城市野境的生物多样性研究进展

姜雁林，马晓燕，冯丽

(1.北京农学院 园林学院，北京 102206；2.城乡生态环境北京实验室，北京 100083)

生物多样性及其功能与服务是人类的健康与福祉，是经济增长和社会可持续发展的基础。而过度开发、外来入侵物种等多种因素严重威胁全球生物多样性。人民对美好生活的向往使得人居环境建设既要注重生态保护、又要完善游憩、教育等功能，而城市化进程中建成区难以提供大量空余土地用于人居环境建设，因多种因素被闲置、弃置或空置[1]的一些“城市野境(urban wilderness)”，人为干预较少、自然占主导、拥有较为丰富的生物多样性，合理规划利用城市野境既能一定程度上缓解建设人居环境用地困难，又为保护城市生物多样性提供新的途径。

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现原因与发展过程[1]；通过解析城市野境案例[2]等方式，比较了城市野境与荒野的异同[3]，审视了城市野境的内涵与价值[4]、城市保护地建设对城市野境的保护[5]、城市野境对城市生态的维护作用[6]，甚至讨论了荒野型景观的营造与规划设计[7]。城市野境管理强度低、野性程度高，使得自发的生态过程[8]增强，自然演替在一定程度上丰富了栖息地类型和物种多样性[9]，从而使城市野境的相对野性程度与生物多样性正相关。

为在规划利用中更好发挥城市野境的生态系统服务价值，在对城市野境的生物多样性进行研究、规划或保护时，应充分考虑但不限于支持、供给、调节和文化服务[9]等内容，在城市野境生物多样性研究中要分析趋势，梳理热点，查找差距，寻求突破。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

以统计学原理为基础，对文献进行定量分析的文献计量学方法近年来应用广泛[10]，可用于描述、评价、预测学科或领域的发展脉络、研究热点和未来趋势[11]。CiteSpace是进行文献计量分析的可视化工具[12]。借助CiteSpace分析，对城市野境相关文献绘制可视化知识图谱，归纳了城市野境的生物多样性研究现状，预测了发展趋势。

1.2 数据来源

以Web of Science数据库(简称WoS库)和中国知网期刊数据库(简称CNKI)作为文献来源。截至2021年11月，用“Urban”限定研究地点，“Wilderness”、“Biodiversity”限定研究内容①检索，获WoS库文献452篇，与英文检索词对应的“城市”、“野境”以及“生物多样性”检索CNKI库，获文献369篇。因检索词“Wilderness”、“Biodiversity”、“野境”、“生物多样性”有多重含义，故通过阅读文献摘要、浏览内容，将非城市区域野境、类城市野境的规划设计、非生物多样性价值探讨等文献剔除，最终筛选得到WoS库有效文献62篇，CNKI库有效文献45篇。

2 研究现状

2.1 研究趋势

WoS库发文量在2005年前较少(图1)，后逐渐增多至2012年达到第一个小高峰，2013年至2018年相对较少，2019年起再次回升并缓慢增长，目前应仍处于二次发展阶段。CNKI库，2003年首次发文后，除2010年和2019年外，发文量相对平均(图2)；年均发文量CNKI库少于WoS库，初次发文CNKI晚于WoS库。

图1 WoS数据库发文量图Figure 1 Document quantity map of WoS database

图2 CNKI数据库发文量图Figure 2 CNKI database document quantity chart

2.2 研究区域

北美最早确立荒野概念，已形成国家荒野保护体系[13]，故相关研究开展时间较早，欧洲也受到其影响，成果较多，主要有德国(23项)、法国(8项)和美国(10项)等；且多以人口百万级以上超大城市为对象，如柏林(18项)、不来梅(6项)、巴黎(7项)等。超大城市的土地废弃越来越频繁[14]，导致了再野化研究发展迅猛[15]，主要原因是城市野境的生物多样性研究能有效支撑再野化。国内相关研究也主要集中在上海(15项)、深圳(3项)、广州(3项)、成都(3项)等发达地区的大城市。

选择人口百万级以上的大城市或超大城市，是因为大城市对城市生物多样性保护更为重视，对城市野境研究的支持力度更大，同时包括高等院校在内的相关研究机构多分布于大城市，有更好的可接触性、便于开展相关研究。

2.3 研究方法

国内外单一的城市野境的生物多样性研究较少，多在调研城市整体生境及生物多样性时涉及城市野境，故城市野境生物多样性研究方法与其他生物多样性研究方法基本一致，以实地调查采样和数据分析为主。

实地调查采样主要有样方法[16-17]、样线法[18-19]、分层抽样调查[20-21]、人工搜索捕捉[22]、陷阱诱捕法[23]、无线电追踪法[24]等；数据分析方法包括典型对应分析(CCA)[23]、相关性分析[22]、方差分析[25-26]、回归分析[27-28]、层次分析[29]、聚类分析[30-31]以及主成分分析[32-33]等。此外，文献收集法[34]、问卷调查[35]或结构性访谈[36]、增加GIS和遥感分析[37-38]等常作为辅助性方法；特定需求时还用到土壤实验[26]、对照实验[39]和种子萌发实验[40]等。

