北京第二綠化隔離地區以鳥類為主的城市生物多樣性保護規劃途徑

劉海龍

王 茜

宋 洋

蔣曉玥

如今，我們已經邁入“城市世紀”[1]，城市化正在對全球生物多樣性造成持續的重大影響并引起廣泛關注。有學者提出：“生物多樣性的保護不能僅僅依靠在人煙稀少的偏遠地區劃定保護區，把人與自然割裂開來，相反應該以實效為導向，并把重心往人口稠密的城鎮地區轉移”[2]。城市生物多樣性也成為評價城市生態系統服務功能的重要指標，對維護城市的生態安全和生態平衡、改善城市人居環境具有重要意義。如何通過規劃體系的構建來保護和提升城市的生物多樣性，已經成為當前乃至未來研究的重點內容。

目前已有眾多學者對城市生物多樣性展開研究，包括關鍵影響因素[3-4]與分布格局[5]、科學評估方法[6-7]、規劃策略[8-10]、設計手段與管理措施[11]等。綜合來看，目前國內外對于城市生物多樣性的研究仍有欠缺。研究對象的選取多關注城市建成區范圍內、被劃定為城市綠地的各類用地，對農、林、水等同樣有高生物多樣性保護潛力的地類關注不足[12]；研究尺度都比較關注宏觀和微觀，而中觀尺度較少；措施方面多強調“保護”(conserve)，而對“提升”(enhance)重視不足[4]。

鳥類作為城市生態系統的食物鏈高營養級物種，由于其分布范圍廣、研究資料齊全和對環境變化的敏感性，往往成為研究城市生物多樣性的重要指示類群[13]。目前，國內外在鳥類方面的研究中關于生態習性、行為特征、環境影響因素[14]等內容較多，保護實踐文章數量較少[15]。同時，保護研究內容多為宏觀層面的自然保護區、沿海灘涂等大型棲息地，或是微觀層面的城市濕地、綠地公園等生境，與城市規劃或風景園林規劃設計實踐相結合的研究內容較為缺乏。

根據對已有研究成果的總結，將城市鳥類保護實踐分為評估與策略兩方面。評估方面，部分學者通過調研監測發現問題并提出保護建議；也有部分學者采用GIS等方法得到鳥類的空間分布結果[16]。保護策略方面，由于城市內生境斑塊島嶼化嚴重、異質性較低等特質，使得鳥類種類和數量受到影響。有學者通過對全球75個城市的鳥類多樣性變化進行分析發現，斑塊面積和生態廊道對城市鳥類多樣性的積極作用最強[17]。因此，在規劃尺度上，通過識別和劃定各級保護地和生態緩沖區[16]、建立生態廊道或城市生態網絡[18-20]等方式可以達到保護城市鳥類的目的；在設計尺度，則主要以各類公園、河流和濕地為對象，利用鳥類的不同生態學習性營建更加適宜的生境。

同時，大量文獻表明，低洼濕地、水庫坑塘周邊的自然生境斑塊是維持城市地區生物多樣性的重要載體[21]。也有學者倡導城市生物多樣性的保護應“以集中式的綠地與水體為核心構建生態綠地系統布局結構”[5]，發揮防洪基礎設施在提升城市生物多樣性中的復合作用[22]。有針對北京的研究提出，河流湖泊及蓄滯洪區等水域環境更是維持平原地區鳥類生物多樣性的重要支撐生境[23]，這在實際調研中也得到印證。

基于上述分析，研究試圖在北京城鄉交界和過渡區域，基于生物多樣性本底統計，利用GIS技術與InVEST等模擬軟件對生物多樣性進行綜合評估，并通過水文分析技術幫助識別生物多樣性保護的重要區域。由于北京地處東亞-澳大利西亞候鳥遷徙廊道，有確切記錄的鳥類種數超過全國鳥類種數的1/3[24]。就物種數量而言，北京在二十國集團(G20)首都中排名第二，僅次于巴西利亞[25]，且北京的鳥類觀測研究數據較為詳盡。因此，本研究以鳥類為主，綜合其他各類物種，在科學評判的基礎上建立“分區、分級、連網”的城市生物多樣性保護體系。

