ASU城市生态学研究的动力

全世界有一半以上的人——在美国超过80%——生活在城市。然而，当我们想研究环境时，我们通常不会想到城市。

在过去的25年里，亚利桑那州立大学的科学家一直在做研究，把凤凰城作为一个独立的生态系统——包括动物和仙人掌、蛇和湖泊、人行道，当然还有人。

“城市是生态系统，但却是非同寻常的，因为城市有完备的建设，还有一种很重要的物种：人——会按照不同的规则运作。人类有其他物种所没有的文化、制度等东西”，亚利桑那州立大学生命科学学院的董事教授Nancy Grimm说。

Grimm是亚利桑那中心-凤凰城长期生态研究（CAP LTER）项目的创始董事。CAP LTER是国家科学基金会LTER网络的一部分，该网络创始于1980年。LTER网站促进了人们对国家生态系统的了解，给科学家、决策者和公众提供保护生态系统所需的知识。

CAP LTER的科学家探索了凤凰城的人、自然和建筑环境是如何相互作用的。

自1997年以来，CAP LTER一直在得到资助。本月，美国国家科学基金会宣布，将为该计划提供为期六年近800万美元的资金支持。全国共有28个LTER站点，但只有两个位于城市。ASU就是其中之一。

CAP LTER的现任主管、可持续发展学院教授Dan Childers说，“智人是一种城市物种。因此，了解城市生态系统中的社会、生态和技术动态就很重要。”

凤凰城的位置也很重要。西南部的沙漠包括美国许多发展最快的城市。从全球来看，干旱和半干旱环境范围覆盖全世界30%以上，是世界三分之一人口生活的地方。

Childers说：“我们在这里研究城市生态学时，研究凤凰城，但本质上，这里其实是城市在全球相当广泛的地区是否或应不应该发挥作用的缩影。”

城市是生态系统

迄今为止，CAP LTER研究人员在研究期刊上发表了800多篇文章，涵盖关于动物、植物、水、土壤、基础设施和人类行为以及它们之间的相互作用等各种话题。

更重要的是，CAP LTER帮助建立和塑造了城市生态领域，在刚开始时，这是几乎不存在的。Childers说：“CAP LTER和所有在过去25年中通过CAP的师生都清楚地将ASU当作全球知名的城市系统研究中心。”

Grimm是一位河流生态学家，在CAP LTER开始之前，他没有在城市进行过研究，他说，“刚开始时，美国并没有太多城市的生态问题。从一开始，我们提案的与众不同之处就是，我们是少数的、真正将城市视为生态系统的国家。大多国家都在说，‘城市不好，它们影响周边地区的环境’。”

Nancy Grimm是一名河流生态学家，领导CAP LTER近20年。

她说，研究人员在CAP LTER开始时采取了生态系统科学方法，试图利用物理和生态数据预测地区内有多少动物，或土壤中有多少氮。“但我们发现我们做不到，因为这必须要考虑到社会因素。人们对环境会做出什么决定？人们操纵环境多久了？”例如，当人们种植作物时会向土壤中添加水和氮（用肥料）。一些CAP LTER研究区域在开发前已耕种了近100年。这些地区与城市中从未耕种过的土地上的部分地区是很不同的。

Grimm说：“我们发现这个变量——某块土地是否曾经被耕种过——对于理解该系统中生态的方方面面来说是很有必要的。”

Becky Ball也开始了她对自然生态系统的研究，但不是城市。事实上，她的大多研究是对于地球上人口最少的地方之一——南极洲。但她表示自己一直专注于研究人类活动的影响，即使这些影响并不明显。

Ball是数学与自然科学学院的副教授，她将在下一个资助周期成为CAP LTER的主管，她说：“我是一名土壤生物化学家，研究生物学如何与地质学相互作用，使土壤发生化学反应，研究不同的化学元素——碳、氮、磷，以及维持人类生存的所有化学元素，看它们是如何在生态系统中移动的。”

这些化学循环对地球上的所有生命都至关重要，它们受到人们的严重影响。

她说：“我们正在处理的大多数环境问题都可以归结于我们扰乱了生物地球化学循环。气候的变化是由于扰乱了碳循环，酸雨是由于扰乱了氮循环，而烟雾则是扰乱了氮循环和硫循环。”

Becky Ball在南极洲和亚利桑那州做研究，这两个地方比人们想象中有更多相同之处，Ball表示：“它们都面临着很多同样的生命极限。”

