虫道（Bug Roads）：利用开放的GIS数据和工具，对大城市中的绿地连通性及传粉动物栖息地进行建模

《Ecological Applications》：Bug roads: Modeling the green space connectivity and pollinator habitat in a large city using open GIS data and tools

本研究利用开放GIS数据和LiDAR技术，分析纽约市公共绿地间的最短飞行路径。发现86%的直线距离路径被建筑物阻挡，Dijkstra算法计算的最短路径平均延长20%。大部分管理用地单独或集群的植被面积不足支持中距离觅食的蜜蜂，建议通过增加绿地连接性（如屋顶绿化、街树花园）和提升小尺度绿地植被覆盖来改善城市蜜蜂栖息地。该方法为城市生物多样性保护提供了可复用的工具。

　　在现代城市环境中，维持本地传粉者（如本地蜜蜂）的生存与繁衍已成为可持续发展的重要议题。城市景观往往由大量的人工建筑构成，这些结构不仅改变了自然生态系统的格局，也对传粉者的活动产生了深远影响。本研究聚焦于纽约市的五个行政区，分析了城市绿地之间的连接性以及传粉者在这些空间中可能的活动路径，旨在为城市生态保护提供科学依据和实践指导。

### 城市绿地对传粉者的重要意义

城市中的绿地，包括公园、社区花园、墓地和部分开放空间，是传粉者重要的栖息地和觅食区域。这些绿色空间在城市生态系统中扮演着关键角色，为蜜蜂提供了花蜜来源和适宜的筑巢环境。然而，这些绿地在城市中的分布并不均衡，往往集中在某些区域，而其他地方则缺乏足够的自然空间。这种分布不均可能限制了传粉者的活动范围，特别是那些具有短距离觅食行为的独居蜜蜂。

独居蜜蜂通常具有较小的活动范围，一般不超过1000米。因此，城市中如果缺乏足够的绿地连接性，这些蜜蜂可能难以找到足够的花源或合适的筑巢地点。相比之下，社会性蜜蜂（如西方蜜蜂）具有较长的活动范围，它们可能能够适应更复杂的城市环境。然而，社会性蜜蜂的广泛分布也可能会对本地物种构成竞争压力，尤其是在资源有限的城市环境中。

本研究采用了一系列方法来评估城市绿地之间的连接性，包括使用开放地理信息系统（GIS）数据和开源软件（如Quantum GIS和Python）来模拟最短飞行路径，以及利用LiDAR数据评估绿地中的潜在传粉者栖息地。通过这些技术手段，研究人员发现大多数直线路径（即欧几里得距离）都会被建筑物阻挡，而绕行路径则平均比直线路径长20%。这一发现表明，建筑物可能成为传粉者在城市中移动的重要障碍。

### 绿地连接性的现状与挑战

在纽约市的五个行政区中，研究发现多数绿地之间的连接性有限。例如，当考虑1000米的飞行距离时，只有不到1%的绿地能够提供足够的栖息地来支持传粉者的生存。这一数据突显了城市绿地在维持传粉者多样性方面的不足。此外，即使在某些大型绿地中，也存在栖息地分布不均的问题。这些绿地可能包含了丰富的植被，但其内部结构的复杂性可能会降低传粉者的活动效率。

为了更好地理解绿地之间的连接性，研究人员采用了Girvan–Newman算法对城市绿地进行聚类分析。结果显示，不同距离范围内的绿地集群数量存在差异。在100米的范围内，绿地集群的数量最多，而随着距离的增加，集群数量逐渐减少。这一趋势表明，城市中的绿地在较短距离内更容易形成连通的生态网络，但随着距离的扩大，这种连通性可能被建筑物等障碍物所削弱。

此外，研究还发现，街道树木可能在一定程度上促进传粉者的移动。虽然街道树木通常被视为城市绿化的一部分，但它们也可能成为传粉者觅食或筑巢的“中转站”。因此，通过在街道树木周围种植传粉者友好的植物，可以为蜜蜂提供额外的资源，增强绿地之间的连接性。

### 提升城市绿地连接性的策略

为了改善城市绿地对传粉者的支持能力，研究提出了一些具体的策略。首先，城市中的小规模绿地如果能够得到适当的管理和优化，可能会对传粉者产生积极影响。例如，通过在这些绿地中种植更多适合蜜蜂的植物，可以增加其栖息地的多样性，从而提高传粉者的活动效率。

其次，增加城市中绿色屋顶的建设是提升绿地连接性的有效手段之一。绿色屋顶不仅能够为传粉者提供额外的栖息空间，还可能成为连接不同绿地的“桥梁”。研究表明，较低高度的绿色屋顶更可能被蜜蜂利用，而较高的绿色屋顶则可能因高度限制而影响传粉者的活动。因此，鼓励建设绿色屋顶，并在屋顶上种植多样化的植物，将有助于改善传粉者的生存环境。

此外，提升大型绿地（如中央公园）与其他绿地之间的连接性也至关重要。大型绿地通常具有更丰富的植被和花源，能够支持更广泛的传粉者种群。通过在小型绿地与大型绿地之间建立联系，可以增强整个城市生态系统的稳定性，使传粉者在不同绿地之间自由移动，从而提高其生存和繁殖的成功率。

最后，研究建议利用开放数据和开源工具来推广这些方法。纽约市和美国地质调查局（USGS）提供的开放GIS数据和LiDAR数据可以被广泛应用于其他城市，帮助规划者和政策制定者更好地理解城市生态系统的结构，并制定相应的保护措施。这种方法不仅适用于传粉者，还可以推广到其他物种的保护和生态网络的研究中。

### 城市发展对传粉者的影响

城市化对传粉者的生存和活动产生了深远的影响。一方面，城市中的绿地和绿化设施为传粉者提供了重要的栖息地和花源；另一方面，城市中的建筑和道路等结构可能成为传粉者移动的障碍。这种障碍不仅增加了传粉者的飞行距离，还可能影响其觅食效率和繁殖成功率。

研究还发现，城市中的建筑物高度可能对传粉者的活动产生重要影响。例如，高耸的建筑可能阻碍传粉者的视线，使其难以找到合适的花源或栖息地。相反，较低的建筑或带有绿化设施的建筑可能更容易被传粉者利用。因此，在城市规划中，应优先考虑低矮建筑的绿化，以促进传粉者的活动。

此外，城市中的碎片化景观可能会进一步加剧传粉者的生存困境。由于绿地分布不均，传粉者可能需要在较远的距离内寻找合适的花源，这会增加其能量消耗和生存风险。因此，提升城市绿地的连通性，使传粉者能够在更短的距离内找到足够的资源，是城市生态保护的重要方向。

### 结论与展望

本研究的结果表明，城市绿地之间的连接性对传粉者的生存至关重要。尽管城市中的绿地可以为传粉者提供一定的栖息地，但由于建筑物的分布和高度，传粉者的活动受到限制。为了改善这一状况，需要采取多种措施，包括提升绿地的连通性、增加绿色屋顶的建设、优化小型绿地的管理以及利用开放数据和开源工具进行生态网络的模拟和分析。

未来的研究可以进一步探讨不同城市环境中传粉者活动的具体模式，以及如何通过生态设计和城市规划来优化传粉者的生存条件。此外，还可以结合实地调查和长期监测，评估这些措施的实际效果，并不断调整和完善。通过这些努力，城市可以更好地支持传粉者的生存，从而促进生态系统的健康和可持续发展。