城市森林生物多樣性保育途徑探討*

張慶費　許　源

上海辰山植物園　上海　201602

?

問題討論

城市森林生物多樣性保育途徑探討*

張慶費許源

上海辰山植物園上海201602

摘要：生物多樣性是提高城市森林生態服務功能的基礎。文章在分析城市森林生物多樣性特征的基礎上，提出城市森林生物多樣性的保育原則，并從城市森林生物多樣性保育研究、城市區域綠色生態網絡、城市森林的近自然化以及野生動物友好的城市森林群落等方面，探討了城市森林生物多樣性保育途徑。關鍵詞：城市森林，生物多樣性，綠色生態網絡，近自然植被，野生動物友好森林群落

城市森林作為城市綠色基礎設施，我國從1989年引進城市森林的概念到2004年國家林業局開展城市森林創建活動，城市森林從學術研究走向發展實踐，城市森林建設已經成為國家戰略，成為未來我國城市生態建設的重要方向[1]。隨著城市森林的快速發展，如何進一步提高森林質量，更好地發揮改善城市環境和營造生態游憩空間的作用，亟待開展城市森林結構優化與功能提升研究與實踐，生物多樣性作為城市森林的主要結構因子和功能目標，更是城市森林生態服務功能的基礎，具有保育本地物種、抵御有害生物侵襲、維護自然生態、降低環境污染、豐富城市景觀等功能，對城市人居環境的改善和城市的可持續發展具有重要的作用和意義。

生物多樣性銳減已經成為全球性生態問題，城市化也是導致生物多樣性喪失與退化的重要因素。因此，城市生物多樣性保育也成為全球性話題，應與城市綠色基礎設施規劃建設相結合[2]。城市森林作為城市最重要的生物多樣性載體，在研究城市化對生物多樣性影響的基礎上，開展城市森林生物多樣性保護與培育，已經得到越來越多的重視[3]。近年來，我國城市森林研究與實踐主要側重規劃設計、樹種應用、森林群落、凈化大氣、休閑游憩等方面[4]，對城市森林的生物多樣性研究還比較薄弱，在具體實踐中也不夠重視。因此，將生物多樣性保育作為城市森林建設與管護的目標和重點，深入開展城市森林生物多樣性保育，提高城市森林生物多樣性水平，將是不斷完善與提高城市森林結構及提升森林功能、促進城市森林健康和可持續發展的必由之路。

1 城市森林生物多樣性的特點

生物多樣性是指各種各樣的生物及其與環境形成的生態復合體總和，以及它們的各種生態過程。由于城市原生生境的消失和碎片化，原生森林植被消失殆盡，環境污染脅迫嚴重，加上外來物種的大量引進，城市森林生物多樣性具有自然生態系統迥異的特征和格局。

首先，鄉土物種減少，外來物種增加。隨著城市化的發展，建筑構筑物大量取代了自然生境，原生植被和本土物種失去生存空間；而人工營造的綠地和林地，幾乎都采用人為選擇的物種，人們有意或無意地引入外來物種, 尤其是綠化植物和經濟植物；同時，城市人工林生境(如生境破碎化、土壤貧瘠、熱島效應、食物資源及天敵改變等)也多有利于外來物種生存和繁殖，植物的棲息地功能及動物傳粉功能也發生相應改變；而且，城市森林的養護措施(如松土、除草、施肥、有害生物防治等)干擾了自然生境的物種競爭和生物演替過程，往往有利于外來物種的繁衍，不利于本土物種。因此，城市常被認為是非鄉土植物主導的生物多樣性貧乏區域[5]。

如DeCandido等的研究表明, 紐約城(New York City)在100年間喪失了578個本土物種(占總數的43%), 增加了411個外來物種[6]。筆者的初步調查也表明，如以上海地域內的自然植物區系分布界定，上海的鄉土木本植物約48科106屬156種12變種1變型5亞種，而外來木本植物達81科252屬470種1亞種58變種18變型[7]。可見，城市區域的植物物種多樣性較高，但外來種比例偏高，尤其在諸如上海等自然植物資源貧乏的大都市。

第二，生物類群同質化(biotic homogenization)明顯。城市生物多樣性分布格局由自然生態環境和城市化過程所決定，其動態和機理與自然生態系統不同，導致了城市生物在類群、生活型以及基因型的相似性特征。如城市物種多樣性的增加并不一定導致植物類群多樣性的增加，城市出現的大多是類似的植物群落，具有相似的系統分類，類似的生活型以及生存策略，城區植物群落組成的同質性特征還遠比郊區高[8]。

