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以下是引用这篇文章的既定格式:
皮尔,L.和I. S ?乌梅尔。2021.水敏感城市与生物多样性:高度城市化景观中雨水管理措施的生境服务。生态和社会26(2): 23。
https://doi.org/10.5751/ES-12386-260223
合成

水敏感城市与生物多样性:高度城市化景观中雨水管理措施的生境服务

1柏林生态技术学院Universität,2人-环境-系统综合研究所,Humboldt-Universität德国柏林

摘要

城市水资源管理人员面临诸多挑战,包括用于维护技术基础设施的有限自然资源、不断变化的人口和急剧的环境退化。尽管“水敏感城市”的愿景有助于开发更可持续的城市水系统的工具和战略,但它没有考虑到生物多样性的影响。因此,我们旨在确定重要的雨水管理措施(例如,池塘、沼泽、雨花园、绿色屋顶、绿色墙壁、透水路面)提供的生境或生境服务,并强调这些措施的具体设计和管理实践如何增强城市生物多样性。有证据表明,雨水管理措施提供了生境服务。然而,土木工程结构等措施的分类及其相关规则限制了优化设计和管理的生物多样性友好性的努力。提供增强的和更可持续的栖息地的主要因素是根据目标物种塑造设计和维护,并通过将雨水管理措施整合到城市蓝绿网络中来促进连接。我们发现,将雨水管理措施组合到现有建成区的战略实施可以使城市基础设施更多功能。“生物多样性友好型和水敏感型城市”意味着在建筑、社区和景观尺度上高效地整合城市规划中的生态设计措施。
关键词:蓝绿色城市;分散的水基础设施;低强度开发;雨水管理;可持续城市排水;城市生物多样性

介绍

今天,城市水资源管理者面临着许多挑战,包括城市化和环境退化的复杂需求,水资源部门广泛的组织和技术多样性,以及全球变化的不确定性(Maksimovic和Tejada-Guibert, 2005年)。然而,目前的水基础设施和管理实践主要是在上个世纪建立的,而且对变化具有抵抗力(Brown and farely 2009, 2010年4月)。尽管越来越多的人意识到需要对可持续和适应性城市水管理的长期解决方案进行战略投资,但水基础设施系统的制度惯性很高,可持续城市水管理仅限于少数示范项目(Brown and Farrelly 2009, Russo et al. 2014)。为了未来的城市,需要从传统的水管理转向更可持续的概念(Lienert et al. 2006)。

目前,集中式基础设施解决了城市径流问题的症状,如容易发生洪水的热岛、河岸侵蚀和水质差,而不是解决根本原因。相比之下,分散的基础设施可以通过整合雨水管理(RWM)措施来应对,这些措施有利于城市尺度上的局部渗水,允许更多陆地植被,更好地调节当地气候,提供清洁的水,并减少洪水事件。这些措施也代表了一种较低成本的替代方案,即涉及建设重要排水系统的集中式系统(Montalto et al. 2013)。许多新的城市水框架已经出现(Brown et al. 2008;(见图1,第1 - 6阶段)源自“水循环城市”方法,其目的是:(1)从传统的大型系统的集中水管理和自上而下的治理模式,转变为基于多级治理的小型系统的分散水管理,(2)关闭涉及雨水、污水和灰水处理的水和能源循环,对水质进行特定的调整以适应适当的用途。其中两种方法是“水敏感城市”和“蓝绿色城市”。

水敏感型城市的方法扩展了水循环城市的方法,包括关于环境修复和保护、供应安全、洪水控制、公共卫生、舒适、宜居性和经济可持续性的水-社会契约的规范性价值(Brown et al. 2008)。治理和立法是变革的主要驱动力,这一方法的愿景被定义为一个专注于水治理的过渡框架,允许评估城市的水管理过渡到更可持续的状态。然而,该方法不包括生物多样性目标。

蓝绿城市方法(其中“蓝”和“绿”并行发展)整合了蓝色和绿色城市基础设施,以获得多种效益,包括一些生物多样性目标(例如,Lundy和Wade 2011年,Rozos等人2013年,Lawson等人2014年,Fenner 2017年)。然而,与对水敏感的城市不同,这种方法没有明确解决城市水管理的治理或社会经济层面,尽管包括了一些文化生态系统服务(例如,公共设施或旅游)。主要关注的是城市绿地中的雨水滞留、渗透或气候调节(De Vleeschauwer等人,2014年),使用城市RWM措施,如洼地、池塘、绿色屋顶或绿色立面(Oberndorfer等人,2007年,Ahiablame等人,2012年,Voskamp和Van De Ven 2015年)。尽管这些方法认识到城市水基础设施对生物多样性和物种保护目标的贡献,但仍缺乏对栖息地提供的更深入的洞察(Lundy和Wade 2011, Williams等人2014),特别是在量化它们对生物多样性的好处方面(Fenner 2017)。

