【分享】城市基础设施扩张和人为光污染破坏了沿海生态系统，增加了自然与城市的结构连通性 - 沿海城市基础设施规划

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导读

城市化正在引发栖息地丧失和碎片化，推动全球范围内的景观快速转变。城市地区的遗存栖息地特别容易在短时间内因人类活动而退化，城市扩张期间的不合理规划，会侵蚀其结构和功能连通性。然而，关于城市进程如何决定剩余栖息地范围的变化以及如何修改沿海城市环境中结构连通性的配置，目前还缺乏量化。通过研究智利中北部海岸前沙丘损失率和空间碎片化率，发现城市湿地和平行沙丘分别与城市基础设施相关的面积持续减少及增加；前沙丘海滩过渡带的光污染严重。鉴于自然栖息地的功能和结构连接性迅速受到侵蚀，阻止剩余栖息地和生态区的减少，改善城市环境中的自然廊道变得至关重要。

原文提要

Urban infrastructure expansion and artificial light pollution degrade coastal ecosystems, increasing natural-to-urban structural connectivity

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作者：Moises A. Aguilera，María Gracia Gonzalez

期刊：Landscape and Urban Planning

发表时间：2022年10月17日

1、研究背景

随着新生态系统的增加，人类改变的生态系统在全球范围内不断增加。城市化是导致栖息地破碎或完全丧失的主要人为干扰过程之一。这一过程会导致当地和区域生物多样性的大幅减少，也会使得由于城市扩张而布置的城市基础设施引发自然栖息地的丧失及碎片化。目前人类对沿海城市化中，生物多样性减少和栖息地连通性模式改变的间接影响仍知之甚少。因而，了解沿海栖息地对城市化进程的稳定和恢复能力，城市扩张对特定栖息地类型及其空间-生物联系的影响程度对于自然栖息地的延续有着至关重要的作用。

2、研究问题

（1）随着时间的推移，城市化导致的栖息地的丧失/破碎有多持久？（2）随着时间的推移，自然栖息地与城市基础设施的配置是否发生变化？（3）随着时间的推移，城市化如何改变生态系统（连接类型）的结构连接配置？（4）夜间人工照明如何沿海岸景观分布？ % Z8 o4 [0 {/ H0 b# w

3、研究准备

（1）定量分析（2）现场数据采集、遥感数据采集和基于GIS的分析

4、研究区域

研究区域为位于29°S智利中北部科金博市和拉塞雷纳市（图1）。

       在过去的几十年里，科金博和拉塞雷娜分别经历了从独立的港口和旅游城市到合并为一个城市。城市中的湿地（河口、溪流）几乎完全被建成的基础设施包围。

图 1：研究总城市研究景观图黄色带状区域：城市和近郊地带中的前沙丘斑块；红色点矩形：城市区域；白色虚线矩形：城市周边地带

5、研究过程

5.1绘制沿海沙丘分布图和城市群中的人工光污染图实地对每个沙丘斑块进行了识别、分类和测量，并量化2020-2021年期间每个沙丘斑块的人工光强度，利用ARGGIS及Google Earth Pro对其进行量化和绘制，得到沿海沙丘分布图和城市群中的人工光污染图 9 Z( [: @' n# _5 Y% u* x

。

5.2估算前沙丘破碎度和城市残余栖息地范围的变化使用Google Earth Pro和Landsat 7 ETM的图像对栖息地进行空间识别和总面积估计，并借助ARCGIS进行分析，从而估算出前沙丘破碎度和城市残余栖息地范围的变化。5.3对自然与城市空间连接进行评估

对研究系统的实地考察测量，并对自然栖息地之间以及自然栖息地与研究海岸系统中已建基础设施之间的空间连接进行估算，以评估自然到自然（如前沙丘到湿地）和自然到城市基础设施分布模式的变化。

5.4数据分析 N/ |1 v% H2 z. h4 Z3 [) }

运用广义最小二乘法（GLS）分析数据，来评估不同时间间隔内栖息地的类型变化；构建前沙丘板块空间碎片密度图，运用Kolmogorov-Smirnov 检验（KS），估计前沙丘斑块距离分布的独立性，从而研究预测出不同栖息地区域的潜在变化。

