吳雪飛 張楠楠

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院 武漢 430070

城市擴(kuò)張對(duì)自然生境的負(fù)面影響是全球生物多樣性面臨的最大威脅之一。 劇烈而頻繁的人類活動(dòng)使城市自然生境面積不斷縮小， 破碎化程度加劇， 進(jìn)而導(dǎo)致城市生物多樣性降低， 影響城市氣候調(diào)節(jié)、 人類疾病防預(yù)等城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)提供。 生境是生物個(gè)體、 種群或群落所處的具體環(huán)境， 是特定地段上對(duì)生物起作用的生態(tài)因子的總和[1]， 包含生物生存與繁衍所需要的資源與環(huán)境[2]， 因此生境是生物多樣性的基礎(chǔ)[3]，與氣候調(diào)節(jié)、 人類疾病防預(yù)等城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)緊密相連， 并通過(guò)確保生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)為人類福祉做出重要貢獻(xiàn)[4]。 城市生境亦能創(chuàng)造豐富的城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施類型， 如城市公園、 綠道、 森林等，為人類休閑活動(dòng)與親近自然提供機(jī)會(huì)。 就城市范圍而言， 生境這一概念具有廣泛的內(nèi)涵， 既包含城市各類綠色空間、 水體等開(kāi)放的自然或近自然區(qū)域， 也包括建筑、 橋梁、 各種管網(wǎng)等構(gòu)筑物或基礎(chǔ)設(shè)施[3]。 由于本文擬基于城市生態(tài)環(huán)境提升與保護(hù)角度明晰城市生境研究熱點(diǎn)與動(dòng)態(tài)， 因此主要以自然、 近自然的城市生境作為研究對(duì)象。

本文結(jié)合Cite space 軟件挖掘文獻(xiàn)信息， 通過(guò)高頻關(guān)鍵詞總結(jié)、 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析等對(duì)“城市生境” 研究特點(diǎn)進(jìn)行可視化研判， 總結(jié)該研究領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)， 以豐富城市生境規(guī)劃建設(shè)理念和技術(shù)手段， 并為后續(xù)研究和方向提出展望。

1 城市生境研究總體特征

本研究以Web of Science 核心合集為數(shù)據(jù)來(lái)源， 檢索式為: 主題詞＝(“urban habitat”AND“urban habitats”)， 設(shè)置文章類型為“ARTICLE”，精煉生態(tài)學(xué)、 環(huán)境科學(xué)、 區(qū)域城市規(guī)劃、 林學(xué)、生物多樣性保護(hù)等31 個(gè)與城市生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)的學(xué)科類別， 數(shù)據(jù)分析樣本設(shè)置為1990—2018 年的7 277 篇文獻(xiàn)。 結(jié)果表明: 1990—2002 年， 國(guó)際學(xué)界對(duì)城市生境的認(rèn)識(shí)與關(guān)注處于萌芽階段，為研究數(shù)量的緩慢增長(zhǎng)期； 2003 年起， 文獻(xiàn)數(shù)量進(jìn)入快速增長(zhǎng)期， 且近10 年來(lái)的研究熱度持續(xù)上升； 2009—2018 年的發(fā)文量占研究總量的72.6%(圖1)。

圖1 文獻(xiàn)數(shù)量與發(fā)表年份的關(guān)系

1.1 主要研究國(guó)家與主題

檢索結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 美國(guó)、 澳大利亞、 英國(guó)、 加拿大、 德國(guó)5 個(gè)國(guó)家發(fā)文數(shù)量占研究總量的75% (表1)， 是城市生境研究的主要國(guó)家。 由國(guó)家(地區(qū)) 合作網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖譜(圖2) 可知，城市生境研究領(lǐng)域已初步形成跨國(guó)(區(qū)域) 合作研究體系， 但由于不同國(guó)家城市化發(fā)展進(jìn)程存在差異， 研究主題也各有側(cè)重。 北美和澳大利亞更注重探討城市增長(zhǎng)過(guò)程與生物多樣性變化的關(guān)系， 比如伴隨城市化梯度變化的生境喪失程度、 生物多樣性減少程度以及物種組成變化等[5]。 歐洲國(guó)家則以城市生物多樣性維持[6]、城市核心棲息地的識(shí)別與保護(hù)[7]， 城市生境網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃[8]等主題為重點(diǎn)。