为此,我们在此扩展了“生物多样性友好型”和水敏感型城市(图1,阶段九)的现有概念,将生物多样性目标和栖息地提供(“栖息地服务”;Kumar 2010),具体解决蓝绿城市方法中缺乏的治理和社会经济方面的问题。这种生态设计原则的使用是水基础设施重新概念化的一个关键策略(例如,减少工程结构组件,发展适应性非永久性设计,结合和仿生自然方法,增强栖息地多样性;看到Apul 2010)。我们关注RWM措施,这是基于自然的、具有成本效益的解决方案,同时提供环境、社会和经济效益,并帮助城市地区建立复原力(欧洲委员会2016年),特别是与城市生物多样性直接相关的措施,如沼泽、池塘、雨花园、绿色屋顶、绿色墙壁和透水人行道。在这里,我们使用RWM措施而不是雨水管理措施,以包括与降雨事件强度无关的所有类型的径流水,并避免类似术语之间的混淆,如可持续城市排水系统、水敏感城市设计和低影响发展,因为它们的范围和背景不同。

城市绿地在生物多样性保护和恢复方面的潜力主要被考虑为中型和大型绿地,如城市公园和森林、棕地和花园(例如,Goddard et al. 2010, Kowarik 2011)。尽管这些绿色空间的规模、连通性和异质性的作用已被审查,并与保护管理联系起来(Aronson等人,2017年,Lepczyk等人,2017年),但被设计为技术性城市基础设施的小型人工生态系统的栖息地服务,如绿色屋顶和墙壁,尚未得到解决(Garrard等人,2018年)。因此,我们的目标是:(1)综述城市RWM措施(即沼泽、池塘、雨花园、绿色屋顶、绿墙、透水路面)的生境服务,以确定城市RWM措施的生物多样性效应和知识缺口;(2)阐明提高可持续城市水管理生物多样性友好性的管理方法;(3)基于RWM措施的战略实施,讨论实现生物多样性友好型和水敏感型城市的步骤。

方法

我们根据PRISMA指南(Shamseer等人,2015年)对Science网站上索引的所有关于城市RWM措施的英文科学文章进行了质性审查,使用的关键词包括栖息地服务和RWM措施(附录1)。Science网站上的高级关键词搜索(上次更新于2018年3月)在主题或标题栏中发现了830篇与城市RWM措施相关的参考文献,其中超过一半(453篇)发表于2011年之后。对结果进行过滤,排除与我们的研究无关的技术方面的论文,结果有300篇文章来自“生态学”和“生物多样性保护”。然后,我们筛选其余文章的标题和摘要,剔除那些与我们的主题无关的文章。如有疑问,我们保留了这篇文章。随后,我们删除了无法访问全文版本的文章,并请求获取最相关的文章。最后,我们对剩下的文章进行了全文回顾。整个过程由两名审稿人独立进行,然后他们共同报告了一个综合(表1)。

仅发现140篇论文直接涉及生境服务或城市RWM措施的生物多样性。我们进一步纳入了通过交叉参考找到的学术书籍和其他灰色文献,并考虑了对其他城市绿色元素(如公园、花园)的研究,这些研究表明了街道景观中类似元素的生境服务或生物多样性效应。此外,我们总结了促进生物多样性的管理方法(表1)。

结果

我们综合了对由RWM措施提供的栖息地服务的当前知识综述的结果,包括增强生物多样性的驱动因素和压力(表1)。尽管对池塘和绿色屋顶的研究已经产生了大量的文献(分别占RWM措施全面筛选的出版物的51%和33%),但全球一直缺乏关于栖息地服务的其他城市RWM措施的研究(表1,附录1)。

