陳天一 趙聰聰 文素潔 胡遠東

城市生態(tài)系統(tǒng)是人類通過對自然環(huán)境的適應、加工、改造而建設起來的特殊的人工生態(tài)系統(tǒng)。全球城市化的快速發(fā)展和人口的劇增，引發(fā)了一系列諸如綠色空間銳減和生物多樣性減少等生態(tài)環(huán)境問題[1-3]。生物多樣性是城市可持續(xù)發(fā)展的基礎，不僅是決定城市生態(tài)系統(tǒng)健康的關鍵因素之一，而且直接關系到城市生態(tài)系統(tǒng)服務功能和城市生態(tài)安全。然而，城市生態(tài)系統(tǒng)結構復雜、城市生物群落空間分布不明、城市生物與環(huán)境觀測數(shù)據(jù)缺乏有效整合，以及生物棲息地保護邊界不清等問題成為推動城市生物多樣性保護以及城市生態(tài)空間邊界管理的最大障礙[4-6]。城市生境單元制圖為解決上述問題提供了有效途徑和方法。

城市生境單元制圖最初是由德國Sukopp和Schulte兩位科學家提出的[7-8]，由于它能夠表征不同區(qū)域內(nèi)豐富的生物學和生態(tài)學信息，相關的研究一直備受關注且得到了迅速發(fā)展，并在許多發(fā)達國家廣泛開展，目前在理論與應用方面均取得了諸多認知。然而中國這方面的研究起步較晚，特別是在城市生物多樣性保護的實踐應用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。筆者將系統(tǒng)闡述城市生境單元制圖的主要方法、發(fā)展歷程以及生境單元制圖在城市生物多樣性保護中的應用，以期為中國開展城市生境單元制圖特別是城市生物多樣性保護研究工作提供重要工具。

1 城市生境單元制圖的定義和內(nèi)涵

1.1 生境單元與城市生境單元

生境單元（biotope）源自希臘詞匯，由biós和tópos組成。生境單元的定義最早由Dahl提出，即“任何可以圈定的動植物生存的空間”，亦被稱為生境[9]。1988年Sukopp和Weiler將生境單元的定義改為“一個具有相同或相似環(huán)境條件的區(qū)域，且能夠為特定的動物群落提供生存環(huán)境”[7]。Forman將生境單元的定義進一步修改為“特定尺度下環(huán)境條件一致的景觀單元”，如一片灌木叢、一處水塘或者一塊廢棄地，都可以看作一個生境單元，因為這些生境單元都包含了特殊的環(huán)境條件和特定的生物群落[10-13]。城市生境單元（urban biotope）一般是由建筑、動植物、土壤以及人類干擾活動等多個因素共同形成的景觀生態(tài)單元[7]。城市生境單元既是動植物棲息的家園，同時也具有重要的景觀美學價值和生態(tài)服務功能[14-15]。

1.2 生境單元制圖與城市生境單元制圖

根據(jù)Sukopp的定義，生境單元制圖（biotope mapping）是根據(jù)特定生物物種（群落）集合識別、劃分和記錄不同土地利用類型的過程[7]。其中“單元”確定的最基本方法是在地形單元的基礎上疊加生物和生態(tài)單元（要素），從而獲取信息綜合均質單元[16]。生境單元的劃分一般要遵循典型性、最小異質性、反映生態(tài)單元格局特征和生態(tài)過程等基本原則[17]。

生境單元制圖、土地利用和土地覆被（land use and land cover change, LUCC）制圖以及景觀生態(tài)制圖均屬于景觀生態(tài)學研究的重要方法，但三者還有一定區(qū)別。生境單元制圖描述的主題是動植物，LUCC制圖描述的主題強調人類活動和自然因素對土地資源的影響，而景觀生態(tài)制圖主要描述景觀生態(tài)各要素之間的相互關系及其空間分布特征[18-19]。

