張慶費(fèi)　許　源

上海辰山植物園　上?！?01602

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問題討論

城市森林生物多樣性保育途徑探討*

張慶費(fèi)許源

上海辰山植物園上海201602

摘要：生物多樣性是提高城市森林生態(tài)服務(wù)功能的基礎(chǔ)。文章在分析城市森林生物多樣性特征的基礎(chǔ)上，提出城市森林生物多樣性的保育原則，并從城市森林生物多樣性保育研究、城市區(qū)域綠色生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、城市森林的近自然化以及野生動(dòng)物友好的城市森林群落等方面，探討了城市森林生物多樣性保育途徑。關(guān)鍵詞：城市森林，生物多樣性，綠色生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，近自然植被，野生動(dòng)物友好森林群落

城市森林作為城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施，我國從1989年引進(jìn)城市森林的概念到2004年國家林業(yè)局開展城市森林創(chuàng)建活動(dòng)，城市森林從學(xué)術(shù)研究走向發(fā)展實(shí)踐，城市森林建設(shè)已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略，成為未來我國城市生態(tài)建設(shè)的重要方向[1]。隨著城市森林的快速發(fā)展，如何進(jìn)一步提高森林質(zhì)量，更好地發(fā)揮改善城市環(huán)境和營造生態(tài)游憩空間的作用，亟待開展城市森林結(jié)構(gòu)優(yōu)化與功能提升研究與實(shí)踐，生物多樣性作為城市森林的主要結(jié)構(gòu)因子和功能目標(biāo)，更是城市森林生態(tài)服務(wù)功能的基礎(chǔ)，具有保育本地物種、抵御有害生物侵襲、維護(hù)自然生態(tài)、降低環(huán)境污染、豐富城市景觀等功能，對城市人居環(huán)境的改善和城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要的作用和意義。

生物多樣性銳減已經(jīng)成為全球性生態(tài)問題，城市化也是導(dǎo)致生物多樣性喪失與退化的重要因素。因此，城市生物多樣性保育也成為全球性話題，應(yīng)與城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)相結(jié)合[2]。城市森林作為城市最重要的生物多樣性載體，在研究城市化對生物多樣性影響的基礎(chǔ)上，開展城市森林生物多樣性保護(hù)與培育，已經(jīng)得到越來越多的重視[3]。近年來，我國城市森林研究與實(shí)踐主要側(cè)重規(guī)劃設(shè)計(jì)、樹種應(yīng)用、森林群落、凈化大氣、休閑游憩等方面[4]，對城市森林的生物多樣性研究還比較薄弱，在具體實(shí)踐中也不夠重視。因此，將生物多樣性保育作為城市森林建設(shè)與管護(hù)的目標(biāo)和重點(diǎn)，深入開展城市森林生物多樣性保育，提高城市森林生物多樣性水平，將是不斷完善與提高城市森林結(jié)構(gòu)及提升森林功能、促進(jìn)城市森林健康和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1 城市森林生物多樣性的特點(diǎn)

生物多樣性是指各種各樣的生物及其與環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體總和，以及它們的各種生態(tài)過程。由于城市原生生境的消失和碎片化，原生森林植被消失殆盡，環(huán)境污染脅迫嚴(yán)重，加上外來物種的大量引進(jìn)，城市森林生物多樣性具有自然生態(tài)系統(tǒng)迥異的特征和格局。

首先，鄉(xiāng)土物種減少，外來物種增加。隨著城市化的發(fā)展，建筑構(gòu)筑物大量取代了自然生境，原生植被和本土物種失去生存空間；而人工營造的綠地和林地，幾乎都采用人為選擇的物種，人們有意或無意地引入外來物種, 尤其是綠化植物和經(jīng)濟(jì)植物；同時(shí)，城市人工林生境(如生境破碎化、土壤貧瘠、熱島效應(yīng)、食物資源及天敵改變等)也多有利于外來物種生存和繁殖，植物的棲息地功能及動(dòng)物傳粉功能也發(fā)生相應(yīng)改變；而且，城市森林的養(yǎng)護(hù)措施(如松土、除草、施肥、有害生物防治等)干擾了自然生境的物種競爭和生物演替過程，往往有利于外來物種的繁衍，不利于本土物種。因此，城市常被認(rèn)為是非鄉(xiāng)土植物主導(dǎo)的生物多樣性貧乏區(qū)域[5]。

