城市野境的生物多樣性研究進展

姜雁林，馬曉燕，馮麗

(1.北京農(nóng)學院 園林學院，北京 102206；2.城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實驗室，北京 100083)

生物多樣性及其功能與服務(wù)是人類的健康與福祉，是經(jīng)濟增長和社會可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。而過度開發(fā)、外來入侵物種等多種因素嚴重威脅全球生物多樣性。人民對美好生活的向往使得人居環(huán)境建設(shè)既要注重生態(tài)保護、又要完善游憩、教育等功能，而城市化進程中建成區(qū)難以提供大量空余土地用于人居環(huán)境建設(shè)，因多種因素被閑置、棄置或空置[1]的一些“城市野境(urban wilderness)”，人為干預(yù)較少、自然占主導(dǎo)、擁有較為豐富的生物多樣性，合理規(guī)劃利用城市野境既能一定程度上緩解建設(shè)人居環(huán)境用地困難，又為保護城市生物多樣性提供新的途徑。

城市野境研究已取得一定的成果：界定了城市野境的概念，分析了城市野境的出現(xiàn)原因與發(fā)展過程[1]；通過解析城市野境案例[2]等方式，比較了城市野境與荒野的異同[3]，審視了城市野境的內(nèi)涵與價值[4]、城市保護地建設(shè)對城市野境的保護[5]、城市野境對城市生態(tài)的維護作用[6]，甚至討論了荒野型景觀的營造與規(guī)劃設(shè)計[7]。城市野境管理強度低、野性程度高，使得自發(fā)的生態(tài)過程[8]增強，自然演替在一定程度上豐富了棲息地類型和物種多樣性[9]，從而使城市野境的相對野性程度與生物多樣性正相關(guān)。

為在規(guī)劃利用中更好發(fā)揮城市野境的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，在對城市野境的生物多樣性進行研究、規(guī)劃或保護時，應(yīng)充分考慮但不限于支持、供給、調(diào)節(jié)和文化服務(wù)[9]等內(nèi)容，在城市野境生物多樣性研究中要分析趨勢，梳理熱點，查找差距，尋求突破。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

以統(tǒng)計學原理為基礎(chǔ)，對文獻進行定量分析的文獻計量學方法近年來應(yīng)用廣泛[10]，可用于描述、評價、預(yù)測學科或領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)、研究熱點和未來趨勢[11]。CiteSpace是進行文獻計量分析的可視化工具[12]。借助CiteSpace分析，對城市野境相關(guān)文獻繪制可視化知識圖譜，歸納了城市野境的生物多樣性研究現(xiàn)狀，預(yù)測了發(fā)展趨勢。

1.2 數(shù)據(jù)來源

以Web of Science數(shù)據(jù)庫(簡稱WoS庫)和中國知網(wǎng)期刊數(shù)據(jù)庫(簡稱CNKI)作為文獻來源。截至2021年11月，用“Urban”限定研究地點，“Wilderness”、“Biodiversity”限定研究內(nèi)容①檢索，獲WoS庫文獻452篇，與英文檢索詞對應(yīng)的“城市”、“野境”以及“生物多樣性”檢索CNKI庫，獲文獻369篇。因檢索詞“Wilderness”、“Biodiversity”、“野境”、“生物多樣性”有多重含義，故通過閱讀文獻摘要、瀏覽內(nèi)容，將非城市區(qū)域野境、類城市野境的規(guī)劃設(shè)計、非生物多樣性價值探討等文獻剔除，最終篩選得到WoS庫有效文獻62篇，CNKI庫有效文獻45篇。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 研究趨勢

WoS庫發(fā)文量在2005年前較少(圖1)，后逐漸增多至2012年達到第一個小高峰，2013年至2018年相對較少，2019年起再次回升并緩慢增長，目前應(yīng)仍處于二次發(fā)展階段。CNKI庫，2003年首次發(fā)文后，除2010年和2019年外，發(fā)文量相對平均(圖2)；年均發(fā)文量CNKI庫少于WoS庫，初次發(fā)文CNKI晚于WoS庫。