當今國際上尚沒有公認的城市生境單元制圖（urban biotope mapping）定義。綜合以往學者的研究[7,17]，城市生境單元制圖可以被定義為“繪制生境單元的空間分布特征，以形成全面覆蓋城市區(qū)域并能識別相鄰生境單元之間的清晰邊界的綜合信息圖譜”。由于研究目的或不同研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境及其生物要素特征等差異，往往會導致生境單元制圖的內(nèi)容和形式存在明顯差異[20-21]?？焖俪鞘谢M程不僅導致了城市環(huán)境梯度的分異特征顯著[22]，而且對城市生物群落的空間分布格局產(chǎn)生了重要影響[4,16]。城市生境單元制圖的目標就是區(qū)分城市生境單元的邊界，揭示邊界內(nèi)生物物種（群落）的空間分布格局及其與生態(tài)環(huán)境梯度之間的相互關系[6]，目前城市生境單元制圖已成為城市空間生態(tài)規(guī)劃和生物多樣性保護研究的重要工具[23]。

2 城市生境單元制圖的方法與應用

2.1 城市生境單元制圖的方法

城市生境單元制圖的方法目前主要包括選擇性生境單元制圖法（selective biotope mapping method）和全面性生境單元制圖法（comprehensive biotope mapping method）2種[7,24]（表1）。

表1 城市生境單元制圖的主要方法[7,25-28]Tab. 1 The main methods of urban biotope mapping[7,25-28]

2.2 城市生境單元分類方法

2.2.1 城市生境單元分類方案的制定

生境單元分類方案是識別、劃定和描述研究區(qū)域內(nèi)不同生物物種（群落）的生境的指導依據(jù)[29]。研究目標和空間尺度決定生境單元分類方案中數(shù)據(jù)收集的類型和生境單元類型劃分的層次。對于層次級別較高的分類，城市生境單元制圖的研究尺度和類型都比較粗略，而對于層次較低級別的分類，一般要求生態(tài)學和生物學信息更加精細，而且這些信息的重要性會直接影響分類結果[6]。一般來說，基于較低分辨率的城市生態(tài)環(huán)境信息數(shù)據(jù)開展的分類，往往更適用于較大尺度的研究；而生物信息更適用于在較低級別的層次結構上描述生物物種（群落）的分布。在生物信息不足的情況下，則生境分類方案可能就完全依賴于城市生態(tài)環(huán)境特征的相關信息。

2.2.2 城市生境單元分類的因子選擇

盡管生境單元分類方案體系復雜程度不一，大多數(shù)研究機構和科研人員往往更愿意選擇適合自己研究目的和需求的主導驅動因子作為城市生境單元的分類依據(jù)[14,16]。目前大多數(shù)學者都是根據(jù)城市地形或地貌數(shù)據(jù)、動植物調查數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)以及城市規(guī)劃成果等相關資料進行生境單元分類[30-32]，也有部分研究人員采用生態(tài)環(huán)境變量數(shù)據(jù)或者生物調查數(shù)據(jù)開展微生境單元制圖和特征描述[20]。通常一些熱點城市環(huán)境數(shù)據(jù)和生物信息一般比較容易獲取，繪制生境單元圖譜的準確性也比較高；但對于難以獲取或者數(shù)據(jù)有限的情況，一般優(yōu)先選擇關鍵的驅動因子作為城市生境單元分類方案制定的主要依據(jù)[33]。

2.3 城市生境單元分區(qū)及其特征描述方法

城市生境單元分區(qū)的方法主要包括單一因子主導法、專家咨詢法（德爾菲法）和多元聚類分析法3種。多元聚類分析法是目前公認的最客觀最全面的生境單元分區(qū)方法，它可以很好地實現(xiàn)城市生境單元制圖中多個生物環(huán)境因子的聚類分區(qū)[6]。

城市生境單元特征的描述方法包括圖表表征和建立各生境單元名稱的代碼2種方法。一般來說，圖表表征方式比較適合大尺度分區(qū)的環(huán)境變量或者特征信息的直觀表示，而采用生境單元代碼的方式更適合復雜生境單元分類因子的描述[6]。

