交通基础设施与生物多样性：评估交通网络的生态成本

《Ecological Economics》：Transportation infrastructure and biodiversity: Evaluating the ecological cost of transport networks

本研究基于中国2013-2023年 prefecture-level面板数据，评估交通网络（含道路和铁路）的生态成本。实证表明，交通密度每增加1米/平方公里，物种出现次数减少0.115次，且当密度超过450米/平方公里时，生态成本显著上升。机制分析揭示森林丧失与碎片化是主要驱动因素，空间异质性显著，需制定差异化区域政策。

　　

朱俊杰

美国康涅狄格大学

摘要

尽管人们非常关注交通运输对环境的影响，但关于其生态成本的因果证据仍然不明确。本文利用2013年至2023年中国省级层面的面板数据，评估了包括道路和铁路在内的线性交通网络的边际生态成本。中国的城际交通网络在扩张的同时，导致了生物多样性的丧失。研究表明，交通基础设施造成了系统的生态损失。从定量上看，每平方公里网络密度增加1米，会导致生物多样性损失增加0.115（以物种出现频率的下降来衡量）。实证结果在包括工具变量回归和泊松回归在内的多种检验中都具有稳健性。当网络密度超过约450米/平方公里时，成本会显著上升。进一步分析发现，森林损失和破碎化是重要的影响因素。地理加权回归进一步表明成本存在显著的空间异质性，这需要制定针对性的区域政策。

引言

正如中国的一句俗语所说：“如果你想发财，首先必须修建道路”，这凸显了基础设施在经济发展中的基础性作用。交通基础设施促进了经济发展和社会进步，但同时也污染了环境并威胁到了生态系统。Lu等人（2020年）的研究指出，气候和人类活动是影响生物多样性的根本因素。因此，有必要系统地详细评估交通基础设施的环境影响。尽管公众很容易察觉到污染问题，但生态系统的变化往往不易被注意到。许多研究探讨了交通对环境的各种影响（Cao等人，2021年），而关于交通对生物多样性影响的定量研究相对较少。作为最普遍的人类活动，交通可能对生态系统产生深远且遗憾的负面影响。线性交通基础设施（如道路和铁路）对许多物种构成了严重威胁（Van der Ree等人，2015年）。例如，亚洲的道路建设对老虎的生存构成了挑战（Carter等人，2020年）。交通网络的快速扩张推动了景观和生物多样性的变化。鉴于此，明确交通基础设施与生物多样性之间的因果关系至关重要。

物种多样性对生态系统的功能至关重要（Purvis和Hector，2000年；Hooper等人，2012年）。此外，生物多样性在应对气候变化中也起着重要作用。Weiskopf等人（2024年）指出，生物多样性的丧失可能导致全球陆地碳储存量的减少。相反，保护生物多样性有助于应对气候变化。除了环境价值外，生物多样性还能带来经济效益。植物多样性与某些类型的经济生产直接相关，从而可能促进区域经济发展。Noack等人（2019年）研究了植物多样性和森林对发展中国家农村家庭收入的稳定作用。Dalheimer等人（2024年）量化了油棕生产与植物多样性之间的权衡。

尽管关于交通对生物多样性影响的研究仍有限，但一些学术研究关注了其对个别物种或特定物种群体的影响。本文简要回顾了相关研究。交通网络直接和间接地渗透并影响生态系统。一方面，交通基础设施在建设期间会破坏当地植被，投入运营后可能还会杀死动物。例如，Secco等人（2022年）研究了巴西森林因道路扩建导致的豪猪死亡情况。Jia等人（2024年）提供了中国海南热带雨林中两栖动物被车辆撞死的详细证据。野生动物与车辆碰撞造成的死亡可能对动物种群产生连锁反应（Ascens?o等人，2019年）。另一方面，交通基础设施可能产生许多微妙但重要的影响。例如，交通基础设施会影响动物的行为。Naidenko等人（2021年）发现野生动物更倾向于远离高速公路，并认为交通线路成为分隔动物种群的重要障碍。Poessel等人（2014年）指出道路对城市山猫（尤其是雄性）有显著影响。Laforge等人（2022年）研究了道路密度和森林破碎化对法国南部蝙蝠种群的影响。鸟类也是研究的重点对象。Kociolek等人（2011年）和Morelli等人（2014年）系统地评估了道路（和铁路）对鸟类的影响。总体而言，需要开展更全面的研究。

