《Ecologies》：Urban Vegetation of the Transport Technosphere: A Case Study of the Stuttgart Hauptbahnhof Railway Station (Germany)
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交通基础设施塑造了欧洲景观数百年，是1920年至2020年间景观转变的关键驱动因素，尤其是通过公路和铁路网络的扩展。如今，交通基础设施对经济运行至关重要，但也通过空气污染、噪声和日益增长的土地利用需求对环境产生负面影响。城市化支持社会发展，却通过土地利用变化、
交通基础设施塑造了欧洲景观数百年，是1920年至2020年间景观转变的关键驱动因素，尤其是通过公路和铁路网络的扩展。如今，交通基础设施对经济运行至关重要，但也通过空气污染、噪声和日益增长的土地利用需求对环境产生负面影响。城市化支持社会发展，却通过土地利用变化、微气候改变和景观结构变化导致长期生物多样性丧失。铁路建设进一步改变局地环境条件，影响湿度、温度、风况和光照可用性。铁路廊道可为具有不同生态需求的类群提供适宜微生境。岩石裸露表面被耐旱或嗜热类群占据，而中生（有时为湿生）物种则在荫蔽或湿润的微凹陷处找到适宜条件，这些区域表面透水性较差。这些线性生境还具有极端环境条件，常受污染加重，尤其是重金属污染，这些胁迫因子显著限制原有植物类群的存活。
铁路基础设施的影响不仅限于轨道近邻，而是延伸至周围景观数米至数百米。铁路线主要穿越农村地区并连接都市中心，常伴有植被。鉴于生态系统功能及其对植被的价值和对气候保护目标的贡献，在德国等国家，目标并非使轨道沿岸宽廊道完全无植被。铁路沿线植被具有多种正向功能：有助于环境降温和减少温度极端值，支持碳固存，帮助保护生物多样性，并稳定轨道周围坡面。另一方面，植被也与铁路基础设施和机车运营存在某些风险相关，如树木倒伏、积雪压断枝条或路堤起火。
铁路建设和运营显著影响植被的结构和空间分布。轨道周边植物群落长期暴露于干扰下，不仅源于密集的客货运交通，还由于常规管理干预，如割草或施用除草剂以抑制非目标植被。植被调控从确保铁路运输安全和维持基础设施功能角度而言是必要的。植物残体和有机质可填充轨道砾石床的空隙并恶化其排水能力。冬季，冻结水导致轨道位移和变形。此外，轨道上植被生物量的存在增加车轮打滑风险并延长制动距离，可能对交通安全产生负面影响。因此，植被调控的主要目标包括：维持轨道和道砟床的质量与稳定性、保护木质轨枕、确保工人安全，以及预防由干燥植被引起的火灾。
铁路公司采用不同的植被维护方法。在轨道近邻区域，植被通常每年至少清除一次；而在较远区域如路堤，仅在植被对交通构成直接风险时才进行干预。长期以来，草甘膦是欧洲首选除草剂，但近年来一些国家逐渐放弃使用并寻找替代品，包括例如常与磺酰脲类（如flazasulfuron）联用以实现协同效应的壬酸。尽管公众限制草甘膦使用的压力日益增大，一些研究表明从地下水保护角度它可能是相对合适的物质，因其在环境中迁移性低。
铁路网络发展及关联交通显著促进非本地种和外来植物物种的传播。新归化植物（neophytes）的物种丰富度随城市化程度和聚落规模增大而增加，而古归化植物（archaeophytes）数量保持相对稳定且在不同规模聚落间无显著差异。源自各种局域和区域来源的植物繁殖体可在铁路定殖，这些物种随后进入相互生态作用，适应新条件并显著影响更广泛区域的生物多样性。
与铁路建设相关的干扰创造了适宜一年生草本物种发展和非本地类群均质群落出现的环境。因此，有必要在施工前全面评估受影响区域并提出减轻对生态系统和本地生物负面影响的措施。限制人工边缘造成生境破碎化的预防和缓解策略发挥关键作用。为更好理解这些线性结构对植被物种组成的影响，沿规划基础设施路线进行环境影响评估十分重要。另一重要措施是在路堤建设中使用本地土壤材料，这支持本地植被恢复和当地物种种子库的保存。
城市地区及其绿地将在保护全球生物多样性和人类福祉方面发挥日益重要的作用。尽管城市环境在类似铁路生境的管理制度下演化且可能在许多方面相似，先前对铁路植物群落的研究表明其多样性存在更显著的局域差异，包括物种丰富度。铁路廊道代表虫媒植物的显著储库，为广泛的无脊椎动物提供食物和庇护。这些及其他功能通常与机构性绿色基础设施（如公园、花园或街道树木）相关联，而自发性植被常被公众和城市规划者负面感知为杂草。