农业并不是人们向环境中输入氮的唯一途径。燃烧化石燃料也会将氮排放到空气中，再落到陆地上。Ball比较了凤凰城和城市核心区以外的沙漠保护区中的氮沉降，比如Estrella和White Tank Mountains。

CAP LTER的研究一再表明，城市内部的“自然”生态系统（如南山公园和自然保护区）与城市外部的生态系统是很不同的。例如，无论是鸟类还是啮齿类动物，城市内部物种多样性都低于周围沙漠。可能会有相同数量的动物，但不同种类的动物更少。

Ball说：“因此，尽管South Mountain看起来和其他山没什么不同，但实际上，由于我们的所为，是存在差异的。”

感知是一切

Kelli Larson是地理科学与城市规划学院的教授，也是CAP LTER的首席社会科学家。她研究人们对环境的看法以及这些是如何影响人们的决策的。

Larson负责PASS，该调查在整个城区的不同社区每隔五年进行一次。

她说：“我们通常以为自己知道人们为什么要做他们所做的，我们喜欢把自己当成能够做出正确选择的理性人。但社会科学研究发现并非如此。”

例如，随着时间的推移，Vally中的住宅庭院越来越多地从草地转向沙漠地带。许多人认为这是因为房主的偏好发生了变化，可能是想要减少用水。

但研究表明，这种转变并不总是居民。20世纪70年代的环境变化使景观建筑行业发生了变化：改变了开发商建造的景观设计。同时，育苗床增加了低用水植物的库存，居民们可以购买。

Larson说：“这些更广泛的力量比个人的决定更重要。有时我们发现人们所拥有的并不是他们想要的。2017年的调查显示，人们都想要更多的草。”

CAP LTER的科学家表示，如今，与过去相比，有更多凤凰城地区的家庭在进行沙漠景观的美化，但还是有很多人想要草坪

人们也还会认为新来到中西部和东海岸的人们会想要草坪。但研究表明，情况恰恰相反——长居于此的腓尼基人更喜欢草，而不是新近的移植植被。

了解人们对环境的看法很重要，因为仅仅知道哪些植物和动物将有益于生态系统是不够的。要想茁壮成长，它们就得得到人们的赞赏和维护。

CAP LTER的一个独特之处是，研究人员在同一地点收集调查和生态数据。例如，生物学家统计了社会科学家进行PASS的社区中的鸟类种类。然后将人们对社区中野生动物的满意度与生活在那里的实际鸟类进行了比较。

Larson说：“我们发现，在鸟类群落更为多样的地方，人们对这些鸟类群落的满意度会更高。”环境的真实性和人们的感知之间的这种匹配也适用于其他特征，比如极端的高温情况。

Childers指出，“因此，即使在城市里，人们与周围的自然的联系也比他们所知道的要紧密。”

更好的自然

CAP LTER有一个重要发现：在收入较高的居民区，野生动物更加丰富多样。

Grimm说：“有钱人住的地方——主要是白人和富人——往往有更高的生物多样性，更多的植被，更多的防热和防洪水措施。这是我们第一次所发现的，我们称之为奢侈效应。”

虽然“奢侈效应”已经很流行了，但Grimm说，现在许多人认为这很有利于现实情况。

她解释道：“与其说财富创造了城市更好的条件，倒不如说历史上受到歧视的人生活在那些已经退化的地区——通常是故意的——有毒工业工厂的选址、不合理的分区和红线的划定。”

CAP LTER的下一阶段将更加关注这些类型的环境正义问题。凤凰城对此是很有优势的。其他LTER大多位于偏远地区，人们必须选择这些地区，且有能力进入这些地区。所有关于人类对环境的认知研究从一开始就会有偏差。

Ball说：“住在凤凰城的人们，无论是否愿意，他们都能够感受到凤凰城。因此我们也就有机会通过看看这些经历了炎热的人们、身处大自然中的人们是如何受益的。”研究团队已经在有大量拉丁裔和黑人的南凤凰城进行了广泛的工作。在即将到来的资助周期中，他们将把工作扩展到其他服务不足的社区，还会与部落社区合作。

Childers说：“我们在CAP中引入了一些新的研究人员，他们不仅仅是土著人，而且是土著社区的工作人员。我们很高兴我们在这里所做的，无论是从地理方面还是文化方面，都体现了更多的包容性。”

