研究，部分进行了专题介绍基于自然的整体解决方案:释放绿色和蓝色基础设施的潜力

介绍

在过去的150年里，城市化的增长几乎呈指数级增长(McDonald et al. 2020)。欧洲城市人口近80%，是世界上城市化程度最高的地区之一(联合国2019年)。城市环境受到土壤封闭的巨大压力，植被的替代对生态系统服务的提供提出了挑战(mcpherson et al. 2016)。此外，温度升高和越来越长的高温期可能与持续的气候变化有关(Andersson等人，2019年，Lin等人，2021年)。beplay竞技交通和商业对土地的大量使用导致了高颗粒、黑碳和氮排放，作为一种催化剂，由于上述植被的替换，城市空间本身的污染物下沉减少(Larondelle et al. 2016，见McDonald et al. 2020的综述)。这一发展导致城市生态系统对大气污染物和碳的自然缓冲能力下降(Ziter 2016)。

吸收能力的下降和密封表面的增加都会对城市自然和社会造成严重后果，如生态脆弱性和人类健康问题(Kabisch和Kraemer 2020年)。生态系统服务(ES)的供应在21世纪初的城市中越来越重要，发展更具可持续性的城市地区仍然是一个关键挑战。奥尔堡宪章(1994年)和莱比锡宪章”城市综合发展基础”从2007年起，包括2020年的更新，已经强调了社区，特别是(大型)城市在有弹性的城市生态系统基础上的可持续、绿色和公正发展中的关键作用。在这方面，《莱比锡宪章》明确涉及社区层面和整个城市，并确定为共同利益的城市政策是这种新型城市发展议程成功的关键。除了战略性城市发展计划外，《21世纪议程》也开始以地方战略来应对气候变化(White 2002)。beplay竞技2015年，随着新的可持续发展目标(SDGs)的制定，可持续城市的主题似乎在全球议程上获得了更加突出的地位，再次明确关注城市区域和城市在减缓、适应气候变化和保护生物多样性方面的核心作用(Andersson等人，2019年，Elmqvist等人，2019年)。beplay竞技

然而，迄今为止，这场辩论几乎完全忽视了这样一个事实:在世界的一些地区，城市没有增长;它们正在或一直在萎缩(Haase 2013, Haase等人，2018)。尽管约50%的欧洲城市仍在增长，但欧洲三分之一的大城市人口正在减少(Turok和Mykhnenko 2007年，Wolff和Wiechmann 2018年)。此外，在过去20年里，这一萎缩城市的数量稳步增加，这意味着潜在的再生城市的数量目前正在增加(Wolff和Wiechmann 2018)。这种收缩的主要原因是社会的系统性变化和1990年开始的经济结构调整进程。随着主导地位的下降，收缩仍然决定着人口存量和净迁移(Pallagst等人，2013年，Wolff等人，2017年)。外迁和人口老龄化持续导致住房供过于求，导致住宅空置，旧的、建筑的和社会主义预制住宅的租金暂时下降(Rink等人，2012年，Haase等人，2016年，Nelle等人，2017年)。最近，中欧和东欧一些萎缩的城市开始复苏。它们的数量仍然有限(Wolff和Wiechmann 2018年)，但它们回归的信号效应可能是巨大的。收缩和再生城市都对建成区结构形成特征空间格局产生显著影响，特别是在密度变化方面(Wolff et al. 2017,2018)。

因此，收缩的遗留问题为新的土地利用开发提供了一个具体的框架，空置土地为重复利用、替代和临时用途以及填充开发提供了空间(Schetke et al. 2010,2012)。相比之下，再增长被定义为经过较长时间收缩阶段后的人口增长(Turok和Mykhnenko 2007年，Wolff等人2018年，Wolff和Wiechmann 2018年)，导致土地利用影响的异质性和小规模模式，主要趋势是强烈的再致密化(Kabisch等人2010年)。另据报道，尽管人口增长强劲，但相应城市的战略导向机会仍然有限，主要原因是缺乏市政预算(Wolff et al. 2017)。因此，可以想象未来土地利用的各种不同状态。因此，对于不断缩小的城市来说，减少对房地产的压力，从而减少对城市土地的压力，可以理解为增加绿色和蓝色基础设施(GBI)的机会，GBI是指从森林、公园和花园到单一树木的所有动植物。

因此，城市人口的再增长可能会挑战这种潜力。拆迁后形成的与收缩相关的棕地和开放空间越来越被低估，它们是增加城市人口GBI和娱乐空间的机会，但它们越来越成为新建筑的目标区域(Haase et al. 2014a, Wolff and Haase 2019)。随着人口数量的增加和商业活动的持续增长，曾经萎缩的城市重新变成了绿色空间缺失的具体地方，对更大的人口群体表现出恶劣和不公平的环境条件(Anguelovski et al. 2020, Langemeyer and Conolly 2020)。相比之下，许多以前正在萎缩的城市后来才认识到，在空置和拆迁的条件下，现有的GBI的扩展不仅是一种填补空白的策略，也是一种在其内部提供娱乐空间的策略;因此，这种扩展可能是使城市更具弹性的途径。因此，GBI被理解为缓解城市密度和气候影响的一种应对措施，有利于居民的个人健康，例如通过空气冷却、径流调节或CO₂减缓(Pauleit等人，2019年，Haase等人，2014b, Kabisch等人，2015年，van den Bosch和Ode Sang, 2017年)。除了这些调节生态系统的服务外，GBI还提供重要的文化(如娱乐空间)和供应(如当地食品生产)服务。在提到GBI效益的促进和阻碍因素时，根据Andersson等人(2021年，在本专题中)的研究，以前和最近萎缩的城市似乎在实体基础设施部门具有巨大潜力，这显然是实现GBI诱导的生态系统服务提供的过滤器(Haase等人，2014b)。