如DeCandido等的研究表明, 紐約城(New York City)在100年間喪失了578個(gè)本土物種(占總數(shù)的43%), 增加了411個(gè)外來物種[6]。筆者的初步調(diào)查也表明，如以上海地域內(nèi)的自然植物區(qū)系分布界定，上海的鄉(xiāng)土木本植物約48科106屬156種12變種1變型5亞種，而外來木本植物達(dá)81科252屬470種1亞種58變種18變型[7]?？梢姡鞘袇^(qū)域的植物物種多樣性較高，但外來種比例偏高，尤其在諸如上海等自然植物資源貧乏的大都市。

第二，生物類群同質(zhì)化(biotic homogenization)明顯。城市生物多樣性分布格局由自然生態(tài)環(huán)境和城市化過程所決定，其動(dòng)態(tài)和機(jī)理與自然生態(tài)系統(tǒng)不同，導(dǎo)致了城市生物在類群、生活型以及基因型的相似性特征。如城市物種多樣性的增加并不一定導(dǎo)致植物類群多樣性的增加，城市出現(xiàn)的大多是類似的植物群落，具有相似的系統(tǒng)分類，類似的生活型以及生存策略，城區(qū)植物群落組成的同質(zhì)性特征還遠(yuǎn)比郊區(qū)高[8]。

可見，物種同質(zhì)化或許是城市生物多樣性保育面臨的主要問題，鄉(xiāng)土物種被廣布的非鄉(xiāng)土種取代，動(dòng)物多樣性同樣如此。在樹木營造巢穴的鳥類更容易在城市生存和繁殖，伴人種明顯增加，如鴿子、家鼠、家貓等適應(yīng)并選擇人工喂食的物種泛濫，而由于缺乏天敵，外來種對資源的競爭力強(qiáng)于鄉(xiāng)土種，導(dǎo)致鄉(xiāng)土動(dòng)物的減少甚至瀕危滅絕。

總之，城市化導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)的簡單化和物種多樣性的喪失，尤其是僅出現(xiàn)于少數(shù)自然群落中的種類越來越少，特別是K對策種，而廣布的r對策種卻可能相對增多。

2 城市森林生物多樣性保育原則

在城市森林培育過程中，長期存在生物多樣性不重要以及城市難以構(gòu)建高生物多樣性的觀念和誤區(qū)。因此，深刻認(rèn)識(shí)生物多樣性在維護(hù)城市生態(tài)過程和改善人居環(huán)境的不可替代性，從物種的保存、進(jìn)化以及生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，城市森林構(gòu)建應(yīng)適應(yīng)、補(bǔ)償、調(diào)整和完善自然生態(tài)過程，以植物群落為單元,逐步營造種間關(guān)系協(xié)調(diào)、物種豐富多樣、生態(tài)功能高效的城市森林生態(tài)系統(tǒng)。

2.1 自然性原則

自然性是良好生態(tài)系統(tǒng)的基本屬性，城市生物多樣性保育應(yīng)充分利用森林植被的自然屬性和特征，更多地挖掘和利用自然力，遵循森林演替規(guī)律，根據(jù)物種之間以及物種與生境之間的適應(yīng)關(guān)系，采用自然式營造與管護(hù)，避免人工過度干預(yù)，促進(jìn)植物自然生長和發(fā)育。同時(shí)，營造綠色網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)城市森林生態(tài)系統(tǒng)的整體性與連續(xù)性,彌補(bǔ)生境片段化的脅迫，減少生物生存、遷移和分布的阻力面,為生物營造更多的棲息地和更便利的生境空間。

2.2 群落化原則

城市森林應(yīng)以植物群落為構(gòu)建單位，借鑒地帶性森林植被的種類組成結(jié)構(gòu)特征，遵循群落發(fā)育與動(dòng)態(tài)演替規(guī)律，根據(jù)不同植物的生態(tài)幅度及其種間關(guān)系，認(rèn)識(shí)種間的競爭與適應(yīng)機(jī)理，合理配置不同習(xí)性與生活型的種類,尤其是本土植物，增加群落物種的潛在共存性, 擴(kuò)大多樣化物種的種群規(guī)模，引導(dǎo)人工植被接近自然狀態(tài)發(fā)育，提高森林物種共存性。