1 研究對象與方法

1.1 研究區域概況

《北京城市總體規劃(2016年—2035年)》中所劃定的第二綠化隔離地區(以下簡稱“二綠地區”)，涉及朝陽、海淀、豐臺、大興、昌平、通州、順義、門頭溝、房山、石景山10個區，總面積910.69km2。本研究綜合考慮生態系統完整性，依據自然地形與城市管網共同構成的流域單元劃定研究范圍邊界(圖1)，總面積為2 472.99km2，覆蓋更為完整的水系生態廊道。

圖1 研究范圍Fig.1 Scope of the study

1.2 研究數據

1.2.1 土地利用數據

本研究使用2017年10m精度土地覆蓋開源數據。

1.2.2 物種名錄及分布數據

物種名錄參考了《北京鳥類志》(1998)、《北京獸類志》(2002)、《北京地區常見昆蟲和其他無脊椎動物》(2011)、《北京陸生野生動物名錄(2021年)》《鳥類多樣性及棲息地質量評價技術規程》(DB11/T 1605—2018)、《國家重點保護野生動物名錄》(2021)、IUCN紅色名錄[26]等。鳥類空間分布數據主要來源于中國觀鳥記錄中心數據庫所獲取的2016—2021年底北京市域鳥類分布點位[27]，通過人工校正錄入地理信息系統(ArcGIS)。同時還參考了北京園林綠化局官方網站、iNaturalist、eBrid等觀測記錄網站，以及部分在2016—2021年的新聞報道，用于對保護等級較高或有一定社會認知度的物種分布信息進行補充。

1.2.3 水文模擬數據

水文分析數據使用了2016年北京“7·20”降雨事件中的降雨數據，基于城市綜合流域排水模型(Integrated Catchment Management，InfoWorks ICM)進行模擬。

1.3 研究方法

首先通過相關文獻及官方平臺的生態資源調查監測結果等資料對二綠地區物種多樣性與生態系統本底進行歸納。物種的多樣性主要通過篩選具有代表性的物種，利用實際觀測數據對其主要分布區域進行空間落位。生態系統則采用InVEST(Integrated Valuation of Environmental Services and Tradeoffs)模型中的生境質量(Habitat Quality)模塊進行評價分析。將二者疊加得到研究范圍內生物多樣性的基本空間格局。最后基于水對生物多樣性的關聯影響，通過InfoWorks軟件識別潛在淹沒區域作為水文敏感區，以指導二綠地區重要生物多樣性保護區域的劃定及保護體系的建立。

1.3.1 典型物種與棲息地特征

根據物種生態習性與分布特征，通過查閱文獻資料統計出潛在分布于二綠地區的物種名錄，鳥類約426種，魚類約40種，哺乳類25種，兩爬類19種，昆蟲213種，共計約723種。

參考北京二綠地區土地利用分類體系，歸納出研究范圍內8個大類、29個小類生境類別。依據上述文獻資料，對以上723類物種逐一判定棲息地類型，按照可在某一類生境中棲息的物種數量占總體比例進行統計(例如，統計到名錄內25種哺乳動物中共有20種可在灌木林地中棲息，則灌木林地在哺乳類的生境偏好為0.8)，計算五大類物種占比的平均值，得到二綠地區綜合的物種生境偏好度(表1)。

1.3.2 生境質量評價

InVEST模型生境質量模塊可以通過計算不同地類對各威脅因子的敏感性和外界威脅強度，定量化地評估研究區域的生境質量高低，在一定程度上反映該區域內的生物多樣性情況，以及生態系統能夠為物種提供生存繁衍條件的潛力[28]。該方法已被廣泛應用于北京及其他城市的相關研究中[29-31]。

在參考InVEST模型手冊推薦值的基礎上，根據研究區域內的自身特點，結合類似地區的已有研究成果設置模型參數，具體參數如表2、3所示。其中，表3中不同土地利用類型的生境適宜度參考了表1中二綠地區各類物種對生境的綜合偏好統計結果，更符合二綠地區各類物種對于棲息地的選擇特征，可以更為準確地反映區域內總體生物多樣性分布情況。該模型已較為成熟，具體方法不再贅述。

表1 二綠地區物種生境偏好度綜合統計Tab.1 Combined statistics on habitat preferences of species in the study area

表2 威脅因子最大影響距離和權重Tab.2 Maximum impact distances and weights of threat factors

表3 土地利用類型的生境適宜度及其對各威脅因子的敏感性Tab.3 Habitat suitability of land use types and their sensitivity to various threat factors