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6、研究结果

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6.1内容分析

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（1）残留沙丘和夜间人造光（ALAN）在整个城市的分布模式

2019年和2020年，在该城市中心的城市和城市周边环境中发现了36个界限分明的前沙丘斑块（图2a、b）。城市环境中存在的前沙丘是狭窄的已建立和初始沙丘丘块，其中约30%–45%被植被覆盖（图2c、d）。沿前沙丘带发现了更高的光强度变化系数，在城市边缘地带的前沙丘上记录到的光照值较低，这显示出ALAN较高的可变性（图2e、f）。另外，前沙丘的光污染强度呈现出距离衰减的模式（图3）。 9 b6 h( V4 X/ n3 ^3 [/ F# J

图 2：关于沙丘前斑块和夜间人造光（ALAN）在整个城市的分布；

所有值均为2019年至2021测量的平均值

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图3：城市前沙丘夜间人工光（ALAN）强度（lx）衰减；

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数据是在2020年和2021进行的测量

（2）残余城市栖息地丧失和前沙丘空间碎片化

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2010年至2020年，前沙丘斑块数量有所增加，但前沙丘斑块的结构变化较小，这表明前沙丘空间碎片化严重（图4）。

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另外，2010年至2020年前沙丘总面积减少（即36%）。其他沿海栖息地，如平行沙丘，也记录到了严重和持续的程度损失；湿地面积损失几乎完全对应于其陆地边界（图5a、b）。

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图4：前沙丘破碎情况

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图5.沿海残余栖息地的丧失和串联变化

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（3）连接类型随时间的变化

2010年至2020年，前沙丘与其他自然海岸栖息地的总连接减少了2.6km，与城市基础设施（NAT-URB）的连接增加了13.53km（图5c）。在2010-2015、2015-2020两个时间间隔内，前沙丘与平行沙丘的连接显著减少（图5d，表S2）。 1 x2 W) {/ n/ ~9 f: M

6.2研究结论

, J8 h( h& v5 U* b 沿海前沙丘经历了持续但不等同的程度下降，并与其他沿海残余生态系统的结构连通性显著降低。  （1）城市化导致的沿海前沙丘损失和破碎是一种长期和短期的世界性现象，由多种人为和自然机制协同驱动；（2）许多沙丘系统被“封装”在城市地区，但仍充当城市环境中物种连接的走廊，在容纳生物多样性方面仍具有重要作用；（3）改进沿海城市规划及剩余栖息地管理措施，以便更有效的在城市扩张时期对前沙丘和剩余栖息地进行保护和恢复（见表1）。 7 o- _; z0 h6 W; j+ _

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表1.沿海规划和管理碎片化和增加城市剩余栖息地与已建基础设施共享边界需要考虑的主要方面

7、研究不足

（1）在人工光污染对自然栖息地影响的研究中，由于光污染会随着时间的推移而加剧，但在研究中没有用数据来量化ALAN水平的变化，未来的研究中可加入这一影响因素来研究。（2）人口密度增加以及人们对于前沙丘和湿地的参观和娱乐活动的增加，也可能会导致栖息地的分裂和边界内基础设施的建设，这一方面的忽视在一定程度上会影响研究结果的准确性。 $ `# v, Z# l- G' K; ?6 {. Z

（3）未来的研究可以增加更多的研究地区，包括其他大陆的沿海城市，以获得不同生境系统的研究成果，为不同类型沿海城市栖息地的保护提供更准确的针对性建议。

对话与讨论

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本期阅读文献关注因城市化而导致的城市及周边地区遗存栖息地的丧失及碎片化现象，重点研究的是沿海城市自然栖息地的退化规律及其与城市基础设施间的连接变化。作者通过绘制沙丘分布图和人工光污染图，并对结果运用地理空间技术和数学模型研究方法加以分析，获得了沿海沙丘损失破碎及人工光污染影响的规律，为未来沿海城市自然栖息地的衰退研究提供了参考，也为其保护和修复提供更加在地化的切实有效的策略建议。

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END

主编：曾庆翔

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副编：李姿瑾

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审核：谢雨丝

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