可見，物種同質化或許是城市生物多樣性保育面臨的主要問題，鄉土物種被廣布的非鄉土種取代，動物多樣性同樣如此。在樹木營造巢穴的鳥類更容易在城市生存和繁殖，伴人種明顯增加，如鴿子、家鼠、家貓等適應并選擇人工喂食的物種泛濫，而由于缺乏天敵，外來種對資源的競爭力強于鄉土種，導致鄉土動物的減少甚至瀕危滅絕。

總之，城市化導致群落結構的簡單化和物種多樣性的喪失，尤其是僅出現于少數自然群落中的種類越來越少，特別是K對策種，而廣布的r對策種卻可能相對增多。

2 城市森林生物多樣性保育原則

在城市森林培育過程中，長期存在生物多樣性不重要以及城市難以構建高生物多樣性的觀念和誤區。因此，深刻認識生物多樣性在維護城市生態過程和改善人居環境的不可替代性，從物種的保存、進化以及生態系統的健康穩定與可持續發展出發，城市森林構建應適應、補償、調整和完善自然生態過程，以植物群落為單元,逐步營造種間關系協調、物種豐富多樣、生態功能高效的城市森林生態系統。

2.1 自然性原則

自然性是良好生態系統的基本屬性，城市生物多樣性保育應充分利用森林植被的自然屬性和特征，更多地挖掘和利用自然力，遵循森林演替規律，根據物種之間以及物種與生境之間的適應關系，采用自然式營造與管護，避免人工過度干預，促進植物自然生長和發育。同時，營造綠色網絡，維護城市森林生態系統的整體性與連續性,彌補生境片段化的脅迫，減少生物生存、遷移和分布的阻力面,為生物營造更多的棲息地和更便利的生境空間。

2.2 群落化原則

城市森林應以植物群落為構建單位，借鑒地帶性森林植被的種類組成結構特征，遵循群落發育與動態演替規律，根據不同植物的生態幅度及其種間關系，認識種間的競爭與適應機理，合理配置不同習性與生活型的種類,尤其是本土植物，增加群落物種的潛在共存性, 擴大多樣化物種的種群規模，引導人工植被接近自然狀態發育，提高森林物種共存性。

2.3 低維護原則

城市森林多為人工培育，難以避免植物種類與配置形式的單調性和濃重的人工化痕跡，往往與合理的生物多樣性結構和功能具有差距。因此，根據植物生長與群落發育狀況，避免過度養護，摒棄過度追求整齊、潔凈與規則的森林景觀現象，順應森林自然發育過程與規律，并通過人工適度誘導與動態調控，重點防控入侵物種，調整植物群落種類組成與密度結構，協調種間關系，為自然更新種創建適宜的生存空間，提高群落自然發育潛力，促進人工林的近自然化過程。

3 城市森林生物多樣性保育途徑

城市森林生物多樣性形成機制復雜，種內及種間關系多樣，需要以系統觀為指導，針對生物多樣性退化與喪失的特征及其機理，從不同尺度和多個方面進行綜合研究和全面推進。

3.1 加強城市森林生物多樣性保育研究

定期開展生物多樣性普查，了解動植物種類、分布、動態及其適應性，并進行編目，建立數據庫；同時，選擇代表性植被類型，建立以固定樣地為平臺的生物多樣性監測網絡，長期定位監測生物多樣性的動態規律，建立城市生物多樣性檢測與評估技術體系，分析和預測人為干擾對生物多樣性的影響及其后果；加強研究城市森林生物多樣性保護和培育的規劃設計、工程技術以及管護措施，提高城市森林生物多樣性保育水平。

加強城市森林生物多樣性基礎研究，優先開展人工群落物種共存機制、外來物種入侵機制及其控制途徑、外來物種與本土物種的競爭關系、城市生物類群同質性的機制及其影響、景觀片段化對物種遷移分布的影響、城市環境脅迫對物種生態幅度的影響機制、自然物種生態恢復的潛力及其調控等，揭示城市化對生物多樣性的影響以及城市森林生物多樣性形成機理，形成生物多樣性保育的人工適度干預技術。

3.2 構建城市區域綠色生態網絡

針對城市生境的片段化格局和孤島化特點，保護物種的生存環境(或棲息地)是生物多樣性保育的關鍵，從城市區域尺度構建生物多樣性保護格局，尋找生物多樣性最優景觀格局，實施景觀格局優化工程，形成以重要野生動植物為主要保育目標的城市綠色生態網絡，通過景觀的多樣性保護實施森林生物多樣性保護的目標[9]。