基于InVEST模型模擬結果，得到研究范圍內的生境質量分布情況(圖2)，通過自然斷點法劃分高、中、低3級。

圖2 生境質量分析結果Fig.2 Results of the habitat quality analysis

1.3.3 鳥類多樣性空間分布識別

在參考黃越等人基于IUCN最新評估報告所篩選的北京平原區分布24種受脅鳥類名錄的基礎上，增加國家級或市級保護級別，以及適宜生活在上述物種少有覆蓋的生境類型中的較為常見鳥類共70種作為典型物種。利用中國觀鳥記錄中心數據庫信息，篩選出70種鳥類的空間分布點位觀測數據，在ArcGIS中使用核密度生成鳥類空間分布熱點區域，將鳥類棲息地分布熱點及土地利用分類中的生態用地進行掩膜處理，獲得基于實際觀測數據的二綠地區鳥類多樣性空間分布格局(圖3)。通過自然斷點法劃分高、中、低3級。

圖3 鳥類多樣性分析結果Fig.3 Results of the bird diversity analysis

1.3.4 生物多樣性空間分布格局疊加

將鳥類多樣性空間分布與生境質量評價結果疊加，形成生物聚集性與生存適宜性相結合、評價分級與空間分布相補充的生物多樣性耦合分析評價矩陣及空間分布格局(圖4)。

圖4 生物多樣性綜合空間分布格局Fig.4 Integrated spatial distribution patterns of biodiversity

1.3.5 水文敏感區識別

水文模擬主要分為“二綠地區河道淹沒模擬”和“二綠地區地表內澇模擬”兩部分。前者主要針對溫榆河沿岸，利用InfoWorks軟件搭建二綠地區溫榆河流域水系網絡的水文水動力模型，進行河道兩側淹沒區域模擬。后者涵蓋了整個研究范圍，在模擬中還考慮了二綠地區現有的植被攔蓄，能夠更精準地識別未來暴雨事件中潛在的內澇風險區域。綜合以上兩部分成果，將沿河流兩側的河道淹沒區域與分布在更廣闊非建設區域的內澇點共同作為二綠地區的水文敏感區域(圖5)。

圖5 水文敏感區分布圖Fig.5 Map of hydrologically sensitive areas

2 生物多樣性保護規劃體系構建

通過對以往研究成果及國內外規劃實踐的總結，本文試圖提出一種構建城市生物多樣性保護的系統性規劃途徑，包含對重要生態源地的保護、連通性的提升、控制邊界與管控分區劃定、自然生境的引入和恢復等。具體策略如下。

1)核心保護。

首先對具有最重要生態價值的區域進行保護，盡可能保證核心物種與生境空間的完整性，避免進一步受到人類建設活動的侵占，從分級角度提出不同強度的管控政策。同時結合“再野化”理念，在高價值和潛力區域劃定留野空間，降低人類干擾程度，開展被動式管理，保護與營造城市區域中的野性自然[32]。

2)提質增綠。

二綠地區是落實北京減量增綠目標的重要承載地，減量任務占全市60%左右，因而優先提升更具有生態價值的區域在此背景下顯得更為重要。通過對生境條件差的區域進行生態修復，達到“提質”目標；通過對低建設區域適度騰退和生態恢復，達到“增綠”目標，并盡可能增加以綠地和水體為核心的生態綠地系統布局[5]，從生物多樣性角度為城市騰退與增綠用地的劃定提供支撐。

3)網絡連通。

眾多學者認為，城市生境的破碎化雖然可能增強了異質性，但同時也直接影響了動物的遷移和生存[33]，大大降低了無脊椎動物和脊椎動物尤其是鳥類的多樣性[34]。因此，針對城市環境下生境碎片化、孤島化的特點，提出規劃建設生態廊道，加強城市生物群落之間的連通性，提高物種交流，擴大種群棲息、繁衍和擴散面積，從而提高總體生物多樣性水平。