在寻求可持续和再增长平衡的城市发展时，对于像哈雷这样具有收缩历史的城市来说，面临的挑战包括优先考虑生态系统服务潜力与社会需求和经济需求之间的平衡(Larondelle et al. 2016)。平衡密度和维持GBI提供的生态系统服务的一种方法是制定框架，指导在理想方向上的增长，承认莱比锡宪章中提到的方面，例如绿色空间是一个公正城市的公共空间。根据这样的框架思想，城市总体规划，由重新发展的哈雷市制定的综合发展概念，提供了到2025年的愿景(ISEK哈雷2016年总体规划)。哈雷总体规划将再增长作为城市的基本假设和未来愿景之一。哈雷是前德意志民主共和国的一部分，与其他工业化城镇一样，1990年德国统一后，该市经历了动荡的发展，包括劳动力市场崩溃(Pallagst et al. 2013)和大型工业和交通棕地的出现，随后是人口外流和随后的大量住房空置(Haase et al. 2012, 2014a)。这种发展可以表现为城市收缩，而这种收缩决定了自1990年以来20多年来哈雷的城市发展(Arnold et al. 2018)。Arnold等人(2018)的研究强调，Halle报告的中心部分由于紧凑和土地表面的原因，提供ES的能力有限。因此，在这些内部区域识别ES交付改进的潜力对哈雷的规划者来说具有战略意义，这是关键，也是迄今为止对该市研究报告的最佳补充。

目前，哈勒市人口发展呈多元化趋势。市中心地区正在经历年轻人、受过教育的人和小家庭的移民(Bartholomae et al. 2017)，空置率正在消失，现有的GBI面临着拆除的压力。然而，哈雷-纽敦(Halle-Newtown)等预制住宅小区和前混合产业工人区仍然面临人口停滞或下降、空置房屋存量和许多棕色/灰色领域的问题(Haase et al. 2016)。

不仅在哈雷，在许多其他正在发展的城市，这种人口趋势的多样性对开放、空置但已开发或绿色的城市土地造成了压力(Wolff和Haase 2019)。即使是具有高娱乐价值的半公共绿地，如分配花园，也被牺牲为大多数高收入和中等收入家庭的新住宅小区(Spilková和Vágner 2016)，更不用说连续的绿色或荒野区域，这些区域没有真正的大厅需要维护(Draus et al. 2021)。然而，在曾经萎缩的城市中，许多区仍未建成。在旧的或新建的住宅小区旁边，仍然有一些空置或破旧的地块(Wolff et al. 2017)。此外，在世界各地的城市中，遵循一种模板策略(Haase 2013, Scott et al. 2016)，新的GBI已经在空地和大型棕地(德国铁路公司的剩余部分)中创建。与邻近的莱比锡等快速发展的城市相比(Kabisch等人，2019年)，在哈雷，城市规划者仍然面临着增加密度或绿化城市的各种选择，因为再增长的速度适中。

通过以各种方式限制GBI为城市居民提供的ES，规划决策产生的土地使用组成和配置可以成为构建GBI可用性和可达性的系统性障碍(见Wolff等人，2022，本专题)。ES潜力意味着从生态系统(在我们的例子中是城市gbi)流向要体验或实现的人类福祉(Haines-Young和Potschin 2010年，philippe - lucia等人2015年)，在我们的例子中是由Halle的居民。这里，最重要的是有形/物质利益，如供应服务(如食物)和无形/非物质利益，如文化服务(如娱乐或放松)或调节服务(如空气冷却;Haase等人。2014b, Baró等人。2016)是概念化和量化gbi诱导效益的优秀且广泛使用的方法。

在此背景下，本研究的目的是探索一系列土地利用和社区发展的替代方案。本研究通过应用遵循国际分类(生态系统服务共同国际分类[CICES])的ES方法，分析了再生和绿色发展。https://cices.eu/)到一套土地用途变更备选方案。除了对提供的医疗服务总额进行量化外，还特别注意了在当地地区提供医疗服务方面的差异、协同作用和权衡。基于哈勒总体规划框架，我们为四个中心区域和两个外围区域开发并分析了四种发展方案，即绿色叙事、可食用城市叙事、宽敞住房叙事和高密度叙事，所有这些都转化为空间明确的土地使用替代方案。这些信息将是哈雷地区气候敏感和可持续土地开发决策的关键，因此对市政城镇规划和社区土地开发商都具有决定性意义。

本研究的主要研究问题如下:

1. 到2025年，基于总体规划的一套土地利用替代方案将如何改变哈雷社区的土地利用构成?
2. GBI可在多大程度上改善战略发展地区的本地和全市的医疗服务供应?
3. 哪种土地使用替代方案能最大程度地改善生态系统供应，并且最有利于不同生态系统提供之间的协同作用?