生物的生存、繁衍和進化離不開基因交流，如果生物群落間距離大于它們重建群落的距離，缺乏必需的基因交換將影響群落的穩定和發育。因此，從城市區域尺度構建城市森林生物多樣性格局，建立城郊一體的綠化體系，尋找有效保護的“最優景觀格局”，連接城郊梯度的破碎土地(生境島)，修建廊道和“暫息地(stepping stone)”，增加各生境斑塊的連接度和連通性，構建城郊綠色網絡，提供更多的棲息地和更大的生境空間，減少城市生物生存、遷移和分布的阻力，維持生物群體自身的生態習性與遺傳交換能力。

如美國佛羅里達州綠道與生態網絡規劃，將景觀的系統性、生態的顯著性和景觀連接戰略點規劃有機結合，實施了生物多樣性和文化多樣性相融合的保護規劃。利用區域景觀研究方法，設計以生態功能為主導的綠道生態網絡，實現生態適應性的擴展和生物多樣性的保護。運用GIS系統和決策支持模型(DSM)確定重點保護區域，通過分層疊加技術評價景觀與生態的敏感度，確定優先保護體系，對關鍵生境進行優先保護分級，并保護原始的生境，將佛羅里達州57.5%的土地納入生態網絡保護之中[10]。

3.3 實施城市森林的近自然化培育

城市人工林的生物多樣性營造不能局限于簡單的物種數量，種間關系協調、群落穩定更為重要。近自然植被具有比較完整的群落結構和豐富的物種多樣性，更能為動植物提供適宜的生存和棲息生境。因此，構建近自然森林是提高生物多樣性的有效途徑。尤其是我國城市森林多為人工植物配置，群落結構單調，物種單一，林分斑塊自然度低，需要借鑒地帶性植物群落植物組成、結構特征和演替規律，開展近自然化改造，逐步優化群落結構、物種組成、栽植方式、景觀外貌等，引導人工植被逐步向接近自然狀態的群落結構發展和演變，充分發揮物種共存的自維持機制和作用。

城市森林的近自然化培育主要包括近自然森林植被營造和現有森林的近自然化改造兩種類型[11]。

在近自然植被營造中，主要通過營造植物種類組成、群落結構與地帶性森林群落接近的人工群落，構建適應當地生境的近自然植被。關鍵是模擬地帶性植被的植物組成，構建的植物群落具有生態相似性，如群落優勢種、群落結構之間應具有關聯性或相似性。因此，應選擇地帶性植被建群種與優勢種之中能適應城市生境的近緣種類，如同科、同屬種以及生態幅度相近的物種。在種植設計過程中，應改變簡單便利化的純林營造手法，強化生境改良，挖掘場地生態潛力，突出多樣性混合生境營造，采取多物種及多層次混交的自然式栽植，并采取低度養護方式，促進自然更新，避免因栽植少量的植物，而破壞自然狀態的多樣性。

在近自然化改造中，針對城市人工林普遍存在過度密植的現狀，提倡根據樹冠重疊率、郁閉度以及植物生長狀況進行抽稀，協調短期、中期和長期適宜群落密度。同時，從豐富物種多樣性和優化群落結構出發，采取綠化植物水平混交和垂直混交途徑。保護和誘導自然更新苗，選擇性保護自然更新植被，創造自然更新物種生存和繁衍空間，特別是木本更新苗、野花植物等，誘導人工群落逐步向接近自然狀態群落發育，形成多樹種、多層次、異齡混交的群落，恢復和重建富有自然氣息、地域特征濃郁的近自然植被，逐步實現人工群落結構的近自然化。

3.4 營造野生動物友好的城市森林群落

野生動物作為對環境最為敏感的生物類群之一，是衡量城市生態質量的最直觀和最有效的途徑。野生動物也是表征人、城市、自然和諧關系的重要方面，缺乏野生動物更是我國城市與發達國家最明顯的差距之一。城市森林設計與建設一直以樹木為核心，極少關注動物。沒有野生動物的城市缺乏活力和生機，城市不僅需要“花香”，更要有“鳥語”。因此，通過生境營造、野生動物友好植物應用以及植物多樣性配置，營造與野生動物友好的城市森林，促進城市野生動物的生息繁衍。

在具體措施上，首先應營造有利于城市生物多樣性恢復與重建的多樣化棲息空間，如陸地與濕地的結合、起伏地形、生物通道等，而多孔隙生境(porous habitat)更值得重視，隨著城市有空隙生境的急劇減少，造成依附在孔隙空間生存的生物消失，城市生物鏈阻斷，甚至有的花卉缺乏傳粉昆蟲而影響開花結果。因此，有必要維持自然的多空隙生境和野生動物的隱蔽屏障[12]。

