城市生态安全格局构建:目标、原则和基本框架

随着人口增长和经济快速发展,城市化已经成为人类社会发展的必然趋势。快速城市化必将导致生态用地流失、生态系统服务下降和环境健康风险加剧,由此影响到城市生态安全。尽管生态安全的概念已经为社会广泛接受,但对生态安全的内涵和如何构建生态安全格局仍然缺乏统一认识。在分析生态安全内涵、生态安全概念辨析和生态安全格局构建基本原则基础上,结合城市生态系统特点,提出了城市生态安全格局构建的目的、基本原则和基本框架。认为城市生态安全格局构建是一个涉及多尺度的区域性、综合性问题,除了要遵循生态安全格局构建的一般性原则外,还必须考虑以下原则:以人为本原则、流域适应原则、区域协调原则和有限目标原则。同时,需要重点关注宏观与微观尺度之间的关系协调、城市内部与外部之间的关系协调、理想与现实目标之间的权衡、人类生存需求与生态服务需求之间的权衡关系。通过城市生态安全格局构建,需要实现以下目标:控制城市化过程中出现的问题、维持城市地区正常的物质循环与代谢功能、维持城市生态系统健康运行与可持续发展、保证城市人居环境健康和居民的正常生活,以及满足现有城市居民可预见时期内生态服务需求。从景观、城市和区域三个尺度上,分析了城市生态安全格局构建需要面对的实体、解决的问题和实现的目标。     

北京市生态安全格局及城市增长预景

在快速城市化和城市生态安全面临巨大挑战的时代背景下,构建生态安全格局是实现区域和城市生态安全的基本保障和重要途径.在梳理国内外生态安全格局研究进展的基础上,提出基于景观安全格局理论的北京市生态安全格局网络和城市发展空间格局.通过对北京市水文、地质灾害、生物多样性保护、文化遗产和游憩过程的系统分析,运用GIS和空间分析技术,判别出维护上述各种过程安全的     

西安市景观格局演变对生态系统服务价值的影响

研究快速城市化地区景观格局演变对生态系统服务价值的影响,对城市空间格局调控、健康稳定城市生态系统的构建、区域土地资源优化利用和生态环境的保护及区域可持续发展具有重要意义.本文基于西安市3期(1999、2006和2015年)TM遥感影像的解译结果和社会经济统计数据,利用景观生态学和生态系统服务相关理论,分析了城市化影响下西安市景观格局特征和生态系统服务价值的时空变化特征,并定量分析了景观格局演变对生态系统服务价值的影响.结果表明: 随着城市化进程的加快,西安市景观格局发生了很大变化,其中,建设用地和园地景观不断增加,耕地、林地、水域景观减少;研究区景观呈现出愈加破碎化、多样化和不规则化的趋势.1999—2015年,西安市生态系统服务总价值减少19.03亿元.耕地、林地和水域景观生态服务价值下降,园地景观生态服务价值增加;气候调节对生态系统服务的价值贡献率最大,气体调节的价值减少量最大,水源涵养的价值减少率最大.西安市生态系统服务价值中心城区低、南部山区高;1999—2015年,生态服务价值在空间上呈下降趋势,低值区的范围由中心城区逐渐向周边区县扩展.景观格局变化会对区域生态系统结构、功能及过程产生重要影响.城市建筑景观的扩张与蔓延、交通道路网的延伸与交织使各景观类型被严重分割,破碎化增强;对区域生态服务价值贡献率较大的林地、耕地、水域等生态型景观类型减少,最终导致区域生态系统服务价值减少.     