国外研究结果多通过搭建一些生物多样性模型，包括线性混合模型[22]、空间显式模型[41]、随机相遇模型[42]、物种分布模型[43]、广义线性模型[44]等呈现，而国内研究上升到生物多样性模型的较少。

2.4 研究热点

关键词是核心内容的高度凝练，高频关键词反映出研究重点，剔除主题表述关键词“生物多样性”、“多样性”及“废弃地”、描述性词汇“持续”等，对有效文献进行整理，利用文献聚类图谱进行分析，当关键词的中介中心性较高时，能在一定程度上体现某一时段的研究热点。

WoS库文献关键词聚类图谱的最高词频依次为城市化(urbanization)、动植物社区(community)、生物学(ecology)及保护(conservation)(图3)；其余高频词还包括管理(management)、生物同质化(biotichomogenization)、生物的生态学特性如密度(density)、聚集模式(assemblage)、栖息地(habitat)等(图3)；其中栖息地(habitat)[16]2003年首现(图4)标志着领域热点的第一次涌现，2021年4月首现的公民数据(citizen science data)[45]一定程度上意味着公众参与已渗透到城市野境管理(图4)，公众参与可能会成为未来研究热点或重点。

图3 2000—2021年WoS数据库城市野境生物多样性研究关键词频次聚类图谱(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库关键词聚类图谱主要高频词依次为城市森林、群落结构、外来入侵植物等，其他高频词涉及适应策略、物种组成、土地利用、城乡梯度以及河流廊道等(图5)。2005年杨冬青[46]在研究土壤动物的分布时，首次探讨了不同土地利用类型的生物多样性，第一次将土地利用类型作为研究内容带入了领域视野。田志慧[47]在2011年揭示了杂草群落的多样性格局的形成原因，并首次提出了城市野境生物多样性保育的适应性策略(图6)。

图4 2000—2021年WoS数据库城市野境生物多样性研究关键词频次、时间聚类图谱(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

图5 2000—2021年CNKI数据库城市野境生物多样性研究关键词频次聚类图谱(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

图6 2000—2021年CNKI数据库城市野境生物多样性研究关键词时间聚类图谱(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库文献既有宏观角度探究城市野境的保护，生物多样性推动因素(如城市化)的研究，又有微观角度的基础性研究，如动植物社区、生物学特性，总体上以应用导向为主；公众参与可能渗透到城市野境规划建设、管理养护等相关方面，逐渐成为研究的新热点。而CNKI库文献的研究相对着眼点较小，多集中于单一类型的城市森林生境，废弃地、棕地等，其余城市野境研究较少，研究内容以群落结构、外来入侵植物等研究为主，多层次多维度立体化研究不多，总体上以基础研究为主；自2011年提出的“适应性策略”热词后，近10年来没有出现新的研究内容。

2.5 研究内容

根据高频词对文献进行分析，研究主要内容包括城市野境与其他城市栖息地的生物多样性差异比较(共30篇)、城市野境生物多样性变化的影响因素(共49篇)、城市野境生物多样性的保护与利用措施及其他研究(共25篇)等。

(1)城市野境与其他栖息地生物多样性差异比较。WoS库文献主要将城市生境与人工生境，如公园[48]、草坪[49]、住宅区[50]等对比，而CNKI库中文献比较对象更丰富，包括河岸、高地、浅滩沼泽[51]以及农田、废弃地、绿地[46]，同时对城市野境内不同用地间进行了比较，如废弃道路与废弃农地[17]、城市森林与废弃采石场[29]、土壤废弃地与城市森林空隙[52]等的比较。WoS库内文献的比较内容研究集中在物种分布[22]与多样性[53]、群落差异[18]等。研究文献中，大部分支持城市野境物种丰度高于其他人工生境。但毛雷尔等[16]研究却认为城市野境的物种丰度低于公园、居住区。贺梦璇等[40]研究表明城市野境中的城市废弃地生物多样性指数低于城市人工绿地、高于城郊结合带和自然保留地。叶水送[54]发现荒地生物多样性香农-威纳指数高于农田低于次生林。这种差异可能是研究所在位置、研究评价指标等因素造成的。如德国柏林[16]和智利圣地亚哥[18]的公园、居住区和城市野境，因地处不同洲、半球、温度带等差异而研究结果不一致。同时，有研究表明城市野境所处区位的城市化阶段不同也会影响城市野境的生物多样性[47]。此外，由于部分研究的评价体系中某些因子需主观赋值，个人的主观评价标准不同也可能造成结果差异[41]。

