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城市景观与可持续城市
摘要
针对可持续城市景观的生态研究需要包括许多生态研究领域的发现和方法，例如生物多样性与生态系统功能之间的联系、人类在生态系统中的作用、景观连通性和复原力。本文回顾并强调了这些问题对可持续利用生态系统服务的重要性，认为这是可持续城市的一个方面。本文强调在分析城市景观时应考虑社会经济因素。空间上明确的数据可以用来评估不同的绿色区域在为人们提供生态系统服务方面的作用，以及人们是否实际能够获得这些服务。这些数据也可以用来评估连通性和异质性，两者都被认为是持续、长期提供这些服务的核心，也可以用来确定城市形式在可持续发展方面的作用。
关键词
生态系统功能，景观尺度，可持续发展，城市生态
导言
世界范围内人口的快速城市化引起了人们对城市可持续性的关注。可持续发展是一个广泛的术语，通常被认为包括公平、经济和环境问题。正如布伦特兰报告所述，可持续发展“hellip;hellip;寻求满足现在的需要和愿望，而不损害满足未来的能力”(United Nations World Commission on Environment and Development 1987)。这个问题显然是主观的，因为它辩论的是事物应该是怎样的，以及我们应该怎样生活。然而，即便如此，在任何可持续发展的讨论中都应该包含一些元素，本文的重点就是其中之一:运行的生态系统。本文回顾并讨论了城市生态系统的重要性，以及如何将城市作为景观进行分析。
城市一词有许多含义与各种条件有关，如人口密度、土地覆盖或文化习俗，大多数作者使用自己的定义，或没有(reviewed in McIntyre et al. 2000)。然而，城市化是影响环境的有形因素，例如通过提高气温和改变水循环以及改变生态过程。从形状而不是过程来看，城市化导致的环境构图在组成上更加异质，几何上更加复杂，生态上更加支离破碎(Zhang et al. 2004)，并可能代表任何景观中最复杂的植被覆盖和多种土地利用的镶嵌(Foresman et al. 1997)。空间异质性和时空尺度在生态过程研究中的作用日益凸显(e.g., Wiens 1989, Levin 1992, Drayton and Primack 1996, Watson 2002)。城市是有趣的，因为它们是由一个物种主导的，人类，并且社会和文化因素强烈参与了系统身份的塑造(Grimm et al. 2000, Pickett et al. 2001, Elmqvist et al. 2004)。然而，我们对这些特征对城市景观及其生态的影响的认识和理解还远远不够完整。
从自给自足的角度来看，不存在可持续发展的城市。城市一直依赖于其内陆地区的食物和其他生态系统产品和服务(e.g., Folke et al. 1997, Rees 1997, 2003)。因此，受到区域性甚至全球性影响的城市强调了城市生态系统功能的重要教育作用，特别是城市化日益使人们与支持他们的自然脱节(Pyle 1978, 1993, Miller 2005)。为了获得亟需的、基础广泛的公众对生态系统保护的支持以及更可持续的消费者需求，需要设计人们生活和工作的场所，以便为与自然世界进行有意义的互动提供机会(Miller 2005)。除了教育价值外，城市系统还为其居民提供一些公认的和未被承认的生态系统服务。这些生态系统服务是生态系统过程和功能的产物(Daily 1997)，包括支持(例如增加生物多样性、生境、土壤形成、生态记忆、种子传播、授粉以及营养物质的储存和循环)、文化(娱乐、提高财产价值、社区凝聚力、知识来源)、供应(例如食物、水、燃料)和调节(减少噪音、调节温度、消除空气污染、保护水质等）等服务(Flores et al. 1998, Bolund and Hunhammar 1999, Jansson and Nohrstedt 2001, Millennium Ecosystem Assessment 2005)。其中许多服务对人类福祉至关重要(Chiesura 2004, and references therein)，因此是宜居城市的一个重要方面。然而，一个城市提供这些服务的能力取决于其生态系统的结构，不能想当然。服务也没有在空间中均匀分布，必须规划城市景观，以确保公民获得重要服务。针对城市环境可持续管理的生态研究应包括许多生态研究领域的发现和方法，例如生物多样性与生态系统功能之间的联系、人类在生态系统中的作用、景观生态学和复原力。
城市景观的管理和可持续利用问题需要一些理论框架来确定目标和评估结果。弹性理论可以说是最适合城市环境的理论之一，因为它允许生态系统功能与社会动态相结合。这里使用的生态复原力的定义由Folke等人给出(2004)：这是一个系统在发生变化时吸收干扰和重组的能力，以便基本上保持相同的功能、结构、特性和反馈。城市景观最恰当地描述为社会生态系统，其中自然和社会过程共同塑造了生态系统。这些系统是自我意识的，非遗传信息在系统动力学中起着重要的作用，这增加了学习、预期和主动转换潜力的复原力(Berkes et al. 2003, Olsson et al. 2004)。然而，本文将重点讨论复原力的空间方面。
城市生态中的问题
生物多样性和生态系统功能
关于城市中存在的物种对提供生态系统服务或复原力的重要性，几乎没有文字说明。改变物种多样性、丰度和群落组成可能会产生功能后果，因为现有物种的数量和种类决定了许多生态功能的有效性(see, e.g., Holling 1973, Chapin et al. 1998, Rosenfeld 2002, Norberg 2004)。具有相似生态作用的物种数量多，增加了能够维护相似生态系统功能的潜在群落组织的数量，从而使系统具有复原力。在城市绿地中发现哪些物种与内部因素和景观环境有关(Flores et al. 1998)。一些城市鸟类群落被其周围环境所拯救，某些物种与景观森林覆盖和公园之间的强烈相关性证明了这一点(Melles et al. 2003)。单个斑块也可能对其周围环境产生影响，例如，通过向远大于斑块本身的区域提供生态系统服务(Bodin et al. 2006)。城市景观嵌合体是相当复杂的，有住宅、商业、工业、政府机构、文化教育用地、残余植被斑块、公园或墓地等次要绿地和其他土地用途；它们或多或少都适合作为不同物种的栖息地。
