全球城市生物多样性完整性城乡梯度格局及其驱动机制研究

本研究针对城市化进程中生物多样性动态响应机制不清的问题，通过分析全球1523个城市的100米网格生物多样性完整性指数（BII），揭示了城乡梯度上BII的空间异质性规律。研究发现全球城市平均BII（0.50±0.08）远低于安全阈值0.9，且城乡差异在非洲（-0.20）和亚洲（-0.21）最为显著。通过广义加性模型（GAM）发现植被指数（NDVI>0.40、EVI>0.20、VCF>60%）与GDP密度（>40百万/km2）分别呈现阈值效应和负相关，为城市生态规划提供了量化依据。

　　

随着全球城市化进程加速，城市扩张正以前所未有的速度改变着地球表面景观。混凝土森林的蔓延不仅重塑了人类居住环境，更对维持生态系统平衡的生物多样性构成了严峻挑战。尽管已有大量研究关注城市生物多样性变化，但受限于地面观测数据的碎片化，全球尺度下城乡梯度生物多样性完整性的空间格局及其驱动机制仍不清晰。这一知识缺口直接制约着城市生态系统的精准管理和生物多样性保护政策的制定。

安徽大学人工智能学院的研究团队通过创新性地整合多源遥感与统计模型，首次在全球1523个城市范围内系统解析了生物多样性完整性指数（Biodiversity Intactness Index, BII）的城乡梯度特征。这项发表于《Ecological Indicators》的研究揭示了城市化对生物多样性的深层影响机制，为协调城市发展与生态保护提供了科学依据。

研究团队采用Google Earth Engine平台处理2018年全球100米分辨率BII数据，结合全球城市边界数据集（GUB）和植被指数（NDVI/EVI/VCF）等多元数据。通过构建20个连续缓冲带划分城乡梯度区域，运用Welch's ANOVA分析洲际差异，并采用广义加性模型（GAM）解析BII与驱动因子的非线性关系。

研究结果显示三个关键发现：在"全球城市BII空间格局"方面，所有城市BII均值（0.50±0.08）均低于安全阈值0.9，其中非洲城市BII最高（0.51），亚洲和澳洲最低（0.46-0.49）。"城乡BII差异"分析显示，全球城市中心BII（0.37）较乡村外围（0.63）降低40%，非洲和亚洲城乡差异达50-54%。"城乡梯度BII变化"部分揭示BII沿梯度呈单调上升趋势，亚洲（k=0.018）和非洲（k=0.017）梯度变化最显著。

通过"BII与UGS和GDP的关系"分析，研究发现植被指数存在明确阈值效应：当NDVI>0.40、EVI>0.20或VCF>60%时，BII呈现加速增长（R²=0.58-0.72）。而GDP密度与BII呈强负相关（R²=0.87），在超过40百万/km²区域趋于稳定。

讨论部分强调，该研究首次在全球尺度验证了城乡梯度生物完整性变化的普遍规律，特别是发现的植被覆盖阈值效应为城市绿地规划提供了量化标准。研究建议在植被指数低于临界值的区域优先实施生态修复，而在高经济密度区需采取更严格的保护措施。尽管存在未涵盖微生物多样性等局限，但这项研究建立的标准化分析框架，为全球城市生物多样性监测和可持续城市发展目标（SDGs）的实现提供了重要工具。研究结果对快速城市化地区，尤其是亚洲和非洲城市的生态规划具有直接指导价值。