Глобальная стратегия дорожного строительства

Вильям Ф. Лоренс, Гопасальми Рюбен Клементс, Шон Слоан, Кристина С. О’Коннел, Нэйтан Д. Мюллер, Мириам Гусем, Оскар Вентер, Дэвид П. Эдвардс, Бен Фалан, Эндрю Бальмфорд, Родни ван дер Рее, Ирен Бурхес Арреа

 

Глобальная стратегия дорожного строительства

В текущем столетии количество и протяженность дорог сильно увеличится [1]. Ожидается, что к 2050 году будет построено по меньшей мере 25 миллионов километров новых дорог по всему миру, что на 60% превосходит общую длину всех дорог в 2010 году. Девять десятых всего дорожного строительства будет вестись в развивающихся странах [1], в том числе во многих регионах, поддерживающих исключительное биоразнообразие и предоставляющих жизненно важные экосистемные услуги. Проникновение дорог в девственные или пограничные области является крупным непосредственным стимулом потери и распада среды обитания, учащения лесных пожаров, перепромысла дичи и прочих видов деградации окружающей среды, которые зачастую влекут за собой необратимые последствия для экосистем [2-5]. К сожалению, расширение дорожной сети происходит по большей части хаотично, или плохо спланировано [3,4,6], а темпы роста настолько велики, что часто превосходят возможности специалистов по экологическому планированию и управленцев [2-7].

В данной работе мы представляем глобальную схему расстановки приоритетов в дорожном строительстве. Этот крупномасштабный план районирования направлен на то, чтобы ограничить экологическую цену расширения дорожной сети, в то же время максимизируя его пользу для человеческого развития, помогая увеличить производительность сельского хозяйства, каковое является срочным приоритетом в силу того, что мировое потребление продовольствия может удвоиться уже к середине XXI столетия [8,9]. Наш анализ выявляет районы с большой экологической ценностью, строительства дорог в которых необходимо по возможности избегать, районы, где стратегическое улучшение дорог может помочь развитию сельского хозяйства с относительно скромными потерями для окружающей среды, и “конфликтные районы”, где строительство дорог может быть весьма полезно для сельского хозяйства, но нанесет серьезный ущерб экологии.

Наш план содержит шаблонную схему для превентивного районирования и расстановки приоритетов дорожного строительства в период самого взрывного роста дорожной сети за всю историю человечества. Быстрое увеличение дорог по всему миру стимулируется множеством факторов: поиском ценных ресурсов, наподобие древесины, минерального сырья, нефти и плодородной земли, и инициативами по увеличению региональной торговли, транспорта и энергетической инфраструктуры [4,7]. Тем не менее, хотя новые дороги и стимулируют социальное и экономическое развитие [10,11], они также открывают целый ящик Пандоры по части экологических проблем [2-7]. Это особенно верно в случае девственных или пограничных регионов, где новые дороги часто резко увеличивают темпы освоения земель, разрушения среды обитания и перепромысла живности и природных ресурсов [2-6].

Принято считать, что лучшей стратегией по сохранению целостности девственных областей дикой природы является “избежание первого пореза” — оставление их свободными от дорог вообще [4], — потому что вырубка леса быстро распространяется в пространстве [12], а новые дороги склонны порождать сети вторичных и третичных дорог, которые сильно увеличивают масштаб урона окружающей среде [4]. К сожалению, новые дороги в наше время активно проникают во многие из последних сохранившихся в мире участков дикой природы, включая бассейн Амазонки [2,5,6,10], Новую Гвинею [13], Сибирь [14], и бассейн реки Конго [3, 11,15].