圖2 國(guó)家(地區(qū)) 合作網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖譜

表1 1990—2018 年文獻(xiàn)總數(shù)前10 的國(guó)家發(fā)文情況及研究主題

1.2 我國(guó)城市生境研究與國(guó)際同類研究的差異

研究表明， 1992—2012 年， 中國(guó)城市化速度幾乎是全球平均水平的3 倍[9]。 我國(guó)特殊的城市化進(jìn)程帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益凸顯， 因此城市生境領(lǐng)域的研究重點(diǎn)主要圍繞“城市” 關(guān)鍵詞(表1)。 我國(guó)學(xué)者偏向以指導(dǎo)城市建設(shè)用地空間布局[10]和控制城市蔓延為目的進(jìn)行城市生境研究， 而對(duì)生境規(guī)劃、 營(yíng)造這一領(lǐng)域的關(guān)注較少，因此在城市生物多樣性保護(hù)方面的效果較國(guó)際上略遜一籌。

1.3 學(xué)科領(lǐng)域分布態(tài)勢(shì)

城市生境的多學(xué)科交叉發(fā)展主要分為3 個(gè)階段(圖3)， 1990—2000 年， 生態(tài)學(xué)、 環(huán)境科學(xué)、 生物學(xué)等學(xué)科開(kāi)始關(guān)注城市生境， 并與之后介入的各個(gè)方向產(chǎn)生聯(lián)系。 2000 年左右， 集中出現(xiàn)城市規(guī)劃、風(fēng)景園林等學(xué)科的研究， 它們多以景觀生態(tài)學(xué)、 環(huán)境科學(xué)等理論為背景， 結(jié)合城市研究， 為城市生物多樣保護(hù)和生態(tài)空間管護(hù)提供科學(xué)建議。 2005 年至今， 城市生境領(lǐng)域研究呈多學(xué)科交叉與細(xì)化發(fā)展態(tài)勢(shì)， 涉及土壤學(xué)、 鳥(niǎo)類學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。

圖3 城市生境研究學(xué)科時(shí)區(qū)圖

2 研究熱點(diǎn)

利用Cite Space 軟件繪制高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)區(qū)圖。 結(jié)果(圖4) 表明， 城市生境的研究?jī)?nèi)容比較集中， 主要為城市化、 生物多樣性、 景觀、 土地利用等方面， 這些領(lǐng)域大多在2000 年以前就備受關(guān)注， 一直持續(xù)至今。 2010 年以后出現(xiàn)連通性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等熱點(diǎn)詞匯， 表明研究重點(diǎn)逐漸從單一生境的保護(hù)過(guò)渡為不同生境間連通關(guān)系的恢復(fù)與加強(qiáng)。 通過(guò)分析關(guān)鍵詞和高被引文獻(xiàn)可知， 當(dāng)前城市生境的研究熱點(diǎn)為城市擴(kuò)張對(duì)生境的影響、 城市生境生態(tài)服務(wù)功能調(diào)查與分析、 城市生境質(zhì)量評(píng)估和城市生境規(guī)劃與營(yíng)造4 個(gè)方面。

圖4 高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)區(qū)圖

2.1 城市擴(kuò)張對(duì)生境的影響

城市擴(kuò)張被普遍認(rèn)為是自然生境喪失及功能衰退的主要驅(qū)動(dòng)力。 研究表明， 城市擴(kuò)張會(huì)通過(guò)影響城市生境的面積、 結(jié)構(gòu)、 連通性等進(jìn)而降低城市生境質(zhì)量。 一方面， 城市快速發(fā)展的土地利用變化會(huì)直接減少自然生境面積與類型[11]， 增加生境破碎化程度， 降低其連通性[12]； 另一方面，城市擴(kuò)張會(huì)改變生境結(jié)構(gòu)[13]， 影響生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程， 如不透水表面蔓延， 地下熱島等往往會(huì)阻礙復(fù)雜生境結(jié)構(gòu)的自然發(fā)生[14-17]。 此外， 城市擴(kuò)張過(guò)程也會(huì)使本土生境遭受生物入侵， 從而降低區(qū)域生物多樣性。 Gong 等[18]研究發(fā)現(xiàn)人工綠地中外來(lái)物種的數(shù)量明顯高于自然綠地。 ?EPLOVA、BASNOU 等[19-20]證實(shí)外來(lái)物種的建立會(huì)導(dǎo)致城市生境的生物均質(zhì)化。

