Дорожная экология — это изучение экологических эффектов (как положительных, так и отрицательных) дорог и автомагистралей (дорог общего пользования). Эти эффекты могут включать локальные эффекты, такие как шум , загрязнение воды , разрушение /нарушение среды обитания и качество местного воздуха ; а также более широкие экологические эффекты транспорта, такие как фрагментация среды обитания , деградация экосистемы и изменение климата из-за выбросов транспортных средств.
Проектирование, строительство и управление дорогами , парковками и другими связанными с ними объектами, а также проектирование и регулирование транспортных средств могут изменить их эффект. Известно, что дороги наносят значительный ущерб лесам , прериям, ручьям и водно-болотным угодьям . [1] Помимо прямой потери среды обитания из-за самой дороги и гибели видов животных на дороге, дороги изменяют схемы водотока, увеличивают шум , загрязнение воды и воздуха , создают помехи, которые изменяют видовой состав близлежащей растительности, тем самым сокращая среду обитания местных животных, и действуют как барьеры для перемещения животных. Дороги являются формой линейного вторжения в инфраструктуру , которая имеет некоторые эффекты, похожие на эффекты инфраструктуры, такой как железные дороги, линии электропередач и каналы, особенно в тропических лесах . [2]
Дорожная экология практикуется как область исследований различными экологами, биологами, гидрологами , инженерами и другими учеными. Существует несколько глобальных центров по изучению дорожной экологии: 1) Центр дорожной экологии [3] в Калифорнийском университете в Дэвисе, который был первым в своем роде в мире; 2) Centro Brasileiro de Estudos em Ecologia de Estradas в Федеральном университете Лаврас, Бразилия; [4] 3) Центр транспорта и окружающей среды, Университет штата Северная Каролина; [5] и 4) Программа по дорожной экологии в Западном транспортном институте, Университет штата Монтана. [6] Существует также несколько важных глобальных конференций по исследованию дорожной экологии: 1) Infra-Eco Network Europe (IENE), [7] которая является международной, но ориентирована в основном на Европу; 2) Международная конференция по экологии и транспорту (ICOET), [8] которая также является глобальной по своему охвату, но в основном ориентирована на США; 3) Австралазийская сеть по экологии и транспорту (ANET), [9] которая фокусируется на Австралазийском (суб)континенте; и 4) потенциальная конференция по экологии дорог Южной Африки, рассматриваемая Фондом по защите исчезающих видов дикой природы. [10]
Дороги могут оказывать как отрицательное, так и положительное влияние на качество воздуха.
Загрязнение воздуха транспортными средствами, работающими на ископаемом топливе (и некоторых видах биотоплива), может происходить везде, где используются транспортные средства, и вызывает особую озабоченность в условиях перегруженных городских улиц и других условиях низкой скорости. Выбросы, также называемые выхлопными газами , включают выбросы твердых частиц от дизельных двигателей , NO x , [11] летучих органических соединений , [12] оксида углерода [13] и различных других опасных загрязнителей воздуха, включая бензол . [14] Концентрации загрязняющих веществ в воздухе и неблагоприятные последствия для здоровья органов дыхания выше вблизи дороги, чем на некотором расстоянии от нее. [15] Дорожная пыль , поднимаемая транспортными средствами, может вызывать аллергические реакции. [16] Углекислый газ нетоксичен для человека, но является основным парниковым газом , а выбросы автотранспортных средств вносят важный вклад в рост концентрации CO 2 в атмосфере и, следовательно, в глобальное потепление .