Однако, некоторые дороги приносят существенную социальную и экономическую выгоду при довольно скромном ущербе для окружающей среды. Из-за недостаточного доступа к удобрениям и современным технологиям, сельское хозяйство на больших участках заселенной территории, особенно в развивающихся странах, отличается низкой производительностью [11,16]. С этой точки зрения, новые дороги, — или улучшение существующих, например, новым покрытием, — могут улучшить доступ к сельскохозяйственным инструментам и рынкам сбыта, стимулируя увеличение производительности и уменьшая потери урожая после сбора [13,17]. Поскольку такие доступные участки обычно поддерживают более высокий уровень жизни на селе, они также могут играть роль “магнитов”, уводящих поселенцев от пограничных областей с легко уязвимой окружающей средой: таких, как границы лесов [17,18]. Таким образом, улучшение транспортной сети в подходящих областях может помочь сконцентрировать и улучшить производительность сельского хозяйства, подняв урожайность [11,13], в то же время потенциально поощряя сбережение земель для природоохранной деятельности [19].

Несмотря на ключевую роль, которую дороги играют в землепользовании, усилия по планированию и зонированию дорог остаются крайне недостаточными.

Во-первых, несмотря на то, что дороги чем дальше, тем больше преобладают на поверхности суши (рис. 1), многие из них не нанесены на карты, особенно в развивающихся странах. Например, в бассейне Амазонки в Бразилии общая длина неофициальных или нелегальных дорог почти в три раза превосходит длину официальных[20].

Во-вторых, мероприятия по оценке ущерба окружающей среде обычно возлагают бремя доказательства на противников строительства дорог [21,22], которые редко располагают всей полнотой информации о редких видах, биологических ресурсах и экосистемных услугах, необходимой для установления истинной экологической цены дорожного строительства [23].

В-третьих, многие подобные экспертизы имеют ограниченную сферу применения и сосредотачиваются исключительно на непосредственных эффектах дорожного строительства, при этом игнорируя критически важные опосредованные эффекты: стимулирование вырубки лесов, лесные пожары, браконьерство и спекуляцию земельными участками.

В-последних, поскольку не существует никакой глобальной системы по стратегическому превентивному районированию дорог, экспертизу по дорожным проектам приходится проводить в условиях недостаточности данных о их более широком контексте (см. доклад Фонда природоохранной стратегии о высокорисковом строительстве дорог http://conservation-strategy.org/sites/default/files/field-file/CSFPolicyBrief_14_english_1.pdf ).

Это увеличивает нагрузку на планировщиков и экспертов по дорожному строительству, которые в наше время и так не поспевают за беспрецедентными темпами расширения дорожной сети [2-7, 11, 15, 20]. По этим причинам мы и создали “глобальную дорожную карту”, чтобы выявить регионы, в которых строительство или улучшение дорог может принести существенную пользу или ущерб.

 

 

Карта состоит из двух компонентов: слоя экологической ценности, который отражает важность экосистем для дикой природы, и слоя выгоды от дорог, который отражает потенциальное увеличение производительности сельского хозяйства путем строительства новых или улучшения имеющихся дорог. Совмещение этих двух слоев позволяет нам определить районы, где строительство или улучшение дорог может принести наибольшую потенциальную выгоду, а также районы, строительства дорог в которых следует по возможности избегать, и конфликтные зоны, где потенциальная выгода и потенциальный ущерб примерно соответствуют друг другу.

 

 

Слой экологической ценности (рис. 2а) был создан нами путем интеграции глобальных массивов данных по трем классам параметров: биоразнообразия (кол-ва находящихся под угрозой видов наземных позвоночных, оценочное кол-во видов растений на экорегион), ключевых диких сред обитания (наземные экорегионы G200, важные и эндемичные ареалы обитания птиц, “горячие точки” биоразнообразия, пограничные леса, районы дикой природы с высоким биоразнообразием), и услуг местных экосистем по запасанию углерода и регулированию климата (см. разделы Методы и Дополнительные материалы, рис. 1-11). Значения для каждого из классов были взвешены одинаково, перемасштабированы по шкале от 0 до1, и затем, чтобы получить слой экологической ценности, из них было выведено среднее значение. Регионы, которым в этом слое было присвоено высокое значение, включают, помимо всего прочего, влажные и дождевые тропические и субтропические леса, средиземноморские экосистемы, богатое дикой флорой и фауной саванное редколесье в Южной Америке и Африке, многие острова, некоторые горные массивы, а также некоторые высокоширотные леса.