2.3 低維護(hù)原則

城市森林多為人工培育，難以避免植物種類與配置形式的單調(diào)性和濃重的人工化痕跡，往往與合理的生物多樣性結(jié)構(gòu)和功能具有差距。因此，根據(jù)植物生長與群落發(fā)育狀況，避免過度養(yǎng)護(hù)，摒棄過度追求整齊、潔凈與規(guī)則的森林景觀現(xiàn)象，順應(yīng)森林自然發(fā)育過程與規(guī)律，并通過人工適度誘導(dǎo)與動(dòng)態(tài)調(diào)控，重點(diǎn)防控入侵物種，調(diào)整植物群落種類組成與密度結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)種間關(guān)系，為自然更新種創(chuàng)建適宜的生存空間，提高群落自然發(fā)育潛力，促進(jìn)人工林的近自然化過程。

3 城市森林生物多樣性保育途徑

城市森林生物多樣性形成機(jī)制復(fù)雜，種內(nèi)及種間關(guān)系多樣，需要以系統(tǒng)觀為指導(dǎo)，針對生物多樣性退化與喪失的特征及其機(jī)理，從不同尺度和多個(gè)方面進(jìn)行綜合研究和全面推進(jìn)。

3.1 加強(qiáng)城市森林生物多樣性保育研究

定期開展生物多樣性普查，了解動(dòng)植物種類、分布、動(dòng)態(tài)及其適應(yīng)性，并進(jìn)行編目，建立數(shù)據(jù)庫；同時(shí)，選擇代表性植被類型，建立以固定樣地為平臺(tái)的生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，長期定位監(jiān)測生物多樣性的動(dòng)態(tài)規(guī)律，建立城市生物多樣性檢測與評(píng)估技術(shù)體系，分析和預(yù)測人為干擾對生物多樣性的影響及其后果；加強(qiáng)研究城市森林生物多樣性保護(hù)和培育的規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程技術(shù)以及管護(hù)措施，提高城市森林生物多樣性保育水平。

加強(qiáng)城市森林生物多樣性基礎(chǔ)研究，優(yōu)先開展人工群落物種共存機(jī)制、外來物種入侵機(jī)制及其控制途徑、外來物種與本土物種的競爭關(guān)系、城市生物類群同質(zhì)性的機(jī)制及其影響、景觀片段化對物種遷移分布的影響、城市環(huán)境脅迫對物種生態(tài)幅度的影響機(jī)制、自然物種生態(tài)恢復(fù)的潛力及其調(diào)控等，揭示城市化對生物多樣性的影響以及城市森林生物多樣性形成機(jī)理，形成生物多樣性保育的人工適度干預(yù)技術(shù)。

3.2 構(gòu)建城市區(qū)域綠色生態(tài)網(wǎng)絡(luò)

針對城市生境的片段化格局和孤島化特點(diǎn)，保護(hù)物種的生存環(huán)境(或棲息地)是生物多樣性保育的關(guān)鍵，從城市區(qū)域尺度構(gòu)建生物多樣性保護(hù)格局，尋找生物多樣性最優(yōu)景觀格局，實(shí)施景觀格局優(yōu)化工程，形成以重要野生動(dòng)植物為主要保育目標(biāo)的城市綠色生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，通過景觀的多樣性保護(hù)實(shí)施森林生物多樣性保護(hù)的目標(biāo)[9]。

生物的生存、繁衍和進(jìn)化離不開基因交流，如果生物群落間距離大于它們重建群落的距離，缺乏必需的基因交換將影響群落的穩(wěn)定和發(fā)育。因此，從城市區(qū)域尺度構(gòu)建城市森林生物多樣性格局，建立城郊一體的綠化體系，尋找有效保護(hù)的“最優(yōu)景觀格局”，連接城郊梯度的破碎土地(生境島)，修建廊道和“暫息地(stepping stone)”，增加各生境斑塊的連接度和連通性，構(gòu)建城郊綠色網(wǎng)絡(luò)，提供更多的棲息地和更大的生境空間，減少城市生物生存、遷移和分布的阻力，維持生物群體自身的生態(tài)習(xí)性與遺傳交換能力。