2.2 城市生境生態(tài)服務(wù)功能

傳統(tǒng)的生境保護(hù)實(shí)踐往往強(qiáng)調(diào)恢復(fù)歷史上連續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)[21]， 而忽略對(duì)新出現(xiàn)生境的價(jià)值評(píng)估， 這可能會(huì)低估城市環(huán)境對(duì)生物多樣性的支持作用。 研究表明， 自然演替后的廢棄地、 城市公園等都可能為生物提供潛在的棲息空間， 甚至支持稀有或?yàn)l危物種[22]。 IVES 等[23]發(fā)現(xiàn)， 澳大利亞城市地區(qū)單位面積支持的國(guó)家級(jí)瀕危動(dòng)植物比非城市地區(qū)更多。 美國(guó)自然保護(hù)區(qū)[24]的一項(xiàng)調(diào)查指出， 22%的聯(lián)邦瀕危植物分布在大都會(huì)區(qū)域。雖然城市環(huán)境是否具有支持瀕危物種的潛力還取決于物種對(duì)城市環(huán)境的適應(yīng)能力與生活習(xí)性， 但這些研究擴(kuò)大了我們對(duì)城市中新棲息地潛在價(jià)值的認(rèn)識(shí)。 在對(duì)城市荒野、 基礎(chǔ)設(shè)施附屬綠地等生境進(jìn)行改造、 設(shè)計(jì)時(shí)， 生物多樣性保護(hù)應(yīng)該被納入考慮之列。

2.3 城市生境質(zhì)量評(píng)估方法

城市生境質(zhì)量評(píng)估方法可歸納為生物指標(biāo)法、實(shí)地調(diào)查與多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法、 模型模擬法3 類(表2)。

表2 評(píng)估城市生境質(zhì)量的主要方法

生物指標(biāo)法是利用某些敏感的動(dòng)植物種類對(duì)城市生境變化做出的反應(yīng)來(lái)表示城市生境質(zhì)量的高低。 開(kāi)發(fā)可靠的生物標(biāo)志并進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)是該方法的關(guān)鍵。 JOHNSTONE 等[25]開(kāi)發(fā)了以藻類脅迫反應(yīng)指示城市池塘生境質(zhì)量的方法。 比利時(shí)的一項(xiàng)研究證實(shí)椴樹(shù)葉片的潤(rùn)濕性、 氣孔密度、 氣孔面積等特征存在較高的空間分異規(guī)律[26-28]， 因此被認(rèn)為是潛在的生境質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)。

實(shí)地調(diào)查與多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法則基于物種豐富度、 多樣性等調(diào)研數(shù)據(jù)來(lái)表征研究區(qū)域的生境質(zhì)量。 MCKENZIE 等[29]利用10 年來(lái)在多倫多地區(qū)監(jiān)測(cè)的50 種指標(biāo)物種的分布和數(shù)量變化制定指標(biāo)物種得分 (the Indicator Species Score， ISS)，并結(jié)合相應(yīng)生境的自然覆蓋面積、 道路密度等數(shù)據(jù)評(píng)估城市生境質(zhì)量。 MURATET 等[30]選取物種豐富度、 單一性、 典型性和珍稀性4 種指標(biāo)的加權(quán)分值表示物種興趣指數(shù) (Index of floristic interest， IFI)， 并使用IFI 指代城市生境質(zhì)量。

InVEST 模型是目前使用最普遍的城市生境質(zhì)量模擬軟件， 它的Habitat Quality 模塊能夠基于土地利用覆被數(shù)據(jù)量化城市生境質(zhì)量。 由于具備評(píng)價(jià)精度高、 空間分析性強(qiáng)等特點(diǎn)， 模型模擬法常常與城市增長(zhǎng)模型相結(jié)合揭示城市生境質(zhì)量與城市擴(kuò)張趨勢(shì)之間的內(nèi)在聯(lián)系， 為劃定城市增長(zhǎng)邊界、 分配城市建設(shè)用地指標(biāo)等提供建議[31-33]。

2.4 城市生境規(guī)劃與營(yíng)造

工業(yè)革命后， 面對(duì)工業(yè)化的蔓延以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)棲息地的割裂， 國(guó)外學(xué)者逐漸意識(shí)到現(xiàn)代城市規(guī)劃范式對(duì)自然資源與環(huán)境的忽視， 并開(kāi)始探索生態(tài)化的城市規(guī)劃理論與方法。 受島嶼生物地理學(xué)的影響， 歐洲國(guó)家主要通過(guò)對(duì)核心區(qū)、走廊、 踏腳石的保護(hù)與發(fā)展， 將城市殘余生境與自然保育區(qū)相連接[34]， 從而構(gòu)建區(qū)域多功能生境網(wǎng)絡(luò)。 美國(guó)的生境網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實(shí)踐側(cè)重于利用綠道網(wǎng)絡(luò)(Greenway Network) 將城市與國(guó)家公園、 自然遺產(chǎn)地相連接， 在保護(hù)生物多樣性的同時(shí)滿足公眾對(duì)游憩、 環(huán)保等的需求[35]。