然而，城市植被包括城市生态系统内所有类型的城市植被覆盖，无论土地利用或管理方式如何。非机构绿地植被是城市空间利用所有形式的重要组成部分。例如，人行道可贡献于支持生物多样性并为人类和植物提供多功能环境。悖论的是，城市环境往往可作为本地植物和动物物种的避难所，而周围自然或半自然生境因农业或工业等人类活动已退化。此外，越来越多来自欧洲的证据表明，聚落——尤其是城市——承载着比周边地区更多的维管植物。这一现象可通过城市生境的高度异质性、较温暖微气候（城市热岛效应）以及人类活动长期强烈繁殖体压力导致非本地物种引入概率增加来解释。
因此，铁路区域应纳入绿色基础设施规划以促进城市景观中的生物多样性。未来城市发展方法，例如米兰的案例，应更多地利用基于自然的解决方案（Nature-based Solutions）原则。一项具体措施——尤其在中欧有轨电车线路中广泛应用的所谓"绿色轨道"，即在轨道间形成的草坪或草本植被覆盖。
火车站设计受安全、可达性、历史背景、建筑和周边土地利用影响，需要场地特定解决方案而非通用方法。当前重建优先事项聚焦于最小化步行距离和改善可达性。施工和维护过程日益受益于共享数据环境，改善文档管理和规划效率。尽管火车站具有铁路和城市条件的独特组合，从植被角度仍研究不足。
交通结构（包括火车站）是城市环境中最复杂和广泛的项目。这些项目常有延期实施或完工延迟，创造出植被物种组成可变化的时期。此"时间窗口"定义为从重建决策到与终止原运营相关的新运营开始之间的时期。斯图加特21项目是一个非常大型和长期的项目。在此阶段，由于预期运营终止，常规植被管理如割草或除草剂施用减少或完全停止，而道床使用寿命延长。尽管铁路线基本条件不变，管理变化可显著影响轨道植被的物种组成。
当前植被研究主要关注稳定生境，而技术圈层内各类基础设施项目相关的新兴和消失临时生境仍是被忽视的研究领域。该项目旨在重建铁路基础设施，包括斯图加特中央火车站轨道的迁移和现代化、站台改造。项目的长期性创造了特定的"植被窗口"，期间轨道植被进行非典型管理。本案例研究目的为：（i）调查现有斯图加特中央火车站铁路线在"时间窗口"期间的植被物种组成；（ii）根据植物对非标准干扰的反应进行分类；（ⅲ）基于现存物种的生物指示特征化铁路线生境条件；（ⅳ）评估各个类群对城市生态系统生物多样性的重要性。
本研究聚焦于德国斯图加特中央火车站铁路轨道植被，该车站正经历名为"斯图加特21"的大型长期基础设施改造项目。研究背景源于交通基础设施对欧洲景观的深刻影响，以及铁路廊道作为特殊生境在生物多样性维护中的双重角色。既有研究多关注稳定生境，而对技术圈层中因大型工程实施而形成的"时间窗口"临时生境缺乏关注，此类生境因管理强度降低可能产生特殊的植被动态。
研究人员选择斯图加特中央火车站作为典型案例，该站为德国铁路最高等级车站之一，日均停靠约1280次列车、服务约255,000名乘客。"斯图加特21"项目始于1994年构思，2009年正式批准，2010年开工，原计划2021年完成但因延期预计推迟至2027年或更晚。项目将现有尽头式车站改造为地下贯通式车站，轨道转入隧道运行。这一长达31年的实施周期创造了特殊的"时间窗口"，期间轨道植被管理强度显著降低。研究人员于2024年和2024年8月至9月对车站1至16号站台轨道区域进行植被调查，评估范围约150×250米。
研究采用植被清单法记录植物类群，并结合六个功能分类标准进行分析。主要技术方法包括：第一，基于Midolo等方法的干扰特征分析，涵盖干扰频率、干扰严重程度、割草频率、放牧压力和土壤干扰五项指标；第二，采用Ellenberg指示值系统评估物种对光照、温度、湿度、土壤反应、养分和盐度的生态偏好；第三，依据Tyler等数据库评估物种生物相关性（biological relevance），按关联物种数量分为BR1至BR8八个等级；第四，采用七级对数尺度评估物种对传粉者的吸引力，以每平方米每年产糖克数表示花蜜和花粉产量；第五，根据floraveg.eu数据库划分物种为本地种和新归化植物（neophytes）；第六，按风媒、动物体内传播、动物体表传播、本地非特化传播、蚁播、人为传播和孢子繁殖等机制分类传播方式。
