截止“十一五”末，我国公路总里程达400.8万km，已成为全球道路建设规模最大的国家之一^[1]。道路选线是指在道路修建之前,在指定的起点、终点之间根据一定的技术标准,选出一条能满足汽车行驶要求、技术经济合理的线路^[2]。在传统的道路设计理念指导下，工程设计人员在道路选线阶段根据通行区域的地形、地质、水文、拆迁等因素，以最大限度降低工程成本和造价为目标来考虑路线方案，并使我国道路建设在“合理降造”、 提高建设速度和周期等方面成效显著，实现了我国公路建设的历史性飞跃^{[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]}。

在道路建设取得成就的同时，传统道路选线中的“经济思维”惯性和对环境保护重要性认识不足导致建成道路对自然环境和野生动物的不利影响逐渐显现，如一些建成的“生态公路”仍然对大象、野马等野生动物造成伤害、所设置廊道的利用率较低的现象^{[11, 12, 13, 14]}，使道路成为威胁野生动物生存安全的最重要因素^{[15, 16]}。随着生态文明意识加强和道路建设标准的逐渐提高，特别是《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国环境影响评价法》实施后，要求道路建设必须进行环境影响评价，环境保护理念逐渐进入了道路设计和建设领域，提出了道路选线中的环境因素^{[3, 5, 6, 7]}。

综合已有道路选线研究，基于工程成本、造价的选线从思路到方法都比较成熟、有丰富的案例供参考^{[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]}，但如何从环境保护因素选线、从源头控制和减少道路建设对环境的破坏几乎没有可借鉴的研究成果，已有研究大多从景观保护、减少开挖量、植被恢复等角度探讨一些具体的措施^{[3, 7, 17]}，但从选线方法上并没有突破。尽管环保意识日益加强，选线方法研究的不足仍影响道路生态化和环境友好功能的实现。野生动物保护是环境保护的重要内容，保护栖息地则是保护动物最有效的措施^[18]，本研究拟以大熊猫栖息地内的四川306省道椅子垭口段为例，基于大熊猫栖息地保护优化路线，从环境保护的角度探索道路选线方法，为建设“资源节约型、环境友好型”交通和相关研究提供示范。

本研究区域为四川美姑县和峨边县交界的椅子垭口及周边地区，四川306省道从峨边县的太阳坪(103°3′44″，28°42′53″)穿越椅子垭口后进入美姑县的打补觉(103°6′26″，28°38′37″)，北为黑竹沟自然保护区、南为大风顶自然保护区，为研究的需要将椅子垭口306省道东西两侧5 km内的区域也纳入研 究范围(图 1)。椅子垭口是周边山体的连接区域，为所在山体的中上坡，海拔区间为2600—3000 m。大熊猫是两保护区的主要保护对象，该区域是大熊猫的栖息地，也是凉山山系大熊猫种群交流、扩散的重要区域，在上世纪大熊猫保护工程中被划为大熊猫走廊带^[19]，对该区域和凉山山系大熊猫的保护具有重要意义。306省道是研究区域最主要的干道，人流、物流频繁，当地群众生产、生活对该道路依存度较高，对大熊猫及栖息地的干扰也较大，导致研究区域大熊猫栖息地的破碎和隔离^[23](图 2)。

图 1 研究区域306省道及椅子垭口位置 Fig. 1 306 provincial road and the position of Yiziyakou in study area

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图 2 研究区域有、无道路干扰下的栖息地对比 Fig. 2 Comparing the habitat condition with or non road disturbance in study area

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孙卫星，胡圣武基于道路工程成本和造价的选线方法是将与道路工程成本相关的因素(地形、地质、水文、拆迁)分级、通过GIS形成各因素的栅格图层，根据等级对栅格赋值、计算各因素的“相对工程成本值”，值越大工程成本和造价越大，最后通过GIS综合各因素得出工程成本最小的路线^{[8, 9, 10]}。道路建设会影响通行区域的生态环境，按工程成本理念，道路建设和建成后会侵占通行区域的植被、改变地形格局和生态过程，并对野生动物栖息地造成不同程度的影响，即道路建设也需要耗费野生动物的“栖息地成本(Habitat Cost)”。基于工程成本选线思路和方法，我们将研究区域大熊猫栖息地按质量分成优质、好、较好和一般分成4个等级，分别赋值为4、3、2、1，并基于线路覆盖区域的栖息地质量构成和赋值计算道路建设的“栖息地成本值”，以此量化道路对穿越该区域大熊猫栖息地造成的损害程度。大熊猫栖息地质量等级划分为栖息地评估结果，基于研究区域植被、地形等数据通过Ron和Jyrki、欧阳志云等所用模型和程序生成栖息地质量等级图层^{[20, 21]}(30×30 m栅格，属性值为栖息地质量等级值)，通过线路覆盖区域的栖息地类型栅格和赋值即得出“栖息地成本值”。由于本研究是探索越椅子垭口并对大熊猫栖息地损害较小的路线，故栖息地成本应基于为无道路干扰的自然状态，进行栖息地评估和确定栖息地质量时也不考虑道路干扰因素。