圖1 WoS數(shù)據(jù)庫發(fā)文量圖Figure 1 Document quantity map of WoS database

圖2 CNKI數(shù)據(jù)庫發(fā)文量圖Figure 2 CNKI database document quantity chart

2.2 研究區(qū)域

北美最早確立荒野概念，已形成國家荒野保護體系[13]，故相關(guān)研究開展時間較早，歐洲也受到其影響，成果較多，主要有德國(23項)、法國(8項)和美國(10項)等；且多以人口百萬級以上超大城市為對象，如柏林(18項)、不來梅(6項)、巴黎(7項)等。超大城市的土地廢棄越來越頻繁[14]，導(dǎo)致了再野化研究發(fā)展迅猛[15]，主要原因是城市野境的生物多樣性研究能有效支撐再野化。國內(nèi)相關(guān)研究也主要集中在上海(15項)、深圳(3項)、廣州(3項)、成都(3項)等發(fā)達地區(qū)的大城市。

選擇人口百萬級以上的大城市或超大城市，是因為大城市對城市生物多樣性保護更為重視，對城市野境研究的支持力度更大，同時包括高等院校在內(nèi)的相關(guān)研究機構(gòu)多分布于大城市，有更好的可接觸性、便于開展相關(guān)研究。

2.3 研究方法

國內(nèi)外單一的城市野境的生物多樣性研究較少，多在調(diào)研城市整體生境及生物多樣性時涉及城市野境，故城市野境生物多樣性研究方法與其他生物多樣性研究方法基本一致，以實地調(diào)查采樣和數(shù)據(jù)分析為主。

實地調(diào)查采樣主要有樣方法[16-17]、樣線法[18-19]、分層抽樣調(diào)查[20-21]、人工搜索捕捉[22]、陷阱誘捕法[23]、無線電追蹤法[24]等；數(shù)據(jù)分析方法包括典型對應(yīng)分析(CCA)[23]、相關(guān)性分析[22]、方差分析[25-26]、回歸分析[27-28]、層次分析[29]、聚類分析[30-31]以及主成分分析[32-33]等。此外，文獻收集法[34]、問卷調(diào)查[35]或結(jié)構(gòu)性訪談[36]、增加GIS和遙感分析[37-38]等常作為輔助性方法；特定需求時還用到土壤實驗[26]、對照實驗[39]和種子萌發(fā)實驗[40]等。

國外研究結(jié)果多通過搭建一些生物多樣性模型，包括線性混合模型[22]、空間顯式模型[41]、隨機相遇模型[42]、物種分布模型[43]、廣義線性模型[44]等呈現(xiàn)，而國內(nèi)研究上升到生物多樣性模型的較少。

2.4 研究熱點

關(guān)鍵詞是核心內(nèi)容的高度凝練，高頻關(guān)鍵詞反映出研究重點，剔除主題表述關(guān)鍵詞“生物多樣性”、“多樣性”及“廢棄地”、描述性詞匯“持續(xù)”等，對有效文獻進行整理，利用文獻聚類圖譜進行分析，當關(guān)鍵詞的中介中心性較高時，能在一定程度上體現(xiàn)某一時段的研究熱點。

WoS庫文獻關(guān)鍵詞聚類圖譜的最高詞頻依次為城市化(urbanization)、動植物社區(qū)(community)、生物學(ecology)及保護(conservation)(圖3)；其余高頻詞還包括管理(management)、生物同質(zhì)化(biotichomogenization)、生物的生態(tài)學特性如密度(density)、聚集模式(assemblage)、棲息地(habitat)等(圖3)；其中棲息地(habitat)[16]2003年首現(xiàn)(圖4)標志著領(lǐng)域熱點的第一次涌現(xiàn)，2021年4月首現(xiàn)的公民數(shù)據(jù)(citizen science data)[45]一定程度上意味著公眾參與已滲透到城市野境管理(圖4)，公眾參與可能會成為未來研究熱點或重點。

