一、项目名称：典型脆弱生态系统保护与修复专项“城市生物多样性提升技术与示范”(2023YFF1304600)

　　二、负责人：郑海峰研究员

　　三、起止时间：2023 年 12 月 至 2027 年 5 月

　　四、经费：1700万

　　五、参加单位：北京大学、北京林业大学、东北师范大学 、海南师范大学、吉林大学、浙江大学、浙江农林大学、中国科学院城市环境研究所、中国科学院生态环境研究中心

　　六、项目简介：

　　（一）项目背景：

　　城市生物多样性提升是新时代城市建设与生物多样性保护的必由之路。过去半个多世纪的快速城市化，使得现有城市边界内的土地覆被发生显著变化，大面积原生的植被、农田、湿地沟渠等生物赖以生存的绿色和蓝色空间被水泥硬质面代替或破坏，生物多样性锐减，部分种群消失不见。随着城市化进程的推进，政府和居民意识到了城市绿地的重要性，开始实施以提高绿地生态功能和居民游憩功能为主的绿地设计与建设，城市公园、城市道路和城市小区绿化加速发展，城市的生物多样性急剧增加，此时是以增加绿地空间、提升景观美学为主。进入21世纪，“城市绿化规划”、“森林城市建设”、“海绵城市建设”等为主题的城市绿地建设政策和行动相继落地，此时以进一步增强城市生态系统服务功能为主，绿地景观格局设计、城市湿地公园建设、城市绿化物种筛选的相关技术开始盛行。近十年来，随着国际自然保护联盟和联合国环境规划署对基于自然的解决方案(NbS)的推行，城市绿地建设与更新开始考虑向近自然生境或生态系统进行恢复，城市生物多样性的保护理念和行动方案逐渐被吸纳，尤其是生物多样性峰会 (COP 15)将提升城市生物多样性抬升到了历史高位，但有关城市生物多样性提升的系统性技术仍鲜见报道。因此，在城市提质增效建设的新时期，在城市居民对生物多样性需求日益增加的新时期，在贯彻落实国际生物多样性保护战略的新时期，研发城市生物多样性提升技术，进行集成示范，意义重大。

　　城市生物多样性提升是“全球生物多样性框架”的重要组成部分，更是城市生态安全和居民健康的重要保障。结构单一、景观破碎、管护过度的城市绿地系统导致生物多样性贫乏、食物网结构不完整、生态服务功能低下、生物多样性和生态服务功能不协调等问题。因此，探明城市生物多样性提升的关键制约性因子，研发城市绿地生物多样性和生态系统服务功能协同提升的关键技术，对于提升城市生物多样性、改善城市生态环境质量、促进生物多样性保护具有重要意义。

　　（二）目标：

　　1、阐明各示范城市内公园绿地、小区绿地、道路绿地以及城郊农田的形状、大小、植物种类及群落结构等特征对生物多样性的影响机制，构建量化关系模型 3 个以上，形成不同绿地类型优先恢复目标物种确定方法的技术规范 1 项。

　　2、形成面向城市生物多样性和生态服务功能协同提升的城市绿地设计、栖息地修复与管护等技术 10 项，包含景观格局优化技术 2 项，优先目标物种恢复技术 2 项，近自然生境营造与食物网构建优化技术 3 项，城市绿地重金属污染-生物多样性协同提升技术 1 项，基于气候调节的城市绿地高固碳植物群落构建-生物多样性协同提升技术 1项，基于物质生产、生物防控-生物多样性协同提升技术 1 项，城市生物多样性与生态系统服务功能协同提升评估技术体系 1 套。通过以上技术，实现城市绿地植物、鸟类、昆虫和土壤微生物的物种丰富度提升 20%以上，碳汇、热环境调节、重金属污染净化、生物防控等功能整体提升 15%。