2.1 核心保護區域識別與分析

提取1.3.4節中鳥類多樣性與生境質量疊加后綜合指數最高的區域(數值9)作為生物多樣性核心保護區。對北京地區鳥類保護的相關研究表明，城市公園周邊200m范圍內綠地面積比例會顯著影響繁殖鳥類群落的物種豐富度[35]。因此，本研究在核心區外劃定寬度為200m的緩沖區。此外，將僅鳥類多樣性高或僅生境質量高的斑塊，作為次一級的源地控制區進行管理保護。最后結合上述成果，將管控區內部及周邊面積≥10hm2的公園或其他綠地作為生態留野區的選址范圍，根據實際情況在該范圍內劃定不小于1hm2的生態留野區，并實行封閉式管理。

基于上述原則，遴選出核心保護區43.88km2(其中核心區16.51km2、緩沖區27.37km2)，占總面積的1.8%，主要位于沙河水庫、翠湖濕地公園等；源地控制區共386.72km2，占總面積的15.6%，包含了西北部淺山區域、北部南北沙河周邊等區域；共劃定生態留野區選址范圍28處，分布在沙河水庫、溫榆河公園及南海子公園等區域內(圖6)。

圖6 核心保護規劃圖Fig.6 Map of the most valuable areas conservation plan

核心保護區域基本分布在中心城區外圍的河流沿岸與淺山地帶，分布趨勢西北多、東南少，南部及東南區域僅分布有零星斑塊。導致該結果的原因可能是城市新區發展背景下急劇的城市化進程導致生態用地快速縮減。這些區域將成為未來二綠地區發展過程中需要重點關注的敏感區域。

2.2 提質增綠區域識別與分析

鴛鴦(Aix galericulata)是北京市平原地區具有典型性的小型鳥類，一對鴛鴦在城市環境中成功繁育6只雛鳥所需棲息環境面積約為0.12km2[36]，因此在提質區域的劃定中以棲息面積需求較小的鴛鴦為參考標準，以0.1km2為最小斑塊面積可以較全面地篩選出所有有效的潛在提質增綠區域。對于飛行能力較強的大型鳥類而言，以典型代表灰鶴(Grus grus)為例，其喜好在靠近水源858.86±29.39m的距離內棲息[37]，因此將篩選距離最遠定為1km可以較好地覆蓋北京多數依托林地、水源等生境條件棲息的鳥類的潛在活動范圍。綜合以上信息，本研究提取鳥類多樣性和生境質量高值區，或是水域及水文敏感區周邊1km距離內，單位面積大于0.1km2的斑塊作為提質修復區域。而其中具備拆除可能性的低建設用地作為騰退后的增綠區域(圖7)。

圖7 提質增綠規劃圖Fig.7 Map of the green space quality improving plan

基于上述劃定原則，遴選提質區域共計708.82km2，占研究區域總面積的28.6%。其中生態用地中的提質區域324.13km2，建設用地中的提質區域384.69km2。遴選出潛在增綠區域113.59km2，占研究區域總面積的4.6%。

將上述區域與用地現狀進行比對發現，提質修復區主要覆蓋了大片的農田與零散的林地區域。雖然北京開展了“百萬畝造林”運動，林地面積有所增加，但新增林地以人工林為主，生態效益較弱。此外，城市近郊的農田是許多物種的棲息地與覓食地，但當前對于農田生物多樣性的保護意識尚有不足，需加強這方面的研究與應用。

2.3 生境網絡識別與優先級判斷

生境網絡可分解為具有核心保護價值的生態源地、起連接作用的生境廊道、具有踏腳石作用的生態節點[38]，以及與現狀道路或建設發生沖突的廊道堵點。在ArcGIS中提取鳥類多樣性與生境質量“雙高”區作為生態源地，依據生境質量評價時設置的阻力參數(表2)構建綜合阻力面，利用最小耗費距離模型(Linkage Mapper)和Circuitscape軟件，識別關鍵生態廊道和重要生態節點。最后在ArcGIS中提取研究區域內公路和高速路數據與廊道結果進行疊加，得到廊道堵點。

基于上述劃定原則，遴選出生態廊道共28條，其中一級廊道2條，分別為西南永定河生態廊道和東北溫榆河-北運河生態廊道；次廊道1條，為南部涼水河-北運河廊道。重要生態節點18處，主要分布在河流及周邊區域。生態堵點25處，其中永定河共6處堵點，南北沙河-溫榆沿線共8處堵點(圖8)。