圖3 2000—2021年WoS數(shù)據(jù)庫城市野境生物多樣性研究關(guān)鍵詞頻次聚類圖譜(modularityQ②(0.561 8)>0.3，mean silhouette③(0.831 4)>0.5)Figure 3 Keywords frequency clustering map of urban wildlife biodiversity research in wos database from 2000 to 2021

CNKI庫關(guān)鍵詞聚類圖譜主要高頻詞依次為城市森林、群落結(jié)構(gòu)、外來入侵植物等，其他高頻詞涉及適應(yīng)策略、物種組成、土地利用、城鄉(xiāng)梯度以及河流廊道等(圖5)。2005年楊冬青[46]在研究土壤動物的分布時，首次探討了不同土地利用類型的生物多樣性，第一次將土地利用類型作為研究內(nèi)容帶入了領(lǐng)域視野。田志慧[47]在2011年揭示了雜草群落的多樣性格局的形成原因，并首次提出了城市野境生物多樣性保育的適應(yīng)性策略(圖6)。

圖4 2000—2021年WoS數(shù)據(jù)庫城市野境生物多樣性研究關(guān)鍵詞頻次、時間聚類圖譜(modularityQ②(0.561 8)>0.3，mean silhouette③(0.831 4)>0.5)Figure 4 Keywords frequency and time clustering map of urban wildlife biodiversity research in wos database from 2000 to 2021

圖5 2000—2021年CNKI數(shù)據(jù)庫城市野境生物多樣性研究關(guān)鍵詞頻次聚類圖譜(modularityQ②(0.799 4)>0.3，mean silhouette③(0.958 9)>0.5)Figure 5 Keywords frequency clustering map of urban wildlife biodiversity research in CNKI database from 2000 to 2021

圖6 2000—2021年CNKI數(shù)據(jù)庫城市野境生物多樣性研究關(guān)鍵詞時間聚類圖譜(modularityQ②(0.799 4)>0.3，mean silhouette③(0.958 9)>0.5)Figure 6 Keywords of urban wildlife biodiversity research in CNKI database from 2000 to 2021: temporal clustering map

WoS庫文獻既有宏觀角度探究城市野境的保護，生物多樣性推動因素(如城市化)的研究，又有微觀角度的基礎(chǔ)性研究，如動植物社區(qū)、生物學特性，總體上以應(yīng)用導(dǎo)向為主；公眾參與可能滲透到城市野境規(guī)劃建設(shè)、管理養(yǎng)護等相關(guān)方面，逐漸成為研究的新熱點。而CNKI庫文獻的研究相對著眼點較小，多集中于單一類型的城市森林生境，廢棄地、棕地等，其余城市野境研究較少，研究內(nèi)容以群落結(jié)構(gòu)、外來入侵植物等研究為主，多層次多維度立體化研究不多，總體上以基礎(chǔ)研究為主；自2011年提出的“適應(yīng)性策略”熱詞后，近10年來沒有出現(xiàn)新的研究內(nèi)容。

2.5 研究內(nèi)容

根據(jù)高頻詞對文獻進行分析，研究主要內(nèi)容包括城市野境與其他城市棲息地的生物多樣性差異比較(共30篇)、城市野境生物多樣性變化的影響因素(共49篇)、城市野境生物多樣性的保護與利用措施及其他研究(共25篇)等。