为了解决这些问题，在以下内容中，每一种土地利用替代方案都以空间显式的方式开发，并使用地理信息系统(GIS)，使用免费获取的量子GIS (QGIS)绘制地图。GIS地图和其他经验数据作为输入层，用于对ES潜力进行量化和评估。

研究区域

黑尔市位于德国中部萨勒河畔的低地。黑尔是萨克森-安哈尔特联邦州的一部分。目前，哈雷有23.7万居民，在经历了长期的萎缩后，正在经历人口的重新增长(Nelle et al. 2017)。从1988年的高峰到2011年，哈雷失去了近9.9万居民，但到2020年，它的人口增加了7400人。萨勒河(Saale River)及其显著的泛滥平原横穿城市，泛滥平原由残余的阔叶林和多样的河流草甸组成。泛滥平原构成了城市GBI网络中最大和最珍贵的特征，包括几个公园、自然保护区和休闲空间(图1)。

1920年，黑尔的人口增长到20多万。在第二次世界大战期间，这座城市受到了中等程度的破坏。作为德意志民主共和国的一部分，20世纪60年代Halle-Merseburg-Bitterfeld附近的工业生产扩张是由中央计划的产业工人住房计划所带动的(Rink et al. 2010)。装配式公寓楼很快占据了城市景观。由于历史建筑被视为资本主义过去的遗迹，建筑和改造活动主要发生在哈雷的新社会主义郊区。

其中一个开发项目是哈雷-纽敦，是超过9万名城市居民的家园。哈雷的人口在1986年再次达到峰值，为329,625名居民(Rink et al. 2010)。1990年德国统一后，这座城市几乎在一夜之间面临着去工业化和数千个工作岗位的消失，这导致了高失业率。因此，根据工作驱动的外迁，该市损失了大约56,000名居民，约占其总人口的20% (Rink et al. 2010)。此外，这一次，大多数年轻家庭和高学历人口离开该地区寻求更好的工作机会(Haase et al. 2012, Nelle et al. 2017)。黑尔的房地产市场供过于求。2003年，有超过31万套空置公寓，占总住房存量的五分之一(Rink et al. 2010)。与社会主义时代不同，统一后，哈雷-纽敦和Silberhöhe的预制大型住宅小区失去了人口。在2003年至2012年期间，这两个庄园的原住户减少了一半。经济结构调整增加了失业，促进了外移。 Consequently, Halle, like many other Eastern German cities, faced severe population loss (Kroll et al. 2010).

2000年，德国实施了有史以来最大的城市更新计划——城市重组(德语:urban Restructuring)。Stadtumbau Ost)，开始于联邦政府统计东德境内100万套空置公寓之后(Nelle et al. 2017)。该联邦计划旨在消除永久性空缺，稳定城市中心，保护历史建筑。2007年之前，Halle大约有9000套公寓被拆除。在第二阶段，国际建筑展览会(德语，国际歌Bauausstellung或IBA)被作为”创造性的工具”这为新的城市愿景提供了激励，包括在重组和重建城市时使用绿色和蓝色元素。

根据这些激励措施，哈雷的规划者们提出了一种新颖的战略城市发展概念，即哈雷综合总体规划。Integriertes Stadtentwicklungskonzept或ISEK)。总体规划是一个城市发展工具，促进城市土地利用(变化)的综合共同发展，包括社会正义和环境质量等因素。哈雷总体规划的一个基本要素是对城市战略变化的设想，正如它在规划中所称的那样”可持续和平衡的未来。”总体规划于2016年发布，并定期更新。详细的土地开发项目是在地方一级确定的。Stadtviertel)，其中黑尔有26个。2025年的总体规划愿景强调了六个称为”战略发展区”针对上述两种主要的人口趋势，即萎缩和再增长:中北、中南、海德堡-北、Silberhöhe、南郊和新城(图2)。这些地区被选为本研究建模的本地案例。

材料与方法

土地用途数据

我们使用了欧洲环境署(EEA)提供的土地利用/覆盖数据，作为城市地图集项目的一部分，用于选择和定义备选土地用途和ES评估(哥白尼，https://land.copernicus.eu/local/urban-atlas)．《城市地图集》涵盖了所有人口超过5万的欧洲城市。该数据库涵盖了广泛的土地利用类别，从自然植被土地覆盖到密集建筑结构(表1，图1)。由于其涵盖的土地利用类别广泛，且可用于许多其他欧洲城市，因此已使用城市地图集数据库为上文介绍的哈雷六个战略发展区推导出一套土地利用变化规则(见图3所示的工作步骤顺序示意图)。

城市地图集具有0.25公顷的几何分辨率，这是社区规模ES评估的良好基础(如Larondelle和Haase 2013年或Larondelle等人2016年所述)。此外，每个城市的城市地图集数据是免费提供的，每三到五年更新一次(哥白尼);最后一次更新是在2018年进行的。城市地图集数据与另一个公开可用的空间数据集相结合，该数据集具有丰富的城市区域信息，即开放街道地图(OSM)。OSM提供软件，以类似人群的方式共同收集和显示空间数据(https://www.openstreetmap.org/about)．我们使用OSM来确定城市地图集没有提供的两个土地利用类别:城市花园和(密集的)城区。