如美國佛羅里達(dá)州綠道與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，將景觀的系統(tǒng)性、生態(tài)的顯著性和景觀連接戰(zhàn)略點(diǎn)規(guī)劃有機(jī)結(jié)合，實(shí)施了生物多樣性和文化多樣性相融合的保護(hù)規(guī)劃。利用區(qū)域景觀研究方法，設(shè)計(jì)以生態(tài)功能為主導(dǎo)的綠道生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)適應(yīng)性的擴(kuò)展和生物多樣性的保護(hù)。運(yùn)用GIS系統(tǒng)和決策支持模型(DSM)確定重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，通過分層疊加技術(shù)評(píng)價(jià)景觀與生態(tài)的敏感度，確定優(yōu)先保護(hù)體系，對關(guān)鍵生境進(jìn)行優(yōu)先保護(hù)分級(jí)，并保護(hù)原始的生境，將佛羅里達(dá)州57.5%的土地納入生態(tài)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)之中[10]。

3.3 實(shí)施城市森林的近自然化培育

城市人工林的生物多樣性營造不能局限于簡單的物種數(shù)量，種間關(guān)系協(xié)調(diào)、群落穩(wěn)定更為重要。近自然植被具有比較完整的群落結(jié)構(gòu)和豐富的物種多樣性，更能為動(dòng)植物提供適宜的生存和棲息生境。因此，構(gòu)建近自然森林是提高生物多樣性的有效途徑。尤其是我國城市森林多為人工植物配置，群落結(jié)構(gòu)單調(diào)，物種單一，林分斑塊自然度低，需要借鑒地帶性植物群落植物組成、結(jié)構(gòu)特征和演替規(guī)律，開展近自然化改造，逐步優(yōu)化群落結(jié)構(gòu)、物種組成、栽植方式、景觀外貌等，引導(dǎo)人工植被逐步向接近自然狀態(tài)的群落結(jié)構(gòu)發(fā)展和演變，充分發(fā)揮物種共存的自維持機(jī)制和作用。

城市森林的近自然化培育主要包括近自然森林植被營造和現(xiàn)有森林的近自然化改造兩種類型[11]。

在近自然植被營造中，主要通過營造植物種類組成、群落結(jié)構(gòu)與地帶性森林群落接近的人工群落，構(gòu)建適應(yīng)當(dāng)?shù)厣车慕匀恢脖?。關(guān)鍵是模擬地帶性植被的植物組成，構(gòu)建的植物群落具有生態(tài)相似性，如群落優(yōu)勢種、群落結(jié)構(gòu)之間應(yīng)具有關(guān)聯(lián)性或相似性。因此，應(yīng)選擇地帶性植被建群種與優(yōu)勢種之中能適應(yīng)城市生境的近緣種類，如同科、同屬種以及生態(tài)幅度相近的物種。在種植設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)改變簡單便利化的純林營造手法，強(qiáng)化生境改良，挖掘場地生態(tài)潛力，突出多樣性混合生境營造，采取多物種及多層次混交的自然式栽植，并采取低度養(yǎng)護(hù)方式，促進(jìn)自然更新，避免因栽植少量的植物，而破壞自然狀態(tài)的多樣性。

在近自然化改造中，針對城市人工林普遍存在過度密植的現(xiàn)狀，提倡根據(jù)樹冠重疊率、郁閉度以及植物生長狀況進(jìn)行抽稀，協(xié)調(diào)短期、中期和長期適宜群落密度。同時(shí)，從豐富物種多樣性和優(yōu)化群落結(jié)構(gòu)出發(fā)，采取綠化植物水平混交和垂直混交途徑。保護(hù)和誘導(dǎo)自然更新苗，選擇性保護(hù)自然更新植被，創(chuàng)造自然更新物種生存和繁衍空間，特別是木本更新苗、野花植物等，誘導(dǎo)人工群落逐步向接近自然狀態(tài)群落發(fā)育，形成多樹種、多層次、異齡混交的群落，恢復(fù)和重建富有自然氣息、地域特征濃郁的近自然植被，逐步實(shí)現(xiàn)人工群落結(jié)構(gòu)的近自然化。