西安市城市化对景观格局及生态系统服务价值的影响

我国处于城市化高度发展阶段,截止2018年全国城市化率达到59.58%。城市的快速扩张,显著改变了区域景观格局,深刻影响城市生态系统的供给、调节、文化、支持等服务功能。近30年来,西安市城市用地扩张554.23 km²,基于西安市景观格局变化分析,利用同心缓冲区探讨城乡梯度内景观指数与生态系统服务价值的特征及其相互关系,揭示城市发展对城市生态系统的影响。结果表明,1980-2015年西安市各景观类型面积发生明显变化,耕地、草地面积逐渐减少,建设用地面积波动增加,主要来源于优势景观耕地的转化。景观破碎度最高的区域主要分布在距市中心10 km左右的城乡结合部,斑块密度、边缘密度、景观分割度最高,且随城市扩张,拐点距离逐渐增加。林地和耕地是提供生态系统服务的主要土地类型,西安地区总生态服务价值减少了9.56亿元,耕地减少最多（6.83亿元）,沿城乡梯度,总生态系统服务价值均值呈现从市中心到农村递增的趋势,土壤保持的生态服务价值增长最快;沿时间梯度上,生态服务价值均值呈现逐年减少现象;从景观格局对生态服务价值影响分析得知,多样性指数与各类型生态系统服务价值之间存在显著的相关关系,最大斑块指数与不同类型的服务价值呈高度负相关。城市建设使得区域的生态系统服务价值降低,在城市发展中需要科学规划用地、合理布设景观格局,提高生态环境质量,达到城市生态宜居的目的。     

城市景观格局对土壤动物多样性的影响研究进展

城市扩展是导致生境破碎化和生物多样性下降的重要原因之一,强烈改变城市景观,也改变生态过程。土壤动物是城市生态系统的重要组成部分,可对快速城市化进程及其带来的影响做出相对灵敏的响应,具有典型的环境指示作用。城市生态系统的干扰因素较复杂,土地利用类型不能完全反映土壤动物局地生境差异,这使得城市景观格局对土壤动物多样性的影响问题长期以来缺乏系统研究。为了解决城市化导致的生境丧失与土壤动物多样性保护的矛盾,本文探讨了不同城市化梯度区景观格局对土壤动物多样性的影响研究进展,试图揭示景观尺度多种生境类型的土壤动物分布规律,为城市土壤动物多样性保护提供一种新的思路,丰富城市景观生态学的研究内容。     

城市化对土壤生态环境的影响研究进展

城市土壤是城市生态系统中最重要的组成部分之一,发挥着重要的生态系统服务功能。在全球快速城市化的背景下,城市土壤受到人类活动的强烈干扰,土壤物理、化学性质发生改变,土壤退化与污染日益加重。城市土壤退化导致土壤动物生态特征与行为模式发生变化,城市景观格局与土地利用类型的变化强烈影响了土壤动物的栖息地,为土壤动物的生存与生物多样性带来潜在威胁;另一方面,城市化过程改变了土壤微生物群落组成与功能特征。城市化直接影响了城市土壤维持植物生长、土壤自然消减能力以及碳储存功能等重要的生态系统服务功能。针对城市化过程对土壤生态环境产生的一系列影响,需要采用科学的管理方式,改善土壤理化性质,提高土壤环境质量,保护和恢复土壤生物多样性,从而增强城市土壤的生态系统服务功能。     

城市景观格局演变的生态环境效应研究进展

快速城市化过程剧烈影响着下垫面变化,直接带来了交通拥挤、资源短缺、环境污染、生态恶化等诸多问题,所有这些问题的出现均与景观格局演变密切相关,研究城市景观格局演变及其生态环境效应正在成为全社会关注的热点.系统总结了城市化过程对景观格局演变的影响,分析了城市景观格局演变的热环境效应、水环境效应、生态服务效应,以及城市生态用地与生态安全格局设计等方面的研究进展.指出了目前城市景观演变与生态环境效应研究中存在的问题与不足:(1)现有研究侧重于景观格局演变的量化分析和景观格局指数的计算,较少关注景观格局演变对生态环境及其区域生态安全的影响;(2)城市景观格局演变与热岛效应研究多局限于两者数理统计关系的分析,对于城市热环境形成的机理缺乏深入研究;(3)城市景观格局演变与大气环境效应方面更多研究关注绿地及其空间布局在吸收和降解大气污染物、固体颗粒物方面的作用,对城市景观格局演变的大气环境综合效应以及大气灰霾效应影响机理重视不够;(4)如何通过合理设置生态用地,有效提高城市生态服务功能和保障城市生态安全,目前仍缺乏深入而又系统的研究.下一步的研究中,需要综合多尺度的景观信息来揭示城市景观的演变机理和环境效应,构建基于城市空间扩展和生态服务效应评价的城市生态空间优化决策模型,探讨城市生态空间优化模式与安全格局.     