Строительство новых дорог, которые отводят движение от населенных пунктов, может обеспечить ощутимое улучшение качества воздуха в исходной области. Однако новые дороги, как правило, приводят к большему общему выбросу из-за вызванного спроса . [17] Исследование оценки воздействия на окружающую среду и общество, проведенное для развития внешней кольцевой дороги Тираны, показало, что это приведет к улучшению качества воздуха в центре города Тирана. [18]
Правительство ожидает, что новый участок дороги, строящийся недалеко от Хайндхеда (Великобритания) для замены четырехмильного участка дороги A3 , включающий новый туннель Хайндхед , принесет экологические выгоды в непосредственной близости от этого района, включая устранение ежедневных заторов, устранение загрязнения воздуха в Хайндхеде, вызванного заторами, и удаление существующей дороги, которая пересекает экологически уязвимый район Дьявольской пуншбоулы . [19] [ требуется обновление ]
Городской сток с дорог и других непроницаемых поверхностей является основным источником загрязнения воды . [20] Дождевая вода и талая вода, стекающие с дорог, как правило, собирают бензин , моторное масло , тяжелые металлы , мусор и другие загрязняющие вещества. Дорожный сток является основным источником никеля , меди , цинка , кадмия , свинца и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), которые создаются как побочные продукты сгорания бензина и других видов ископаемого топлива . [21]
Химикаты для борьбы с обледенением и песок могут стекать на обочины дорог, загрязнять грунтовые воды и поверхностные воды . [22] Дорожные соли (в первую очередь хлориды натрия , кальция или магния ) могут быть токсичными для чувствительных растений и животных. [23] Песок может изменять среду русла рек , вызывая стресс для растений и животных , которые там обитают. Несколько исследований обнаружили определенную разницу в физических свойствах вод между водосборами или гидросистемами, непосредственно прилегающими к дорогам, по сравнению с теми, которые находятся вдали от исследуемых дорог. [24] Химикаты для борьбы с обледенением, соль, хлориды и питательные вещества, приносимые твердыми частицами, такими как азот (N) и фосфор (P), могут вызывать трофические каскады в соседних водных путях. [25] [26]
Химикаты, применяемые на дорогах вместе с песком для борьбы с обледенением, в основном представляют собой соль и хлорид кальция . [27] Также используются и другие химикаты, такие как мочевина . [27] Эти химикаты покидают поверхность дороги либо в стоках воды, либо в виде брызг воды. Помимо биоаккумуляции тяжелых металлов [28] в соседних растениях, растительность может быть повреждена солью на расстоянии до 100 м (110 ярдов) от дороги. [29] Исследования обнаружили негативное воздействие на динамику популяции древесных лягушек , когда головастики выращивались в присутствии большинства химикатов для борьбы с обледенением, например, снижение выживаемости головастиков и изменение соотношения полов в зрелом возрасте. [30] [31]
Повышенный уровень хлоридов в воде из-за посыпания дорог солью может быть распространенным явлением в водных путях, а не локальным явлением на обочине дороги. [27]
Движение автотранспорта на дорогах создает шум в широком диапазоне частот , который может оказывать воздействие как на людей, так и на животных.
Шумовое загрязнение является фактором ухудшения окружающей среды, который часто упускается из виду и обычно рассматривается как не оказывающий существенного влияния, хотя шум транспорта может способствовать многочисленным нарушениям дикой природы. Все больше исследований было проведено по влиянию шума на дикую природу. Как звуки, издаваемые двигателями и ветром над движущимися транспортными средствами, так и ультразвуковые колебания, передаваемые по воздуху и земле от проезжающих транспортных средств, могут перекрываться с частотными диапазонами и амплитудами, используемыми животными для общения . [32] [33] [34]