建筑用地替代方案

土地利用替代方案用于可视化和分析土地开发和土地利用变化的后果;因此，它们有助于阐明在实现过程中对生态系统状态和功能的潜在影响(Larondelle et al. 2016)，因此，也有助于阐明所提供的ES(图3)。正如Lauf et al. (2012a, b, 2014, 2016)为柏林演示的那样，基于不同叙述的空间化土地利用替代方案有助于可视化土地覆盖和土地利用将在哪里发生变化，以及这种变化将产生哪些具体的生态系统影响。因此，可以对土地利用变化的影响进行估计和探讨(Verburg et al. 2004)。基于逐步规则的土地利用变化模型(如图4稍后所示)在城市研究中经常使用并成功应用，许多优秀的研究证明了这一点(Ligtenberg等人，2001,Barredo等人，2003,Koomen等人，2008,Larondelle等人，2016,Lauf等人，2012a, b, 2014, 2016)。

所有关于黑尔六个开发区的叙述都是基于”2025年愿景”哈雷总体规划(ISEK哈雷2016年总体规划)中概述的指导方针和目标。本文所选择的战略发展领域和各自的叙述(如图2和表2所示)是在迭代过程中开发的，详细描述如下。

我们首先假设哈雷市将在长期萎缩后继续增长。如上所述，收缩导致人口密度降低，住宅空置，房屋被拆除。因此，我们在不断缩小的城市中拥有更低的建筑密度和更多的开放空间(Haase等人，2014a)。哈雷总体规划的目标是可持续的再发展，再次考虑到更高的人口，因此，住宅区的建筑密度更高，同时保持环境质量，当一个地区正在重建时，环境质量会受到压力。

基于这些目标，并使用关于以前缩小和转变的城市的研究(Larondelle等人，2016年，Wolff等人，2017年，2018年)，我们提出了(1)城市致密化，(2)宽敞的住房，(3)绿色城市，(4)可食用城市的四个叙述，将这两个目标转化为土地利用替代方案。城市的高密度化和宽敞的住房允许更高的人口密度，并允许为新居民提供公寓，而绿色和可食用的城市允许保护环境质量(表2)。

基于表2，叙事被转换为数字和GIS规则来进行空间化(程序见图3，变化规则见表3)。通过这样做，图2中概述的叙事中列出的所有元素，例如，人口增长，根据总体规划的公告进一步土地利用变化的热点/冷点，以及基于莱比锡-哈雷地区当前租金发展的预期租金(哈雷地区租金指数，https://www.immowelt.de/immobilienpreise/halle-innenstadt/mietspiegel)，相对于当前的数据/值增加或减少。例如，当哈雷总体规划预见到一个战略发展区域的重新安置/密集化时，我们建造了新的房屋(t₁)在这个社区的空地上(t₀)，然后将住宅形态数据(表1)大致给出的单位数量与平均家庭规模相乘，填入该城市平均家庭规模的家庭。总体规划的重点是绿色发展，我们将现有的棕色/灰色土地(t₀)转变为公园(根据所使用的土地用途类型而定的绿地;t₁)．

土地利用新状态t₁(各自的叙述)是由”把叙述翻译成”if - then - else”查询' (Larondelle et al. 2016:634)，定义当前土地利用状态及其从t的变化₀t₁．初始状态(t₀)为2018年的土地使用情况(哥白尼;图4).使用”if - then - else”有条件的规则，每个叙述被翻译成土地利用地图(t₁)为六个策略发展区分别提供。图4显示了土地使用状态变化迭代的顺序方案。

除非在总体规划中特别提到，否则在土地利用变化情景中没有处理街道和铁路等线性结构(参见Larondelle et al. 2016年的方法)。现有的建筑空间在方案中没有改变，并被假设保持不变。根据哈雷总体规划制定的所有土地利用变化规则系统地列在表3中。

将这些规则应用于场景构建感兴趣的领域，矢量数据地图从QGIS导出为.csv文件，并在使用QGIS进行可视化之前在R和MS Excel中进行处理。处理包括对单个战略发展区应用规则之前和之后的土地用途类型的总结，以及所有发展区的总和。

生态系统服务潜力评估

为了评估哈勒市六个战略发展区四个发展叙述的环境影响，为每个土地利用类别选择了一组ES并进行量化。为了覆盖黑尔总体规划中提到的对黑尔居民有价值的生态系统服务，根据CICES，我们选择了一项文化服务(娱乐潜力;3.1.1.1类。与自然环境的物理和体验互动)，一种供应服务(当地食品生产潜力;1.1.1.1类。栽培陆生植物，包括真菌、藻类，为营养目的而种植)，以及适应气候变化，这将是Halle (Huang et al. 2015)、三种调节服务(空气冷却潜力、径流调节和防洪以及CO的关键beplay竞技₂缓解;2.2.1.1类。基线流量和极端事件的调节;类2.2.6.2。调节温度和湿度，包括通风和蒸腾)。为了计算具体的ES潜在值，我们遵循了Larondelle等人(2016)已经应用的经验和基于查查表的研究:(a)娱乐潜力(Kain等人，2016)，(b)当地粮食生产潜力(Kain等人，2016)，(c)空气冷却潜力(Schwarz等人，2011)，(d)径流调节和防洪潜力(Nuissl等人，2009)，以及(e) CO₂缓解潜力(Strohbach和Haase 2012, Larondelle和Haase 2013;表4)。我们应用的一些指标是二进制的，而另一些则是数值的。所有ES指标对于每个土地利用(状态)都有一个值，我们在表2中介绍了这个值。除了Kain et al.(2016)的研究外，所有其他ES研究都是在德国中部进行的，因此，这些研究获得的结果与Halle病例高度相关。除施瓦茨等人(2011)外，所有其他研究都使用了城市地图集土地利用/覆盖数据库，就像我们在自己的案例中所做的那样。Schwarz等人(2011)使用了可与城市地图集相比较的Corine土地覆盖(EEA);因此，土地使用状态类别可以更改为其他/替代类别。

