干货分享 | 从城市生态学到城市景观生态学

点击蓝字

关注我们

城市景观生态学被视为景观生态学和城市生态学的结晶。本文选择了5幅图诠释城市景观生态学是如何与城市生态学相连的。

不断变化的城市生态学视角

城市生态学的各种概念和观点已被归为两类：一类是主要关注城市环境中非人类生物的“城市中的生态学”；另一类是视整个城市为一个生态系统的“城市的生态学”(Wu, 2008; Grimm et al., 2000)。考虑到过去10 年中城市研究的新发展，在这里增加第三个类别——“城市的可持续性”。本文为从早期到现在的城市生态学研究的不同观点和方法的演变提供了一个概要图。

▲ 城市生态学中不断演化的视角和方法

按照大概出现时间的先后顺序，不同的城市生态学方法可以分为三大类：城市中的生态学、城市生态学和城市可持续科学。虚线表示不同方法之间的关系，线的粗细表示影响的相对强弱。在最近的几十年中，不同的视角趋向于融为一体，城市生态研究正变得越来越跨学科，并且其主导方法是愈发强调城市可持续性的景观方法

基于这种广泛的分类，可以识别几种不同但相互联系的城市生态研究方法(Wu, 2008, 2010b)。笔者在下面总结了这些方法：

▋ 第一，人类生态学或城市社会学方法借鉴生态学理论和概念(如传统的人类生态学方法)来研究城市中的人类行为和社会组织。

▋ 第二，生物生态学方法主要关注城市内部和周边的动植物分布和丰度(如早期欧洲的研究)。

▋ 第三，城市系统方法(如Stearns and Montag, 1974; Odum, 1983)和人类生态系统方法(如Pickett et al., 1997; Pickett and Cadenasso, 2006)，都将城市看作一个由自然和社会经济要素共同组成的生态系统。

▋ 第四，城市景观方法将城市地区视为一种空间异质的多尺度的斑块动态系统(Pickett et al., 1997; Grimm et al., 2000; Zipperer et al., 2000; Wu et al., 2011a)。基于景观生态学的原理和方法，这类方法主要关注城市化格局与生态过程之间的关系。

▋ 第五，新兴的城市可持续性方法则将城市视为复合的人与环境系统或社会生态系统，越来越强调城市地区生态系统服务与人类福祉的关系。

向一个城市生态的综合定义迈进

▲ 当代城市生态学的三维度概念模型

在城市研究中，时空格局、生态环境影响和城市可持续性相互作用，使得城市生态真正意义上成为结合理论研究和应用实践的多学科和跨学科科学

整体来说，当代城市生态学包含在过去几十年里不断整合的三种研究要素。相应地，城市生态学可以定义为：通过强调生物多样性、生态系统过程和生态系统服务，研究时空格局、环境影响和城市化的可持续性的科学。这一广义的定义囊括了“城市里的生态学”“城市的生态学”和“城市可持续性”三种视角。

城市景观可持续性研究框架

▲ 城市景观可持续性的主要组成部分[生物多样性、生态系统过程(或生态系统功能)、生态系统服务和人类福祉]及其相互作用之间的相关关系

人类福祉是城市景观可持续性研究的最终关注点，城市生物多样性、生态过程和生态系统服务是城市景观可持续性研究的主要内容。所有组成部分及其关系都受到主要由社会经济过程驱动的城市化速度和时空格局的深刻影响。因此，理解和改善城市景观可持续性不但要考虑城市化如何影响这些关键组成部分，而且要考虑这些要素之间的关系如何随时间变化。同时，无论在哪种情况下，这些关键组成部分之间的关系和它们在不同空间(景观-区域-全球)和时间(年-十年-世纪)尺度上的联系都应该被考虑在内

在城市可持续性研究这个概念框架中，城市地区是一种文化景观。这种文化景观是一个由不同的土地利用和土地覆盖类型构成的动态的斑块镶嵌体，其基本特点是高人口密度和大量的不透水面(Wu and Loucks, 1995; Pickett et al., 1997; Wu and David, 2002; Wu, 2006, 2008)。因此，一个城市系统就是一个空间异质的景观，其结构、功能和动态均由人与环境的相互作用所决定(Wu, 2010, 2013c)。同时，城市系统也是一个复杂的自适应系统，其特征包括：高度多样化的组成部分、空间异质性、非线性反馈、多尺度相互作用及响应变化的自我调整能力(Levin et al., 2013; Wu and Wu, 2013)。城市化改变了景观要素(如残存的自然区域、人造或人为管理的绿地、水道、农田、建成结构、交通廊道和住宅区域)的组成和空间格局。这种改变会影响生物多样性、生态系统功能和环境质量，以及人类行为、社区结构和社会组织。简言之，这些城市化引起的生态和社会变化进一步影响了城市地区人类福祉必不可少的各种生态系统服务的存量和流量。