　　3、研制城市尺度生物多样性声像联动在线监测装备 2 套，包含鸟类和鸣声昆虫在线监测装备各 1 套，实现实时数据采集、对象定位、在线传输以及多维度智能识别等功能；前端设备传声器灵敏度≥-38dB，传声器信噪比 60db SPL ，图像采集分辨率 500 万，具备气象、环境质量等传感器的同步采集；终端数据在断网后设有数据具备本地保存策略，远程传输数据体积压缩率达 60%以上，降低传输时间；后端在物种声音识别的准确率达 70%以上。

　　4、建立城市生物多样性监测与评价技术体系，制定城市生物多样性监测、保护与生态功能协同提升的技术规范 3 项，包括城市生物多样性综合监测技术、城市绿地近自然生境营造技术、城市生物多样性与生态功能协同提升技术规范各 1 项。

　　5、耦合以上生物多样性监测、保护与协同技术，在 4 个典型示范城市建立生物多样性数据库 4 个，包含植物多样性数据库、鸟类多样性数据库、昆虫多样性数据库和土壤微生物多样性数据库各 1 个；构建高分辨率(基于 Worldview 影像：全色 0.31 米，多光谱 1.24 米)示范城市绿地数据集 4 个，每个示范城市各 1 个。

　　6、综合以上技术，在长春市、北京市、杭州市和海口市建立生物多样性提升技术集成示范地 16 个，包含城市公园绿地、城市小区绿地、城市道路绿地和城郊农田各 4 个；构建不同气候带智能联网监测与展示平台 1 个，打造生物多样性提升技术示范的综合展示场景 1 个。

　　7、在技术集成与示范基础之上，拟申请专利 10 项，登记软件著作权 5 项，发表论文 50 篇以上(其中，中国科学院分区一区 SCI 期刊论文 15 篇以上)，培养研究生 50 人以上，打造中国东部典型城市生物多样性提升技术跨气候带协同创新团队 1 支。

　　（三）主要内容：

　　围绕以上关键科学问题和关键技术问题，选择不同气候带的 4 个城市，分别在城市公园绿地、小区绿地、道路绿地和城郊农田，深入开展城市绿地生物多样性监测，探明城市生物多样性的分布和驱动力，研发城市绿地生物多样性提升技术(景观格局优化技术、优先恢复目标物种筛选技术、食物网优化技术、生物多样性与生态服务功能协同提升技术等)，开展生物多样性提升技术集成与示范。

　　(1) 城市生物多样性提升制约机制

　　分别在四个城市开展生物多样性与环境要素调查与数据采集，解析生物和非生物因素对城市生物多样性的影响机理，挖掘不同类型城市绿地生物多样性提升的关键性制约因子，探明类型城市绿地形状、面积、植物种类、群落结构、管护方式等对植物、鸟类、昆虫和土壤微生物丰富度的影响，挖掘制约城市生物多样性的关键因素。

　　(2) 城市生物多样性监测技术与装备研制

　　利用长时间序列和多维度的城市植被网络矩阵和声像联动技术监测城市生态系统中的多种生物类群(鸟类、昆虫和土壤微生物)，构建城市生物多样性信息实时监测和数据共享平台。针对人为观测过程中对城市动物观测结果产生的随机性、短时性和干扰性等问题，课题一拟研发针对城市动物的声像联动智能监测的技术和设备，结合昆虫和微生物的样方调查方法，以弥补人为观测和样方调查中的诸多缺陷，在我国不同气候带典型城市构建示范基地，实现多维度、全天候、零干扰、全覆盖的声像联动智能监测，更加完整地获取城市生态系统完多类群动物声像数据库，构建城市景观尺度的生物多样性监测与评价技术体系，并推广应用地上-地下宏生物多样性与关键物种识别方案。