在调水防汛方面，采用快速径流代理。在我们的概念中，快速径流等于不进入土壤相的地表径流。它不是指雨水/径流的传统灰色管道系统。根据Haase和Nuissl(2007)和Haase(2009)在Nuissl et al.(2009)中总结，在我们的案例中，快速径流包括完整的地表水流，包括密封和非密封表面。我们认为，绿色和非密封区域可以更快地从不透水表面去除径流，因为它们提供了直接位于灰色表面旁边的渗透表面(Haase 2009)。

对于我们引入的两个新的土地利用类别，城市花园和密集的城市地区，ES计算的值定义如下。对于花园，分配了Larondelle等人(2016)在鹿特丹研究中的园艺值。为了计算哈勒的粮食供应潜力，假设在肥沃的黄土土壤上(如哈勒所发现的)每公顷产量为24吨的有机种植。二氧化碳的碳池₂以15 tC/ha计算，地表辐射率为138.9，与现有的类”密集连续的城市肌理”城市地图集。在花园中，我们假定土壤是未密封的。在这些地区，粮食生产和娱乐活动都是可能的。相比之下，在新的密集的城市地区，空间是有限的，因此，既不可能生产当地的食品，也不可能有高质量的娱乐活动。因此，我们赋值为0。根据对西班牙巴塞罗那或奥地利维也纳等非常紧凑的城市的研究，在高密度地区，土壤密封性达到90% (Baró et al. 2016)，地表不透水性值在密集城市地区增加了约3%。求碳库和CO的近似值₂缓解能力方面，我们假设密集城区的土地利用等级与之相似”连续的城市肌理”Strohbach和Haase(2012)发现莱比锡地区的平均碳储量为4.2 tC/ha，标准差为2.1 tC/ha。土地利用类型”密集市区”很可能会有更少的树，如果是这样，由于缺乏阳光，狭窄和土壤贫瘠，树木会更小。因此，使用2.1 tC/ha的值，我们略微高估了CO₂这种新的城市土地利用类型的缓解潜力。

根据Kabisch等人的一篇综述(2015)和Kabisch等人的另一项欧洲研究(2016a, b)，可用的绿色空间被解释为娱乐空间。为了直接显示不同ES潜力之间的权衡和协同作用，我们使用了流行的蜘蛛图。这种类型的图表允许对所有ES和所有场景进行交叉比较，并捕获本质差异。为此，计算了每个情景下每个城市ES的面积加权平均值，并将其归一化到0到1之间。南部内城的例子表明，在与gbi相关的ES方面，潜在土地利用变化模式的结果将是多么相似或不同，以及再增长可能意味着什么。

结果

基于土地利用替代建模的结果，GIS地图为哈雷市在总体规划框架下的再增长提供了空间明确的社区发展路径的新见解。总体而言，在所有战略发展区域，相应土地用途的变化潜力在整个社区面积的8%至20%之间(表5)。这表明，哈雷作为一个以前不断缩小的城市，仍然为GBI的增加提供了相当大的空间，并使更多的绿色空间贯穿城市的不同部分，尽管空间配置非常异质，即斑块大小、形状、邻近土地用途和连通性程度。这个空间的潜力。因此，土地利用替代方案告诉我们，在不同产生ES的土地利用斑块(公园、花园、社区绿地)的整体变化潜力及其空间配置方面(就当地居民的可达性而言)，实现ES效益的潜力是不同的(参见图5地图中的绿色空间-住宅使用分布和距离)。哈雷-纽敦的土地变化潜力特别大，这是一个大型预制住宅小区，绿地数量相对较少。在这里，更大的绿色和园艺发展潜力主要分配在北部，与hale - newtown的其他地区相比，北部具有更高的收入和更稳固的社会条件。

与欧洲老工业化城市的典型情况一样(Larondelle et al. 2016, Scott et al. 2016)，大部分土地利用转型潜力都可以在城市内部的闲置工业和交通区域找到。如表6所示，整个变化潜力的近50%由棕地组成，棕地通常包括矩形或线性的大型连贯区域。当将城市棕地的土地使用类别添加到工业和交通用地时，我们得到了超过60%的土地变化潜力。不连续的城市结构是另一种具有变化潜力的土地利用状态。超过20%的潜在变化是以低密度住房使用为代价的。特别是，南部内城的棕地潜力最高(表6)。