Grimm补充道：“我认为，我们现在所认识到的是我们所处的土地是从这里的居民那里窃取的。那些社区并没有消失。生活在这样的环境中，我们就更需要去了解在这里已经生活了很久的人，他们比定居者待的时间都要长得多。”

一个更有目的性的未来

这种包容的方法对于CAP LTER的场景和未来的工作都很重要。该团队与政府官员、社区领袖、宗教领袖和非营利组织等利益相关者合作。研究人员和相关人员询问了凤凰城的未来发展情况以及该如何实现这一目标。

David Iwaniec表示：“在CAP LTER项目之前，也曾有许多团队在城市生态方面进行参与性研究，但他们往往更像是公民科学的方法，或者更像是在接受调查或访谈。但我们正在共同找出研究问题、寻找解决问题的方法和方案。”

Iwaniec在可持续发展学院读研究生时，开始与CAP LTER合作。在获得博士学位后，他留在ASU读博士后，担任助理研究教授。现在他是佐治亚州立大学城市研究所的助理教授，但他同时也继续共同领导CAP LTER，负责其未来的工作。

该团队首先查看相关人员的现有计划，例如城市的五年计划，并预测20或30年的情况来了解其长期影响。然后，他们询问参与者，这些社区、城市或地区是否是他们想要的。

在此过程中，相关人员认清了他们所面临的最大挑战。接下来，他们会开发场景来更好地应对挑战。

Iwaniec说：“例如，怎样可以用公平的方式解决热量问题，这样在减少最脆弱社区的热量问题时，就不会出现中产阶级化的问题了。”

一旦这些小组审查了他们的目标并创建了解决仍然存在挑战的情景，这些情景会是变革性的。这使谈话从如何避免消极的未来转向了如何走向我们想要的未来。相关人员会问：“如果呢？”

“我认为交通就是一个很好的例子，因为凤凰城以汽车著名。如果在50年后，技术已经发展到让人们不再依赖汽车了，那会怎么样？由汽车带动发展的凤凰城又何去何从呢？”Iwaniec问道。

所有这些场景都依赖于CAP LTER收集的数十年数据。这些数据帮助参与者了解不同决策的长期影响。例如，如果相关人员建议植树遮荫，那他们就可以用此计算这将如何影响供水情况。

CAP LTER团队将这些场景转化为动画形式，让它们能够更受欢迎。重要的是，他们还将场景做成了政策文件。

Iwaniec说：“例如，实际上，我们将它们做成城市规划，列入了他们的计划。这将进一步弥合科学和政策的分歧，采取其他步骤确保产品与他们所习惯的产品相匹配。”

变革情景有助于社区想象他们想要的未来。

该团队已经将场景过程运用于世界各地的多个城市：纽约、智利的瓦尔迪维亚、伊瓦尼克的新家亚特兰大。

CAP LTER的下一阶段，团队将专注于实现转型情景所需的途径。一旦相关人员确定了未来的样子，就有办法实现。

这一过程已经在一些地方崭露头角。例如，制定了方案，包括设立一个专门处理高温问题的政府办公室。2021年，凤凰城成立了Office of Heat Response and Mitigation，这是美国第一个由政府资助的专门研究热响应的办公室。地理科学与城市规划学院副教授、CAP LTER研究员David Honduran被任命为新办公室主任。“这表明了政府结构变化的速度有多快”，Iwaniec说。

CAP LTER团队还与未来的领导者和相关人员进行了合作。获得殊荣的生态探索者计划与K12教师和学生分享CAP LTER的研究结果，并让他们参与到研究项目之中。CAP LTER的科学家也直接与南凤凰城和西凤凰城低收入地区的学校进行合作。例如，在校园里安装了空气质量监测器，学生和教师可以在线获取信息，了解学校的空气质量。

Grimm说：“我认为，通过对环境现状的了解，可以潜在地知道我们可以改善环境。我们该如何改变这种环境，真正创建一个可持续发展的城市？不仅仅是一个住所，而是一个人们可以茁壮成长的地方。”

CAP LTER由国家科学基金会通过第1832016号拨款资助。材料中的意见、发现、结论、建议均为个人意见，不一定反映国家科学基金的意见。CAP LTER是全球可持续发展与创新研究所的单位。

*新闻链接地址：https://news.asu.edu/20221115-discoveries-life-city