城市遗存喀斯特自然山体资源及其公园化利用——以黔中多山城市为例

第1章绪论 1.1 城市遗存自然山体资源保护和公园化利用研究目的与意义 随着全球城市化的进程，人类与自然之间的联系正在急剧减弱，给人类自身的健康和福祉带来负面影响（ Miller，2005；曹越等， 2019）。城市中的自然或近自然生境不仅成为连接人与自然的重要纽带（ Soga and Gaston，2016），而且能够向城市提供多种生态服务功能（ de Araújo and Bernard，2016），尤其在保护城市生物多样性（ Brunbjerg et al.，2018）、帮助城市居民体验野性自然（ Ottewell et al.，2019；Smith et al.，2020）、促进市民身心健康（de la Barrera et al.，2019）等方面具有重要且独*的价值，是城市中非常珍贵的生态资源（ Fernández et al.，2019）。然而，城市快速扩张过程中，城市内部及周边区域中大量的自然或近自然生境或被开发，或被大规模“美化”改造为公园（曹越等， 2019；韩西丽和李迪华， 2009；车生泉等， 2009），导致本土生物多样性显著降低、生态功能严重退化（Ramalho et al.，2014）。因此城市环境中的自然生境保护与生态修复刻不容缓。 我国山地面积占国土面积的 2/3左右，山地城镇约占全国城镇总数的一半（黄光宇，2005）。以贵州高原为中心的南方岩溶地区，是全球喀斯特发育*典型、*复杂、景观类型*丰富的一个片区，也是面积*大、*集中的生态脆弱区（王世杰等， 2015）。快速城市化背景下，大量喀斯特山体被城市建设用地包围，形成城市遗存喀斯特山体（图 1-1a和 b）。由于城市用地紧张和过分追求土地经济价值，在 “向山要地”思想驱动下，城市喀斯特山体野境（野生生境）长期被建设用地蚕食和破坏，同时存在过度公园化利用等现象，导致其植被退化、石漠化加剧，自然野性衰退并逐渐丧失（图 1-1c～f）。而当前城市生态修复实践，主要集中于受损山体边坡的人工植被恢复，形成轻保护重修复、边破坏边修复的惯性，但喀斯特山体生态脆弱，一旦破坏将很难恢复。城市喀斯特山体野境保护和生态修复的理论研究与实践探索远远不够。 大量研究表明城市自然遗存能够向城市提供多种生态系统服务功能（de Araújo and Bernard，2016），尤其在缓解城市热岛效应（王剑强和王志泰， 2014；Chen et al.，2014）、净化城市水环境（Yu et al.，2013）和维持城市生物多样性（ Brunbjerg et al.，2018）等方面，城市自然植被斑块的面积和生产力比城市景观格局更重要。然而，城市自然遗存能否长期提供生态服务，取决于它们是否有能力维持其自身的稳定性（ Fernández et al.， 2019）。城市增长促使城市不断向外蔓延，并侵蚀城市自然遗存，使绿色基础设施在规模和种类上不断减少，空间结构连接性不断下降，导致城市自然遗存提供生态系统服务的能力持续下降（ Wang et al.，2018）。但大多数研究限于城市整体景观尺度的宏观分析，系统性地针对城市化背景下城市自然遗存植被稳定性维持机理的相关研究非常薄弱（于振良，2016）。 图 1-1 城市山体空间格局与各种破坏干扰形式 a、b.镶嵌于城市建成环境中的城市山体（贵阳市局部）；c～f. 城市山体被开挖侵占、开荒种菜、公园化利用城市双修（生态修复、城市修补）是我国迫切的时代需求，作为以问题为导向的城市更新手法，其中城市生态修复的重点之一为对城市生态问题的准确诊断（王志芳等， 2017）。多尺度格局与过程相结合，耦合自然和人文要素与过程，发展系统整体的综合方法（傅伯杰， 2018），定量研究不同影响因素对城市自然遗存植被稳定性的影响机理，进而揭示其生态服务供给与稳定性维持所需空间之间的平衡机制（王云才等， 2018）。