对于南部内城的战略发展区域，一系列的六张地图提供了在一个面临(仍然)萎缩的残余和再增长特征的城市中可能和可以想象的变化的详细视图(图5)。这个例子表明，绿色和花园用途的变化占整个战略发展区域的约12%，这可能实现基本的ES潜力和相应的好处，如空气冷却、健康支持和积极的娱乐活动。在这种情况下实现了新的发展”市区”类型，密度限制任何绿化为零，并建立了一个强大的物理屏障，进入社区娱乐和生物多样性的垫脚石(图5，”城市致密化”)．绿色城市和可食用城市的场景都将包含密集的社区核心区，并允许来自四面八方的新的娱乐空间。

对于南部内城，使用蜘蛛图(见图6中的示例)来可视化所有战略发展区域的整体ES效益潜力:2018年的当前土地使用(城市地图集数据)，哈雷总体规划的2025年愿景，以及四种备选发展情景(图2，表2)。

绿色和可食用城市模型都显示了一个更平衡的蜘蛛图，其中包括重要的ES，如植被的空气冷却和CO₂缓解气候变化和城市热浪/干旱。beplay竞技蜘蛛还展示了通过树木植被和当地食物生产之间的气候调节(以碳固定为代表)之间的权衡₂固定作用不大。目前，在2025年的总体规划愿景中，或在城市高密度情景中，快速地表径流比可食用和绿色城市情景增加一倍，无法通过高度密封的土壤来调节快速径流。

总之，根据ES蜘蛛图，目前在德国和其他欧洲国家的许多城市议程上的城市密集方案是最不利的，因为它允许在内城增长和更多的公寓，就地面ES潜力而言。因此，这种情况抵消了人们从自然中获得的好处，因为物理基础设施。

碳减排

更仔细地观察本研究中量化的关键ES，我们观察到CO₂在该情景下，缓解潜力下降至约16吨”ISEK 2025”两个战略发展区，即北部和南部内城区，因为预计旧工业区的份额将用于建设。在城市高密度情景下(图7中的绿色柱状图)，碳的储存量甚至更少，但这种情景对住房压力的反应最灵敏。相比之下，绿色情景显示，由于GBI(带树木和草坪的公园)的实施，北部内城有机会将碳存储容量增加约9%，南部内城增加19%，预制哈雷-纽敦增加约15%(图7)。

然而，有一个战略发展领域Silberhöhe，在所有场景下，碳库都大幅减少，这主要导致了它目前的组织形式。在那里，树木种植园是在拆除许多街区后种植的，并将在所有场景中移除，包括绿色城市场景，因为游乐场和草坪/草地将被引入，使该地区成为对人们有吸引力的绿色空间。因此，在绿色城市情景下，该地区的碳储存损失将达到每年372吨碳(图7)。

娱乐

哈雷是一座绿地城市，人均休闲空间的空间异质性巨大。目前，内城区为每位居民提供小于10平方米、20平方米至30平方米的可用绿地，而Silberhöhe或Newtown等预制住宅提供30平方米至45平方米的可用绿地。由于持续的人口增长，人均绿地面积减少。根据总体规划，每个居民将在南城步行距离内拥有不到9平方米的公共绿地。在北部内城，这个数字下降到大约每人5平方米。城市密集化(城区情景)导致进一步下降(图8)。绿色城市和可食用城市情景在所有战略发展区域人均城市绿地增加约2-10平方米，这可能导致人均绿地数量比哈雷市中心高出6-7倍，甚至增加了现有绿地分配的不平等和各自绿地产生的效益。

当地菜园的粮食生产

在哈雷总体规划中，当地的粮食生产也被讨论为可持续再开发的一种选择。采用更严格的有机种植方法和原位腐殖质积累，每公顷产量可达50吨。基于该模型，结果显示两个战略发展区域潜力巨大，即南部内城和哈雷-纽敦，每个区域的容量为> 350吨。在可食用城市情景中，通过将潜在土地转化为城市花园，可以获得1560.7吨的新鲜水果和蔬菜总产量。

讨论

首先，这项研究展示了基于人口再增长假设的哈雷市总体规划将如何在2025年改变城市的土地利用构成。哈雷总体规划将再生作为城市的基本假设和未来愿景之一。本文中的土地使用替代方案是在假设人口增长的情况下建立的，因此，关键论文对再增长的理解是什么(Kabisch等人，2010年，Wolff等人，2016年，Wolff和Haase 2019年)。正如Larondelle等人(2016)的研究发现的那样，鹿特丹的高密度化潜力以及开放土地使用的转变是巨大的，而且不仅仅是在城市的外围地区。正如Wolff等人(2017)对莱比锡的研究发现，以及Nelle等人(2017)对许多东德城市的研究发现，收缩、减投资和相关人口损失加上外迁的路径依赖在城市的许多地方具有很大的变革潜力，这些地方提供了内城的绿化和大规模预制住宅的再城市化。