绿化城墙和屋顶

绿色屋顶和墙壁的潜力,也被称为绿色外墙或活屋顶或墙,是观赏和园艺实践的结果,已被频繁描述(评论,见Francis和Lorimer 2011;屋顶:Oberndorfer et al. 2007, Madre et al. 2014, Thuring and Grant 2016, Van Mechelen et al. 2015一个,Blank et al. 2017;墙壁:弗朗西斯2011年)。对几个城市建筑附属植被和一些相关生态系统服务(例如,降温效应)的潜力的分析显示,尽管根据建筑结构和静力学,至少三分之一的屋顶和墙面可以被绿化包围(Köhler 2006, Francis和Lorimer 2011, Bates等人2013,Nagase和Nomura 2014, Ansel等人2016),但许多建筑的结构可能不允许建立屋顶花园。

绿色屋顶为物种(即旱地和原始植物物种)提供了恶劣的栖息地;Dunnett等人2008年,MacIvor等人2011年,Lundholm等人2014年,Brown和Lundholm 2015年,Catalano等人2016年),它们可以应对明显的极端温度、低含水量和低营养可用性(Francis和Lorimer 2011年,Francis和Chadwick 2013年,Thuring和Grant 2016年,Catalano等人2016年)。与其他RWM措施一样,混合种子的目标是相互冲突的,例如,工程所需的快速填充植被冠层与偏好非优势物种以增强物种多样性相冲突(Lundholm et al. 2014)。除了通过标准化安装播种或种植的有限植物种类外,物种组成在多年间也有变化(Köhler 2006, Köhler和Poll 2010, Catalano et al. 2016)。然而,绿色屋顶也可以被本地物种殖民(Madre et al. 2014, Yalcinalp et al. 2017)。与分散有限的物种相比,无风杂食或动物杂食的物种更有可能自发地在这样的屋顶或墙壁上定居(Dunnett et al. 2008;弗朗西斯2011)。屋顶和(在较小程度上)墙壁也为arthropod群落(Blank et al. 2017)提供了栖息地,如蜘蛛(Köhler and Schmidt 1997, Brenneisen 2006, MacIvor and Ksiazek 2015, Braaker et al. 2017), collembolans (Schrader and Böning 2006, Davies et al. 2008, Schindler et al. 2011, MacIvor and Lundholm 2011, Rumble and Gange 2013, MacIvor and Ksiazek 2015),昆虫,如蜜蜂、马甲、象鼻虫、蝉、蚜虫、蚂蚁、飞蛾、蝴蝶、肉蝇、瓶蝇,蚱蜢(Tonietto等人2011,Ksiazek等人2012,Madre等人2013,Braaker等人2014,2017,Williams等人2014,MacIvor和Ksiazek 2015),蝙蝠(Pearce和Walters 2012),鸟类(Baumann 2006, Brenneisen 2006, Fernandez-Canero和Gonzales-Redondo 2010, Lundholm等人2010,Francis 2011, Chiquet等人2013,Williams等人2014,Thuring和Grant 2016)。然而,尽管绿色屋顶的实施在城市生物多样性战略中经常被提及(例如,悉尼城市2012,巴塞罗那Ajuntament de Barcelona 2013, Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt 2014),但它们对稀有物种的保护价值却鲜有文献记载(Williams et al. 2014)。

有一些关于绿墙的研究,主要集中在这些垂直绿化系统的技术方面。虽然这种措施通常使用一些观赏物种(例如,葡萄,海德拉,孤雌水仙,铁线莲,紫藤),无植被的壁面可以被原始物种自发地殖民(Francis 2011),因为它们是周围物种组成的代表,可以作为“生态系统指标”(Jim and Chen 2010)。墙壁提供了三种不同的居住类型:立面或墙壁的顶部、中间和底部(Francis和Chadwick 2013年)。在人口密集的城市,由于动物出没减少和潜在的低风,墙体的殖民是有限的(Qiu et al. 2016)。

