城市生态多样性与景观生态学：模式，过程与规划外文翻译资料

 2022-04-28 22:50:46

Urban Biodiversity and Landscape Ecology: Patterns, Processes and Planning

Briony A. Norton 1 amp; Karl L. Evans 1 amp; Philip H. Warren

Abstract Effective planning for biodiversity in cities and towns is increasingly important as urban areas and their human populations grow,both to achieve conservation goals and because ecological communities support services on which humans depend. Landscape ecology provides important frame works for understanding and conserving urban biodiversity both within cities and considering whole cities in their regional context, and has played an important role in the development of a substantial and expanding body of knowledge about urban landscapes and communities. Characteristics of the whole city including size, overall amount of green space, age and regional context are important considerations for understanding and planning for biotic assemblages at the scale of entire cities, but have received relatively little research attention. Studies of biodiversity within cities are more abundant and show that longstanding principles regarding how patch size, configuration and composition influence biodiversity apply to urban areas as they do in other habitats. However, the fine spatial scale sat which urban areas are fragmented and the altered temporal dynamics compared to non-urban areas indicate a need to apply hierarchical multi-scalar landscape ecology models to urban environments. Transferring results from landscape-scale urban biodiversity research into planning remains challenging, not least because of the requirements for urban green space to provide multiple functions. An increasing array of tools is available to meet this challenge and increasingly requires ecologists to work with planners to address biodiversity challenges. Biodiversity conservation and enhancement is just one strand in urban planning, but is increasingly important in a rapidly urbanising world.

Keywords Conservation planning; Urban ecology; Patch-matrix; Species-area relationship; Land sparing/sharing; Green infrastructure

1 Introduction

Urban ecology is a young , but rapidly growing field. This growing interest is associated with numerous factors, including: rapid global urbanisation, with most people now living, and hence experiencing nature, in urban areas; predicted higher rates of urban growth in biodiversity hotspots, making some cities foci for threatened species conservation; recognition of the impacts of urban resource use on land-use and biodiversity beyond the urban area;and increasing recognition of the links between biodiversity and ecosystem service provision in urban areas themselves. Biodiversity is one of the key themes running through each of these issues, emphasising the importance of under-standing the characteristics of urban biodiversity, the factors that drive it and how we can best design and manage urban areas to support it. This endeavour must, of course, sit alongside other key environmental, social and economic agendas for urban areas. Landscape ecology sits at the interface between many of these issues and plays an increasingly significant role in understanding biodiversity responses to environmental change, focusing on land-use, habitat fragmentation and scaling. Against this background, and from a landscape ecology perspective, we review recent research on urban biodiversity, its conservation and its enhancement. Studies for the most part consider biodiversity in terms of taxonomic richness but also, to lesser extents, evenness of abundance, or the occurrence and abundance of groups of species classified by their threat status, ecological traits and functions. We start by examining whole cities in their regional context, considering how the characteristics of entire urban areas, such as city size and age, influence their biodiversity. We then consider biodiversity patterns within cities focusing particularly on the characteristics of habitat patches that are important for biodiversity, the characteristics and importance of the urban matrix for organisms and the temporal dynamics of urban green space. Here and through out we use lsquo;green spacersquo; to refer to any unsealed surface, regardless of its size, particularly areas with vegetation cover. We conclude by considering some of the wider issues affecting how knowledge emerging from landscape-scale urban biodiversity research is transferred into urban landscape planning and how biodiversity conservation interacts with other urban planning priorities.

2 City-Level Biodiversity

There is much interest in how urbanisation drives land-use change and alters biological assemblages through local species extinctions and other changes in population densities and, increasingly, such attention is focusing on these effects at the whole-city scale, i.e. how do the characteristics of entire cities affect their biodiversity? Such studies have only become possible due to the increasing availability of compilations of data on the structure and composition of biotic assemblages at the scale of entire urban areas . Analyses of such data have suggested that whilst the selection pressures associated with urbanisation do promote some level of biotic homogenisation—creation of similar communities across different urban areas—there is still considerable variation in the composition of urban assemblages. For example, a number of species are not consistently urbanised throughout their range and the beta diversity, i.e. spatial turnover, of urban assemblages can be considerable, even when cities are close together. This variation suggests that the biodiversity found within a city may partly be determined by city-level characteristics. These characteristics can vary massively across urban areas: one such example is the amount of vegetation in cities, which varies by two orders of magnitude from less than 1

