Ltd.）收集的高分辨率鸟类追踪记录。该数据集包含了2014年至2022年间东亚-澳新迁徙路线（Eastern Asian-Australasian Flyway）上被标记过的鸟类所产生的2亿条GPS记录。这些记录涵盖了15个鸟类目（如雀形目、水鸟目和猛禽目）中49个科的近300种鸟类。附录中的图A1(a)展示了根据追踪记录绘制的迁徙路径。

**估算框架和初步发现**
我们采用了一个多期差分模型（multi-period difference-in-differences model），该模型考虑了新建发电厂的建设过程和现有发电厂的退役过程中的时间和空间变化。我们实证设计的一个关键特点是区分了发电厂建设和退役对生态系统的不同影响：新建发电厂会将土地用途转变为工业用途并产生污染。

**机制**
本节讨论了发电厂通过三种机制影响候鸟行为的路径。首先，发电厂的建设和退役改变了自然景观，从而改变了为候鸟提供食物资源和休息场所的栖息地。我们发现，当发电厂位于高强度迁徙走廊或关键栖息地附近时，这种影响更为显著。其次，运行中的发电厂排放物会增加环境污染物。

**福利影响**
在本节中，我们构建了一个简约的框架来量化发电厂对候鸟的经济影响，这一框架与全球生物多样性框架（Global Biodiversity Framework）的建议一致，即通过个体物种而不是综合指数来评估生物多样性（Fenichel等人，2024年）。我们的方法通过一个基于生物学的机制，将候鸟的敏感行为特征（如中途停留时间）与种群层面的福利结果联系起来。福利计算遵循了一个清晰的路径。

**结论**
本研究系统地评估了燃煤发电厂作为关键能源基础设施对候鸟的生态影响。通过整合大规模的卫星鸟类追踪数据和设施层面的运营记录，我们考察了新建发电厂的后果以及发电厂退役的影响。我们的分析提供了新的证据，表明生态系统对工业活动的响应存在不对称性。

**作者贡献声明**
陈强远（Qiangyuan Chen）：数据验证、监督、软件开发、资源管理、项目统筹、研究方法论设计、资金筹集、数据分析、概念构建。
李建民（Jianmin Li）：写作——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、研究方法论设计、数据分析、概念构建。
梁园宁（Yuanning Liang）：写作——审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、研究方法论设计、数据分析、概念构建。

**利益冲突声明**
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能会影响本文所述的研究结果。