(1)城市野境與其他棲息地生物多樣性差異比較。WoS庫文獻主要將城市生境與人工生境，如公園[48]、草坪[49]、住宅區(qū)[50]等對比，而CNKI庫中文獻比較對象更豐富，包括河岸、高地、淺灘沼澤[51]以及農(nóng)田、廢棄地、綠地[46]，同時對城市野境內(nèi)不同用地間進行了比較，如廢棄道路與廢棄農(nóng)地[17]、城市森林與廢棄采石場[29]、土壤廢棄地與城市森林空隙[52]等的比較。WoS庫內(nèi)文獻的比較內(nèi)容研究集中在物種分布[22]與多樣性[53]、群落差異[18]等。研究文獻中，大部分支持城市野境物種豐度高于其他人工生境。但毛雷爾等[16]研究卻認為城市野境的物種豐度低于公園、居住區(qū)。賀夢璇等[40]研究表明城市野境中的城市廢棄地生物多樣性指數(shù)低于城市人工綠地、高于城郊結(jié)合帶和自然保留地。葉水送[54]發(fā)現(xiàn)荒地生物多樣性香農(nóng)-威納指數(shù)高于農(nóng)田低于次生林。這種差異可能是研究所在位置、研究評價指標等因素造成的。如德國柏林[16]和智利圣地亞哥[18]的公園、居住區(qū)和城市野境，因地處不同洲、半球、溫度帶等差異而研究結(jié)果不一致。同時，有研究表明城市野境所處區(qū)位的城市化階段不同也會影響城市野境的生物多樣性[47]。此外，由于部分研究的評價體系中某些因子需主觀賦值，個人的主觀評價標準不同也可能造成結(jié)果差異[41]。

(2)影響因子。城市野境生物多樣性的影響因子中，主要包括場地特性與景觀環(huán)境。場地特性包括物種豐富度、物種分類組成和單一物種生存等(圖7～9)，具體的影響因子有微氣候[20]、野境面積大小[55]、土壤基質(zhì)[20]、生成年代[56]和植物演替階段[57]等。小氣候直接影響某些物種分布。隨野境面積的增加物種豐富度增加。不同土壤基質(zhì)和處于不同的發(fā)展階段的野境，會形成不同的動植物群落。如同一野境，處于荒蕪階段與森林階段有著截然不同的生物多樣性。

圖7 物種豐富度的影響因子的研究數(shù)量圖Figure 7 Number of studies on Influencing Factors of species richness

圖8 物種分類組成影響因子的研究數(shù)量圖Figure 8 Number of studies on Influencing Factors of species classification composition

圖9 單一物種生存影響因子的研究數(shù)量圖Figure 9 Number of studies on factors affecting the survival of a single species

景觀環(huán)境主要指生態(tài)學視角下的景觀鑲嵌結(jié)構(gòu)，具體影響因子包括基質(zhì)、廊道等。研究表明在草原、林地、濕地等地[58]，場地特性比景觀鑲嵌結(jié)構(gòu)更能影響生物多樣性，城市野境可能也具有這一特性，如：斑塊周圍的基質(zhì)類型、生境走廊變化對生物多樣性的影響小于野境面積、質(zhì)量變化[59]；Meffert和Dziock[60]通過測算基質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征對擴散率的影響，證明了基質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征與種群的生存能力無顯著相關(guān)性。但也有研究認為景觀環(huán)境與地方特征的影響程度相似，甚至有時前者是主導(dǎo)[47]。

多數(shù)學者認為人類或動物的行為也影響城市野境生物多樣性。人為干擾影響野境的雜草群落[61]，家貓影響城市野境中鳥類種群[62]，人類生產(chǎn)生活的垃圾量影響野境大小，并影響植物的豐富度和均勻度[63]。但Meffert和Dziock[60]認為頻繁出入城市野境的人類或動物不影響鳥類活動，費舍爾[64]研究得出不影響植物物種豐富度有相似結(jié)論。