Слой выгоды от дорог (рис. 2б) выявляет регионы, где строительство новых дорог или улучшение старых может потенциально улучшить производительность сельского хозяйства. Как и слой экологической ценности, он представляет собой относительный индекс на шкале от 0 до 1. В общих словах, области, получившие высокое значение в этом слое, по большей части уже освоены сельским хозяйством (и, таким образом, содержат мало автохтонной флоры), но при этом отличаются относительно низкой производительностью, несмотря на наличие почвы и климата, подходящих для земледелия, а также не настолько удалены от городских рынков, чтобы расходы на транспортировку урожая были запретительно высоки даже при условии наличия новых или улучшенных дорог. Также от этих областей в будущем ожидается увеличение производства продовольствия для того, чтобы покрыть растущий спрос местного потребления или экспорта (подробности об интеграции этих массивов данных см. в разделах Методы и Дополнительные материалы, рис. 12-16). Регионы с высоким индексом можно найти на всех континентах, включая части Южной Азии, Восточной и Юго-Восточной Азии, Западной и Восточной Африки, центральной Евразии, западной и центральной части Северной Америки, Центральной Америки и Мексики, а также Атлантический регион Южной Америки.

Мы разделили каждое из значений экологической ценности (рис. 2а) и выгоды от дорог (рис. 2б) на децили и затем составили многокоординатную таблицу, получив 100 уникальных цветовых комбинаций (подробности см. в Дополнительных материалах). На этой схеме зеленым цветом обозначены районы, в которых экологический ущерб от дорожного строительства высок, а потенциальная выгода для сельского хозяйства весьма скромна. Красным цветом обозначены районы, где наблюдается противоположная ситуация: высокая потенциальная выгода и меньшие значения по оси экологической ценности. Черным и прочими темными оттенками окрашены “конфликтные зоны” с большими значениями по обеим осям координат, в то время как белым и светлыми тонами — регионы, наименее приоритетные как для природоохраны, так и для сельского хозяйства.

Поверх этой схемы мы наложили полигональные изображения 177857 охраняемых районов (Дополнительные материалы, рис. 17), используя доступные данные из Всемирной базы данных по охраняемым районам (http://www.wdpa.org). Охраняемые районы целиком закрашивались зеленым, поскольку мы посчитали, что они должны быть по возможности избавлены от новых дорог, поскольку дороги помогают нелегальной деятельности типа браконьерства и самозахвата земли, а также приводят к гибели диких животных в результате столкновения с машинами [2-4], что противоположно самому смыслу существования охраняемых районов [24,25].

 

Получившаяся глобальная дорожная карта (рис. 3) является попыткой отобразить относительные риски и выигрыш от дорожного строительства для каждого квадратного километра земной поверхности, представленного одним пикселем. В целом, наша карта иллюстрирует возможность огромного ущерба и деградации окружающей среды в результате текущего расширения дорожной сети (таблица 1 и дополнительные материалы, рис. 18). В настоящее время дороги планируются или строятся во многих из тех регионов, которые мы отнесли к имеющим высокую экологическую ценность, но скромный сельскохозяйственный потенциал: таких, как бассейн Амазонки, части Азиатско-Тихоокеанского региона, и высокоширотные леса в северном полушарии.

Данная дорожная карта также выявила обширные конфликтные зоны (рис. 3) где как экологическая, так и сельскохозяйственная ценность местности достаточно велики, особенно в Африке южнее Сахары, на Мадагаскаре, в Центральной Америке, Средиземноморье, Юго-восточной и центральной Азии, в Андах и Антлантическом регионе Южной Америки. Конфликтные зоны часто появляются в регионах, отличающихся быстро растущим населением, большим количеством эндемичных видов, или и тем и другим. Итого на конфликтные зоны приходится 1,97 миллиардов гектаров земли — 15,3% всей площади суши в мире (таблица 1). Запрос на землепользование в этих регионах растет очень быстро: по некоторым оценкам, если текущая урожайность не будет значительно увеличена, к 2050 году понадобится освоить около 1 миллиарда гектаров пашни и пастбищ, чтобы удовлетворить расчетные потребности в продовольствии [9], в то время, как значительные участки пригодной для возделывания земли будут переориентированы на производство биотоплива [26].