城市森林景观格局与过程研究进展

大规模的城市化进程,改变了城市以及周边区域的景观格局,显著影响着城市森林生态系统的结构、过程与功能.景观尺度上的城市森林景观格局与生态过程研究已经成为当前城市森林学的研究热点.在阐明城市森林及其景观格局与过程概念的基础上,综述了国内外城市森林景观格局与过程的研究内容、研究方法的进展情况,指出了以下几个方面有望成为今后城市森林景观研究的发展方向:景观尺度上的城市森林系统能流、物质循环等生态学过程研究;城市森林景观格局演变的社会驱动力研究;基于生态服务功能的城市森林规划研究;半都市化地区的森林景观格局与过程研究;基于空间显式景观模型的城市森林景观格局与过程模块开发.     

生态功能区划理论研究进展

作为生态系统管理的重要手段,开展科学合理的生态功能区划,已成为世界各国走向可持续发展所面临的关键挑战之一。生态功能区划针对一定区域内自然地理环境分异性、生态系统多样性、以及经济与社会发展不均衡性的现状,结合自然资源保护和可持续开发利用的思想,整合与分异生态系统服务功能对区域人类活动影响的生态敏感性,将区域空间划分为不同生态功能区的研究过程。生态功能区划反映了基于景观特征的主要生态模式,强调了不同时空尺度的景观异质性。通过梳理生态功能区划的概念与内涵、形成与发展及其理论基础,提出了生态功能区划是以恢复区域持续性、完整性的生态系统健康为目标,基于区域的自然地理背景,界定生态功能分区及其子系统的边界,结合区域水陆生态系统、社会经济与土地利用的现状评价与问题诊断,识别生态系统空间格局的分布特征、生态过程的关键因子以及动态演替的驱动因子,明确影响生态系统服务功能的景观格局与结构、景观过程与功能以及景观动态变化,构建生态功能区划的指标体系与技术体系,实现生态功能多级区划,并为决策者更为全面和综合地开展生态系统管理提供科学依据。     

内蒙古鄂尔多斯市城市化时空格局变化及其驱动力

城市化是最极端的人为土地覆盖的转变,对生物多样性和生态系统功能与服务的影响远超出城市本身的范围.基于3个时段土地利用数据,本研究利用景观格局分析方法分析了不同空间幅度下鄂尔多斯东四旗城市化景观时空格局的变化特征.结果表明:城市化对地区生态、社会、经济产生了深刻影响,整体景观的破碎化和复杂性程度增大,各斑块类型表现出独特的空间特征并受到不同程度的影响.沙地和城市用地变化幅度最大,耕地受城市化的影响最严重.从驱动力的定性分析看,资源因素、城市人口增长和经济发展是驱动地区城市化景观时空格局变化的重要驱动因子.     

Spatio-temporal assessment of urbanization impacts on ecosystem services: Case study of Nanjing City,China