中国政府将交通基础设施建设视为重要的国家发展战略。在过去十年左右的时间里，中国经历了快速的经济发展和交通基础设施的大规模扩张。由多种交通方式组成的复杂交通网络支撑着国家的繁荣经济活动。然而，这种发展也带来了严重的环境和生态挑战。为了更好地应对这些挑战，定量评估交通网络的生态影响变得越来越重要。

以中国为例，本文定量研究了生物多样性对交通发展的响应，揭示了交通对生态系统的显著影响。通过整合多种数据来源，我构建了一个涵盖2013年至2023年中国大陆省级行政单位的平衡面板数据集。利用多种计量经济模型，我估算了交通网络的边际生态成本及其在不同区域特征下的差异。研究发现，交通网络的发展对生态系统产生了系统性影响。从定量上看，每平方公里网络密度增加1米会导致物种出现频率额外减少0.115次。这一结果在多种检验中都具有稳健性，应被视为因果关系。当网络密度超过约450米/平方公里时，边际生态成本显著上升。我预测，在未来二十年里，中国仍有可能以目前的速度继续发展交通网络，同时保持相对较低的总体生态成本。随后，本文分析了生态成本背后的机制，发现交通网络侵占了森林并导致森林破碎化。每平方公里网络密度增加1米会导致1.295公顷的森林消失。通过构建多个指数来衡量森林破碎化程度，进一步确认了交通网络对森林的负面影响。

本文主要贡献于两个研究领域。一方面，本文量化了中国交通网络的生态成本，补充了评估交通基础设施环境和生态影响的文献。交通基础设施对生态系统的影响值得关注，但相关研究尚不充分。二十一世纪中国交通网络经历了显著增长，但其生态成本仍不清楚。因此，本研究揭示了交通网络对中国生物多样性的因果影响。本文的实证发现也为道路生态学（Coffin，2007年）提供了经济视角的补充。虽然有一些研究与本文相关，但也存在差异。Madhok（2025年）记录了森林基础设施与鸟类多样性之间的显著权衡。Marcantonio等人（2013年）通过两个地中海案例研究了道路对植物多样性的影响。总体而言，这些研究仅关注特定类别的生物，缺乏更具普遍性的研究。本文从宏观角度探讨了交通基础设施的影响，并讨论了其含义。

另一方面，本文丰富了关于生物多样性丧失驱动因素的研究。了解生物多样性丧失的原因是有效保护生物多样性的前提。研究表明，交通网络的发展对区域生物多样性有深远影响。这一发现呼吁在未来的基础设施规划中更加重视生态因素。此外，本文还揭示了其背后的机制，加深了我们对交通与生物多样性之间关系的理解。除了交通基础设施与生物多样性之间的直接关系外，本文还讨论了交通对栖息地丧失和破碎化的影响。

本文的其余部分结构如下：第2节介绍实证研究的数据和计量经济模型；第3节展示主要结果及稳健性检验；第4节探讨潜在的机制；第5节讨论多种异质性效应；第6节进行总结。

数据

以下实证分析基于中国的省级行政单位。在选择行政单位级别进行分析时存在权衡。实际上，中国有四个级别的地方政府：省级（第一级）、县级（第二级）、县级（第三级）和乡镇级（第四级）。一方面，县级行政单位的面积通常太小，无法构建可靠的生物多样性指数；另一方面，使用省级数据会导致样本数量较少。

基线估计

基线结果见表1。本文报告了包含所有控制变量（包括基线控制变量、县级固定效应和逐年省级固定效应）的回归结果。不同控制变量下的回归结果见表B.1。基线结果表中的所有估计系数均为正数且具有统计学意义。关于其经济意义，我计算了2013年至

机制

在本节中，我探讨了交通网络扩张影响生物多样性的潜在机制。栖息地破坏是生物多样性面临的最大威胁之一。全球范围内，生物多样性的变化主要由土地利用变化驱动（Newbold等人，2015年）。栖息地破坏包括多个过程，这些过程都会对生态系统产生负面影响。交通基础设施可能通过两个途径加剧栖息地破坏：栖息地丧失和破碎化。

异质性

基线结果揭示了交通网络生态成本的总体情况。虽然物种出现频率的地理分布没有明显模式，但生态资源的空间分布通常表现出显著的地理聚集性。图A.7(a)展示了森林的地理分布特征。中国西北部和华北平原的森林覆盖率较低。

结论

许多发展中国家正在经历大规模的交通基础设施建设，而相应的生态成本问题也日益突出。本文定量评估了中国交通网络发展的生态成本，并探讨了其背后的机制。然而，未来研究仍存在一些问题。例如，交通网络的地形特征会影响自然栖息地的破碎化，需要进一步关注这一现象。

利益冲突声明

我声明不存在任何利益冲突。