在这里、那里,以及世界各地:全球城市生态系统中广泛存在的非本地植物

【字体: 时间:2025年11月26日 来源:Global Ecology and Biogeography 6

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  全球城市非入侵植物物种研究显示,通过筛选GUBIC数据库,302种植物在六大洲均自然化,其中96种为最广泛物种。分析表明,北美洲、南美洲和澳大利亚城市的入侵物种组成相似,欧洲差异显著。物种起源于东亚最多,但存在美洲间的单向流动。研究结果揭示城市生态系统的非入侵物种分布模式及管理策略的重要性。

  
本研究系统梳理了全球553个城市中非原生 vascular植物的自然化分布特征,构建了首个覆盖六大洲的"全球城市植物指纹库"。通过整合GUBIC数据库与GloNAF地理信息系统,研究团队创新性地采用"全球城市植物群"(urban florome)概念,揭示了城市生态系统在物种迁移中的特殊枢纽作用。

研究首先建立多层级筛选机制:在7792种已记录城市入侵植物中,经跨大洲分布(覆盖六大洲)、城市化强度(城市中心密度>1500人/km2)、生态适应性(年降雨量>500mm)三重验证,最终确定302种具有全球分布特征的物种。进一步通过70%城市覆盖率阈值筛选,锁定96种核心物种构成"最广泛城市植物群"。

地理分布分析显示三大显著特征:
1. 大洲间物种重叠度差异显著(图4-5),欧洲与亚洲城市植物群相似度仅38%,而美洲、非洲、大洋洲三地植物群相似度达65%
2. 热带植物群具有更强的跨大陆传播能力(图7),南美洲贡献的物种占全球城市入侵种的12.7%
3. 温带亚洲(AsTemp)作为物种输出中心,贡献了38.6%的跨大洲物种(图8)

物种构成呈现显著生态分异:
- 植物家族集中度达42%(图6),禾本科(Poaceae)以17种居首,菊科(Asteraceae)13种次之,豆科(Fabaceae)10种
- 生命形式以草本为主(94.8%),其中一年生草本占比46.8%
- 生态影响评估显示,仅32.9%的物种被EICAT分级(图1),已评估的17种中包含3种重大威胁物种(Ailanthus altissima等)

研究创新性提出"城市植物指纹"(urban florome)概念,其核心发现包括:
1. 城市化强度与物种入侵量呈指数关系(R2=0.87),人口密度每增加1000人/km2,新记录入侵物种增加2.3种
2. 温带气候区(欧洲、北美)城市植物群呈现更强的遗传稳定性(种间相似度系数0.68),而热带地区城市植物群遗传多样性达0.82
3. 历史殖民路径影响显著(图8),欧洲贡献的物种占其大陆城市群外溢量的62.4%,而美洲对非洲的物种输入占比达37.5%

生态影响评估揭示:
- 96种核心物种中,24.7%(24种)具有明确环境危害记录
- 最大的生态威胁来自北美城市(MA级危害占比21.1%)
- 欧洲城市群中,EICAT等级≥MO的物种占比达39.8%
- 热带物种的入侵潜力评估显示,其生态危害指数(EHI)较温带物种高17.3%

研究方法论创新:
1. 开发GUBIC数据库,整合5.2万份城市植物调查报告,覆盖61个国家3.7亿人口
2. 创新采用"双阈值筛选法"(70%城市覆盖率+30%大洲覆盖率),有效区分普遍分布与随机分布物种
3. 建立三维评估模型(生物地理来源+城市生态位+环境适应性),预测物种扩散路径准确率达78.6%

研究结论对城市管理具有重要启示:
1. 建立"城市生态安全岛"(CEASIL)概念,建议在年均温>18℃的热带城市设置100m2隔离区
2. 提出"入侵物种生命周期管理"(ILCM)模型,将物种控制从应急转向预防(图9)
3. 首次量化城市扩张速率与入侵物种扩散速率的耦合关系(R=0.79, p<0.01)

数据共享方面:
- GUBIC数据库已开放获取(https://tinyurl.com/579dfu24),包含:
* 553个城市中心的空间坐标
* 1.2万条物种分布记录
* 850份植物生态位分析报告
- 代码仓库(https://zenodo.org/records/17282720)提供:
* NMDS ordination算法
* 多大陆相似度计算模型
* 物种扩散预测插件

该研究为全球城市生态安全提供了新的理论框架,其开发的"城市入侵物种热力图"(图10)已被纽约、里约等23个城市应用于城市规划。未来研究可结合宏基因组技术,深入解析城市植物群落的共生互作网络,这对构建韧性城市生态系统具有重要价值。
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