城市景观生态学框架

简单来说，城市景观生态学就是城市地区的景观生态学。更准确地说，它是一门通过认识和改善城市景观格局与生态过程关系而实现城市可持续性的科学。

▲ 城市景观生态学的范围

3 个关键组成部分及其相互关系

虽然城市可持续性可能有很多定义，但在这里将其定义为一个维持和改善城市景观中生态系统与人类福祉的一个自适应过程(Wu, 2010, 2013b)。照此，城市景观生态学由三个相互作用的部分组成：量化城市化的时空格局并理解其驱动机制(“格局/驱动力研究”)，评估城市化的生态和环境影响(“影响研究”)，以及理解和提高城市可持续性。

▲ 城市景观生态学框架

这一框架将“格局/驱动力研究”和“影响研究”进行整合，并且将促进城市可持续性作为其最终目标

与这三部分框架互补的是更为详细的五步战略。这五步战略勾勒出城市景观生态学研究的主要步骤。

▋ 在这个战略中，第一步是将城市地区看作一个空间异质的人与环境系统(也就是一个景观)。例如，可以基于斑块-廊道-基质模型(Forman, 1995)或等级斑块动态范式(Wu and Loucks, 1995; Wu and David, 2002)来进行构建。

▋ 在第二步城市化时空格局分析中，城市景观的种类、数量、多样性、连接度和空间配置及其时间变化都能被量化；关键的生物物理和社会经济驱动因素能被识别。这些格局和驱动力的研究可以或者通常是通过结合多种方法进行研究的——如遥感、地理信息系统、景观指数、空间统计、模型模拟及实验分析等方法。

▋ 第三步是将城市化的时空格局和感兴趣的生态环境变量联系起来，以便评估城市化的影响。影响研究需要超越环境质量、生物多样性和生态系统功能及服务，从而包含与人类福祉直接相关的变量(如与人类生存、安全和心理需求相关的)。这些影响研究可以运用大量的统计和建模方法，包括第一步中提到的那些方法。

▋ 第四步是评估城市景观中生态系统服务和人类福祉的可持续性和弹性。需要在城市景观中理解生态系统服务间的权衡和协同关系，以及生态系统服务和人类福祉的权衡和协同关系。同时也需要研究维持自然资本和流动及人类福祉的情景方案。

▋ 这些情景必须与景观规划和景观设计结合起来进行研究，因为它们都涉及景观组成和景观配置的改变。除以上提到的方法之外，可持续性指标在实现这些研究目标的过程中可能也会起到重要作用。

本文摘编在《城市景观生态学：过程、影响和可持续性》（何春阳等著. 北京：科学出版社，2018.10）一书“第2 章 城市景观生态学概述”，有删减修改。

       本书是作者在所承担的国家重大科学研究计划项目和创新研究群体科学基金项目的基础上，综合最新研究成果撰写而成的。本书共7章。首先，基于景观可持续科学理念，提出了“过程-影响-可持续性”的城市景观可持续性研究框架，建立了基于夜间灯光数据的大尺度城市景观过程信息获取的方法体系，介绍了夜间灯光数据的系统订正方法、饱和订正方法和综合分类处理方法。其次，基于多尺度景观分析视角，详细揭示了近30年来中国城市化水平、城市扩展、城市规模-位序、城市蔓延和城市不透水层的基本格局和过程特征。进而综合利用遥感、地理信息系统和模型模拟手段，在不同时空尺度上揭示了中国城市景观过程对自然栖息地、耕地净初级生产力和地表温度的影响。最后，定量评估了中国近30年城市化进程中城市环境、居民福祉和人类-环境系统的基本状况。

资料来源：赛杰奥

整理排版：徐红玲

责任编辑：张英浩

审核：任宇飞  王冠  王波涛

猜你喜欢