山區國道公路與環境生態融合之設計理念、原則與指導架構

國道公路工程是國家的基礎建設，對全國交通運輸、國民生活水準、天然資源開發、都市與地區經濟發展等、民生社會具關鍵性的影響。道路難以有效率的抵達，運輸交通不方便，幾乎是該地區發展瓶頸的同義詞。因此，在國家發展的規劃，土地的使用與評估，自然環境與有效資源的管理等重大議題上，國道公路的建造、管理與維護，一直是不可忽視的一環，是攸關全民的公共建設。

國道公路移往山區的緣由
國道公路通過地區，對原有區域地形、地貌、坡度、水文、水質等，所產生負面的影響是無可避免的。因此，早期國道公路的建造，都選在人口稀少的地區，期待對周遭人為活動與土地狀況有最低干擾。近代，人口的增加，已減低了國道公路可以使用的面積，而人口稀少的地方，常是生態環境良好的所在，注重生態更擠壓了國道公路建造的空間。這與城鎮的興起，對國道公路建造更大的需求，這是近代普世性公共工程建設的弔詭與矛盾，促使在1970年代，國道公路的建造逐漸移往山區。
山區的人口固然稀少，大部分土地屬於政府所有，山區國道公路的建造能夠，促進山區自然資源的使用與景觀資源的開發，雖然建造技術較平地建造困難，工程的風險性增加，卻是不得以的選擇。

山區國道公路遭受誤解的原因
一條山區國道公路的建造，可以取代許多的地方公路，與更多的產業道路。山區地方公路與產業道路，是低科技的建造，經常滿足單一標地的需求，多於對山區自然環境的瞭解，以致道路建造，經常導致山地集水區的水源枯竭，高山溪流水質的混濁，路邊邊坡土地的滑動，暴雨時裸露土地的沖刷，容易產生土石流等。
這些考慮未周建造的道路，經常被媒體登載，成為社會群眾對於道路的主觀，很容易成為將來規劃山區國道公路的絆腳石，導致劣化山區的公路仍存，高科技與質優的國道公路卻無法建造。這些誤解的包袱，優點是「什麼是進入山區的優良道路？」給科學與工程界有不斷的反省，期待能整合出對山區生態環境最低干擾的國道公路建造。外界不斷的質疑與客觀的挑戰，可能是讓國道公路能橫越山區，最穩定「基樁」的產生。

山區國道公路與生態系統結合
國道公路要能對山區的自然生態有最低的干擾，是普世性道路工程發展的重點，例如美國運輸部（U.S. Department of Transportation）的聯邦公路管理局（Federal Highway Administration），在2006年提出讓：「生態系統（ecosystem）為國道公路建造考慮的優先」。這個建議是基於直屬白宮的環境品質委員會（Council on Environmental Quality）在1995年所簽署的「合作備忘錄（Interagency Memorandum of Understanding）」：「Federal Government should provide leadership in and cooperate with activities that foster the ecosystem approach to natural resource management, protection, and assistance. Federal agencies should ensure that they utilize their authorities in a way that facilitates, and does not pose barrier to the ecosystem approach.」
這包括五個原則：
1、安全、妥善的道路工程，必須融入瞭解生態系統的知識。
2、山區道路能夠保障生態系統的正常功能，是保護集水區的經營之道。
3、道路以生態系統的觀點增加地域上的聯結，減少地景破碎化，以達生物保育的功效。
4、在規劃與設計時，需編列預算提供生態系統功能的調查，在有限時間內評估維護生態系統功能的成本分析。
5、提供公眾意見的參與平台，以整合知識，來維護生態系統功能的架構。

生態系統的意義
「生態系統」是英國劍橋大學植物學教授田斯利（A. G. Tansley, 1871-1955）在1935年提出來的概念，自然界存在某種地理的尺度，經由生態環境的影響與人為的參與，使進入該尺度的化學營養份與能量，在系統內有最大的使用效率，而有輸出最小量。
生態系統與傳統的生態概念略有不同。生態是生物與周遭環境的關係，偏重自然、沒有人為參與的環境，而且缺乏特定的地理空間，生態系統卻有特定的地理範圍，而且有著人為參與。生態以生物學為主體，生態系統卻結合生物、物理與化學，是整合性的探討。

工程與生態系統的關係
田斯利發表生態系統的概念之後，「食物鏈」、「生態演替」、「地景生態」、「島嶼生物地理理論」、「生態穩定」、「中間擾動理論」、「生態廊道」等，使生態系統的理論變健全，並且與工程建造有交接的界面。生態系統結合工程，在1970年代開始稱為「生態工程」。在1980年代，生態系統成為生態永續的基本單位，生態要永續的前提，是生態系統的功能必須正常。
生態系統的物理、化學、生物條件，可以結合工程評估可行性、規劃、設計，國道公設計的因子。

山區國道公路建造與生態系統
並不是有了生態系統的概念，山區國道公路的建造才轉而注意生態環境。自1910年以來，通過集水區山區國道公路的建造，一直考慮山區特殊的環境因子，與人為活動的影響，這包括：
1. 水文狀況：山區溪流與地下水流的流量與水質（特別是懸浮性顆粒、氮、磷濃度），降雨量等。
2. 地質狀況：山區地質特性、分佈、風向、風化程度與土地坡度等。
3. 土壤狀況：山區土壤種類、分佈、厚度、入滲、沖蝕等。
4. 土地使用狀況：山區部落、社區、森林、伐木、保育區、國家公園等。
5. 山區水資源保護：山區湖泊、水庫等高經濟自然資源長期營運與維護。
6. 山區生物狀況：指標性物種、保育性物種，或稀有物種的棲地、遷移，與區域生物物種的多樣性。
這六項因子是相互影響，並不互相獨立。山區國道公路的建造，以生態系統來總括這六項是合理的。
在實際執行上，生態系統的三個不同層次，成為山區國道公路融入生態系統，「整合性規劃（integral planning）」的三個層級，這分別是：