　　(3) 城市绿地景观格局优化与优先恢复目标物种筛选技术

　　利用城市化梯度法开展不同气候带、空间尺度下的城市绿地景观格局配置对生物多样性影响及机理研究，探讨不同气候带和不同城市规模的生物多样性友好型城市绿地景观格局优化配置模式；解析不同气候带下三类城市廊道影响生物多样性的关键环境因素，综合考虑目标物种的栖息环境、生活习性、迁移路径的空间需求，探寻不同类别廊道的针对性改造和断点连通方法。研究城市绿地目标物种优先恢复评估技术，结合公园绿地和社区绿地生境特点、区域绿地植物多样性提升和水鸟食源增殖需求，深入开展植物物种筛选关键技术和目标植物物种引入技术研究。解析不同类型城市绿地的养护经费和养护措施与物种丰富度之间的关系和城市绿地在不同养护条件下生物多样性的变化，阐明绿地多样类型和多元功能、绿地养护措施的类型和频率与生物多样性之间的影响机制，探索绿地多元功能与生物多样性的协同优化技术。

　　(4) 基于定域食物网优化的近自然生境营造与修复技术体系

　　探明自然与城市生态系统中的生境特征和植物、昆虫、鸟类、土壤微生物群落现状，监测植物-食果鸟类、植物-植食/访花昆虫-食虫鸟类、植物-土壤微生物等关键种间关系的基础上，分析城市绿地生境和食物网结构存在的问题，进一步通过菌根、生物炭与微生物菌剂配施等技术进行土壤近自然微生境营造、目标植物优化配置、复层异龄混交植物群落构建、林窗营造与封育、昆虫和鸟类栖息地营造等措施，研发以下关键技术：①土壤孔隙度高、容重低、肥力好、有益微生物丰富的城市绿地土壤近自然微生境营造技术；②本地物种占比高、目标植物配置合理、自我更新能力强、动物喜好的城市绿地植物群落构建与改良技术；③物种丰富、功能群完备、物流、能流动畅通的城市绿地昆虫微生境优化构建技术；④物种丰富、功能群多、食虫鸟比例高、栖息与繁殖条件优良的城市绿地鸟类生境质量提升技术。

　　(5) 城市生物多样性与生态服务功能协同提升技术

　　结合城市生物多样性数据，探明城市生物多样性与生态系统功能之间的权衡与协同关系及其关键作用通路，结合绿地、农田周边主要景观类型及其格局，深入揭示二者之间权衡与协同关系的驱动机制。根据生物多样性重金属污染的生态风险，筛选、优化基质材料组合，通过识别特异性土壤动物及微生物与植物的互馈作用对水体重金属吸收与转化的影响，确定不同措施的基质设计方案，研发生态滤池、植草沟渠、生态基质坝、人工湿地等技术，优化重金属水质净化关键管理措施。研发针对城市生物多样性提升的空间高效利用城市绿地植物群落配置技术，弥补季节限制植物群落固碳能力提升技术，形成植物-土壤微生物-土壤有机质联合固碳技术。针对城市鸟类多样性低以及城郊农田与城市绿地有害昆虫和啮齿类防控困难等问题，选择在种子传播中具有重要功能的鹎科鸟类、在农田生态系统中捕食有害昆虫的灰喜鹊、椋鸟等食虫鸟类以及啮齿类的天敌-猛禽类为目标动物类群，基于目标物种栖息地、取食地和繁殖营巢地等选择偏好，通过城市绿地植物景观营造和人工鸟巢等目标物种招引技术，研发基于城市绿地和城郊农田生态系统服务功能提升的虫害、鸟害和鼠害等生物防控技术。

　　(6) 城市生物多样性提升技术集成与应用示范

　　针对城市不同类群生物的多样性监测技术，在各气候带城市的示范样地进行集成，形成以景观、斑块、群落和微生境为定域空间的城市生物多样性综合监测技术体系，重点将生物多样性监测的传统手段、先进技术方法以及研制完成的声像联动装备进行有机地集成，实现综合监测。以城市生物多样性监测结论为依托，重点开展生物多样性提升的技术集成与示范，打造基于城市生物廊道-斑块连通、优先恢复目标物种刷选、近自然生境营造、定域性食物网构建、生态服务功能提升等技术的集成模式，在城市公园绿地、城市小区绿地、城市道路绿地以及城郊农田开展示范，最终选择项目牵头单位所在地长春的地理所园区为浓缩城市样板，将项目研发技术进行综合示范，搭建完成不同气候带城市典型示范地的实施联网可视化，铸造成生物多样性保护与提升的研学基地。