在不影响城市空间发展的前提下，通过城市园林绿地格局优化调控，确保城市自然遗存植被稳定性，提高其生态服务功能的发挥水平。但基于此认识，在多时空尺度上对城市遗存自然山体生态过程的研究，目前还不够深入和系统（ Fernández et al.，2019）。以上表明城市自然植被稳定性研究已成热点，但植被稳定性维持机理研究较少，尤其是城市遗存喀斯特自然山体植被稳定性维持机理研究鲜见报道。 贵州是我国唯一没有平原支撑的省份，境内 92.5%的面积为山地和丘陵， 61.2%的面积属于喀斯特地貌（王世杰等， 2015）。黔中地区锥、塔状喀斯特地貌集中连片分布，数量多、规模小、分布散的喀斯特山体镶嵌于城市内部，形成典型的城市遗存喀斯特自然山体。前期研究发现，城市遗存喀斯特自然山体平均斑块面积在减小、连通度在降低（任梅， 2018），植被覆盖度和物种多样性水平明显低于周边自然环境中的山体绿地，植被衰退迹象明显（曾雨静， 2018）。因此，本研究以黔中地区为研究区域，以城市遗存喀斯特自然山体为研究对象，将植物生态学、景观生态学、风景园林学多学科相关理论与方法交叉融合，多时空尺度分析城市化过程对城市遗存自然山体空间格局的塑造作用。通过城市内外喀斯特山体自然植被及其植物群落特征的对比分析，基于系统的综合方法，从城市整体尺度的景观格局和绿地系统布局、城市局部尺度的缓冲区开发建设强度，再到斑块尺度的遗存自然山体内部生境条件和植物群落特征等各尺度的影响因素与生态变量，分析植被稳定性的影响因素和路径，揭示城市遗存自然山体时空格局和植被特征及其城市化响应规律，具有重要的科学意义及广阔的应用前景。 （1）对丰富和深化由城市化导致的残余生境生态系统维持的相关理论具有重要的科学意义 残余生境植被稳定性的研究一直以来是生态学研究的热点和难点，且相关研究已非常广泛和深入，但研究大多集中于自然环境中各种干扰背景下的生境生态系统。不同环境背景下的残余生境，植被稳定性影响因素和作用机理各不相同。城市化地区具有高度的生境异质性和强烈的人类干扰影响，形成了独*的环境，城市自然遗存植被维持的影响因素和过程更为复杂，喀斯特这一独*因素，使得自然植被的维持难上加难，但当前相关研究缺乏。而且，喀斯特地貌分布广泛，约占全球陆地面积的 1/3，从地域分布看，本研究具有喀斯特地域的典型性与代表性。将残余生境植被稳定性维持的理论研究引入喀斯特多山城市环境背景，拓宽了该领域研究方向与解决更复杂问题的理论深度，同时为城市生态环境相关研究提供了理论支持。 （2）对丰富喀斯特多山城市绿地系统规划理论具有重要意义 城市遗存自然山体具有多种生态系统服务功能，是喀斯特多山城市独*的生态资源优势。但由于喀斯特多山城市绿地系统规划理论研究滞后，城市内丰富的遗存自然山体未得到足够的重视，在城市绿地系统中未发挥应有的作用。现有相关规范、标准和理论在指导喀斯特多山城市绿地系统规划时，往往与喀斯特多山城市实际生态环境严重不一致，尤其在遗存自然山体绿地的规划方面不具备指导性和可操作性。本书定量研究不同影响因素对城市自然遗存植被稳定性的影响机理，进而揭示其生态服务供给与稳定性维持所需空间之间的平衡机制，在城市绿地功能配置、空间布局和结构体系等方面丰富喀斯特多山城市绿地系统规划理论。通过城市园林绿地系统格局优化调控，确保城市自然遗存植被稳定性，提高其生态服务功能的综合效益。 （3）对喀斯特多山城市生态修复具有重要的现实指导意义 多山城市用地紧张，人地关系矛盾突出，喀斯特遗存自然山体本身生态脆弱，加之城市建设的不断侵占和蚕食，以及各种人工干扰，使其生态系统衰退，甚至出现城市石漠化现象。本研究将准确诊断城市遗存自然山体的生态问题，明确生态修复的重点内容和对象，以及相关修复方法与对策，对于喀斯特多山城市，尤其是黔中地区的城市生态修复具有重要的现实指导意义。 