(3)城市野境生物多樣性的保護與利用措施及其他。城市野境可提升城市生物多樣性，在保護城市生物多樣性方面有其獨特作用，可以將城市野境整合到城市規(guī)劃中，或納入到城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施[65]的范疇內(nèi)，達到臨時保護[56]或構(gòu)建特殊的城市-工業(yè)新型生態(tài)系統(tǒng)[66]。增加土壤基質(zhì)、植被結(jié)構(gòu)、微氣候等場地特性[67]，增加社會經(jīng)濟與環(huán)境標準[68]等標識，篩選出更有保護潛力的城市野境，并通過場地建模設(shè)計等進一步發(fā)揮城市野境的自身作用。

CNKI庫中文獻在城市野境保護層面有較好的一致性，強調(diào)要增強城市野境生物多樣性的保護意識[69]，加強對于植物資源[70]、特定種類或群落[71]的保護和關(guān)注，加強對生物多樣性保護的基礎(chǔ)研究[72]。在城市野境改造、規(guī)劃、利用層面，提出挖掘和利用自生植被[17]、加強斑塊間交流[70]以及利用建筑余土[73]等有效措施。

3 結(jié)論與展望

國內(nèi)外城市野境的生物多樣性研究存在一定差異，主要表現(xiàn)在起步時間、發(fā)文數(shù)量以及研究熱點和導(dǎo)向、深度等方面。而在研究區(qū)域和研究內(nèi)容上有較好的一致性。就差異而言，國內(nèi)外研究雖均起步于二十一世紀初，但國內(nèi)稍晚、發(fā)文量少，且集中于基礎(chǔ)研究為主的單類生境研究，而國外則以應(yīng)用型為導(dǎo)向，既有宏觀探究也有微觀基礎(chǔ)的研究。目前新的研究熱點仍在國外不斷涌現(xiàn)，而國內(nèi)很長時間沒有新的研究熱點出現(xiàn)。就一致性而言，國內(nèi)外研究均集中于大城市，均認為城市野境的面積大小、土壤基質(zhì)、微氣候、生成年代和植物演替階段、所處區(qū)位、人類和寵物的活動等影響其生物多樣性。

相較于國際研究，國內(nèi)研究起步晚，研究較少，在數(shù)量和深度上仍有一定差距，以基礎(chǔ)研究為主的研究成果實際應(yīng)用難度大、挖掘研究新的熱點較難。后續(xù)研究應(yīng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上與國際研究接軌，結(jié)合參與要素等熱點拓展研究視域，不斷完善城市野境生物多樣性研究的理論體系；加強應(yīng)用型研究，不斷完善應(yīng)用技術(shù)體系。保護和利用的前提是思想的轉(zhuǎn)變，在建立理論體系時提高人們對于城市野境的認知，加深對野境的保護和利用意識。完善應(yīng)用技術(shù)體系時，強調(diào)城市野境的應(yīng)用，如在進行城市綠地規(guī)劃時根據(jù)城市野境的面積、生成年代、植被結(jié)構(gòu)、生境類型等因素，將具有較高生物多樣性的野境納入城市綠地的范疇并加以利用，在城市野境的景觀化改造過程中充分考慮人類活動對生物多樣性的影響，并兼顧野境生物多樣性的保護。

注釋：

①檢索詞經(jīng)綜合考慮城市野境生物多樣性相關(guān)研究領(lǐng)域進行確定：按照CiteSpace軟件對數(shù)據(jù)分析的需要，基于參考文獻，運用盡可能廣泛的專業(yè)詞匯來確定研究領(lǐng)域，使檢索結(jié)果廣泛涵蓋城市野境生物多樣性領(lǐng)域的完整內(nèi)容。

②modularityQ(Q值的取值區(qū)間為0～1，Q>0.3時，所得網(wǎng)絡(luò)聚類結(jié)構(gòu)顯著的，值越大表示網(wǎng)絡(luò)聚類越佳)。

③mean silhouette是通過衡量網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性用于評價聚類效果的參數(shù)，該值在0.5以上，可以認為聚類結(jié)果是合理的，在0.7以上時，聚類結(jié)果是具有高可信度的。