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。 生境是生物個體、 種群或群落所處的具體環(huán)境， 是特定地段上對生物起作用的生態(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，為人類休閑活動與親近自然提供機(jī)會。 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與動態(tài)， 因此主要以自然、 近自然的城市生境作為研究對象。

本文結(jié)合Cite space 軟件挖掘文獻(xiàn)信息， 通過高頻關(guān)鍵詞總結(jié)、 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析等對“城市生境” 研究特點進(jìn)行可視化研判， 總結(jié)該研究領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢， 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， 國際學(xué)界對城市生境的認(rèn)識與關(guān)注處于萌芽階段，為研究數(shù)量的緩慢增長期； 2003 年起， 文獻(xiàn)數(shù)量進(jìn)入快速增長期， 且近10 年來的研究熱度持續(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 主要研究國家與主題

檢索結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 美國、 澳大利亞、 英國、 加拿大、 德國5 個國家發(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家。 由國家(地區(qū)) 合作網(wǎng)絡(luò)知識圖譜(圖2) 可知，城市生境研究領(lǐng)域已初步形成跨國(區(qū)域) 合作研究體系， 但由于不同國家城市化發(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過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]。 歐洲國家則以城市生物多樣性維持[6]、城市核心棲息地的識別與保護(hù)[7]， 城市生境網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃[8]等主題為重點。

圖2 國家(地區(qū)) 合作網(wǎng)絡(luò)知識圖譜

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

1.2 我國城市生境研究與國際同類研究的差異

研究表明， 1992—2012 年， 中國城市化速度幾乎是全球平均水平的3 倍[9]。 我國特殊的城市化進(jìn)程帶來的生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯， 因此城市生境領(lǐng)域的研究重點主要圍繞“城市” 關(guān)鍵詞(表1)。 我國學(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， 而對生境規(guī)劃、 營造這一領(lǐng)域的關(guān)注較少，因此在城市生物多樣性保護(hù)方面的效果較國際上略遜一籌。

1.3 學(xué)科領(lǐng)域分布態(tài)勢

城市生境的多學(xué)科交叉發(fā)展主要分為3 個階段(圖3)， 1990—2000 年， 生態(tài)學(xué)、 環(huán)境科學(xué)、 生物學(xué)等學(xué)科開始關(guān)注城市生境， 并與之后介入的各個方向產(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， 涉及土壤學(xué)、 鳥類學(xué)等多個領(lǐng)域。

圖3 城市生境研究學(xué)科時區(qū)圖

2 研究熱點

利用Cite Space 軟件繪制高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時區(qū)圖。 結(jié)果(圖4) 表明， 城市生境的研究內(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)等熱點詞匯， 表明研究重點逐漸從單一生境的保護(hù)過渡為不同生境間連通關(guān)系的恢復(fù)與加強。 通過分析關(guān)鍵詞和高被引文獻(xiàn)可知， 當(dāng)前城市生境的研究熱點為城市擴(kuò)張對生境的影響、 城市生境生態(tài)服務(wù)功能調(diào)查與分析、 城市生境質(zhì)量評估和城市生境規(guī)劃與營造4 個方面。

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

2.1 城市擴(kuò)張對生境的影響

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)動力。 研究表明， 城市擴(kuò)張會通過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)張會改變生境結(jié)構(gòu)[13]， 影響生態(tài)系統(tǒng)過程， 如不透水表面蔓延， 地下熱島等往往會阻礙復(fù)雜生境結(jié)構(gòu)的自然發(fā)生[14-17]。 此外， 城市擴(kuò)張過程也會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)人工綠地中外來物種的數(shù)量明顯高于自然綠地。 ?EPLOVA、BASNOU 等[19-20]證實外來物種的建立會導(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)實踐往往強調(diào)恢復(fù)歷史上連續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)[21]， 而忽略對新出現(xiàn)生境的價值評估， 這可能會低估城市環(huán)境對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， 甚至支持稀有或瀕危物種[22]。 IVES 等[23]發(fā)現(xiàn)， 澳大利亞城市地區(qū)單位面積支持的國家級瀕危動植物比非城市地區(qū)更多。 美國自然保護(hù)區(qū)[24]的一項調(diào)查指出， 22%的聯(lián)邦瀕危植物分布在大都會區(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)大了我們對城市中新棲息地潛在價值的認(rèn)識。 在對城市荒野、 基礎(chǔ)設(shè)施附屬綠地等生境進(jìn)行改造、 設(shè)計時， 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)量評估方法