生态过程和社会驱动因素
城市受到强烈的人类影响，管理决策对生态系统功能有着深远的影响。景观生态学的一个核心原则是，过程可以从地理模式中推断出来，但在城市景观中，人类活动既超越了生境边界，又在同一生境的斑块之间有所不同，这可能不是那么简单。相反，城市景观可能被认为是许多不同类型影响的组合，所有这些影响都是在一个单一的平面上表达的。一些自然过程很少被允许自行进行，而且只能在有限的范围内或在有限的时间内进行(Dow 2000)。另一些则至少在某种程度上被人为过程所取代；例如，所有社会生态系统同时受到两种不同的选择性力量，即自然选择和文化选择，后者以人类的思想和偏好为指导。这两者可能协同工作，但也可能背道而驰。当人类土地利用强度达到一定程度时，系统由受生物和非生物因素控制转向受人类偏好控制，限制因素将成为实现这些偏好的经济手段(Hope et al. 2003)。重要的是要确定受人类活动控制或强烈影响的过程，因为这些过程可能导致偏离系统的行为，例如被阻碍的生态演替或季节性变化。例如，早期演替阶段是常见的，可能的演替途径的数量非常多(Alberti et al. 2003)。虽然被阻碍的连续阶段有其自身的稳定性，但取决于抑制因素的发生。然而，该系统离“自然”状态越远，对资源的需求和对持续管理的依赖就越大。
城市中存在的许多异质性可能是各种不同的管理目标和实践的结果(Grimm and Redman 2004, Barthel et al. 2005)。土地管理决策本身在决策者影响尺度的驱动下出现在多个空间尺度上(Conroy et al. 2003)，预计其决定将影响非常不同的进程和生态系统功能。例如，单一房主的活动将对较小、较少流浪物种个体和当地土壤过程产生直接影响，而整个社区的集体行动将影响较大的物种或种群动态(e.g., Lepczyk et al. 2004)。一些管理惯例是每天调整的，而另一些则在实践中受到立法和条例的限制(Dow 2000)。历史上土地使用的遗产已被证明是普遍存在的(e.g., Foster et al. 2003)，城市绿地，特别是在旧城市，可能有相当不同的土地使用历史，这可能有助于解释在旧公园中发现的高度生物多样性。
连通性和空间弹性
连通性在这里被定义为一个物种的栖息地在多大程度上是连续的或跨越空间范围的。任何景观都不是固有的碎片化或连接的，只能在有机体在斑块之间移动的能力或意愿(Harris and Reed 2002)以及有机体与景观相互作用的尺度的背景下进行评估(e.g., DEon et al. 2002)。连通性有两个方面，一是栖息地的连续性(结构连通性)，二是生物在斑块内或斑块间移动的可能性(功能连通性)。景观通常被描述为由斑块和基质生境组成，后者被定义为景观中最广泛和连接最紧密的栖息地(Forman 1995)，因此基质可能对景观中的物种动态产生巨大的潜在影响(Rodewald 2003)。景观建模者越来越认识到，矩阵的配置对景观连通性、物种扩散和生境使用具有重要意义，而且矩阵很少是均匀的(e.g., Gustafson and Gardner 1996, Ricketts 2001, Verbeylen et al. 2003, Revilla et al. 2004)。不同的生物对渗透性和整体景观组成的感知是不同的(e.g., MacArthur and Levins 1964, Johnson et al. 1992, Hostetler and Holling 2001)，这就是为什么将二元矩阵模型应用于真实的城市景观是有问题的。斑块之间的有效距离是景观通透性(即栖息地的适宜性或对移动的通透性)和地理距离的结果，在连续景观中的扩散比在二元景观中的扩散更频繁和更快(Malanson 2003)。有效距离已被证明比单独的地理距离更能解释人口动态(Verbeylen et al. 2003)。
空间复原力指的是在区域层面上相互关联的生态系统的持续能力(Nystrouml;m and Folke 2001)。干扰事件发生后，斑块的重组能力与其与周围环境以及内部因素的联系有关，被称为生态记忆(Nystrouml;m and Folke 2001, Bengtsson et al. 2003)。生态记忆是物种的网络，它们在空间和时间上的相互作用，包括与环境波动有关的生活史经验。远距离扩散对动态景观的持续性有积极的影响，因为它增加了斑块之间的耦合数。受干扰斑块进行重组的轨迹受不同源区的进入和不同生物的扩散能力的影响。然而，绿色地区之间的连通性不足以克服其综合生态内容的严重不足。景观异质性是由多个同时代的演代阶段造成的，它是生态记忆的先决条件(Berkes and Folke 2002)，并为不确定性提供了保障(Folke et al. 1996)。在讨论连通性时，似乎有一个悖论：一方面，连通性促进了系统之间的移动，是空间复原力和生态记忆的先决条件；另一方面，隔离或模块化防止了大规模的同步性，并对灾难和疾病流行病的级联进行缓冲(Levin 1998)。
讨论
城市景观，城市生态景观视角
要理解和管理城市景观，必须理解过程和功能，并将其与空间、生态和社会起源联系起来（Grimm and Redman 2004)。生态特征（例如，不同功能群体的存在）与人们在城市中享有的生态系统服务之间的关系尚不完全清楚，而且，由于
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