Несколько исследований показали, что шум может оказывать негативное воздействие, особенно на птиц. Шум от крупных дорог может прерывать или мешать крикам певчих птиц, а их инстинктивные крики, связанные с спариванием, общением, миграцией и другими целями, затрудняются шумом от дорог. Птицы в городах, которые подвергаются воздействию транспортного шума, поют песни на более высоких частотах, что увеличивает амплитуду их песен, так что их с большей вероятностью можно услышать из-за шума. [35] Одно исследование не обязательно напрямую обеспечивало фатальный эффект для испытуемых птиц, но исследование показало, что численность видов снизилась вблизи крупных дорог из-за шума. [36] Шумовые эффекты также могут изменять поведение определенных видов, таких как птицы, и их кормовое поведение. Птицы могут тратить все больше времени, используя визуальное сканирование, чтобы обнаружить хищников, в результате того, что слуховые сигналы и сигналы тревоги от других видов маскируются шумовым загрязнением. Уменьшение количества времени, потраченного на кормление, может снизить среднюю массу тела птиц, живущих вблизи дорог, что напрямую влияет на их показатели выживаемости отрицательным образом. [37] Хроническое воздействие шума от транспорта снижает способность птиц реагировать на другие распространенные сигналы стресса, снижая уровень кортикостерона, вызванного стрессом (мера того, насколько сильно организм реагирует на стрессор). [38] Это может быть опасно для жизни, если птицы не способны адекватно реагировать на сигнал стресса, например, на хищника. В шумной обстановке птенцы с меньшей вероятностью будут просить подаяние, когда прибудут их родители, потому что шум транспорта маскирует звуки прибытия их родителей. [39] Этот эффект может снизить скорость кормления, что приводит к уменьшению размера тела птенцов и шансов на выживание после оперения. Птенцы, подвергающиеся воздействию шума, также могут страдать от снижения иммунной функции. [40]
Дорожный шум может быть неприятным, если он воздействует на населенные пункты, особенно на дорогах с более высокими скоростями, вблизи перекрестков и на подъемах. В таких местах можно ожидать воздействия шума на здоровье от дорожных систем, используемых большим количеством автотранспортных средств. Существуют стратегии снижения шума для снижения уровня звука на близлежащих чувствительных рецепторах. Идея о том, что на проектирование дорог могут влиять акустические инженерные соображения, впервые возникла около 1973 года. [ необходима цитата ]
Лежачие полицейские , которые обычно устанавливаются в застроенных районах, могут увеличить шумовое загрязнение . Это особенно актуально, если по дороге ездят большие транспортные средства, особенно ночью.
Новые дороги могут отвести движение от населенных пунктов, тем самым уменьшая шумовое загрязнение . Новая схема дорог, запланированная в Шропшире , Великобритания, обещает снизить шум транспорта в центре города Шрусбери . В районах, где большая часть местных лесов была вырублена, дороги могут облегчить перевозку урожая на рынок и импорт удобрений. Это может увеличить урожайность и прибыль ферм. [41] [ требуется обновление ]
Дороги могут выступать в качестве барьеров или фильтров для перемещения животных и приводить к фрагментации среды обитания . [42] Многие виды не будут пересекать открытое пространство, созданное дорогой, из-за угрозы хищников [43] , а дороги также вызывают повышенную смертность животных от дорожного движения. [44] Этот барьерный эффект может помешать видам мигрировать и повторно заселять районы, где вид локально вымер , а также ограничить доступ к сезонно доступным или широко разбросанным ресурсам. [43]
Фрагментация среды обитания может также разделять большие непрерывные популяции на более мелкие, более изолированные популяции. [42] Эти более мелкие популяции более уязвимы к генетическому дрейфу , инбридинговой депрессии и повышенному риску сокращения популяции и вымирания. [43] Наблюдается ли этот эффект или нет, во многом зависит от размера и подвижности рассматриваемого вида, а также от пространственного масштаба, в котором происходит фрагментация. [45] Фрагментация не влияет на все виды одинаково.