通过池塘、洼地、雨花园或可渗透的路面使水保持在城市中

池塘提供了复杂的水生栖息地,并拥有广泛的物种,包括两栖动物(Holzer 2014, O 'Brien 2015, Holtmann et al. 2017)、鱼类、水鸟、软体动物和昆虫等大型无脊椎动物(Chester和Robson 2013, Hassall和Anderson 2015, Hill et al. 2017, Thornhill et al. 2017)和浮游动物,如枝甲类和轮虫(Mimouni et al. 2015)。城市池塘的水生和半水生栖息地结构在很大程度上因城市水文而消失、破碎和孤立(Briers 2014),也受到多重污染风险的威胁(Hassall and Anderson 2015)。由于临时池塘特别容易受到土壤排水和污染的影响,与其他小水体相比,它们受到的威胁特别大(Nicolet et al. 2004)。尽管水生动物的物种丰富度受到城市化进程的负面影响(Hamer和McDonnell 2008),但取决于设计和城市环境,与自然湿地相比,雨水池塘包含类似水平的生物多样性和大型无脊椎动物群落结构(Vermonden et al. 2009, Hassall和Anderson 2015,但参见Noble和Hassall 2015),城市池塘为水生或半水生物种提供栖息地(Oertli et al. 2002, Vermonden et al. 2009,Hill等人。2017)和具有水生生命周期阶段的物种(Thornhill 2012)。同时,池塘构成了入侵物种发展的有利环境(Shochat et al. 2010, Hill et al. 2017),但这种不受欢迎的水生入侵,尤其是发生在营养丰富、植被覆盖高的水体中,可以通过适当的管理来缓解(Bryant and Papas 2007, Vermonden et al. 2009, Hamer and Parris 2011)。

现有的为数不多的研究证明了沼泽和雨花园通过为动植物提供栖息地在生物多样性保护方面的潜力(Kazemi et al. 2009)a、b2011)。然而,由于沼泽是土木工程结构,必须适当地渗透一定量的水,其高度规范的设计和维护标准抑制了自发物种的建立。

尽管关于透水路面对生物多样性影响的研究很少,但这种RWM措施可以通过连接生物多样性的斑块来支持小型野生动物和种子的传播(Säumel et al. 2016)。

讨论

据我们所知,这是第一项明确关注广泛的现有RWM措施对生物多样性的影响并确定加强生物多样性的方法的研究。我们发现,由于工程师倾向于分析这些措施的功能,研究主要由水过滤效率、冷却效果和污染物去除等参数主导。相比之下,关注生物多样性影响的研究很少,除了池塘、湿地、河流(例如,Céréghino等人,2014)和绿色屋顶(例如,Oberndorfer等人,2007,Thuring和Grant 2016)。RWM措施提供了广泛的野生动物栖息地(Oberndorfer et al. 2007, Francis and Lorimer 2011, Lundy and Wade 2011, van Leeuwen et al. 2012, Williams et al. 2014, Thuring and Grant 2016, Hill et al. 2017;表1),以及遵循生态设计原则的RWM措施减少了对生物多样性的影响,并支持当地野生动物社区(Ignatieva和Ahrné 2013, Ruddick, 2016)。与传统土木工程结构相比,生态设计的RWM措施代表了与物种保护相关的新型生态系统(Hobbs等人,2006年),帮助物种适应高密度城市化导致的严重栖息地变化(Kowarik 2011年,Chester和Robson 2013年,Williams等人,2014年,Ikin等人,2015年,Van Mechelen等人,2015年)一个,Lepczyk等人。2017)。我们的综述提供的证据表明,除了城市绿地的数量外,栖息地质量和绿色和蓝色基础设施的生物多样性友好型设计(包括城市RWM措施)也增强了城市景观的多功能。因此,生物多样性是城市水管理可持续性的一个关键指标(van Leeuwen et al. 2012),应纳入监测方案。

RWM措施作为土木工程结构的分类,以及由此产生的相关规则,限制了优化其设计和管理的生物多样性友好性的努力。通过在不同部门专家之间的知识交流基础上制定法规,生物多样性友好型干预措施可以增加城市RWM措施的多功能性。这些措施需要被视为城市基础设施的组成部分,而不仅仅是管理雨水的技术手段。

通过规划和设计塑造生物多样性

城市水体往往是渠化的,远离自然河岸动力学。由于目前正在根据欧洲水框架对小规模干预措施进行改造和重新调整,它们有可能为物种提供栖息地。除了高度改良的城市水体的恢复,RWM措施设计的优化是通过为目标物种创造栖息地来促进生物多样性的一个重要工具(Savard等,2000年,Palmer等,2004年,Kazemi等,2009年)a、b)和改善生态系统服务的整体提供(Ahiablame et al. 2012, Ikin et al. 2015, Lundholm and Williams 2015)。虽然城市试点项目考虑到孕产妇管理措施,但这些措施的重要性仍然被低估,这些措施的扩大和纳入主流是缓慢和有限的。