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城市生态多样性与景观生态学：模式，过程与规划

  1. Briony A. Norton 1 amp; Karl L. Evans 1 amp; Philip H. Warren。

摘要：随着城市和人口的增长，城市和城镇的生物多样性的有效规划变得越来越重要，既为了实现保护目标，又因为生态社区提供人类赖以生存的服务。景观生态学为理解和保护城市内的城市生物多样性提供了重要的框架，并在其区域范围内考虑了整个城市，同时也在城市景观和社区大量且不断扩大的知识体系的发展中发挥了重要作用。整个城市的特征，包括规模、整体绿地面积、年龄和区域背景，是了解和规划整个城市规模的生物组合的重要考虑因素，但得到的研究关注相对较少。对城市中生物多样性的研究倒更加丰富，它展示了关于斑块大小、结构和组成如何影响生物多样性的长期原则在城市地区的应用，就像它们在其他栖息地一样。然而，城市区域的空间尺度比较小，而与非城市地区相比，其变化的时间动力学特征表明，需要将分层的多尺度景观生态模型应用于城市环境。将景观尺度的城市生物多样性研究成果转化为规划仍然具有挑战性，尤其因为城市绿地需要提供多种功能。越来越多的工具可用来应对这一挑战，并且越来越需要生态学家与规划人员合作应对生物多样性的挑战。生物多样性的保护和增强只是城市规划中的一环，但在快速城市化的世界中，它却日益重要。

关键词：保护规划；城市生态；斑块-基质；物种-区域关系；土地节约/共享；绿色基础设施

1 引言

城市生态是一个年轻但快速发展的领域。这种日益增长的兴趣与许多因素有关，包括:快速的全球城市化，大多数人现在生活在城市地区，因此体验自然;预测了生物多样性热点地区的城市增长速度，使一些城市成为濒危物种保护的重点;认识到城市资源利用对城市区域以外的土地利用和生物多样性的影响;以及日益认识到城市地区本身的生物多样性和生态系统服务供应之间的联系。生物多样性是贯穿这些问题的关键主题之一，强调了城市生物多样性特征的重要性，驱动它的因素，以及我们如何最好地设计和管理城市地区以支持它。当然，这一努力必须与其他关键的环境、社会和经济议程一起，在城市地区进行。景观生态学位于许多这些问题之间的界面，在理解生物多样性对环境变化的反应方面发挥着越来越重要的作用，重点是土地利用、栖息地的破碎和扩大。在此背景下，从景观生态学的角度，我们回顾了最近关于城市生物多样性的研究，它的保护和增强。大部分的研究都认为生物多样性在分类学上的丰富性，但在较小的程度上，甚至是丰富的程度，或被它们的威胁地位、生态特征和功能分类的物种的发生和丰富。我们首先考察整个城市的区域背景，考虑城市的大小和年龄等城市的特征对其生物多样性的影响。然后，我们考虑城市内部的生物多样性模式，重点关注对生物多样性至关重要的生境斑块的特征，城市基质对生物的特征和重要性，以及城市绿地的时间动态。在这里，我们使用“绿色空间”来指代任何未封闭的表面，不管它的大小，特别是植被覆盖的区域。我们的结论是，考虑到一些更广泛的问题，这些问题影响了从景观尺度的城市生物多样性研究中产生的知识如何被转移到城市景观规划中，以及生物多样性保护如何与其他城市规划重点相互作用。

2 市级生物多样性

人们对城市化如何推动土地利用变化，以及如何通过物种灭绝和人口密度的其他变化来改变生物组合的方式非常感兴趣，而且越来越多的关注集中在整个城市尺度上的这些效应，即整个城市的特征如何影响其生物多样性?这类研究之所以成为可能，是因为在整个城市地区的规模上，有关生物组合结构和组成的数据的汇编越来越多。对这些数据的分析表明，与城市化相关的选择压力确实促进了不同城市地区相似社区的生物同质化水平的提高，但城市组合的组成仍有相当大的变化。例如，许多物种在它们的范围内并没有持续地城市化，而城市组合的beta多样性，即空间周转率，即使在城市之间也很接近，也可能是相当可观的。这一变化表明，在一个城市中发现的生物多样性可能部分取决于城市水平的特征。这些特征在城市地区有很大的差异:一个例子就是城市里的植被数量，它的大小从土地覆盖的不到1%(例如，Kolkata)到63%(例如，winnipeg)的大小不等，但在区域内的变化幅度较小，但仍然相当大。在欧洲的386个城市中，有10-36%的中国人[19]和2- 46%的人。城市绿地数量的变化极有可能影响物种的丰富性。城市规模是另一个在城市地区显著变化的属性，它有很大的潜力影响生物组合的结构。然而，城市生物多样性研究才刚刚开始赶上一个更广泛的社会生态城市研究领域，该领域已经确定，城市规模可以准确地预测包括土地利用、资源流动和经济生产力在内的众多属性，这些属性包括简单的幂律尺度关系。这两种元素，大小和绿色空间，通过密度的变化相互作用，都是建筑环境和人的相互作用:大的，低密度的城市可能与较小的高密度城市非常不同。重要的是，城市规模和密度等特征可能受到规划和立法制度的性质的影响，这可能为影响城市扩张对生物多样性的影响提供一种手段。在这一节中，我们将讨论城市环境如何影响生物多样性，然后评估两个城市的特征，大小和年龄，决定了城市之间的生物多样性模式。