该研究进一步表明，空间转变潜力在城市中呈异质性分布，并能够出人意料地公平实施包括GBI在内的新土地用途，以提高更可持续发展的机会(Andersson等人，2019年)。例如，工业或交通运输棕地的转换在栖息地质量和绿色空间凝聚力方面有明显的剩余，如果它们被绿化，这对啄木鸟或山雀等城市鸟类来说是关键(Strohbach et al. 2009)。这项研究的一个相当新颖的发现是，单一和独立住宅地区将进一步失去人口，并提供过渡潜力。这与Kabisch等人(2019)的报告一致，也符合Wolff等人(2018)在欧洲其他地区的研究发现:自1990年统一后第一波城市废弃和单栋房屋首次入住以来，这些外围低密度住房区不断失去吸引力，不仅在东德。在一套基于规则的GIS模型中解决棕地和低密度住宅区的变化，使人们更加清楚地看到，像哈雷这样的新兴城市可以为许多新居民提供家园。然而，在无限制的人口增长和提供ES之间存在权衡。本研究的社区规模可以定量地解决这些权衡，通过报告数字，可以比较新居民分配的影响和ES供应的空间。

根据《欧盟城市议程》和《莱比锡宪章》，棕地是一种特别宝贵的不可再生土地资源;它们的再生提供了一个机会，可以减轻高密度城市的土地压力。棕地的再开发必须谨慎管理，以防止社会人口的权衡，从而促进士绅化或加强现有的不平等，例如通过创建私人绿地，使更广泛的公众无法进入(Rink et al. 2012)。

哈雷研究的一个特别结果是，第一次”密集的城市”2017年引入的土地利用类型(德国建设与环境部)被归属并实施。在所谓的”密集的城市”地区，我们假设热量和健康问题将根据我们模型中建筑密度的增加而增加，并与密度情景的其他报告结果一致(Kondo et al. 2018)。迄今为止，这种新的城市土地利用(密度)类型在一定程度上与城市可持续发展的要求相矛盾(Elmqvist et al. 2019, Wolff and Haase 2019)。密集的多层建筑防止阳光直射和雨水渗入，并减少室外空间。新型城区类型不利于应对气候变化挑战，因为没有GBI的高密度城市特别容易受到热浪或强降雨等极端天气事件beplay竞技的影响(Reckien et al. 2017)。这项研究表明，在内城地区，额外的高密度化不仅会对碳减排能力产生重大负面影响，而且最重要的是，对娱乐潜力的提供也会产生重大负面影响。

土地利用变化替代方案的比较揭示了一个有趣的和反直觉的结果，至少关于首选的或著名的范式”紧凑的城市”(如Nuissl等人2009年，Westerink等人2013年，Nilsson等人2014年所述)。在所有情况下，绿色和可食用城市情景的ES潜在价值远远超过所有其他叙述。我们指出，首先，就GBI驱动的ES效益潜力而言，紧凑型城市的首选模型没有充分配备GBI (Wolff and Haase 2019)。其次，无论是宽敞的住房还是城市密度叙事都报告了非常低的ES值。因此，尽管城市需要减少对自然的影响(Nuissl et al. 2009, McDonald et al. 2020)，但需要确保城市内部开放土地利用和建成土地利用之间的平衡。当考虑到可持续性的所有维度以及我们可以显示的人均绿地率的下降时，以牺牲自然绿色和生态系统为代价的城市压缩是不可持续的。第三，绿色和可食用城市叙事的高ES提供值揭示了GBI的多维效益，并允许我们假设(尽管尚未测试)，根据当地条件和背景，紧凑的绿色-可食用组合可以最大化ES的潜在效益。

本文参考了未来不同发展方案下ES的提供，包括小说的城市密集化叙事”市区”土地用途类型。这样做，这项研究阐明了这样一个事实，即在不同的ES之间存在协同作用和权衡，特别是在绿色城市和可食用城市这两种可持续叙事之间。尽管可食用城市有助于更可持续的食物供应，从而减少城市外的环境危害和城市足迹(Thornton 2020)，但花园土地不可能培育CO₂因为缺少树木来吸收和节约碳。从绿化社区到城市花园土地的转变意味着巨大的碳排放。因此，基于树木的GBI和城市园艺的推广在实施之前，需要在生态系统效应方面得到充分的体现。然而，在大多数作者研究的东德前萎缩城镇的总体规划中(例如莱比锡、开姆尼茨、格拉、马格德堡，列出了几个重要的城市;Zabel和Kwon 2021)，粮食生产和基于树的监管ES之间的协同作用和权衡都没有得到充分解决。因此，正如本研究所揭示的那样，规划很难意识到GBI的纯粹创造与提供不同ES的嵌入式高质量绿色空间的战略发展之间的区别。

继Andersson等人(2021年，在本专题中)之后，本研究中建模的ES潜力应被理解为实现土地利用替代方案提供的各自GBI效益的能力。开发的六种叙述提供了城市再增长对提供GBI效益的各种可能影响的差异化图景，还揭示了绿化如何平衡和加剧人均绿地可用性方面的现有不平等(如Kabisch和Haase 2013年以及Wolff和Haase 2019年，在欧洲范围内的许多城市中发现)。此外，根据我们的模型，人口的再增长和随之而来的建设/再致密化，特别是在城市内部，无法通过额外的绿色空间来补偿;因此，它们会导致(本已有限的)社会福利服务的丧失，特别是在娱乐服务方面。这些因素也将限制GBI对这些社区居民的公共健康和福祉的贡献(Westerink et al. 2013)。就热量而言，新研究表明，在所有建筑场景中，由于直接日照面积的减少和多层建筑遮阳面积的增加，空气冷却还可以从遮阳盈余中受益(Alavipanah等人，2018年，Park等人，2021年)。