Rapid urbanization is a global phenomenon that has altered many ecosystems, causing a decline in many ecosystem services, generating ecological risks such as water shortages, air pollution, and soil pollution. Here, we present a conceptual framework quantifying how urbanization influences the ecosystem services in a typical city (Nanjing) of China. Between 2000 and 2010, we separated the city into three urbanization categories (developing urban, developed urban, and rural areas) and quantified the status of six critical ecosystem services (food supply, carbon sequestration, soil water storage, air pollution removal, habitat suitability, and recreation potential). Our results show that urbanization significantly impacted all ecosystem services, with detected changes in ecosystem services being spatially heterogeneous due to urban expansion and population mobility. Developed areas contained greater amounts of green infrastructure, which improved carbon storage and reduced air pollution. In contrast, the rapid expansion of urban and industrial land in developing urban areas led to lower food supply, carbon sequestration, soil water storage, and habitat suitability. The expansion of rural residential areas led to lower soil water storage, carbon sequestration, and food supply, while greater amounts of abandoned cropland resulted in increased carbon sequestration, but decreased food supply in rural areas. Analysis of the interactions between pairs of ecosystem services identified urbanization development problems, including abandoned cropland and the expansion of rural residential land. Lastly, we proposed four key urban planning measures to mitigate the loss of ecosystem services during rapid urbanization. Acquiring quantitative knowledge about how rapid urbanization drives changes to ecosystem changes may help guide sustainable urban planning with respect to ecosystem service use, urban development, and human welfare benefits.     

城郊有机农场生态系统服务评估——以北京市为例

快速城市化对周边农业区域造成巨大影响。都市农业能够提供世界上20%的食品,为粮食安全做出了重要贡献。在全球环境危机的背景下,农业生态保护问题得到了越来越多的关注。有机农场在生产过程中遵循自然规律,不使用化学合成的农药、化肥和生长调节剂等物质,是实现生态农业的有效模式之一。城郊有机农场得益于临近都市的地理位置,常常同时提供参观、采摘等休闲服务,加深了游客对农业的理解和与自然的连结。目前,国内研究大多关注有机食品健康、有机农业政策和环境效益,但往往忽视其提供的经济和文化价值。基于生态系统服务与人类福祉关系的概念框架,以北京市为例,从供给、调节、文化三个方面全面评估城郊有机农场的生态系统服务。结果显示,截至2019年北京市城郊共有271家有机农场,种植面积1.09万hm²,占北京市耕地面积的5.1%。供给服务价值为16.12亿元。调节服务方面,提供了2140万元的土壤碳固存价值,并且比相同面积的常规农场减少了16.4万GJ能量、2639tCO₂、202tSO₂和29tPO₄^3-的排放。文化服务方面,提供了1.189亿元的采摘服务,并促成了120余次农夫市集和50余次讲座、沙龙的宣传教育活动,积累了社会资本。本研究尝试通过直观的数据全面反映城郊有机农场对收益者的多种惠益,凸显了在有限的供给服务之外,城郊有机农场在休闲游憩和教育宣传等文化服务的贡献,为深入理解城郊有机农场生态系统服务提供基础,有助于进一步提高农业管理的精细程度和城市的可持续性。     

京津冀地区生态系统服务对城镇化的多空间尺度动态响应

大规模的城镇化导致了城市不断扩张,给生态系统造成了巨大的压力。以京津冀地区为例,分析了2000—2020年间京津冀地区城镇化与生态系统服务的变化以及二者间的关系,并探讨了这种关系在栅格尺度、县域尺度、市域尺度上的尺度效应以及变化规律。利用InVEST模型对所选取的4项生态系统服务指标进行量化,并运用皮尔逊相关性分析和地理加权回归来检验其与4项城镇化指标间的关系。研究结果表明(1)随着京津冀地区城镇化的发展除碳储量下降了0.8%外其余生态系统服务均有所提升,其中生境质量增加0.8%、水分产量增加了68%、土壤保持能力增长了35.7%而粮食产量增长近三倍。(2)生态系统服务与城镇化间存在显著相关性(P<0.01),且相关性在县域尺度上最为显著。其中产水量与4项城镇化指标均呈现正相关,粮食产量、碳储量、土壤保持量及生境质量均与4项城镇化指标均呈现负相关。(3)地理加权回归结果表明,城镇化指标与生态系统服务仅在县域尺度上拟合度较好且具有明显的聚集趋势,其中城市用地占比与碳储量、粮食产量全域拟合度最高分别为0.42与0.63。在针对生态系统服务的管理上不同区域需要制定不同的政策,同时需要对...     