3.4 營造野生動(dòng)物友好的城市森林群落

野生動(dòng)物作為對環(huán)境最為敏感的生物類群之一，是衡量城市生態(tài)質(zhì)量的最直觀和最有效的途徑。野生動(dòng)物也是表征人、城市、自然和諧關(guān)系的重要方面，缺乏野生動(dòng)物更是我國城市與發(fā)達(dá)國家最明顯的差距之一。城市森林設(shè)計(jì)與建設(shè)一直以樹木為核心，極少關(guān)注動(dòng)物。沒有野生動(dòng)物的城市缺乏活力和生機(jī)，城市不僅需要“花香”，更要有“鳥語”。因此，通過生境營造、野生動(dòng)物友好植物應(yīng)用以及植物多樣性配置，營造與野生動(dòng)物友好的城市森林，促進(jìn)城市野生動(dòng)物的生息繁衍。

在具體措施上，首先應(yīng)營造有利于城市生物多樣性恢復(fù)與重建的多樣化棲息空間，如陸地與濕地的結(jié)合、起伏地形、生物通道等，而多孔隙生境(porous habitat)更值得重視，隨著城市有空隙生境的急劇減少，造成依附在孔隙空間生存的生物消失，城市生物鏈阻斷，甚至有的花卉缺乏傳粉昆蟲而影響開花結(jié)果。因此，有必要維持自然的多空隙生境和野生動(dòng)物的隱蔽屏障[12]。

多樣化的植物食源是野生動(dòng)物生存的保障。城市森林建設(shè)應(yīng)合理配置食源植物，增加鳥嗜和蜜源植物，尤其應(yīng)滿足鳥類冬季生存最低限度的取食要求；同時(shí)，植物應(yīng)用還要滿足筑巢需求，如鳥類喜愛樹冠大而濃密、樹皮粗糙的樹種，如香樟、垂柳、水杉等樹種。

多物種與多層次混交最適于多樣性生物的棲息。城市森林植物配置要從生態(tài)系統(tǒng)層面考慮維護(hù)物種的多樣性與結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，避免少數(shù)物種的大量栽培，并充分利用自然拓殖的植被和野生花草，建立接近自然的森林群落，吸引鳥類、蝴蝶和小型哺乳動(dòng)物等，增加物種潛在的共存性。

總之，將生境營造與植物應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，通過多樣而穩(wěn)定的植物群落配置，體現(xiàn)區(qū)域潛在植被的主要本源物種，為更多生物提供適宜的棲息地和廣闊的生境空間。

4 結(jié)語

影響城市森林生物多樣性的因素很多，在城市森林建設(shè)和管護(hù)過程中，諸如鄉(xiāng)土植物馴化、適宜物種引進(jìn)、外來物種控制、復(fù)層植物群落構(gòu)建、自然遺留地保護(hù)等都是基礎(chǔ)性工作，對城市森林生物多樣性保育至關(guān)重要，需要不斷重視和加強(qiáng)。

應(yīng)該指出的是，生物多樣性往往不是人工營造出來的，而是自然發(fā)育形成的。在城市森林生物多樣性保育過程中，生態(tài)養(yǎng)護(hù)過程可能比樹木栽種更有價(jià)值和意義。城市森林管理者應(yīng)運(yùn)用管理演替(managed succession)理論與方法，不要僅滿足于樹木個(gè)體，而應(yīng)考慮生態(tài)系統(tǒng)的所有組分及其動(dòng)態(tài)性，協(xié)調(diào)森林景觀改善與演替過程的統(tǒng)一性，促進(jìn)森林自維持機(jī)制和功能的發(fā)揮，逐步提高森林生物多樣性水平。

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Approaches for the Biodiversity Conservation of Urban Forest

Zhang QingfeiXu Yuan

(Shanghai Chenshan Botanical Garden, Shanghai 201602)

Abstract:Biodiversity is the foundation of ecological service of urban forest. Based on the analysis of the characteristics of biodiversity in urban forest, this paper proposed some principles and approaches for biodiversity conservation in urban forest, including the key research topics，green network based on urban-regional scale, close-to-nature silviculture and wildlife-friendly community of urban forest.

Key words:urban forest, biodiversity conservation, green network, close-to nature silviculture, wildlife-friendly forest communities

收稿日期：2016-05-20

*基金項(xiàng)目：上海市綠化和市容管理局辰山專項(xiàng) “基于大樣地的上海城市森林生物多樣性監(jiān)測研究”(G142418)

作者簡介：張慶費(fèi)(1966-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事城市森林與城市生物多樣性研究，E-mail：qfzhang@126.com

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2016.03.001