多樣化的植物食源是野生動物生存的保障。城市森林建設應合理配置食源植物，增加鳥嗜和蜜源植物，尤其應滿足鳥類冬季生存最低限度的取食要求；同時，植物應用還要滿足筑巢需求，如鳥類喜愛樹冠大而濃密、樹皮粗糙的樹種，如香樟、垂柳、水杉等樹種。

多物種與多層次混交最適于多樣性生物的棲息。城市森林植物配置要從生態系統層面考慮維護物種的多樣性與結構復雜性，避免少數物種的大量栽培，并充分利用自然拓殖的植被和野生花草，建立接近自然的森林群落，吸引鳥類、蝴蝶和小型哺乳動物等，增加物種潛在的共存性。

總之，將生境營造與植物應用有機結合，通過多樣而穩定的植物群落配置，體現區域潛在植被的主要本源物種，為更多生物提供適宜的棲息地和廣闊的生境空間。

4 結語

影響城市森林生物多樣性的因素很多，在城市森林建設和管護過程中，諸如鄉土植物馴化、適宜物種引進、外來物種控制、復層植物群落構建、自然遺留地保護等都是基礎性工作，對城市森林生物多樣性保育至關重要，需要不斷重視和加強。

應該指出的是，生物多樣性往往不是人工營造出來的，而是自然發育形成的。在城市森林生物多樣性保育過程中，生態養護過程可能比樹木栽種更有價值和意義。城市森林管理者應運用管理演替(managed succession)理論與方法，不要僅滿足于樹木個體，而應考慮生態系統的所有組分及其動態性，協調森林景觀改善與演替過程的統一性，促進森林自維持機制和功能的發揮，逐步提高森林生物多樣性水平。

參考文獻

[1]王成.中國城市生態環境共同體與城市森林建設策略[J].中國城市林業，2016,14(1):1-5.

[2]HOSTETLER M，ALLEN W，MEURK C.Conserving urban biodiversity?Creating green infrastructure is only the first step[J].Landscape and Urban Planning,2011,100(4):369-371.

[3]ALVEY A A.Promoting and preserving biodiversity in the urban forest[J].Urban Forestry & Urban Greening,2006,5(4):195-201.

[4]吳澤民.城市景觀中的樹木與森林─結構、格局與生態功能[M].北京:中國林業出版社,2011.

[5]DOODY B J,SULLIVAN J J, MEURK C D,et al.Urban realities:the contribution of residential gardens to the conservation of urban forest remnants[J].Biodiversity and Conservation,2010,19(5):1385-1400.

[6]DECANDIDO R,MUIR A A,GARGIULLO M B.A first approximation of the historical and extant vascular flora of New York City:implications for native plant species conservation[J].Journal of the Torrey Botanical Society,2004,131(3):243-251.

[7]張慶費,夏檑.上海木本植物的區系特征與豐富途徑的探討[J].中國園林,2008,24(7):11-15.

[8]KNAPP S,KUHN I,SCHWEIGER O,et al.Challenging urban species diversity:contrasting phylogenetic patterns across plant functional groups in Germany[J].Ecology Letters,2008,11(10):1054-1064.

[9]岳邦瑞,康世磊,江暢.城市—區域尺度的生物多樣性保護規劃途徑研究[J].風景園林,2014,14(1):42-46.

[10]王云才,王敏.美國生物多樣性規劃設計經驗與啟示[J].中國園林,2011,27(2):35-38.

[11]張慶費,胡永紅.上海郊野公園近自然植被構建途徑與設計研究[J].上海城市規劃,2013(5):24-28.

[12]張慶費.野生動物友好型綠地的設計理念與思路[J].園林,2015,32(1):12-16.

Approaches for the Biodiversity Conservation of Urban Forest

Zhang QingfeiXu Yuan

(Shanghai Chenshan Botanical Garden, Shanghai 201602)

Abstract:Biodiversity is the foundation of ecological service of urban forest. Based on the analysis of the characteristics of biodiversity in urban forest, this paper proposed some principles and approaches for biodiversity conservation in urban forest, including the key research topics，green network based on urban-regional scale, close-to-nature silviculture and wildlife-friendly community of urban forest.

Key words:urban forest, biodiversity conservation, green network, close-to nature silviculture, wildlife-friendly forest communities

收稿日期：2016-05-20

*基金項目：上海市綠化和市容管理局辰山專項 “基于大樣地的上海城市森林生物多樣性監測研究”(G142418)

作者簡介：張慶費(1966-)，男，教授級高級工程師，從事城市森林與城市生物多樣性研究，E-mail：qfzhang@126.com

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2016.03.001