The effects of urbanization on pollinators and pollination: A meta-analysis

Urbanization is increasing worldwide, with major impacts on biodiversity, species interactions and ecosystem functioning. Pollination is an ecosystem function vital for terrestrial ecosystems and food security; however, the processes underlying the patterns of pollinator diversity and the ecosystem services they provide in cities have seldom been quantified. Here, we perform a comprehensive meta-analysis of 133 studies examining the effects of urbanization on pollinators and pollination. Our results confirm the widespread negative impacts of urbanization on pollinator richness and abundance, with Lepidoptera being the most affected group. Furthermore, pollinator responses were found to be trait-specific, with below-ground nesting and solitary Hymenoptera, and spring flyers more severely affected by urbanization. Meanwhile, cities promote non-native pollinators, which may exacerbate conservation risks to native species. Surprisingly, despite the negative effects of urbanization on pollinator diversity, pollination service measured as seed set is enhanced in non-tropical cities likely due to abundant generalists and managed pollinators therein. We emphasize that the richness of local flowering plants could mitigate the negative impacts of urbanization on pollinator diversity. Overall, the results demonstrate the varying magnitudes of multiple moderators on urban pollinators and pollination services and could help guide conservation actions for biodiversity and ecosystem function for a sustainable future.     

城市绿地生态评价研究进展

城市绿地的科学评价为绿地的规划和管理提供了参考,对人们正确认识和改造绿地建设起着重要的作用,为城市绿地生态功能的发挥提供了重要的依据和保障。以绿地结构的评价为基础,总结了城市绿地生态功能、服务评价、健康评价的方法和研究进展;提出了城市绿地生态风险评价的基本方法并概括了城市绿地可持续评价的研究方向。结果显示:当前城市绿地的生态评价在范围上逐渐从微观尺度发展到宏观尺度,日益强调绿地的生态服务功能,重点关注于绿地的碳储量与降温增湿功能与效益评价以及价值化研究;城市绿地的健康评价和可持续性评价均尚处于初级的探索阶段。指出了城市绿地生态评价的关键在于评价结果在管理和规划中的应用,在评价内容上必须关注各部分的结合,在评价方法上应该借助基础研究的长期监测、评价的量化以及多学科交叉的渗透。     

景感生态学在城市生态系统服务中的应用研究——以城市公园景观设计为例

城市生态系统服务和可持续发展是当前城市生态学研究的热点问题。景感生态学作为联系生态系统服务和可持续发展的桥梁,可作为研究城市生态系服务和可持续发展的一种有效途径。随着社会发展所伴随的人们经济生活的生活压力增大,城市居民的亚健康状态日益突出。城市公园作为城市生态系统的重要构成,其设计目的应考虑应对城市居民健康问题和促进人类精神文明建设方面的作用。以城市公园景观设计为例,从园路、建筑、植物、水体景观和小品等方面探讨景感生态学在城市公园景观设计中的应用价值。景感生态学作为探索城市公园景观设计的新思路,以实现生态效益和居民福祉的提升,丰富和提升城市公园的生态系统服务功能,从而有利于促进为人类当代和后代提供可持续的福祉,以期驱使人类行为和言行规律朝着对生态系统有益的方向演化,自觉维护和改善生态系统服务,从而可持续地保障城市生态系统服务。     

Urban sprawl and species movement may decimate natural plant diversity in an Afro-tropical city