Однако, наша схема дорожного планирования также показыает, что во многих районах производительность сельского хозяйства может быть увеличена ценой относительно небольших потерь для окружающей среды. Такие области включают, помимо всего прочего, части Индийского субконтинента, центральную Евразию, Ирано-анатолийский регион, и Сахель в Африке (рис. 3). Итого 1,46 миллиарда гектаров земли (11,4% всей площади суши в мире) оказываются в красной зоне (таблица 1), что говорит нам о наличии на каждом континенте существенного потенциала для увеличения производительности сельского хозяйства путем подъема производительности уже существующей пашни и пастбищ.

Таблица 1. Процентная доля семи географических регионов, попадающих в четыре общие категории глобальной дорожной карты.

Зона	Африка	Азия	Австралия	Европа	Северная и Центральная Америка	Южная Америка	Океания	Весь мир
Консервация	29.03	45.69	34.21	26.44	47.39	66.28	95.29	42.96
Сельское хозяйство	7.93	12.44	3.63	32.92	11.35	6.83	0.23	11.40
Конфликт	24.75	14.87	7.01	9.10	8.70	15.74	0.58	15.34
Низкий приоритет	38.30	27.00	55.15	31.54	32.55	11.14	3.89	30.30
Общая площадь	29,805	44,174	7,693	9,670	23,395	17,662	412	132,811

Данные по общей площади каждого из регионов даны в тысячах квадратных километров. Зона “консервации” обозначает области, где строительство дорог будет иметь относительно высокую экологическую цену (экологическая ценность выше средней, рис. 2а) и скромную потенциальную выгоду для сельского хозяйства (выгода от дорог ниже средней, рис. 2б). “Сельскохозяйственная” зона имеет противоположные свойства (выгода от дорог выше среднего, экологическая ценность ниже среднего). “Конфликтные” зоны имеют значения выше среднего как по экологической ценности, так и по потенциальной выгоде от дорог, а зоны с “низким приоритетом” имеют оба параметра ниже среднего. Карту всех этих зон см. Дополнительный рисунок 18.

Хотя улучшение дорог или других транспортных сетей и может помочь увеличить производительность сельского хозяйства [11,13,17,18], необходимо будет уделять внимание дополнительным мерам: инвестициям в улучшение методов земледелия, удобрения и ирригацию. Особено сложно будет составить стратегии, которые должны помочь развивающимся странам, имеющим исключительную экологическую ценность, — например, Мадагаскару и Индонезии (рис. 2а), — удовлетворить растущие экономические и продовольственные потребности, в то же время ограничивая экологический ущерб от дорожного строительства. Международные платежи за экосистемные услуги, экотуризм и устойчивая эксплуатация естественной производительности лесов в перспективе могут помочь сбалансировать экономические и экологические приоритеты [27].

Следующим приоритетом в планировании дорожного строительства и инвестиций в сельское хозяйство является учет факторов, которые могут повлиять на урожайность: таких, как межгодовые колебания погоды и прогнозируемое изменение климата [28]. Созданная нами глобальная дорожная карта подчеркивает потенциальную выгоду и необходимость стратегического дорожного планирования, но в действительности дорожное планирование будет осуществляться в меньших масштабах и на уровне отдельных государств или регионов. С этой целью мы создали более детальные карты, показывающие мелкомасштабные элементы (например, см. раздел Дополнительные данные, рис. 1). Эти карты и их составляющие находятся в свободном доступе по адресу http://global-roadmap.org и их можно использовать для улучшения дорожного планирования вкупе с дополнительной информацией, например, более детальными данными по топографии, почвам, существующей пашне и местной дорожной сети.