3 城市环境

城市的原生生物多样性不可避免地成为了周边地区物种池的一个子集，因此，城市的地理位置对其生物多样性有相当大的影响。热带城市的本地物种比温带的多，尽管在全球和国家尺度上，纬度物种的丰富性梯度在城市地区明显比农村地区浅。随着区域生物多样性的增加，独立于这一纬度梯度的城市倾向于支持减少区域物种池的比例。造成这种现象的原因尚不清楚，但可能是因为热带地区物种丰富，部分原因是它们所占的专家比例更大，但这种物种很少能适应城市环境。

一个城市被嵌入的气候区也会影响生物多样性对城市化的反应。与其他地区相比，在干旱地区内的城市的生物多样性的减少程度可能要小得多。在某种程度上，这可能来自于栖息地匹配假说，该假说认为，当地原生物种在为一个物种的原生栖息地创造更相似的栖息地时，更好地应对城市化，而城市公园和花园的开放性质更接近于主导干旱地区的开放生境，而不是通常发生在中区的密集自然植被。这种适应环境的假说也可以解释为什么热带城市的鸟类是由开放的国家而不是热带雨林物种主导的。人类对气候区的反应也可以决定生物多样性对城市化的反应。例如，位于干旱地区的城市的灌溉可以促进某些物种的出现，至少部分是由于增加的水可用性减轻了城市热岛的不利影响。

栖息地的质量和其他因素决定了一个城市周围的物种池的大小和其组成物种的种群大小，可以影响城市地区物种的多样性。尽管城市在区域物种池中所占的比例越来越小，但随着泳池面积的增加，城市物种丰富度总体上也在增加，因为有更多的潜在的殖民者。此外，较高的人口规模与更高质量的增加潜在的栖息地物种殖民城市通过随机分散活动，导致建立新的可行的城市人口，人口外溢到城市栖息地，即缓冲效应，或定期供应新兵允许人口城市下沉。相反地，散布可以遵循“好留，坏分散”的规则，即栖息地退化促进更大的传播;因此，城市周边环境质量的恶化可能会促使城市和城镇的扩散。事实上，苍鹰 (Accipter gentilis)似乎已经在一些欧洲城市进行了殖民，这是由于一连串的寒冷冬季和在农村地区增加的(合法的)狩猎压力。虽然还需要更多的研究，但有证据表明，城市和农村地区的鸟类的时间人口趋势可能是紧密相关的，这表明一个物种的农村人口的减少并不会导致其城市人口数量的增加。总的来说，在高质量环境包围的城市中，可能会有更多的生物多样性，而不像那些被低质量的栖息地包围的城市。

4 城市大小

在大城市，由于城市化而产生的环境条件和相关的选择压力往往更为强烈。大城市往往有更强的城市热岛，更有改良的降水制度，而且比小的污染更严重。此外，较大的城市地区可能会起到更大的分散屏障作用，从而限制从农村人口到城市的人口分散或溢出的可能性。这种分散能力的减少可能会对其他的传播路线和生态功能产生重要的连锁反应，例如，由于旅行时间成本的影响，在大城市中，由于减少了种子的传播，将会减少城市中心的活动。这样的过程表明，在城市地区和其他高度改良的系统中，一个区域的边缘构成了大多数物种的高质量栖息地，而不是核心区域——这与生态系统中典型的模式相反。城市规模对生物多样性的任何负面影响都可能在大城市中减少，如果它们包含更多的绿色空间，而绿色空间增加了城市和农村人口之间的联系。然而，这种补偿性的机制似乎很少见:尽管一些大城市确实包含了大量的城市绿地，可以为许多分类单元提供避难所。纽约的3.4平方公里中央公园;马德里有1.4公里的退休人口，城市绿地的总面积通常与城市规模大致相当。

显然有许多可能的机制，城市规模可以影响城市地区的物种数量和种类。评估这些影响的一种方法是考虑物种间关系的形式。一致和准确的数据在城市地区的地理范围并不容易获得，部分原因是全球的定义仍然没有标准如何建立一个包裹的土地应列为城市之前，或者形成一个适当的空间粒度的定义。因此，一些关于城市水平的物种-区域关系的研究利用人口规模作为衡量城市规模的尺度。然而，这一措施很难将城市面积和人口密度的影响区分开来，这两个因素对生物多样性的影响可能是重要的。的一些研究评估物种的总数在城市与它的地理范围表明，城市组合表现出物种-区域关系，这些关系的山坡上，似乎类似于在农村地区，大量的证据表明城市物种-区域关系的形式，然而，有限的，在这些分析大城市尤其糟糕。值得注意的是，在全球城市化程度最高的地区之一的英国，研究表明，在人口密度最高的地区(即城市地区)，物种间关系的坡度是最低的，这表明城市的物种数量增长速度要慢于农村地区。在农村地区形成物种区域关系的一个主要机制是，更大的区域通常包含更多的生境类型，因此越来越多的受限制的物种出现在更大的地区。这一机制似乎不太可能推动城市地区的物种区域关系超过一定的城市规模，因为城市地区生境多样性的空间模式极为精细(参见城市生物多样性)。因此，区域-生境的多样性关系似乎很可能迅速饱和，随着城市空间范围的增加，物种丰富度的增加也会减少，而且有经验证据证明这一点。