對(duì)于聚焦在場(chǎng)地尺度的城市生境營(yíng)造， 亦有許多成熟的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。 對(duì)立地條件較好的場(chǎng)地， 鄉(xiāng)土植物群落設(shè)計(jì)與種間關(guān)系恢復(fù)是生境營(yíng)造的重點(diǎn)[36-37]。 而如果場(chǎng)地受人工干擾較為劇烈， 則需通過(guò)土壤改良、 先鋒樹(shù)種與肥料樹(shù)種混合種植等手段促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)。 除此之外， 基于特定物種的生境營(yíng)造也是常見(jiàn)策略， 如利用鳥(niǎo)類對(duì)城市自然環(huán)境變化的高敏感程度， 以鳥(niǎo)類棲息地構(gòu)建為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行城市生境營(yíng)造等[38]。

3 研究趨勢(shì)

通過(guò)對(duì)1990—2018 年的城市生境研究英文文獻(xiàn)的計(jì)量分析可知， 近30 年來(lái)， 對(duì)城市生境的研究具有以下趨勢(shì): 1) 研究數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)， 表明城市生境受到廣泛的關(guān)注與重視， 也說(shuō)明學(xué)界對(duì)城市生物多樣性保護(hù)的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深； 2)研究熱點(diǎn)比較集中， 主要聚焦在城市化壓力、 生物多樣性保護(hù)、 城市生態(tài)、 管理等基礎(chǔ)層面， 隨著全球城市化進(jìn)程的加深以及對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展需求的提升， 城市生境研究的方向并沒(méi)有進(jìn)一步的發(fā)散與深入； 3) 研究尺度比較多元， 從區(qū)域、國(guó)家尺度上的生境指令、 規(guī)劃目標(biāo)制定， 到區(qū)域、城市尺度的生境網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建， 再至場(chǎng)地尺度的生境調(diào)查與營(yíng)造， 城市生境研究的尺度呈現(xiàn)由大至小、層層深入的態(tài)勢(shì)。

4 研究展望

4.1 強(qiáng)化政策法規(guī)對(duì)城市生境規(guī)劃與營(yíng)造的支撐作用

我國(guó)城市生境的各項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)與生物多樣性保護(hù)要求分布于各類城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃、 園林綠化等政策文件中， 缺乏統(tǒng)一生境規(guī)劃要求， 各地在開(kāi)展城市生物多樣性保護(hù)工作中時(shí)常面對(duì)職責(zé)不清， 成效不明等問(wèn)題。 在以多規(guī)融合為基礎(chǔ)進(jìn)行國(guó)土空間規(guī)劃的背景下， 應(yīng)充分考慮城市生物多樣性保護(hù)的緊迫性， 盡快制定具有戰(zhàn)略意義的生物多樣性保護(hù)大綱， 指導(dǎo)地方在不同層級(jí)上頒布城市生境設(shè)計(jì)導(dǎo)則或指南， 為城市生物多樣性保護(hù)提供可靠保障。

4.2 探索不同城市發(fā)展模式對(duì)生境影響的機(jī)制

不同的城市擴(kuò)張強(qiáng)度、 形態(tài)與結(jié)構(gòu)對(duì)生境質(zhì)量的影響各有不同， 與傳統(tǒng)的城市擴(kuò)張相比， 當(dāng)今多以緊湊、 集約作為城市可持續(xù)發(fā)展的主要策略， 但其對(duì)城市生物多樣性的影響還有待證明。應(yīng)探索不同城市發(fā)展模式對(duì)生境影響的機(jī)制， 為新型城鎮(zhèn)化背景下促進(jìn)城市用地發(fā)展與生物多樣性保護(hù)相協(xié)調(diào)提供理論支持。

4.3 構(gòu)建與自然保護(hù)地體系相聯(lián)系的城市生境網(wǎng)絡(luò)

對(duì)城市生物多樣性而言， 如果只著眼于城市范圍內(nèi)的生境保護(hù)， 最終只是孤島式的救援。 主要分布于城市建成區(qū)外的各類自然保護(hù)地作為生物多樣性保護(hù)最主要的載體， 是國(guó)土空間中生境結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、 生境服務(wù)價(jià)值最高的核心保育區(qū)，應(yīng)充分利用當(dāng)前建設(shè)以國(guó)家公園為主體的自然保護(hù)地體系這一契機(jī)， 在規(guī)劃層面加強(qiáng)城市生境網(wǎng)絡(luò)與自然保護(hù)地的聯(lián)系， 以支持城市殘存生境與核心保育區(qū)之間的物種、 基因、 能量交流， 降低城市發(fā)展對(duì)生境破碎化的負(fù)面影響。