　　（四）成果和效益：

　　1、项目的预期成果

　　在科学成果层面：预探明城市生物多样性提升与目标物种恢复的制约机制，包含不同类型城市绿地的形状、面积、斑块连通性、植物种类、群落水平/垂直结构、园林管护方式等因素的影响机制；预阐明城市绿地管护与生态功能提升的耦合机理，重点解决管护方式、管护强度、管护时序等对城市绿地固碳、调节气候、重金属污染降解等生态服务功能的作用；预明晰城市生物多样性与生态服务功能协同提升的技术原理，主要剖析城市绿地生物多样性提升和食物网优化对生态系统服务功能的贡献，以及生态服务功能对生物多样性提升的作用机理。在技术成果层面：预研发城市绿地斑块-廊道聚集式链接的景观格局优化技术3套；预研发基于定域性跨层食物网优化的城市近自然生境营造技术3-4套；预研发城市生物多样性与生态服务功能多层级协同增效技术3-4套；预研发“生境-声像”多源数据联动的城市动物监测技术1套。

　　2、项目的科学价值

　　(1) 从科学理论价值来看，本项目的启动有利于推动现代城市生态学向传统的经典生态学方向发展，尤其是将城市绿地近人工生境向近自然生境转变，在城市中恢复近自然的群落生态学理论与运行机理，实现城市绿地食物网的完整性。

　　(2) 从科学应用价值来看，本项目的实施有利于激发城市绿地设计与建设由景观美学的技术应用向景观美学+生态服务功能协同的技术应用方向升华，不仅要满足城市居民审美和游憩的应用需求，更要满足居民对绿地生态服务功能的潜在需求。

　　(3) 从科学战略价值来看，本项目顺利执行有利于响应全球生物多样性保护战略，拓展了生物多样性保护完全聚焦于自然生态系统，促进将城市生态系统生物多样性保护纳入了生物多样性保护框架，将加快全球生物多样性保护战略的进一步完善。

　　3、项目的社会效益

　　通过本项目技术集成应用示范，城市公园绿地、小区绿地、道路绿地和城郊农田生物多样性得到了提升，促进了示范地内食物网络结构的优化，增强了城市居民对城市生物多样性的感知；同时，在示范区域内，由于技术集成的作用，可以有效地减轻城市绿地管护的压力，例如病虫害防控、乔灌草的更新等。在项目执行过程中，针对具体的生物多样性提升技术或集成技术举行全方位宣讲和科普活动，让居民知晓城市生物多样性的重要性，增强居民对城市生物多样性的保护意识。项目在执行期间，将打造城市生物多样性的研学基地，择时向社会有序开放，让居民亲身了解和感受生物多样性带来的乐趣和生物多样性提升技术的示范成效。

　　4、项目的经济效益

　　本项目的执行预计可产生一定的经济效益，一方面，从生物防控角度来讲，利用食物网络优化技术可以有效地防控城市绿地和城郊农田的病虫害，减少了防控成本，提升了物质生产力，增加收益。另一方面，从生态服务功能提升角度来讲，通过技术研发与集成，促进了碳固定，增加了碳交易收益；调节了城市微气候环境，降低了空调的使用，节省了用电成本。

　　5、项目的生态效益

　　本项目是《中国的生物多样性保护》白皮书、中共中央办公厅国务院办公厅印发《关于进一步加强生物多样性保护的意见》等国家生态安全战略的重要组成部分，开展当前气候变化背景和人类活动干扰强度加剧下城市生物多样性的提升。项目实施将促使示范城市典型示范样地的植物、鸟类、昆虫和土壤微生物物种的丰富度可提升20%以上，形成结构完整、营养良性循环的立体食物网络，促使示范样地绿地碳汇能力、热环境调节能力、重金属污染净化等功能整体提升15%以上。项目将有力地推进城市生物多样性提升和保护战略，使城市绿地生物多样性和生态服务功能协同提升，筑牢我国东部不同气候带省会城市生态文明建设。

课题分解图