我们的研究发现,池塘可以影响更大的规模,并为广泛的物种提供栖息地(Nicolet et al. 2004, Hamer and McDonnell 2008, Vermonden et al. 2009, Thornhill 2012, Apinda Legnouo et al. 2014, Chester and Robson 2013, Briers 2014, Jeanmougin et al. 2014, Hassall and Anderson 2015, Hill et al. 2017),而花园池塘、雨水花园和绿墙的影响仍停留在花园地块水平(Kazemi et al. 2009b,弗朗西斯2011,切斯特和罗布森2013,希尔和伍德2014)。由于斑块的大小、栖息地的质量以及绿色墙壁和屋顶的频繁实施是减少隔离效应的关键因素(Mayrand和Clergeau 2018年),通过考虑周围土地使用类型和邻近绿地的物种组成的有效整合,可在城市基质中优化RWM措施对蓝绿基础设施的贡献。目标区域的识别在RWM措施的规划中是至关重要的,而诸如“连接积分指数”(Pascual-Hortal和Sauroa 2006)等工具被发现在量化与其他绿色空间交互的能力方面是有用的(Fenner 2017)。分散系统与景观环境密切相关;由于RWM措施需要广泛的参与者参与,以在城市景观中实现良好的整合,当地业主的参与对其有效实施至关重要。为了优化城市矩阵内的整体连接,这些措施实施的主流化和组合应该在景观尺度上进行规划。因此,城市当局需要确定在蓝绿网络内实施生物多样性友好型RWM措施的目标区(图2和图3)。

我们发现,建筑限制和法规往往对RWM措施的设计和安装构成障碍,如现有建筑的绿色屋顶(Mayrand和Clergeau 2018), RWM措施规划通常由技术工程师使用标准设计和种子混合物(例如,平均少于10种的沼泽)来实现。例如,柏林沼泽标准包含60个不同的规则,但只有一个有限的绿化标准(BWB 2012)。设计决策主要由管理雨水的主要功能决定,部分是出于美学考虑,很少考虑生物多样性目标。RWM措施设计需要适应目标物种的生命周期,例如,为产卵、晒太阳或冬季场地提供合适的地点(Hauck and Weisser 2015, Hill等人2017,Lepczyk等人2017)。多项研究发现,生态系统服务与测度的功能多样性呈正相关(Nelson et al. 2009, Van Mechelen et al. 2015b).此外,植物群落多样性和功能性状组成对生态系统服务的提供很重要(Lavorel 2013),通过优化设计,使物种组成、植物结构和基质类型多样化,并整合枯木或石头等其他材料,可以显著增强功能多样性(见表1中对每种RWM测量方法总结的关键做法)。虽然不同类型的措施的组合非常有利于生物多样性,但用更复杂的结构保持统一的生态条件是至关重要的,因为它们使物种得以扩散,特别是通过绿色屋顶和墙壁,它们通常相互联系,但提供的条件太不相同,无法对城市野生动物完全有利(Mayrand和Clergeau, 2018年)。

通过干预塑造生物多样性

RWM措施的维护成本较低,而割草或插入枯木或不同的土壤基质等具体干预措施可以极大地促进生物多样性。由于植物群落随着时间的推移会发生变化,可能会与最初的种植非常不同,我们还应该考虑长期影响(例如,Catalano et al. 2016)。由于许多原先不存在的动植物物种可以随着时间的推移以可持续的方式建立,因此考虑后来的演替生境对于维持RWM措施的生物多样性增强效果至关重要。然而,为了确保RWM措施的功能,一些轨迹,如木本物种的合并可能会受到限制;例如,在最初几年的紧张时期,为保持新建绿色屋顶的有利条件而采取的干预措施,可以加强常年招聘,有利于长期覆盖(Walker和Lundholm 2018年)。

对生态系统施加干扰(例如,控制水体的水周期,修剪植被)会影响生态系统的结构和功能(Hobbs和Huenneke 1992年),因此,可以通过减少不需要的物种(例如,绿色屋顶上的木本物种,通过增加目标物种的数量和种类(Hamer和McDonnell 2008, Vermonden等人2009,Chester和Robson 2013, Roy等人2014,Hill等人2017,Miller等人2017)。在某些情况下,干预措施有助于防止湿地和池塘成为某些物种的生态陷阱(Sievers等人,2018年),因此建议对所有干预措施的生物多样性影响进行长期监测(表1)。

干预措施还可能导致对生物多样性或对RWM措施的看法产生不必要的影响。例如,Jurczak等人(2018年)表明,恢复荫凉的城市池塘会产生日落(Leucaspius delineatus)迁徙,导致水蚤物种的灭绝。修剪制度的减少也常常使植被显得凌乱,这可能会给市民带来负面影响(Mathey et al. 2015),这是公众接受的障碍。让当地居民参与到维护和干预中来,有助于促进人们对这种绿色空间的接受。