ㄧ、生態系統層級
生態系統是環境永續的基本單位，生態系統功能正常，是環境永續的基礎。生態系統功能是否正常的判斷準則：經過生態系統能量有最小的輸出，化學物質有最多的滯留，與生物多樣性。國道進入山區，對山區生態系統必然有影響，有些影響是山區生態系統能夠承受的，這稱生態系統的抗阻性（resistance）。有些影響是超過生態系統的抗阻性，但是一段期間後，能夠恢復原先功能，彷彿山區生態系統俱有彈性，這稱為生態系統的復原性（resilience）。
生態系統是一直處於自然界的開放系統（open system），有颱風、土石滑動、火災、雷擊、植病、原住民活動的影響。山區生態系統的穩定（ecosystem stability）是這些影響沒有超過生態系統的抗阻性與復原性的承載能力（carrying capacity），承載能力是對變動因子的內外最大負荷。如果超過，山區生態的系統的功能也將劣化。山區生態系統是否能夠承受國道公路的影響，在規劃初期要知道山區生態系統的承載能力，這是規劃上的優先。

生態系統的承載能力評估，有物理性的能量評估，化學性的物質評估，與生物性的生物多樣性評估。在物理與化學的部份，早先是山區國道經常要面對的，國道建造對山區水資源與水質的影響。生物的部份，則是近代山區國道建造的新挑戰，這挑戰是普世性山區國道建造的發展。

生物多樣性是生態系統內的能量與化學營養份多層使用，最低輸出的原因。吊詭的是，無論用多少的時間調查，沒有科學家能夠知道，山上任何一個地區的「所有」生物物種，嚴謹而言，任何人都無法知道生物多樣性，這是關鍵的所在。山區國道規劃之時，必須有一個委員會，決定代表生物多樣性，是要採用對環境變動敏感的「指標物種（indicated species）」，或影響生態系統其他物種的「關鍵物種（keystone species）」，或該區域的「保育物種（conservation species）」，或數目稀少瀕臨絕種的「 稀有物種（rare species）」。這些物種，包括動物與植物。
決定生物的指標，再去決定其棲地（habitat）特徵與空間分布。山區國道建造這些棲地的資料，採取以下的優先順序：
1. 避開（avoid）原則：不要讓公路的建造經過這些棲地。
2. 減輕（minimize）原則：對棲地周邊緩衝區，如山上溼地、河流等，減輕影響，縮小施工範圍，不能夠超過承載力。
3. 補償（compensatory）原則：對無可避免，或是超過承載力的地方，應該找出其他地方補償。

二、地景（landscape）層級
地景是幾個生態系統在空間上的組成，比生態系統的更大的空間尺寸，其基本單位稱為「區塊（patch）」，區塊包括一個以上具有相似特性生態系統的組成，區塊與區塊之間稱為「地景廊道（landscape corridors）」。廊道常是動物遷移，由一個區塊移動到另一個區塊的管道，當道路路面與地景廊道相交，遷移的動物就容易被車撞上，這稱為「路擊生物（road kills）」。不只是野生動物的死亡，對於駕駛者也有安全的顧慮。在道路與地景廊道之間建造讓野生動物安全通過的涵洞（underpass）或天橋（overpass），是近代動物生態道路最常見的建造，這稱為增加地景「連結（connective）」原則，若缺乏地景上的連結，稱為地景「破碎化（fragmentation）」。
動物廊道的所在，是需要對山區指標行的動物遷移（尤其是哺乳類動物）有充分的調查，提供委員會判斷。動物廊道的建造，主要在模仿動物遷移的路徑特性—坡度、地表粗糙度、植生覆蓋度、土壤質地等；並要通風、排水良好，以免劣化其路徑；而且建造的動物廊道經常多處，以免單處成為天敵攝食的捷徑。

三、區域（regional）層級
區域生態是包括數個地景的組合，其組合具有垂直空間的差異，包括不同海拔高度、森林植生、溫度等特性，這是山區國道融入生態環境最大的空間尺度。區域生態的考慮，不是為了工程建造，而是會了「保育（conservation） 」，保留足夠的面積，以供生物使用。

保育不是放任不管，而是仍有人類智慧的介入，使保育的地區能供多種生物使用，如移除外來優勢種；減低天然過大逆境的衝擊，如條狀伐木；減少火災、枯木現地粉碎等。
促進營養循環，定期封閉某些地區作為「生態復原區（rest area）」，以保持保育區的生態與景觀之美，且與山地保育區居民有良好互動，包括廢物水的現地處理，促進生物多樣性的打獵等。
山區國道建造水土的變動在初期是顯著的，但是隨著時間，其復原性較高，一般生物對棲地的改變，初期較俱忍受性，隱藏在棲地裡，而後才在遷移，或覓食過程受到危害，所以生物性的損失，復原性低，某些敏感性的物種，甚至是不可逆的。因此，無論任何層級的考慮，在可行性評估、規劃、設計、施工，維護等階段，有一項是永遠不可缺的，就是持續進行生物的調查。

結論與建議
1、 將維持山區生態系統功能正常列入山區國道工程規劃的優先。
2、 成立國道公路生態指導委員會，並提出生態系統或野生動植物維護行動計劃（wildlife action plane），參與國道規劃、設計、施工與維護。
3、 規劃初期編列預算進行生態調查。
4、 以避開、減輕（或縮小）、補償、連結作為山區國道融入生態系統的原則。

 

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