公路设计是一复杂过程，需要考虑地形、地质、水文、交通量等因素对路线的影响。本研究旨在探索基于环境保护的道路选线方法，研究团队也不具备从工程角度进行道路选线的能力，考虑到研究区域地质条件稳定、相对海拔小(400 m)的实际，结合王冲、丁沃沃把地形作为道路设计重要因素的经验，本研究也以地形因素代表工程成本开展研究^[8]。为充分体现地形成本的特点，基于1 ∶ 50 000 DEM生成研究区域地形图层，将坡度均分成20个等级、并赋值1—20作为工程成本值和图层(30×30 m栅格，属性值为坡度值)，坡度越大工程成本越高，并通过线路覆盖区域的地形栅格和赋值得出线路的“工程成本值”。

在工程成本图层和栖息地成本图层基础上，根据王冲、丁沃沃对路线计算的方法将栖息地成本图层和工程成本图层按照不同的权重生成道路选线的综合成本及图层(不同权重分别代表环境因素在道路选线考虑中的重要性)，然后通过Arcgis的Distance模块计算从太阳坪穿越椅子垭口至打补觉综合成本最小(最短)的路径^{[8, 9, 10]}。一种权重比例得出一条路线，通过每条路径覆盖的栖息地成本值、工程成本值和路径长度就可比出选栖息地损失最小、工程可行的线路。

栖息地成本计算所用的植被数据来自黑竹沟保护区和大风顶保护区新近完成的科学考察报告成果；坡度、海拔等图层基于研究区域1 ∶ 50 000等高线的DEM生成；大熊猫对植被、海拔的选择数据来自该区域全国第三次大熊猫调查的大熊猫痕迹点与相关图层叠加、统计的结果^[22](表 1)；道路干扰数据基于国家林业局SD0624项目成果，研究区域道路影响分为：0—400，400—800,800—1300,1300—四个等级。

在假设无道路干扰的自然状态下，研究区域大熊猫栖息地分为4个等级、共7938 hm²，其中优质和好的栖息地为2139 hm²，占研究区域面积的27%，并且大熊猫栖息地在椅子垭口处实现了自然连接。但实际上，现306省道对研究区域大熊猫栖息地造成了严重干扰、影响较大(表 2)，在椅子垭口附近已经没有优质和好的栖息地分布，沿306道路形成了一长9 km、宽1.5 km的隔离带，造成了该区域栖息地的隔离和破碎，并导致邻近区域栖息地质量下降 (图 2)。基于两种栖息地评估结果，无道路干扰下的栖息地格局可以作为道路干扰去除或减小后当前栖息地演替或恢复的预测结果。

为充分了解大熊猫栖息地保护对道路工程建设和自然保护的影响，基于Arcgis的Distance模块，分别在道路选线中以只考虑道路工程成本、工程成本和栖息地成本以2 ∶ 8、3 ∶ 7、4 ∶ 6、5 ∶ 5、6 ∶ 4、7 ∶ 3、8 ∶ 2权重形成的综合成本、只考虑栖息地成本9种情况下计算出研究区域的最小成本路径共9条，加上现在的306省道共得出10条线路(图 3)。经对这10条道路的长度、工程成本值、栖息地成本值进行比较(表 3)，发现线路7、8(工程成本和栖息地成本权重7 ∶ 3、8 ∶ 2)的栖息地成本与其它线路相差不大、工程成本相对较低，并且线路长度(7976、7919 km)适中，可以考虑为工程可行、对大熊猫栖息地影响较小的线路方案；线路4、5、6对大熊猫栖息地的影响小于线路7、8，但线路长度和工程成本都明显高，其工程造价应高于线路7、8；线路1、2、3为明显的环境友好导向的线路方案，但工程成本和线路长度都显著高于其他线路，特别是只考虑栖息地成本方案、线路1的工程成本几乎为线路7、8的2.5倍；线路9的工程成本最低，为以经济成本、合理降造为导向的线路方案；现有306省道线路10通行区域为优质栖息地较集中的区域、对大熊猫影响较大、为栖息地成本最高的线路，同时工程成本也较高，确有优化的必要；以上路径为大熊猫栖息地保护在选线方案中占不同比重的结果，分别代表以环境保护为导向和以经济成本为导向的选线理念，供道路建设实际选线参考。