1.2 城市自然遗存研究进展 1.2.1 城市自然遗存 城市化是人类驱动的*激烈的土地利用变化过程之一，通常导致自然生境的丧失、退化和破碎（Sushinsky et al.，2013）。随着城市地区的扩大，原边界以外受保护和难以开发建设的自然生境逐渐破碎化，形成一个个分散的自然遗存系统而嵌入高度人工化的城市建成环境之中（宫宾和车生泉， 2007），这些被城市人工环境部分或完全隔离的自然碎片被称为城市自然遗存（urban natural remnant，UNR）（车生泉等， 2009；韩西丽和李迪华，2009；Fernández et al.，2019）。国外关于城市遗存近自然生境的整体保护及可持续利用的研究始于 20世纪 70年代，早期研究主要集中于城市自然遗存的物种调查与人工干扰（de Araújo and Bernard，2016）、生境识别与评价（ Fernández et al.，2019）及综合生态服务功能论证（Calderón-Contreras and Quiroz-Rosas，2017）等方面。 21世纪以来，城市自然遗存对鸟类、昆虫及小型哺乳动物栖息地价值的研究成为热点（ Gibb and Hochuli，2002）。大量的研究成果表明，城市自然遗存能够向城市提供多种独*的生态系统服务功能，然而，城市自然遗存能否长期提供生态服务，取决于它们是否有能力维持其自身的稳定性。 Fernández等（2019）对智利首都圣地亚哥的城市遗存自然山体绿地初级生产力的城市化响应进行了研究，结果表明所有城市自然遗存绿地的初级生产力都在下降，这种生产力损失与周围城市人工环境植被覆盖的变化在空间上是相关的，建议规划者合理规划城市自然遗存周围城市人工环境的植被，以确保城市自然遗存生态系统稳定性的维持。国内关于城市自然遗存的研究相对较晚，宫宾和车生泉（ 2007）分析了城市自然遗存地的概念及分类，韩西丽和李迪华（ 2009）总结了城市自然遗存生境研究进展，车生泉等（ 2009）分析了城市自然遗存保护设计方法。此后，以城市自然遗存为研究对象的相关研究少见报道，可见国内关于城市自然遗存方面的研究主要集中在理念的提出和呼吁阶段，对于其基础性的理论研究以及整体保护和利用的研究较为缺乏，主要原因可能与研究对象和场所限制有关。我国当前城市化的迅猛发展导致蔓延式的城市建设，城市所在区域原有自然生境极度破碎化乃至消失，非特殊地段的生境斑块很容易成为城市更新的牺牲品，或被人工化的绿地所代替（韩西丽和李迪华， 2009）。而在中西部多山地区，依托山间平地或谷地发展起来的城市，在城市扩展过程中，开发建设难度大的山体生境被城市建设用地包围镶嵌于城市建成环境中，形成具有一定规模和数量的城市遗存自然山体，如山地省份贵州，镇以上级别城市中几乎都有城市遗存自然山体，其数量与城市规模成正比。这为系统研究城市自然遗存的保护和利用提供了理想场所，且在西部大开发战略带动下，中西部地区城镇化高速发展，由于城市建设用地紧张，加之人们的审美偏见，城市遗存自然山体也受到建设用地蚕食、侵占，或被人为“美化”改造为城市公园。 以上分析显示，国外城市自然遗存的研究较为全面，注重城市自然遗存野性自然的保护，以及生态功能的发挥，并通过基础研究提出城市规划策略，但仍然没有深入到自然遗存维持机理的内在研究；国内相关研究则十分薄弱，由于大多数城市建成环境几乎没有自然生境残存，相关研究无从开展，所幸的是中西部山地城镇仍然保留了相对完整的自然遗存地，为开展城镇自然遗存研究提供了较理想的场所，而当前城镇遗存自然山体面临严重的干扰与胁迫，急需相关基础理论研究成果来指导快速城市化背景下的城镇生态修复与规划、管理及建设实践。 1.2.2 城市化过程中城市自然遗存景观格局 城市化是人类驱动的*激烈的土地利用变化过程之一（Sushinsky et al.，2013），对自然生境的影响以周边生境的破碎化和丧失为主（Alonzo et al.，2016），在特殊自然环境下的城市（如多山城市