需要进一步评估生物多样性如何对城市规模做出反应，尤其是那些合并了特大城市的城市，这些都应该超越物种之间的简单描述，并考虑组合构成。考虑到物种的特征，如果这些特征被适当地选择，与个体物种对城市规模的反应的方向和幅度相关，在评估对城市规模的反应时将特别有用，因为在较大的城市中，选择压力增加或分散障碍增加。了解城市区域和人口密度对生物多样性的共同作用，也是理解城市增长的广泛或紧凑模式的生物多样性后果的核心(见规划和管理的城市多样性)。

5 城市年龄

从城市地区发展到城市时代的时间，可以通过一系列与当地殖民和灭绝率有关的机制影响城市中发现的物种数量和种类。较老的城市地区有更多的时间来应对城市化的不利影响，即城市的灭绝债务中有很大一部分已经实现，从而减少了本地物种的数量。城市的灭绝债务很少被量化，但有证据表明它们在年轻的城市中是相当可观的。

相反，在较老的城市地区，也有更多的时间可供物种适应城市选择的压力，或重新规划植被区域，这可能对需要成熟植被的物种特别重要(由于新种植的植被需要时间成熟)。当然，在小的空间尺度上，许多研究发现，随着城市发展的时代，当地物种的丰富性增加了，这种模式通常被认为是由于植被的成熟或继承性的结果，以及为殖民而增加的时间。

很少有研究评估城市的年龄对生物多样性的影响，也许部分是因为许多城市是由不同年龄的地区组成的，这使得分析更加复杂。在遗传多样性的水平上，城市人口建立的时间可以与遗传多样性的丧失呈正相关，但在此之前，还需要进行更多的研究，以作为一种普遍的模式。关于物种多样性，对本地植物物种的两项全球分析产生了高度矛盾的关于城市年龄影响的证据。Hahs等人发现，随着时间的推移，本土植物的多样性会逐渐减少，而Aronson等人则发现，在一个城市中保留的本地植物种群的比例实际上随着城市年龄的增加而增加。虽然有一些方法论的差异(例如Hahs等人使用数据从城市中植物调查一直重复在至少两个不同的时期，和Aronson等人比较城乡物种列表根据假设所有农村物种此前发生在城市范围内开发)之前，这两个结果的差异很难调和。Aronson等人也研究了鸟类的模式，发现城市年龄并没有影响城市中保留的区域物种池的比例。因此，城市年龄对生物多样性的总体影响尚不清楚，但最终必须在当地灭绝和殖民事件之间取得平衡。在城市化地区的长期纵向研究通常表明，本地物种丰富度的下降表明，在给定的时间单位，灭绝债务通常比殖民债务更大，而城市的年龄可能与本地物种的丰富程度负相关。

6 城市生物多样性

在整个城市层面上对生物多样性的研究是一个新兴的领域，它清楚地强调了城市等级的属性可以影响物种组合。然而，城市生物多样性的分布和城市物种组合组成的精细尺度空间变化，高度依赖于城市内土地利用和土地覆盖等因素的局部空间变化。在城市景观生态学研究中，对城市生物多样性与内部空间变化关系的研究是一个具有悠久传统的领域。目前有大量的经验主义、景观尺度的城市生态学研究，利用城市边缘、中心梯度、非线性城市梯度和生境斑块特征等概念，来进一步了解在精细的空间尺度上构建城市生物组合的因素。这些方法经常应用一种“补丁矩阵”的景观视角来理解生物多样性模式，其中的景观主要被看作是嵌入在不适宜居住的非栖息地环境中的栖息地的斑块。

在许多方面，补丁矩阵的概念是一种有用和富有成效的方法。这导致了在城市环境中对生物多样性的一些明显的有力的概括，包括物种丰富度在更大的绿色空间斑块上普遍较高，并且增加了斑块面积比可以减少物种的丰富度。有关连通性的结果更加模棱两可，尽管这部分可以解释为物种的分散能力的变化以及斑块被分离的程度，但基质的质量也可以发挥作用。特别是在斑块周围的城市发展密度是研究的一个热点，而高密度的发展通

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