Chúng tôi xin tiếp tục giới thiệu sơ lược một số luận điểm được trình bày trong cuốn sách của Richard T. T. Forman, 'Urban Regions - Ecology and planning beyond the city'.

Khái niệm greenspace (không gian mở, không gian xanh): là không gian không có các công trình xây dựng lớn trong khu vực đô thị. Bao gồm một số kiểu như các vùng đất ngập nước làm giảm dự trữ lũ lụt thiên nhiên, bảo vệ đa dạng sinh học, hành lang cây cung cấp bóng râm mát vào mùa hè, khu vực trồng rau và trái cây ở gần một thành phố.

Khái niệm patch (mảnh ghép) và sự phân mảnh.

Patch ổ sinh thái (“miếng vá” ổ sinh thái) là một khu vực tự nhiên trong hệ thống đô thị, có khả năng làm ổ sinh thái (n chiều) cho một tập hợp các loài sinh sống. Kích thước, hình dạng của patch không giống nhau tùy từng trường hợp.

Biểu hiện nổi bật của sự phân mảnh ổ sinh thái bao gồm: giảm và cô lập các patch tự nhiên; thay đổi cấu trúc không gian của ổ sinh thái do xáo trộn có nguyên nhân ngoại lai dẫn đến các patch nhỏ không nằm xen kẽ với các ổ sinh thái khác; thay đổi cảnh quan gồm cả việc patch lớn bị chia thành các mảnh nhỏ; thảm thực vật ban đầu bị chuyển đổi thành dạng  thảm thực vật khác khiến các mảnh vỡ của dạng ban đầu nằm rải rác. Cảnh quan đô thị xét theo quan điểm sinh thái cảnh quan, là cảnh quan phân mảnh. Môi trường sống đô thị có sự phân mảnh. Sự phân mảnh trong môi trường sinh thái đô thị có nguồn gốc từ sự sắp xếp đất sử dụng. Các patch ổ sinh thái bị chia tách với nhau bởi một mạng lưới (matrix) các khu xây dựng và các thảm xanh không tự nhiên (non – native). Tính liên kết giữa các patch ổ sinh thái trong đô thị thường thấp và tùy thuộc vào khả năng di chuyển của loài. Tính chất phân mảnh của môi trường sống là cơ sở cho thành phần loài trong quần xã.

 Corridor: ổ sinh thái hành lang là một khu vực dạng đường thẳng, có khả năng liên kết các patch ổ sinh thái. Ổ sinh thái hành lang có thể tồn tại ở môi trường cạn hoặc môi trường nước. Hành lang này có thể liên tục hoặc không liên tục. Sự di chuyển giữa các patch ổ sinh thái cũng tùy thuộc vào loài. Như các loài chim với khả năng bay thường dễ di chuyển hơn giữa các patch trong đô thị. Còn một số loài động vật không xương sống nhỏ thường khó có thể vượt qua các rào chắn.

(http://www.set-revue.fr/establishment-national-ecological-network-conserve-biodiversity-pros-and-cons-ecological-corridors/texte)

Mô hình patch – corridor – matrix và tính chất: Các ổ sinh thái và các vùng xây dựng tồn tại trong đô thị, tạo nên mô hình patch – corridor – matrix. Tính phân mảnh khiến các ổ sinh thái khác nhau ít được gắn kết, vi khí hậu của từng khu vực là khác nhau. Có thể quan sát thấy trong hình, các patch có kích thước khác nhau, các khu hành lang có thể gắn kết hoặc rời rạc, các patch nhỏ phân bố không đều. 

Patch lớn là cấu trúc duy nhất bảo vệ nguồn nước ngầm, bảo vệ các loài nội địa và cung cấp ổ sinh thái nòng cốt (core habitat), nhà sống cho các loài động vật có xương sống. Patch lớn hơn sẽ bao gồm nhiều ổ sinh thái hơn và như vậy sẽ góp phần làm gia tăng đa dạng sinh học. Kích thước nhỏ nhất của patch quy định những loại động vật và thực vật. Ví dụ, những loài chuột và thỏ cần kích thước nhỏ nhất của patch từ 1 đến 10 ha. Ngược lại, kích thước tối ưu của patch ở khu vực đường phân thủy dành cho cá hồi biển là 2500 ha. Tổng quát, sự bảo tồn từ 20 đến 60 % ổ sinh thái tự nhiên trong cảnh quan là cần thiết để duy trì đa dạng sinh học (Valentin 2004). Những kích cỡ nhỏ nhất hay tối ưu chịu ảnh hưởng bởi chất lượng của patch, phụ thuộc vào cấu trúc patch. 