2.4 城市生境單元制圖的基本步驟及其主要運用

城市生境單元制圖的基本步驟包括數(shù)據(jù)收集、生境單元分類、生境單元分區(qū)及特征描述3個步驟，生境單元分類、生境單元分區(qū)及其特征描述是城市生境單元制圖的核心內(nèi)容，前者是后者的依據(jù)，后者是前者的產(chǎn)品[34]。在城市生態(tài)系統(tǒng)的管理過程中，城市生境單元制圖可以為城市自然保護和生態(tài)空間的管控邊界識別等方面的應用需求提供輔助和支持[13,35-37]（圖1）。

1 城市生境單元圖譜的繪制步驟及應用The mapping stages and application of urban biotope

3 城市生境單元制圖的研究進展

3.1 國外城市生境單元制圖的發(fā)展

自1980年 以 德 國Sukopp和Schulte為 代表的學者創(chuàng)立城市生境單元制圖以來，迄今為止已經(jīng)歷了40余年。目前城市生境單元制圖被越來越多的國家和地區(qū)重視并不斷被創(chuàng)新和應用，其研究大致經(jīng)歷了3個階段：啟蒙階段、發(fā)展階段和推廣應用階段（表2）。

表2 國外城市生境制圖發(fā)展歷程[2,16,32,38-42]Tab. 2 The development process of foreign urban biotope mapping[2,16,32,38-42]

當今各國在城市生境單元制圖研究領域取得的成果推動了這些國家和地區(qū)在城市生物多樣性保護、生態(tài)空間規(guī)劃和生態(tài)系統(tǒng)管理方面的持續(xù)進步[38,43]。雖然科技創(chuàng)新不斷促進城市生境單元制圖水平的提高，但仍然不能盲目地追求生境單元圖譜的精度和更復雜的分類體系，要從研究目標和實際需求出發(fā)，選擇真正適合的分辨率和合理的分類體系來開展城市生境單元制圖研究。

3.2 中國城市生境單元制圖的發(fā)展

自20世紀80年代起，中國才開始城市生境單元制圖的相關研究，目前的研究水平還比較滯后。雖然中國開展了大量的城市專項調查，獲取了海量的環(huán)境信息和生物數(shù)據(jù)，形成了大量專題研究成果，并初步揭示了中國主要城市生態(tài)系統(tǒng)的主要特征和演變規(guī)律[30]，但這些成果都是根據(jù)特定的研究目的或者不同學科的研究需求整理完成的，目前一直缺乏標準化和規(guī)范化的生境單元制圖分類方案，為城市自然保護和生態(tài)空間管控增加了工作難度。另外，目前城市空間生態(tài)規(guī)劃尤其是生物多樣性保護規(guī)劃都缺乏充分的生物地理空間數(shù)據(jù)支持，導致城市本底不明、生態(tài)邊界不清等問題，使得相關規(guī)劃成果的科學性和指導性不足，有價值的生境單元的分布特征難以識別，更難以形成城市空間保護體系[30]。