Наличие дорог также уменьшает количество среды обитания, доступной для видов. Это означает, что оно уменьшает количество пригодной среды обитания, доступной для организмов без пересечения дороги. При этом, становится ли среда обитания по другую сторону дороги недоступной для организма или нет, варьируется между видами. Дороги являются проницаемым барьером для некоторых организмов и непроницаемым для других. [46]
Дороги могут быть особенно опасны для популяций амфибий и рептилий, которые мигрируют к весенним водоемам [47] или к гравию на обочинах дорог, которые некоторые виды пытаются использовать в качестве мест для гнездования. [48] Инстинктивная деятельность рептилий может привести их к дорогам и привести к увеличению показателей смертности: змеи, например, могут использовать дороги в качестве источника тепла для терморегуляции. Также было замечено, что некоторые черепахи откладывают яйца на обочинах дорог. Миграционные схемы от сезона к сезону также могут привести к контакту лягушек и змей с дорогами и привести к увеличению показателей их смертности. [36]
Транспортная нагрузка вблизи крупных городов может показывать резкие циклические изменения, вызванные туризмом выходного дня, и это может вызвать циклические изменения в моделях активности птиц. [49] Имплантация дорог также может привести к тому, что птицы будут избегать определенных мест, поскольку они считаются менее пригодными для жизни (из-за увеличения шума и химического загрязнения). Определенные популяции птиц могут затем оказаться запертыми в меньших пригодных для жизни местах, что приведет к увеличению вероятности вымирания, вызванного болезнями или нарушением среды обитания. [50]
Дороги, пролегающие через леса, в которых обитают съедобные животные, могут поощрять или облегчать браконьерство . Особенно в бедных районах строительство дорог способствовало браконьерству не только для личного потребления, но и для продажи (для потребления или в качестве домашнего животного) третьим лицам. [ необходима цитата ]
Аналогичным образом, строительство дорог в лесных районах также способствовало незаконной вырубке леса, поскольку нелегальным лесозаготовителям стало легче вывозить древесину. [51]
Необходимо распространять информацию среди водителей, особенно тех, кто едет по лесным дорогам, о соблюдении скоростного режима и бдительности. Группа по охране окружающей среды инициировала кампанию по повышению осведомленности под названием PATH, что является аббревиатурой от Provide Animals safe Transit on Highways [52], охватывающую более 17 000 км в Индии, чтобы подчеркнуть важность безопасного вождения по лесным дорогам. [53]
Переходы для диких животных , которые позволяют животным безопасно пересекать созданные человеком барьеры, такие как дороги, предназначены не только для сокращения количества погибших животных на дорогах, но и в идеале для обеспечения связности мест обитания, препятствуя фрагментации среды обитания . [1] [54] Переходы для диких животных могут включать: подземные туннели , виадуки и путепроводы .
В округе Вашингтон, Северная Каролина, вдоль шоссе 64 было проведено исследование с целью проанализировать влияние подземных переходов для диких животных на местную дикую природу. Три подземных перехода для диких животных были построены с ограждением вокруг шоссе в исследуемых зонах. Исследование показало, что олени чаще всего использовали подземные переходы и составили 93% всех переходов. Были рассчитаны показатели смертности, которые показали, что количество смертей было ниже вблизи подземных переходов. Этого нельзя сказать обо всех животных. У некоторых из них меньшие участки обитания, поэтому они не были склонны идти в подземные переходы, чтобы перейти дорогу. Подземный переход, скорее всего, принесет пользу более крупным млекопитающим, таким как медведи, олени и пумы. Было замечено, что подземные переходы снижают уровень смертности и повышают способность местных видов адаптироваться к среде обитания вдоль главной дороги. [55]
Конструктивные элементы, такие как ограждения или стены вдоль автомобильных мостов, могут побуждать птиц и летучих мышей летать выше над дорогами или под мостами, что снижает вероятность столкновений транспортных средств. [56] Некоторые животные, такие как птицы, более уязвимы к помехам в определенные периоды года, такие как сезон размножения. [56]
Материалы, удаленные с дороги, могут быть повторно использованы в строительстве в том же проекте [57] или в других местах. Строительство дорог также может использовать отходы из других отраслей промышленности.
Асфальтовое покрытие является одним из наиболее перерабатываемых материалов в Соединенных Штатах. По оценкам, более 80% асфальтового покрытия, снятого с дорог, повторно используется в качестве строительного заполнителя . Его можно смешивать с новым покрытием или использовать в качестве подосновы или наполнителя. Аналогично, бетон от сноса дорог или зданий может быть отличным источником заполнителя. [58]
Распространенными примерами отходов, используемых в дорожном строительстве, являются угольная летучая зола (используется для укрепления бетона), битумная черепица и измельченные шины (используются в асфальтовом покрытии), молотое стекло и шлак сталелитейного завода (используются в качестве заполнителей). [58]
В 2012 году асфальтовые заводы США использовали приблизительно 68,3 млн тонн восстановленного асфальтового покрытия, 1,86 млн тонн переработанной битумной черепицы и более 1 млн тонн других переработанных материалов для производства нового асфальта. [59]