Although urban sprawl is increasingly becoming a worldwide problem, the effects associated with urbanization on local biodiversity particularly in the developing countries, is still poorly understood. We investigated plant species richness along urban–rural gradients in an Afro-tropical metropolitan Morogoro city in Tanzania, and examined patterns of species movement by humans within and outside the city and its potential impact on habitat homogenization of urban ecosystems. Biodiversity information was assessed in 120 sample plots (25 × 25 m) distributed in core urban, sub-urban and peri-urban (rural) zones, while patterns of plant resource use and species movement were surveyed from 120 households in the study area. We found the highest tree species richness in the urban core (82.6 ± 1.4 species) whereas tree density decreased from peri-urban (465.60 ± 152.03 tree/ha) to urban core (244.00 ± 120.86 tree/ha) and species diversity decreased from urban core (α = 2.82 ± 0.01) to peri-urban area (α = 2.61 ± 0.23). Further, the proportion of exotic species was significantly higher (75.6 %) than that of native species in the study area (p = 0.001). Tree community assemblages showed least differences among the study zones (dissimilarity = 10 %) and appear to have been influenced by local cultural differences, species movement as well as local resource use. Furthermore, species movement exhibited a random and multi-directional pattern perpetuated by human and nonhuman factors. Movements were significantly higher between backyard gardens within the city than from outside. Alien species by far outnumbered native plant species moving across urban landscapes, potentially increasing species homogenization. Conservation awareness is needed to avoid habitat homogenization due to problems associated with urban sprawl and to maintain heterogeneous habitats for the urban wildlife.     

城镇化发展对呼包鄂地区生态系统服务功能的影响

城镇化是社会经济发展和现代文明的重要标志。城镇化的发展对区域生态系统产生巨大的影响,进而影响了区域生态系统为人类提供生态系统服务的能力。以呼包鄂地区为研究对象,选取防风固沙功能、土壤保持功能,运用冗余分析方法(RDA)探讨快速城镇化对生态系统服务功能的影响机制。结果表明:(1)2000—2010年,呼包鄂地区城镇化发展迅速,城镇人口、常住人口城镇化率、国内生产总值、建设用地面积分别增加83.39%、35.52%、1150.00%、51.91%;(2)防风固沙功能、土壤保持功能10年呈增强趋势,分别增加20.17%和4.39%;(3)RDA分析结果表明,温度、降雨天数、风速、常住人口城镇化率、建设用地指数是呼包鄂地区防风固沙功能变化的主要影响因素,5个因子的共同解释信息量达68.3%;其中常住人口城镇化率和建设用地指数的解释信息量较高,分别为21.5%、34.2%;(4)常住人口城镇化率与防风固沙功能、土壤保持功能呈显著正相关(P0.05),建设用地指数与防风固沙功能呈极显著负相关(P0.01)。因此,有序推进农村人口转移,提高常住人口城市化率;集约利用土地资源,抵制建设用地的无序扩张是实现呼包鄂地区生态系统与城镇可持续发展的重要途径。     

Urban greenspace composition and landscape context influence natural enemy community composition and function

Conservation research has historically been aimed at preserving high value natural habitats, but urbanization and its associated impacts have prompted broader mandates that include the preservation and promotion of biodiversity in cities. Current efforts within urban landscapes aim to support biodiversity and diverse ecosystem services such as storm water management, sustainable food production, and toxin remediation. Arthropod natural enemies provide biocontrol services important for the ecosystem management of urban greenspaces. Establishing habitat for these and other beneficial arthropods is a growing area of urban conservation. Habitat design, resource inputs, management, and abiotic conditions shape the value of greenspace habitats for arthropods. In general, larger patches with diverse plant communities support a greater abundance and diversity of natural enemies and biocontrol services, yet opposing patterns or no effects have also been documented. The surrounding landscape is likely a contributor to this variation in natural enemy response to patch-scale habitat design and management. Looking across rural–urban landscape gradients, natural enemy communities shift toward dominance by habitat generalists and disturbance tolerant species in urban areas compared to rural or natural communities. These changes have been linked to variation in habitat fragmentation, plant productivity and management intensity. In landscape-scale studies focusing solely within cities, variables such as impervious surface area and greenspace connectivity affect the community assembly of natural enemies within a patch. Given these findings, a greater mechanistic understanding of how both the composition and spatial context of urban greenspaces influence natural enemy biodiversity–biocontrol relationships is needed to advance conservation planning and implementation.