 

Использование местных данных особенно важно, поскольку стимулы и экологические эффекты дорожного строительства будут меняться в зависимости от контекста. Например, в пахотопригодных, не охваченных дорогами областях Восточной Африки (рис. 4а) строительство новых дорог, стимулируемое активно растущей добычей полезных ископаемых [11,29], может спровоцировать крупный сдвиг в землепользовании и уничтожение среды обитания. Однако, расширение дорог, построенных для лесной и горнодобывающей промышленности в Сибири (рис. 4б) может также повлечь за собой серьезные последствия, несмотря на ограниченный сельскохозяйственный потенциал региона, путем стимулирования лесных пожаров и вырубки [14]. В целом, мы ожидаем, что ущерб от дорог будет наименьшим в непроизводительных, сухих регионах, средним в богатых углеродом экосистемах наподобие высокоширотных лесов, и наибольшим в экосистемах, богатых как углеродом, так и видовым разнообразием, наподобие тропических лесов, особенно там, где сейчас дорог немного. Мы считаем нашу глобальную схему дорожного планирования рабочей моделью, которую можно уменьшать в масштабе и подгонять под конкретные условия: важным первым шагом к стратегическому дорожному планированию, направленному на уменьшение экологического ущерба.

Мы считаем, что вопрос такого превентивного планирования должен быть в центре любой дискуссии о расширении дорожной сети и связанном с ним районировании землепользования [13,30]. Учитывая, что суммарной длины, которой как ожидается достигнут дороги к середине этого столетия, хватит на то, чтобы опоясать Землю более 600 раз подряд, времени осталось немного.

 

Источники и литература

1. Dulac, J. Global Land Transport Infrastructure Requirements: Estimating Road andRailway Infrastructure Capacity and Costs to 2050 (International Energy Agency, 2013).

2. Laurance, W. F. et al. The future of the Brazilian Amazon. Science 291, 438–439 (2001).

3. Blake, S. et al. Forest elephant crisis in the Congo Basin. PLoS Biol. 5, e111 (2007).
4. Laurance, W. F., Goosem, M.Laurance, S. G. Impacts of roads and linear clearings on tropical forests. Trends Ecol. Evol. 24, 659–669 (2009).

5. Adeney, J. M., Christensen, N. & Pimm, S. L. Reserves protect against deforestation fires in the Amazon. PLoS ONE 4, e5014 (2009).

6. Fearnside, P. M.&Graça, P.BR-319: Brazil’s Manaus-Porto Velho Highway and the potential impact of linking the arc of deforestation to central Amazonia. Environ. Manage. 38, 705–716 (2006).

7. Forman, R. T. T. et al. Road Ecology: Science and Solutions (Island Press, 2003).
8. Tilman, D., Cassman, K. G., Matson, P. A., Naylor, R. & Polasky, S. Agricultural sustainability and intensive production practices. Nature 418, 671–677 (2002).

9. Tilman, D. et al. Forecasting agriculturally driven global environmental change. Science 292, 281–284 (2001).

10. Perz, S. G. et al. Regional integration and local change: road paving, community connectivity and social-ecological resilience in a tri-national frontier, southwestern Amazonia. Reg. Environ. Change 12, 35–53 (2012).

11. Weng, L. et al.Mineral industries, growth corridors and agricultural development in Africa. Glob. Food Security 2, 195–202 (2013).

12. Boakes, E. H., Mace, G. M., McGowan, P. J. K. & Fuller, R. A. Extreme contagion in global habitat clearance. Proc. R. Soc. Lond. B 277, 1081–1085 (2010).

13. Laurance, W. F. & Balmford, A. A global map for road building. Nature 495, 308–309 (2013).

14. Bradshaw, C. J. A., Warkentin, I. G. & Sodhi, N. S. Urgent preservation of boreal carbon stocks and biodiversity. Trends Ecol. Evol. 24, 541–548 (2009).

15. Laporte, N. T., Stabach, J. A., Grosch, R., Lin, T. S. & Goetz, S. J. Expansion of industrial logging in central Africa. Science 316, 1451 (2007).

16. Mueller, N. D. et al. Closing yield gaps through nutrient and water management. Nature 490, 254–257 (2012).

17. Weinhold, D. Reis, E. Transportation costs and the spatial distribution of land use in the Brazilian Amazon. Glob. Environ. Change 18, 54–68 (2008).

