城市植被生物同质化格局及驱动机制的尺度效应研究

Urbanization is the main anthropogenic disturbance that leads to biotic homogenization, which impacts the urban biodiversity and even the global biodiversity profoundly. Currently, studies on biotic homogenization of urban flora contain many biases in methodology, data, and geographic coverage. These problems impeded our understanding on the patterns, processes and the driving mechanism of biotic homogenization of urban flora at multiple scales. In this proposed project, urban flora from the city to global scale will be studied by using a methodology combining field studies, meta-analysis, and statistical analysis. The main objectives of the study include: (1) to build and implement a robust method that is suitable for quantifying the homogenization patterns of urban flora from the city to global scale; (2) to analyze the influences of natural and socio-economic factors on biotic homogenization of urban flora at different spatial scales and reach the generalization on the driving mechanism and main influencing factors, and (3) to study the potential processes that urbanization drives biotic homogenization of urban floras. The results of this study can help to improve theories and methods of research on urban biotic homogenization. This study will also improve the understanding of the impacts of urbanization on global biodiversity by providing theoretical and data support.

城市化是造成生物同质化的一种主要人类扰动，对城市生物多样性乃至全球生物多样性都会造成极大的影响。当前以城市植被为对象的城市生物同质化研究在方法、数据和研究区域上存在着诸多偏差，妨碍了对不同空间尺度上植被生物同质化格局、过程和驱动机制的认识。本项目以城市植被为研究对象，从单个城市到全球的多个尺度上，通过地面调查、元数据分析，和统计分析方法相结合，深入研究：（1）多尺度上具有稳健性的城市植被生物同质化格局的定量分析方法，揭示从单个城市到全球尺度上的城市植被生物同质化格局；（2）不同空间尺度上自然要素和社会经济要素对城市植被生物同质化的影响，提出具普适性的城市植被生物同质化驱动机制和主要影响因素；（3）城市化驱动植被生物同质化的过程。本研究的结果将有助于完善城市生物同质化研究的理论和方法，为理解城市化对全球生物多样性的影响提供基础数据和理论支持。

课题提出的背景是当前对城市植被生物同质化格局的认识中存在种种问题，如数据和方法不统一、研究集中在欧美地区的城市，从而引起对生物同质化是否是一个全球的生态学现象的质疑，也影响对其过程机制的清晰认识。课题针对这些问题确立了研究内容，包括多尺度上城市植被生物同质化格局定量化方法的研究，量化单个城市到全球的城市植被生物同质化格局，分析自然和社会因素对城市植被生物同质化格局的影响，明确城市化驱动城市植被生物同质化的可能过程。针对上述内容的研究获得了系列新的认识。包括：①不同的抽样调查方法将影响对城市木本植物的总体数量、种类组成和稀有种信息的可靠性，简单抽样方法获得的数据具有良好的稳定性；②不同研究中的城市范围定义影响获得的木本植物多样性数据，但研究结果依然可比，为采用整合数据分析全球城市生物多样性格局提供了支持；③单个城市尺度上土地利用的遗留效应对城市植被的种类和功能多样性具有显著影响，居民区土地利用的遗留效应最为显著，土地利用的转换次数和速度对分类α多样性的影响最显著；④在全国的尺度上，城市木本植物多样性存在明显的受自然干扰的空间格局。低温、风雪、高温和强风是主要的干扰因子；⑤在全球的尺度上，城市间树木群组种类组成的不相似性低于城市周边树木群组种类组成的不相似性，同样城市间树木群组种类组成的差异分布较后者更为均匀。这显示城市化在一定程度上确实减少了地区间树木种类组成的差异性。气候因子对城市间树木群组种类组成的不相似性的影响远大于社会经济因素。据此得出了城市化在一定程度上减少了城市区域树木的β多样性，但在全球尺度上城市的树木多样性仍然主要受到生态因子的影响的科学认识；⑥开发了全球生物多样性数据自动清洗流程，建立了含5124个木本植物种的全球城市树木数据库。研究结果不仅有助于完善城市生物同质化研究的理论和方法，还将为理解城市化对全球生物多样性的影响提供基础数据和理论支持。