針對上述問題，中國部分學者開展了城市生境單元制圖的研究，但主要集中在華東地區(qū)和西部地區(qū)的少數(shù)城市。在綜述研究中，2003年李建新與著名生態(tài)學家Sukopp等就德國生境單元制圖國家項目開展的方法和具體程序等相關內(nèi)容進行了詳細闡述，為中國學者開展生境單元制圖提供了方法借鑒[24]。在理論與應用研究方面也開展了一系列工作，趙振斌等對西安市南郊城鄉(xiāng)過渡帶進行了生境單元制圖的研究，對該區(qū)域的城市自然保護具有一定的指導意義，但其生境單元的分類體系不周全，對生境單元價值的評估也有待考量[30]；高大偉等結合彩色紅外航片技術和野外調查方法，完成了閔行區(qū)的生境圖譜繪制和生境價值評估，雖然選擇植被覆蓋度和生物多樣性作為生境單元分類的主導因子是該研究的主要亮點，但由于分類體系的設計過于簡單，不利于全面了解生境單元的詳細特征及其生境價值[44]；趙兵等以蘇州市花橋鎮(zhèn)為例，在生境單元制圖技術“本土化”和“城市化”的基礎上開展了生境單元圖譜繪制和生態(tài)價值評估，但分類體系仍以LUCC的功能性為主導因子，缺乏對水文、植被格局等要素的考量[31]；陸熹在建立南京玄武區(qū)生境單元分類體系的基礎上，進行生境單元圖譜的繪制和生境單元的價值評估，由于制圖方法仍以典型性生境單元制圖法為主[32]，可能會忽略掉那些看似沒有價值但具有特定功能的生境單元類型；張穎等選取北京市3個公園綠地作為研究對象，首次從風景園林師角度來構建分類體系，并將該方法擴展至城市綠地微尺度生境等級，很好地將過往的生境單元分類體系與風景園林師常用的設計邏輯進行結合[20]，但生境單元類型的劃分沒有注重其生態(tài)過程特征的反映，忽視了不同生境單元之間的相互影響。還有一些學者也開始探討生境單元制圖在城市空間生態(tài)規(guī)劃[45]、城市生物多樣性保護[38,46]、城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃[11]等領域中的應用研究，為解決城市自然保護和土地開發(fā)之間的矛盾提供了解決途徑。

與國外相比，中國目前城市生境單元制圖相關的研究無論是理論還是實踐起步都比較晚，研究范圍也比較局限，生境單元分類體系不健全，其嚴密性和周全性與西方發(fā)達國家差距較大，且大多數(shù)的研究仍然停留在對城市局部區(qū)域生態(tài)要素層次的調查[2,32]，生境單元制圖成果不能充分體現(xiàn)中國城市生態(tài)系統(tǒng)自身的特色，也未能很好地將其理論成果應用到城市自然保護和生態(tài)空間管理實踐中。

4 生境單元制圖在城市生物多樣性保護中的應用

4.1 生境單元制圖在城市生物多樣性保護中的優(yōu)勢

城市群落生境數(shù)量減少和質量下降是造成生物多樣性減少的直接原因[46-48]。城市綠地是實現(xiàn)城市生物多樣性的重要載體，但關于城市綠地規(guī)劃建設與生物多樣性保護兩者之間的相關性研究還停留在初級階段，究其原因，主要是缺乏切實可行的生物多樣性保護的相關依據(jù)、指導細則以及相關部門職責的界定[49]。另外，城市生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)和生物信息的缺失或不完善也是導致城市生物多樣性保護不力的主要原因[50]。

城市生境單元制圖作為景觀生態(tài)學研究的重要方法之一，能夠有效提供城市動植物群落生境質量、分布和生境單元類型等詳盡信息，并能將各類城市綠地的生物多樣性信息直觀且形象地以圖譜形式反映出來，以更好地保護重要的物種和生境單元、解決土地開發(fā)與土地保護之間的矛盾[46]。另外，城市小尺度綠地生境單元制圖（圖2）也可以為綠地微生境物種的保護與后續(xù)的生境修復提供便利。城市生境單元制圖方法與目前中國開展的全域生物多樣性監(jiān)測方法相比，后者更側重對不同尺度下生物多樣性組成和變化進行的有計劃的觀察和記錄[51]，前者不僅能夠以可視化信息圖譜形式更好地解釋城市生態(tài)環(huán)境和生物多樣性的空間分異規(guī)律，還能更有效識別不同生境類型之間時空的分界及其相互之間的關系，同時也能很好地實現(xiàn)科學調查到實際應用的有效銜接[37,52]。

2 宜昌市濱江公園（市政府—勝利四路段）生境單元制圖The biotope mapping of the Riverside Park (from Municipal People’s Government to Shengli 4th Road), Yichang City