18. Rudel, T. K., DeFries, R., Asner, G. P. & Laurance, W. F. Changing drivers of deforestation and new opportunities for conservation. Conserv. Biol. 23, 1396–1405 (2009).

19. Phalan, B., Onial, M., Balmford, A. & Green, R. E. Reconciling food production and biodiversity conservation: Land sharing and land sparing compared. Science 333, 1289–1291 (2011).

20. Barber, C. P., Cochrane, M. A., Souza, C. M. Jr & Laurance, W. F. Roads, deforestation, and the mitigating effect of protected areas in the Amazon. Biol. Conserv. 177, 203–209 (2014).

21. Gullett, W. Environmental impact assessment and the precautionary principle: Legislating caution in environmental protection. Australas. J. Environ. Manage. 5, 146–158 (1998).

22. Laurance, W. F. Forest destruction: the road to ruin. New Sci. 194, 25 (2007) http://www.newscientist.com/article/mg19426075.600-forest-destruction-theroad-to-ruin.html.

23. Lawrence, D. P. Environmental Impact Assessment: Practical Solutions to Recurrent Problems (John Wiley & Sons, 2003).

24. Laurance, W. F. et al. Averting biodiversity collapse in tropical forest protected areas. Nature 489, 290–294 (2012).

25. Caro, T., Dobson, A., Marshall, A. J. & Peres, C. A. Compromise solutions between conservation and road building in the tropics. Curr. Biol. 24, R722–R725 (2014).

26. Warner, E. et al. Modeling biofuel expansion effects on land use change dynamics. Environ. Res. Lett. 8, 015003 (2013).

27. Campbell, W. B. & Lopez Ortız, S. (eds) Integrating Agriculture, Ecotourism, and Conservation: Examples from the Field (Springer, 2011).

28. Challinor, A. J. et al. A meta-analysis of crop yield under climate change and adaptation. Nature Clim. Chang. 4, 287–291 (2014).

29. Edwards, D. P. et al. Mining and the African environment. Conserv. Lett. 7, 302–311 (2014).

30. Balmford, A., Green, R. & Phalan, B. What conservationists need to know about farming. Proc. R. Soc. Lond. B 279, 2714–2724 (2012).

Методы

Для интеграции пространственных данных, нужных для нашей глобальной дорожной карты, мы использовали ArcGIS 10.1 и IDRISI Selva. Анализ производился при помощи равновеликой проекции Гуда с масштабом в 1 кв. км = 1 пиксель, что дало 132,8 миллиона пикселей на всю поверхность земной суши кроме Антарктиды. Крупные пресные водоемы (0,5 кв. км.) были вычтены перед анализом, но участки суши под вечной мерзлотой или льдом не исключались. По небольшой доле (2,21%) всех пикселей данных не было (по большей части в Гренландии), и поэтому они также были исключены из анализа.

Слой экологической ценности (рис. 2а) был создан нами путем интеграции глобальных массивов данных по трем классам параметров: биоразнообразия (кол-ва находящихся под угрозой видов наземных позвоночных, оценочное кол-во видов растений на экорегион), ключевые дикие среды обитания (наземные экорегионы G200, важные и эндемичные ареалы обитания птиц, “горячие точки” биоразнообразия, пограничные леса, районы дикой природы с высоким биоразнообразием), и услуги местных экосистем по запасанию углерода и регулированию климата (дополнительные рисунки 1-11). Зоны, получившие высокую оценку в слое выгоды от дорог (рис. 2б) отличаются: наличием большого процента земли уже использующегося под пашню или пастбища, в целом пригодными для сельского хозяйства климатом и почвами, большой разницей в урожайности, высокими ожидаемыми темпами увеличения производительности сельского хозяйства, и потенциальным доступом к городским рынкам с улучшением транспорта (дополнительные рисунки 12-16). Глобальный массив данных, на котором основаны слои экологической ценности и выгоды от дорог, а также методы, при помощи которых они были интегрированы — см. подробности в разделе Дополнительная информация.

Оригинал статьи (на английском языке)

Дополнительная информация (на английском языке)