应用的模型进一步允许对所描述的对不同社区(在我们的案例中，是哈雷的六个战略发展区)影响的变化进行空间区分。在考察社会主义时代建造的装配式大型住宅小区时，如Newtown或Silberhöhe，我们注意到前者萎缩和人口减少过程具有一定的路径依赖性(Wolff et al. 2017)。这些社区都是绿色的，现在已经提供了比最好的(绿色)土地使用替代方案可以为内城开发区创造的更高的人均绿地数量。除了提供经济适用的住房条件外，这种大量的绿色空间可以作为一种补充策略，以稳定这些以前不断萎缩的地区的人口数量(Grossmann and Haase 2016)。

模拟结果显示，绿化及花园用途的改变约占策略性发展总面积的12%，可提供基本的生态系统及相应的效益，例如空气冷却、健康支援及康乐活动。在这种情况下实现了新的发展”市区”类型，密度限制任何绿化为零，并建立一个强大的物理屏障进入社区娱乐和生物多样性的垫脚石。绿色城市和可食用城市方案都将包含密集的社区核心区，并允许来自四面八方的新的娱乐空间。

由于这一建模研究依赖于数据和经验知识，所使用的方法的不确定性和解释力需要进行讨论和批判性地重新审视。这项研究的主要目的是定量地将以前萎缩和现在重新增长的城市的土地利用愿景转化为GIS规则，从而实现变化检测映射。使用GIS非常适合这种基于规则的土地利用变化建模，因为数据可以快速而实际地获得(Ligtenberg等人，2001年，Barredo等人，2003年，Koomen等人，2008年，Lauf等人，2012a, b, 2014年，2016年柏林和莱比锡，Larondelle等人，2016年鹿特丹)。尽管更精确的空间数据总是有利的，但城市地图集- osm土地利用类别组合的分辨率是令人满意的，并且具有明显的优势，可以将研究转移到显示类似动态的其他欧洲城市(Haase等人，2013年，Wolff等人，2018年)。为了更详细地检查邻域分析，将需要更高的分辨率。

本文模拟了城市2025年愿景的潜在变化，因为中央规划文件，哈雷总体规划ISEK，没有提供关于如何实现和实施其目标的详细项目描述。本研究计算的土地用途替代方案可通过战略发展区内的详细规划或仅通过将发生的情况来测试其可复制性。最后，ES量化模型在其他案例研究中进行了开发和测试，尽管在邻近城市进行了实证测量，但无法对Halle案例进行验证。这一方面是一个明显的劣势和优势，因为研究可以在最小的预算内实现。

与经典的元胞自动机相比(Lauf et al. 2012a, b)，本研究中开发的基于规则的土地使用替代方案是指明确的土地使用斑块，在大多数情况下，这些斑块代表了主流土地使用的同质单位，并且在几乎所有情况下，要么是土地所有权，要么是土地管理类型。在Pontius等人(2011)突破性的概念研究之后，模型单元的这种非像素类型的空间圈定提供了一种限制土地变化建模过程中误差的方法。这里应用的土地使用替代方案包括一系列连贯故事中的不同观点，甚至是相互竞争的观点，这些观点被发现有足够的差异，以显示ES提供中的对比影响和权衡(McKenzie等人，2012年)。

结论

土地利用替代方案在如何确保GBI的可用性和功能性及其ES能力(换句话说，潜在流量)方面，为密度不断增加的居民提供了有趣而新颖的详细见解。我们表明，与紧凑型城市的范式(Westerink et al. 2013)一致，社区的压缩将以牺牲绿色空间为代价。这一发现进一步表明，新引入的”市区”土地使用类别不是内城导向的城市增长和移民的可持续答案。研究发现，重要的ES电位受到这类住宅区的基本特征(建筑密度、建筑物之间的距离)的约束。如果没有进一步的GBI措施，如绿色屋顶/墙壁或半透水表面，居民的福祉将受到负面影响，因为在家附近的娱乐将不可能。我们可以进一步指出，总体规划失败了，特别是在Silberhöhe战略发展区，而在南部内城，它对ES研究的大多数地区表现得相当好。

基于叙述的土地利用替代技术，应用在GIS中实现的土地利用变化规则，被发现是一种直观的城市发展愿景的方法。这种可视化可以被城市和社区规划者用于(a)开发新的和(b)向更广泛的公众和城市居民传播城市结构/土地利用的现有变化。基于叙事的土地使用替代方案有助于探索之前假设之外的可能未来，启动或加深对自然产生的土地使用和ES的系统理解(Thompson et al. 2020)，通过这种方式，创建的地图和数字都支持从收缩中再次提升的城市的长期规划。此外，提出的土地使用替代方案使某些土地使用组合被确定为提供服务的障碍，需要减少或绕过这些障碍，以实现更公平的gbi诱导的服务效益，这对城市民间社会的行为者来说是关键知识。

最后，在已经建成的空间中实施GBI作为基于自然的解决方案(sensu Nesshöver等人，2017年和Frantzeskaki等人，2019年)，使城市更宜居、更公平和更可持续的新型土地利用设计被证明是有效和直接的。系统地，空间明确的土地使用场景也被证明是一种适当的方式，可以将GBI为人们产生的ES效益效果可视化，并在哈雷未来的开放空间和社区规划中使用和实施。

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