4.2 生境單元制圖在城市生物多樣性保護中的具體應用

4.2.1 物種和生境的保護

生境單元制圖的主要對象之一就是城市或城市群中生物物種及其棲息生境，除了瀕危、稀有物種和重要城市生境單元外，還包括與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P的其他生物物種和生境單元[53-55]。例如Müller和Fujiwara以保護含有瀕危、稀有物種、重要城市生境單元以及與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相連的城市綠地為目標，對日本東京城鎮(zhèn)群和德國紐倫堡市開展了生境單元制圖工作[53]；高天等將植被連續(xù)性因子融入生境單元制圖法，改造后的生境單元制圖模型成為調查城市生物多樣性的重要工具，不同生境單元展示的圖譜信息對今后生物多樣性保護措施制定具有重要的輔助和支持作用[14,32,56]。總結起來，運用城市生境單元制圖方法對物種和生境開展保護研究的程序包括3個步驟：1）全面搜集研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)和生物多樣性信息，結合研究或應用目標，確定需要重點保護的物種和生境單元；2）利用遙感和GIS對獲得的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)和生物多樣性信息進行疊合，獲取可視性化的城市生境單元圖譜；3）依據(jù)不同的研究目標，對需要保護的城市物種和生境單元進行價值評估，并依據(jù)評估結果劃定優(yōu)先保護等級，從而制定物種和生境保護的具體方案[7]。

4.2.2 生物多樣性保護與管控的空間邊界劃定

目前城市生態(tài)系統(tǒng)管理大多采用行政邊界而不是生物物種、生物群落或生態(tài)系統(tǒng)分布的生態(tài)邊界來指導城市生態(tài)管理，這將為城市環(huán)境及其生物多樣性的保護或恢復帶來一些困難或不確定因素。另外，當今的城市空間規(guī)劃和管控大多缺乏足夠的城市生物地理空間數(shù)據(jù)作為依據(jù)，存在生態(tài)系統(tǒng)類型重疊、生境空間分布規(guī)律不明、生物多樣性本底不清、生物多樣性保護與管控的空間邊界模糊等一系列問題[4-5]，導致城市生境單元制圖很難做到真正意義上的定量化和精細化。因此，生境單元制圖有助于準確識別城市生物多樣性保護與管控的生態(tài)邊界[57]。例如，劉晟呈以天津市濱海新區(qū)為例，嘗試將生境單元制圖引入城鄉(xiāng)空間生態(tài)規(guī)劃實施管控領域，實現(xiàn)了對城鄉(xiāng)空間生態(tài)規(guī)劃實施管控的動態(tài)監(jiān)控，有利于城市生物多樣性的維護和提高[45]。

4.2.3 城市生物多樣性定向的景觀規(guī)劃與管理

通過判讀和識別不同規(guī)劃定向的生境單元圖譜信息，可以完成不同尺度的景觀規(guī)劃與管理[58]。一般來說，城市生境單元制圖對景觀結構的描述包括土地利用結構或覆被類型、土地基本特征和生物多樣性特征。因此，通過判讀含有生物多樣性價值的生境單元信息，可以為城市地區(qū)開展生物多樣性定向的景觀規(guī)劃和管理提供有力保障[13]。例如，L?fvenhaft等運用生境單元制圖方法，通過判讀瑞典斯德哥爾摩國家城市公園地區(qū)含有生物多樣性價值的生境單元信息，并根據(jù)其組合特征和土地利用歷史現(xiàn)狀劃分為核心區(qū)、連接區(qū)、緩沖區(qū)和障礙區(qū)等不同規(guī)劃區(qū)域，并提出了不同區(qū)域的規(guī)劃和管理要求，也有力支持了該地區(qū)生物多樣性定向的景觀規(guī)劃與管理[2]。