Tỉ lệ rìa của patch ảnh hưởng đến thành phần loài. Tỉ lệ rìa tính bằng biểu thức:

                                    (Chu vi patch)/(2 x Diện tích patch^1/2)

Rìa của patch gia tăng khi tính phân mảnh trong khu vực gia tăng. Khu vực rìa có điều kiện khác biệt so với bên trong patch. Ví dụ như bìa rừng thường nhận được nhiều ánh nắng hơn, nhiệt độ cao hơn và giá mạnh hơn so với rừng sâu. Tổ hợp các điều kiện vật lí thay đổi làm thay đổi ổ sinh thái đa diện. Thành phần loài thích nghi thay đổi theo sự thay đổi của ổ sinh thái. 

Ổ sinh thái hành lang cung cấp không gian cho các sinh vật di chuyển giữa các patch và có tác dụng bảo vệ nguồn nước. Những hành lang tự nhiên rộng được cho là tối ưu nhất cho các hệ thống trên cạn. Nhưng trong khu vực đô thị thì điều đó không khả thi, và bị thay đổi. Một dạng phổ biến trong đô thị là dạng một nhóm các patch nhỏ cung cấp các tuyến đường cho sự di chuyển, tạo thành một mảng tuyến tính tổng thể giữa xung quanh các bản vá lỗi lớn hơn. Đó được cho là cách bố trí không gian tối ưu, theo dạng các phiến đá để di chuyển (Dramstad, 1996). Tương tự, những hành lang ven sông được mong muốn và cung cấp nhiều lợi ích nhất tạo ra sự bền vững của bờ, chất lượng ổ sinh thái, nhiệt độ nước, và chất lượng của nước. 

Mô hình patch – corridor – matrix được ứng dụng vào việc tiếp tục bảo vệ các loài trong đô thị. Tập hợp của các patch lớn tự nhiên (a group of large natural patch) được xem là mục tiêu ưu tiên hàng đầu. Sau đó là nối kết các patch lớn với khu hành lang (greenway hay greenbelt).

 Học thuyết metapopulation. (Hanski 1998): Một metapopulation là một quần thể sinh vật được chia tách thành các nhóm nhỏ với sự di chuyển của các cá thể giữa các nhóm đó. Học thuyết metapopulation dùng để giải thích sự suy giảm của một loài với các subpopulation trong môi trường phân mảnh. Khi môi trường sống bị phân mảnh, quần thể loài bản địa tồn tại trước đó sẽ bị chia tách thành các subpopulation sống trong các patch, corridor khác nhau, có liên kết với nhau hoặc không. Sự tồn tại của subpopulation trong môi trường phân mảnh phụ thuộc vào đặc tính dạng, kích thước, tỉ lệ rìa, sự liên kết của ổ sinh thái trong không gian đó, tức là phụ thuộc vào đặc tính của các patch, corridor. Ví dụ một hệ thống nơi 1 patch lớn chứa 1 số lượng giới hạn các loài nhất định, thì 4 hay 5 patch là số lượng nhỏ nhất cần có để duy trì tính đa dạng về loài trong hệ thống (metapopulation) đó.

“A larger patch normally has a larger population size for a given species than a smaller patch, making it less likely that the species will go locally extinct in the larger patch.” (Dramstad et al. 1996, Plat P3)

Nguyên nhân dẫn đến suy giảm loài và tuyệt chủng loài tại địa phương gồm có:

-          sự suy giảm tính liên kết, gặp gỡ bắt cặp trong quần thể

-          giao phối gần dẫn đến suy giảm tỉ lệ gene dị hợp, tăng tỉ lệ cá thể đồng hợp.

-          tổ hợp điều kiện vật lí thay đổi dẫn đến thay đổi ổ sinh thái đa diện của loài.

Kết quả là sự suy giảm loài bản địa trong các ổ sinh thái và sự tuyệt chủng tại địa phương. Động học metapopulation mô tả quá trình tuyệt chủng ở địa phương của loài bản địa và tiếp theo là sự xâm nhập của các loài ngoại lai. Ví dụ, tại Berlin, tỷ lệ loài thực vật ngoại lai tăng từ 28% trong các khu vực ngoại thành đến 50% trong trung tâm thành phố (Sukopp 1979).