社论：全球城市生物多样性和尺度的重要性

Blumstein DT, Alberti M, Beninde J,
Blakey RV, Burger JR, Cooper DS,
Niesner CA, Schell CJ, Soga M and
Uchida K (2023) Editorial: Global urban
biodiversity and the importance of scale.Front. Conserv. Sci. 4:1149088.

doi: 10.3389/fcosc.2023.1149088

尽管世界范围内的城市化和城市增长速度很快,但我们缺乏一个总体框架来研究跨尺度的城市生物多样性。鉴于这一差距,出现了一些利用元群落生态学的一般视角发展综合性理论的尝试(Swan et al., 2021)。许多生态和进化过程都受到城市化的影响,但城市的规模和发展程度在数量级上各不相同。尺度作为城市生态学的一个重要课题(如Cottineau et al., 2017;Dong等人,2020年)和城市的社会及物理特征已显示出多种方式的规模,包括线性、超线性和次线性(Bettencourt, 2013年)。城市规模在全球范围内的量化方式不同,例如,通过人口规模或不透水表面面积来量化,而城市规模、生物多样性和影响生物多样性的驱动因素之间的精确关系是城市进化生态学领域的关键知识缺口。了解城市与生物多样性之间的尺度关系及其偏差是为全球城市生物多样性管理提供信息的必要条件(内田等人,2021年)。要实现这一目标,需要采取真正全球性和跨学科的方法,跨越城市生态中持续存在的区域偏见(例如,富裕温带国家的比例过多),并整合继续影响城市生物多样性的历史和持续的社会不平等。在本研究主题中,作者探索了规模和全球城市生物多样性领域的一些关键知识差距。我们将其总结如下。

Burger等人测试了一个城市尺度理论的假设,即人口密度随着城市占据面积的增加而增加。城市尺度理论(UST)预测了这一点。随着城市的增长,基础设施和通信网络的效率不断提高,从而产生规模经济(Bettencourt等人,2007;贝当古,2013)。在一项基于38个国家933个城市的全球分析中,Burger等人发现,虽然18/38的城市支持人口密度会随着城市规模的增大而增加的预测,但对于17/38的城市,没有人支持人口增长超过城市规模的恒定(线性)速率。鉴于已知城市面积和人口密度都会影响城市生物多样性,Burger等人提出可以利用区域尺度关系来规划区域尺度上的生物多样性管理。例如,可以使用不同的战略和激励措施来促进人口密度较大城市的城市绿地的连通性。他们鼓励进一步研究生物群落中物种-面积关系和城市规模之间的关系,以及城市对生物多样性的城市外影响的尺度(例如温室气体对全球气候变化的相对贡献)。

Dunn等人基于岛屿生物地理学、集合种群理论和宏观生态学的见解,探索了发展城市物种未来进化的一般理论的潜力。他们疑惑于在不同的情况下,未来城市生物多样性的进化压力会是什么样子。正如人们所预料的那样,研究结果因情况的不同而不同:如果人们变成了他们所称的“喜食动物”——也就是说,人类几乎没有什么身体活动——我们可能会认为,所有经历过高强度的人类传播的物种都能适应当地环境,并因距离而极度隔离。如果人类的流动性变得非常强,那么分化将局限于那些不能搭乘未来交通工具的物种(例如，他们认为，老鼠将变得更加孤立，而较小的物种–包括病原体–将自由传播）。其他的情景探索了城市中的食物来源是人类产生的废物（他们称之为“灰色世界情景”）还是绿色植被（”绿色世界情景“）？城市里的垃圾量是所有的垃圾都被利用了还是必须被运到垃圾填埋场。每种选择都可以选择不同的特性，因此将影响生物多样性的具体性质。由于这些情景在我们的控制之下，城市管理决策和政策将对城市生物多样性产生进化影响。

Cooper等人的研究重点是加州三个大都市地区的城市——洛杉矶、圣地亚哥和圣何塞。较富裕的城市、较透水的城市和较大的城市往往有较多的本地生物多样性,但平均生物多样性水平随着城市规模的增大而下降。最大城市的经济差异和过去的发展模式导致了当地生物多样性水平的巨大差异,生物多样性贫乏的地区广阔。然而,积极的管理可以扭转这一趋势,许多城市正试图通过保护规划来做到这一点。由于城市是人类建造的,我们的政策和决定将影响它们的生物多样性,进而影响它们相关物种的进化轨迹。

支撑生物多样性与城市规模之间关系的是生态群落的弹性动态。McCloy等人综述了鸟类群落对城市化和气候变化双重压力下的恢复力的文献,包括这两种干扰的相互作用。McCoy等人综合了生态学理论背景下鸟类恢复力的研究和群落聚集的关键概念,提出了解释文献中鸟类群落对城市化和气候变化响应的实质性变化的潜在机制。最后,McCloy等人提出这种复原力(包括功能多样性和适应能力)将成为跨尺度追踪生物多样性对城市化和气候变化反应的重要指标,并为克服复原力科学目前的障碍提供行动。

城市绿色是许多城市生物多样性的重要栖息地，罗杰斯研究了使用激光雷达数据测量的城市绿地结构如何与洛杉矶的鸟类生物多样性相关联。正如人们普遍认为的那样，对于大多数鸟类觅食团来说，面积而非栖息地结构是生物多样性的更好的预测指标。这符合物种-区域关系，并建议希望支持鸟类生物多样性的城市应开发和/或保护城市绿色。然而，这并不是说改善它们的生境质量对保护城市地区的生物多样性没有用。事实上，鸟类物种对栖息地结构的反应存在着巨大的种间差异，这表明并非所有物种都会做出类似的反应。因此，实现具体的生物多样性目标可能需要针对具体物种的管理。