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

表2 評估城市生境質(zhì)量的主要方法

生物指標(biāo)法是利用某些敏感的動植物種類對城市生境變化做出的反應(yīng)來表示城市生境質(zhì)量的高低。 開發(fā)可靠的生物標(biāo)志并進(jìn)行科學(xué)實驗是該方法的關(guān)鍵。 JOHNSTONE 等[25]開發(fā)了以藻類脅迫反應(yīng)指示城市池塘生境質(zhì)量的方法。 比利時的一項研究證實椴樹葉片的潤濕性、 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)量評估指標(biāo)。

實地調(diào)查與多指標(biāo)綜合評價法則基于物種豐富度、 多樣性等調(diào)研數(shù)據(jù)來表征研究區(qū)域的生境質(zhì)量。 MCKENZIE 等[29]利用10 年來在多倫多地區(qū)監(jiān)測的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。 由于具備評價精度高、 空間分析性強等特點， 模型模擬法常常與城市增長模型相結(jié)合揭示城市生境質(zhì)量與城市擴(kuò)張趨勢之間的內(nèi)在聯(lián)系， 為劃定城市增長邊界、 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)劃與營造

工業(yè)革命后， 面對工業(yè)化的蔓延以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對棲息地的割裂， 國外學(xué)者逐漸意識到現(xiàn)代城市規(guī)劃范式對自然資源與環(huán)境的忽視， 并開始探索生態(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， 歐洲國家主要通過對核心區(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)。 美國的生境網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實踐側(cè)重于利用綠道網(wǎng)絡(luò)(Greenway Network) 將城市與國家公園、 自然遺產(chǎn)地相連接， 在保護(hù)生物多樣性的同時滿足公眾對游憩、 環(huán)保等的需求[35]。

對于聚焦在場地尺度的城市生境營造， 亦有許多成熟的經(jīng)驗可供借鑒。 對立地條件較好的場地， 鄉(xiāng)土植物群落設(shè)計與種間關(guān)系恢復(fù)是生境營造的重點[36-37]。 而如果場地受人工干擾較為劇烈， 則需通過土壤改良、 先鋒樹種與肥料樹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造也是常見策略， 如利用鳥類對城市自然環(huán)境變化的高敏感程度， 以鳥類棲息地構(gòu)建為出發(fā)點進(jìn)行城市生境營造等[38]。

3 研究趨勢

通過對1990—2018 年的城市生境研究英文文獻(xiàn)的計量分析可知， 近30 年來， 對城市生境的研究具有以下趨勢: 1) 研究數(shù)量呈指數(shù)增長， 表明城市生境受到廣泛的關(guān)注與重視， 也說明學(xué)界對城市生物多樣性保護(hù)的認(rèn)識進(jìn)一步加深； 2)研究熱點比較集中， 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， 再至場地尺度的生境調(diào)查與營造， 城市生境研究的尺度呈現(xiàn)由大至小、層層深入的態(tài)勢。

4 研究展望

4.1 強化政策法規(guī)對城市生境規(guī)劃與營造的支撐作用

我國城市生境的各項生態(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， 各地在開展城市生物多樣性保護(hù)工作中時常面對職責(zé)不清， 成效不明等問題。 在以多規(guī)融合為基礎(chǔ)進(jìn)行國土空間規(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)地方在不同層級上頒布城市生境設(shè)計導(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)展模式對生境影響的機(jī)制

不同的城市擴(kuò)張強度、 形態(tài)與結(jié)構(gòu)對生境質(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， 是國土空間中生境結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、 生境服務(wù)價值最高的核心保育區(qū)，應(yīng)充分利用當(dāng)前建設(shè)以國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)展對生境破碎化的負(fù)面影響。