圖8 網絡連通規劃圖Fig.8 Map of the network connectivity increasing plan

二綠地區生境網絡與水系高度契合，呈現出環狀的空間形態，一級廊道連接了淺山區域、溫榆河和永定河，總體呈半包圍態勢，東南部分雖有涼水河作為二級廊道，但由于生態源地較少，總體廊道生態效益較弱。生態節點結果與總體生物多樣性評價結果相吻合，一些關鍵節點如通明湖、南海子是南部區域總體廊道結構的重要支撐。生態堵點的結果則表明交通建設對當前生態廊道的總體連通性影響較大，需降低其干擾。

3 結論與討論

3.1 結論

本文以北京市第二綠化隔離地區作為研究區域，以構建城市生物多樣性保護規劃體系為目的，從綜合現狀本底研究與保護價值分析入手，創新性地將區域生物的生境偏好統計納入生境質量模擬參數中，使其研究結果更符合該區域環境特征。在分布識別方面，將理論結果與實際觀測數據耦合，增強分析結論的可靠性。最終結果顯示如下。

1)北京市二綠地區生物多樣性本底較好，有大量生物在此棲息。根據生物多樣性空間分布結果來看，生境質量優良且鳥類多樣性高的區域(數值6、9)僅占研究范圍的12.3%，主要分布在遠離城鎮的西北淺山與溫榆河上游地區，其余區域分布則較為零散和碎片化；鳥類多樣性高但生境質量較低，或鳥類多樣性較低但生境質量較好的區域(數值3、4)，主要分布在城鎮外圍，往往與建設區、道路等威脅源較近，該區域占比約67.4%，是研究范圍內最為普遍的環境類型；而鳥類多樣性低且生境質量較低的區域(數值1、2)，主要分布在生態破壞嚴重、破碎度高、建設密集、路網密布的地方，占比約20.3%。總體來看，二綠地區受人為干擾較大，生物多樣性分布呈現出整體分散和局部聚集的特性。

2)從物種生境結果和生境偏好統計來看，水系及沿岸的林地、草地與農田是支撐二綠地區生物多樣性網絡結構的重要骨架。基于生態網絡結果，二綠地區一、二級生態廊道均沿主要河流水系分布，且主要的生態源地也大多分布在河流沿岸。

3.2 討論

1)有別于廣大的自然區域，城市及郊區范圍內的生境面積往往較小且較為破碎化，極易成為自然保護區和生態保護紅線之外的空缺地帶。同時由于緊鄰建設單元，處于次級地位的邊緣區生境難以得到有效保護[39]，有必要探尋適宜城市及郊區范圍內重要生境與物種的保護模式。一些地區已開展了市域及區域尺度的生態安全格局及生態廊道建設工作，但由于規劃尺度較大，在落實到具體地段時其精度受到一定制約；且基礎研究的缺乏也使得目前專門針對大面積生態空間與建設空間并存的城鄉交界區域生態規劃較少。因此本研究通過確定最具核心價值的關鍵棲息地、提質增綠空間和重要生態廊道等策略，為二綠地區城市生物多樣性保護提供規劃思路。目前體系尚有不足，未來還可以考慮通過將自然保護小區[40]納入保護體系等方式，加強總體保護效果。

2)北京地區鳥類空間分布與水域密切相關，因此本研究將水文敏感區作為提質增綠區域選址的重要參考，但在其他地區是否適用尚不可知。同時，由于不同習性的鳥類對水文環境的適宜性也有所差異，還需要更多實際觀測數據與研究結果以進一步厘清二者之間的關聯。目前已有學者在設計層面提出耦合水綠要素營建自然生境[41]的方法，但還未能建立規劃尺度水文要素與植被和生物多樣性之間的關聯，找到三者的擬合模式或可量化的數學關系來指導保護規劃，值得進行更深入的研究。

3)城市是一個社會-自然-經濟復合的生態系統[42]，因而城市生物多樣性的保護必然會受到社會發展、政治經濟、人類文化等多方面的影響，這是城市生物多樣性保護規劃的重點和難點。未來有必要協調統籌多方要素，將保護需求融入城市管理與發展框架之中，制定具有多目標的生物多樣性保護規劃及管控方式，促進城市生物多樣性的有效提升。

注：文中圖片均由作者繪制。

致謝：感謝北京市城市規劃設計研究院的支持，感謝清華大學建筑學院景觀學系博士后李曉婷、博士生周懷宇及張益章對本研究提供的幫助。