为城市动物提供栖息地的不仅仅是绿色。尼斯纳等人探讨了这样一种观点，即建筑环境创造了新的结构，但一些物种可能基本上预先适应了在这些城市基础设施栖息地的繁荣。他们把重点放在动物如何感知周围的世界上，描述了人为景观如何充满了对野生动物的“启示”。通过更多地关注一个物种的环境–它的感知世界–我们可以对影响城市生物多样性的形式和力量有新的认识。重要的是，他们还呼吁更好地理解“基础设施特征”，即野生动物运动与人类基础设施空间的一致性，如何随着城市的发展而增长，因为这将为他们所谓的“新兴杂交”创造机会，即人类和野生动物都使用人类特征。

鉴于并非所有物种对城市化的反应都是相同的,Thaker等人将重点放在了印度大型城市地区的景观异质性是如何变化的,以及这如何影响单一蜥蜴物种在多个尺度上的存在。利用遥感和社区科学数据,他们发现,当一个人离开市中心时,各种景观特征有很大的变化。并非所有特征都是可预测的变化,也不是线性变化;在景观尺度上,陆地表面温度最能解释蜥蜴的存在,而在微生境尺度上,岩石比例最能解释蜥蜴的存在。该研究强调了关注物种的相关环境因子对更好地理解尺度依赖性的重要性。这些发现对于我们如何期望城市环境能维持物种有着重要的启示。

在城市地区实施的促进养护战略和行动有助于养护全球生物多样性，既可直接通过加强当地生物多样性，也可间接通过改善人们对自然的积极看法、态度和行为。有鉴于此，Pierce等人将重点放在城市如何实现全球生物多样性目标上。具体来说，他们将爱知生物多样性目标与来自世界各地不同规模城市的44个地方生物多样性计划进行了比较。他们确定了在地方一级实现全球生物多样性目标的行动，其中包括提高认识、纳入生物多样性价值观、改革激励措施、保护生境以管理濒危物种。

这些论文阐述了在考虑城市规模和生物多样性时出现的一些问题。显然,还有很多工作要做。

最令我们兴奋的是在试图管理城市生物多样性时产生的许多哲学、伦理和政治问题。城市要求我们在明确的社会生态框架下考虑生物多样性保护。因此，未来的研究必须回答以下问题：

1.城市规模的扩大如何为各区域公平获取生物多样性提供信息？例如，随着城市的发展，社会经济地位较低的人可能有更多机会接触全球南方的生物多样性（例如，非正规住区），或全球北方生物多样性的获取途径减少（例如，高密度生活）。重要的是，获取生物多样性既能带来生态系统服务，也能带来损害（Kendal等人，2020年）。

2.生物多样性管理规模的有效性如何随城市规模变化?例如,对于较小和较大的城市,以及密度较大和密度较小的城市,是否需要不同的生物多样性管理方法?

3.多个实体如何在多个尺度上协调或干扰生物多样性管理?例如,我们如何确保对河流等对生物多样性至关重要的大型资源的嵌套管理是有效的、相互通报信息并代表当地和土著知识?

4.城市规模如何影响系统性种族主义和生物多样性(当前和历史)之间的关系?例如,种族主义的历史遗产是如何在全球南、全球北的城市(包括社会和生态城市)中延续当前的不平等的?

5.人类多样性和/或不平等是如何随着城市规模而扩大的,这些属性对生物多样性有影响吗?例如,城市规划者制定的旨在促进社区多样性的政策,能否在避免士绅化带来的社会危害的同时,增加绿地的连通性和对自然的公平获取?

6.我们如何协调土地节约和土地共享的保护策略与城市尺度和环境正义的问题?例如,随着城市的发展,什么样的自然区域类型和布局将平衡生物多样性及其生态系统服务的获取,并通过连通性确保生物多样性的持续存在?

7.城市增长的历史如何影响城市生物多样性的模式?例如,增长较快的城市是否比增长较慢的城市拥有更不稳定的生态系统.

8.我们能否通过对尺度的理解来预测生物多样性对城市收缩的反应?例如,当城市收缩或扩张时,我们能否预测物种丰富度的预期变化?

9.在新的城市生态系统中,偶然性的作用是什么?我们应该如何在管理实践中进行相应的规划?换句话说,缩放模式有多强,我们如何理解缩放无法解释的变化?它是确定性的还是随机的?

10.如何从不同的城市生物多样性信息提供者(例如,虫害控制专业人员、环卫工人、基础设施维修人员)的角度出发,让自然资源保护主义者更好地理解“跨尺度功能安排”,即不同尺度、自然文化过程重叠形成新奇的、有点不可预测的城市生态系统?例如,每周的垃圾收集时间表如何影响机会主义的城市拾荒者(如郊狼)的行为,从而影响人类的行为和政治观点。

11.我们如何开始在城市中构建由新颖的生态系统/新颖的生物多样性组成的自然方式,而不是现有生物多样性的消失或均质化,这是否取决于城市的规模?例如,随着世界的变化,我们的城市能否为受到威胁的类群提供“方舟”(Shaffer, 2018)

希望本研究主题中的论文能激励跨学科学者解决这些和其他有关城市生物多样性尺度的问题。这样做将使我们在充满活力的城市中更好地管理城市生物多样性。

参考文献