4.3 城市生境單元制圖在生物多樣性保護實踐應用中面臨的挑戰(zhàn)和難點

目前，城市生境單元制圖的理論研究和實踐應用均取得了較大的進展，但仍然面臨諸多難點和挑戰(zhàn)。1）城市生境單元制圖的主觀性。目前大多數(shù)城市生境單元制圖都是通過遙感影像判讀和田野調查相結合獲得一系列復雜定性化的生物與環(huán)境信息[2]，這些信息的評定和確立存在較強的主觀性，其準確性不僅受觀測者專業(yè)知識水平的影響，同時也受到比例尺和GIS技術的影響[2]。因此，如何減少或消除城市生境制圖的主觀性，是今后生境單元制圖在城市生物多樣性保護實踐應用中面臨的重要挑戰(zhàn)之一。2）城市生境單元制圖在城市生物多樣性保護實踐應用中的可靠性和實用性。在中國城市化高速發(fā)展的當今，如何加速城市生境單元制圖的普及，并將城市生境制圖的有效數(shù)據(jù)信息和評價結果用作城市生物多樣性保護與恢復方案制定的重要依據(jù)，也是目前面臨的主要難點和挑戰(zhàn)。

5 總結與展望

5.1 城市生境單元制圖研究需要重點解決的問題

基于國內(nèi)外相關研究的進展，筆者認為未來城市生境單元制圖的研究仍需要重點解決以下3個方面的問題。

1）制定具有國家和地域特色的城市生境單元分類方案。近40年來，生境單元制圖的研究取得了重大進展[32]，但分類方案大多缺乏地域特色。針對中國來說，未來需要在汲取國外城市生境單元分類方案的基礎上深入理論研究，制定符合中國城市生態(tài)系統(tǒng)特點的分類方案，有助于更清楚地了解不同城市生境特征及其空間分異規(guī)律。

2）減少城市生境單元邊界劃定的主觀性。城市生境單元類型及其分布極其復雜，生境單元的邊界劃定標準也十分模糊，在實際調查工作和結果詮釋中往往會摻雜一些主觀因素，為后續(xù)工作的開展帶來不利的影響。因此，科學有效地界定城市生境單元邊界、真實有效地反映研究區(qū)域的生境分布情況是未來有必要深入探討的問題。

3）建立全尺度城市生境單元基礎信息與數(shù)據(jù)庫。城市生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)和生物學信息的缺失，對生境單元制圖的精確度具有重要影響。未來要結合全域生物多樣性監(jiān)測、城市生態(tài)專項調查等多種途徑，建立和完善不同尺度的城市生境單元信息數(shù)據(jù)庫，滿足不同尺度下生境單元的制圖需求。

5.2 城市生境單元制圖在中國生物多樣性保護中的應用前景展望

國內(nèi)外研究與實踐已經(jīng)證明，城市生境單元制圖對生物多樣性保護起到了不可或缺的作用。城市生境單元制圖研究隨著科學技術不斷發(fā)展，未來將在中國城市生物多樣性保護研究的以下領域中發(fā)揮更重要的作用。

1）生境單元制圖與城市自然保護相結合。保護含有生物多樣性價值的各類不同特色的城市生境單元，是保障城市發(fā)展與自然發(fā)展相協(xié)調的重要途徑。生境單元制圖可以根據(jù)所獲取生境單元的生態(tài)數(shù)據(jù)，結合生境單元價值的評估結果制定具有保護價值的區(qū)域整體保護方案，并最終形成城市生物多樣性保護體系。

2）生境單元制圖與城市綠地規(guī)劃相結合。城市綠地系統(tǒng)是維護和提升城市生物多樣性的重要載體。城市生境單元制圖不僅可以很好地展示城市綠地生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀以及未來的規(guī)劃前景，也能形象、直觀地表征城市綠地生態(tài)環(huán)境和生物多樣性信息。城市生境單元制圖與城市綠地規(guī)劃相結合，可以有效地保證城市綠地規(guī)劃與區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護相協(xié)調，有利于城市綠地生物多樣性的維持和提升，也將為中國以生物多樣性為導向的城市綠地規(guī)劃探索新的方法。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

圖1、2由作者繪制；表1、2由作者繪制。