图 3 基于工程成本和栖息地成本不同权重的路线分布图 Fig. 3 The routes based on different cost ratio of construction to habitat 线路4、5、6工程成本值和栖息地成本值非常相近，走向接近、部分路段重合

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实验性不强是本研究面临的最大困难，不可能在修一条道路的基础上去评估其工程指标和环境效益，只能增强研究的理论性、方法的科学性和数据的可靠性来保证结果的准确性。本研究没有方法创新，“栖息地成本”概念和计算来自道路工程成本的研究思路和方法，从研究结果中路线9(仅基于工程成本)走向与现306省道(基于传统选线方法)几乎一致，充分说明了本研究所采用思路、方法和指标具有较大的科学性和合理性；“栖息地成本”中的栖息地质量等级基于保护生物学领域内成熟的栖息地评估理论与方法，研究中所用数据均来自研究区域已有调查和研究成果，本研究 “栖息地成本” 的计算应具有较大的准确性。

道路选线研究涉及保护生物学、道路工程学等多门学科，需考虑的成本因素也较多。本研究以地形代表工程成本开展研究，实际工作中还需要分析地质、水文、社会等因素才能得出正确的工程成本和造价；栖息地成本也因保护对象不同，栖息地评估参数和模型相差较大、计算方法也有所变化；本研究仅基于栖息地思考道路选线，虽然一定程度上能反映该区域环境保护的需求，但栖息地仅为环境因素之一，若能基于环境影响评价结果研究选线无疑得出的方案将更为理想。

线路1只考了虑栖息地因素，通行区域是所有选线中唯一没有覆盖优质栖息地的线路(图 3)，仅占用了约150 m²的好栖息地，最大程度避免了对栖息地的影响。但也由于刻意回避高质量的栖息地，导致线路过长(10103 km)、线路通行区域面积自然过大，尽管只覆盖了质量较低的栖息地(一般和较好)，其栖息地成本值仍然较高(684)。本研究分别列出了以环境保护为导向和以工程造价为导向的选线结果供参考，在建设中仍需工程设计人员根据实际情况、综合多种因素进行最终的选线决策。

线路3和线路7、8分别代表以环境保护为导向和工程造价为导向的选线结果，线路3对栖息地的影响只比线路7和8略小，但工程成本却是线路7和8的2倍，由于长度相近，因此线路3的可行性应小于线路7和线路8。研究还发现除仅考虑栖息地成本的选线外(线路1)，其他线路都需要跨越太阳坪东南的山体，但该山体是研究区域大熊猫优质栖息地最大、最完整的分布区，若以地面方式通过，将会对景观和栖息地造成永久性伤害，所以建议在该位置以隧道形式穿越山体，以保持该区域大熊猫栖息地的完整性(图 3)。若仅基于现306道路的优化，有必要在椅子垭口设置隧道；但从保护考虑在太阳坪设置隧道的优先性和必要性程度应远高于椅子垭口。

根据十二五规划，今后一段时间内我国都将处于道路建设的高峰期，现已破碎的栖息地也将再次面临被路网重度侵害的威胁，道路已成为野生动物保护最现实和紧迫的问题。保护栖息地是保护动物最有效的方式，本研究根据工程成本选线思路首次提出了基于野生动物栖息地保护的道路选线方法，为从环境保护设计道路路线提供了示范，并确保了道路建设的环境保护需求在选线阶段就得到充分的考虑，对提高我国道路选线水平、道路建设和野生动物保护成效具有现实意义。

本研究将保护生物学栖息地评估的研究成果与传统道路选线方法有机结合，使道路基于野生动物栖息地的选线有了方法支持和理论依据，体现了科技进步对学科融合与交叉研究的推动作用，也使基于该研究的工程实践更为可行和可操作。本研究的思路和方法还可以用于湿地、重要生态功能区或保护地内的道路选线，以及道路外建设项目的环境影响评价。