研究结果表明，共记录68个植物类群。高频出现的类群主要为Erigeron bonariensis、Geum urbanum、Senecio inaequidens等杂草类群。干扰特征分析揭示，各轨道区域干扰频率值介于0.089至0.331之间，相当于约45至81年间隔期；干扰严重程度值介于0.615至0.731，表明植被生物量损失显著；割草频率对应约28.3至49年间隔；放牧压力造成约20%生物量移除；土壤干扰程度低于45%。Ellenberg指示值分析显示，光照指示值约7，对应部分光照生境；温度指示值约6，属低山至温带过渡区；湿度指示值4至5，为新鲜中等湿润生境；土壤反应指示值约6，为微酸性至碱性；养分指示值约6，属中等营养偏好；盐度指示值接近0，均为非盐生植物。生物相关性方面，BR3、BR4和BR5等级类群最多，表明关联物种数约13至100种。花蜜花粉产量以NP1、NP2、NP3等级为主，多数物种产量为零或较低。起源分析显示本地种占主导，平均每轨道约4种新归化植物。传播方式以风媒和人为传播最为普遍。
讨论部分，研究人员指出"时间窗口"实际持续时间可能超过31年，植被组成指示至少45年未进行重大维护。正常铁路运营造成各类干扰，尤其限制植被生物量形成。列车通行产生的机械干扰类似于放牧效应，造成约20%生物量移除。局部干预如轨枕更换也导致基质扰动。有限的管理强度创造了适宜多种植物类群持续存在的条件，尤其支持Ailanthus altissima、Clematis vitalba、Acer campestre、Acer pseudoplatanus、Ficus carica、Hedera helix、Buddleja davidii和Sambucus nigra等木本植物和藤本植物发展，但这些类群的根系可能破坏道床功能特性。
铁路基础设施形成显著破碎化的微生境镶嵌体，使非典型物种得以长期存活。光照条件为全日照至部分遮阴，遮阴度约达散射辐射的30%。温度条件反映斯图加特地区气候特征，未显著过热。湿度条件变异显著，部分站台顶盖促进雨水积聚，而良好排水区域接近干旱生境。土壤呈中性至碱性，养分状态轻度富集，可能源于铁路交通和乘客废弃物积累，无显著盐渍化。生物相关性较高的类群包括多种乔木和多年生草本，但从运营维护角度并非所期望。植被对传粉者食物贡献有限，不支持显著动物活动。
本地种占主导，但有限干扰条件下新归化植物也有发生空间，如Ailanthus altissima、Erigeron bonariensis和Senecio inaequidens等具有扩散潜力。风媒传播和人为传播为主要扩散机制，铁路轨道临时生境可能成为影响周边城市区域物种组成的繁殖体来源。与既有研究一致，比较活跃与废弃铁路线的研究表明，关闭后短命非本地种减少而持久本地种逐渐出现。时间窗口生境可创造特定植物类群（包括有效风播物种）的发生和扩展条件，识别风险时期和地点可实现施工期间针对性监测和调控。
研究结论指出，铁路轨道植被动态响应限时文明影响的变化。"时间窗口"有限干扰创造了特别适宜木本植物和藤本发展的条件，也促进了不同生态需求物种共存的微生境镶嵌体形成。评估轨道还为非本地类群提供空间，其中多数具有有效风播能力，可定植周边城市区域。将基础设施项目环境风险评估扩展至长期施工期间植被变化监测，是本案例研究的主要实践价值。识别风险时期和地点有助于实施针对性植被监测和引入调控措施，从而限制非本地类群扩散并更有效保护铁路基础设施周边生物多样性。既往研究多关注无明显时间变化的自然或半自然生境，本研究通过时间窗口生境分析提供了新视角，强调有必要将植被变化风险系统分析纳入基础设施项目，辅以长期监测和调控方法调整。
"Stuttgart 21"等大型项目引发广泛专家与公众讨论，但主要聚焦于技术、经济或实施层面，而对适应铁路条件并利用重建"时间窗口"的植被关注极少。广泛管控下某些类群种群可能暂时形成新一代，从而影响更广泛区域植被组成。因此，有必要不仅关注生境当前条件，还关注干扰的时间动态。变化的干扰制度可显著影响某些植物类群的扩散，故植被变化风险系统分析应成为基础设施项目的组成部分。