(2)影响因子。城市野境生物多样性的影响因子中，主要包括场地特性与景观环境。场地特性包括物种丰富度、物种分类组成和单一物种生存等(图7～9)，具体的影响因子有微气候[20]、野境面积大小[55]、土壤基质[20]、生成年代[56]和植物演替阶段[57]等。小气候直接影响某些物种分布。随野境面积的增加物种丰富度增加。不同土壤基质和处于不同的发展阶段的野境，会形成不同的动植物群落。如同一野境，处于荒芜阶段与森林阶段有着截然不同的生物多样性。

图7 物种丰富度的影响因子的研究数量图Figure 7 Number of studies on Influencing Factors of species richness

图8 物种分类组成影响因子的研究数量图Figure 8 Number of studies on Influencing Factors of species classification composition

图9 单一物种生存影响因子的研究数量图Figure 9 Number of studies on factors affecting the survival of a single species

景观环境主要指生态学视角下的景观镶嵌结构，具体影响因子包括基质、廊道等。研究表明在草原、林地、湿地等地[58]，场地特性比景观镶嵌结构更能影响生物多样性，城市野境可能也具有这一特性，如：斑块周围的基质类型、生境走廊变化对生物多样性的影响小于野境面积、质量变化[59]；Meffert和Dziock[60]通过测算基质的结构特征对扩散率的影响，证明了基质的结构特征与种群的生存能力无显著相关性。但也有研究认为景观环境与地方特征的影响程度相似，甚至有时前者是主导[47]。

多数学者认为人类或动物的行为也影响城市野境生物多样性。人为干扰影响野境的杂草群落[61]，家猫影响城市野境中鸟类种群[62]，人类生产生活的垃圾量影响野境大小，并影响植物的丰富度和均匀度[63]。但Meffert和Dziock[60]认为频繁出入城市野境的人类或动物不影响鸟类活动，费舍尔[64]研究得出不影响植物物种丰富度有相似结论。

(3)城市野境生物多样性的保护与利用措施及其他。城市野境可提升城市生物多样性，在保护城市生物多样性方面有其独特作用，可以将城市野境整合到城市规划中，或纳入到城市绿色基础设施[65]的范畴内，达到临时保护[56]或构建特殊的城市-工业新型生态系统[66]。增加土壤基质、植被结构、微气候等场地特性[67]，增加社会经济与环境标准[68]等标识，筛选出更有保护潜力的城市野境，并通过场地建模设计等进一步发挥城市野境的自身作用。

CNKI库中文献在城市野境保护层面有较好的一致性，强调要增强城市野境生物多样性的保护意识[69]，加强对于植物资源[70]、特定种类或群落[71]的保护和关注，加强对生物多样性保护的基础研究[72]。在城市野境改造、规划、利用层面，提出挖掘和利用自生植被[17]、加强斑块间交流[70]以及利用建筑余土[73]等有效措施。

3 结论与展望

国内外城市野境的生物多样性研究存在一定差异，主要表现在起步时间、发文数量以及研究热点和导向、深度等方面。而在研究区域和研究内容上有较好的一致性。就差异而言，国内外研究虽均起步于二十一世纪初，但国内稍晚、发文量少，且集中于基础研究为主的单类生境研究，而国外则以应用型为导向，既有宏观探究也有微观基础的研究。目前新的研究热点仍在国外不断涌现，而国内很长时间没有新的研究热点出现。就一致性而言，国内外研究均集中于大城市，均认为城市野境的面积大小、土壤基质、微气候、生成年代和植物演替阶段、所处区位、人类和宠物的活动等影响其生物多样性。

相较于国际研究，国内研究起步晚，研究较少，在数量和深度上仍有一定差距，以基础研究为主的研究成果实际应用难度大、挖掘研究新的热点较难。后续研究应在现有基础上与国际研究接轨，结合参与要素等热点拓展研究视域，不断完善城市野境生物多样性研究的理论体系；加强应用型研究，不断完善应用技术体系。保护和利用的前提是思想的转变，在建立理论体系时提高人们对于城市野境的认知，加深对野境的保护和利用意识。完善应用技术体系时，强调城市野境的应用，如在进行城市绿地规划时根据城市野境的面积、生成年代、植被结构、生境类型等因素，将具有较高生物多样性的野境纳入城市绿地的范畴并加以利用，在城市野境的景观化改造过程中充分考虑人类活动对生物多样性的影响，并兼顾野境生物多样性的保护。

注释：

①检索词经综合考虑城市野境生物多样性相关研究领域进行确定：按照CiteSpace软件对数据分析的需要，基于参考文献，运用尽可能广泛的专业词汇来确定研究领域，使检索结果广泛涵盖城市野境生物多样性领域的完整内容。

②modularityQ(Q值的取值区间为0～1，Q>0.3时，所得网络聚类结构显著的，值越大表示网络聚类越佳)。

③mean silhouette是通过衡量网络同质性用于评价聚类效果的参数，该值在0.5以上，可以认为聚类结果是合理的，在0.7以上时，聚类结果是具有高可信度的。