结合人类活动和生物多样性友好性

RWM措施的规划和实施需要考虑社会-生态角度。结合人类活动和生物多样性友好性,可以重新配置城市化景观,为生物多样性保护留下更多空间,而不限制人类对这些空间的利用(Francis和Chadwick 2013年)。城市绿地已经支持生物多样性友好型人类活动,RWM措施是在不影响社会利用的前提下确保生态系统服务和自然保护的现实选择。将这些目标应用到RWM措施中是解决人类活动造成的大规模栖息地丧失的关键管理工具,特别是在城市中,恢复和保护解决方案很难(如果不是不可能的话)实施(Francis和Chadwick 2013年)。

与恢复或保护行动不同,人类活动和生物多样性友好性的结合可以在更大的尺度上改造现有建成区,不需要以前的状态或未受影响的生物多样性模板来进行客观定义和评估。然而,与传统的保护或修复措施相比,这类干预措施的效果往往有限。尽管RWM措施最有可能增强人们每天在城市户外可以体验到的“普通”生物多样性,但恢复行动可以通过池塘等措施实现,并在更多受威胁物种的生物多样性保护方面提供更好的结果(Hassal和Anderson 2015年)。RWM措施提供了多种生境类型,并扩展了城市环境中的蓝色和绿色网络(Francis和Lorimer 2011年,Ignatieva等人2011年,Francis和Chadwick 2013年,Kim等人2017年)。我们的研究发现,局部尺度的行动对更大尺度的元种群有影响(Francis和Chadwick 2013)。例如,由于它们有能力为大量物种提供栖息地或食物,一些关键物种对各自的生态系统产生强大的影响,而不受其数量或大小的影响(Mills等,1993年)。在建立RWM措施和其他蓝绿色基础设施时,应考虑这些物种(Francis和Chadwick 2013年)。

我们的研究发现,在建筑密集地区实施RWM措施需要解决一些问题,如不破坏建筑(例如,在绿墙上爬树的物种)。然而,最大的挑战是市民的接受度,因为RWM措施也可能导致讨厌的东西(Hoang和Fenner 2016),包括蚊子等昆虫,这在城市环境中是不受欢迎的(Francis 2011, Mackintosh和Davis 2013)。此外,与美学上保存完好的植被相比,野生植被通常被视为负面的,后者被认为提供健康的生态系统服务(Dobbie and Green 2013;但可以看到路边植被自发生长的对比证据,Weber et al. 2014)。由于公众参与对城市生物多样性保护至关重要,如果社区意识到他们所提供的服务,他们更有可能支持绿色干预措施(Hassal和Anderson 2015),将人类活动与生物多样性友好性结合起来是一个关键策略,因为它促进了积极的人类与自然的互动。此外,与当地利益攸关方的伙伴关系已被证明可以增强分散系统的经济方面,包括绿色方法,与拘留池等集中系统相比,这种方法具有成本竞争力(Montalto等人,2007年)。

雨水管理措施对生物多样性的影响、障碍和知识缺口

尽管有越来越多的文献,但RWM措施的多功能性仍未得到充分利用,只考虑了其水管理的主要功能,而且只考虑了其附加效益(Fenner 2017)。现有的关于其他好处的研究,特别是支持生物多样性的研究,都是基于短期研究。尽管文献中多次提到需要进行长期实验来验证和精确评估RWM措施的保护价值(如Chester和Robson 2013, Roy等人2014,Williams等人2014,Thuring和Grant 2016, Blank等人2017),但对不同生态系统服务(如水处理功能、栖息地服务、文化服务)之间的相互作用以及这些服务的量化知之甚少。尽管许多相对容易衡量的指标已经被用于评估城市化对生物多样性的影响,如植被覆盖和本地和外来物种的比例,但它们只是代理,不足以衡量生物多样性的结果(Lenth et al. 2006, Garrard et al. 2018)。此外,人们对RWM措施的有效性知之甚少;更好的量化将有助于克服城市开发商缺乏信心的问题。据报道,缺乏示范项目也是RWM措施主流化的障碍(Kuller等人,2017年)。有趣的是,尽管RWM措施已经在城市中实施了几十年,但它们仍然被视为新的解决方案(例如,在英国,见Fenner 2017)。更广泛地使用RWM措施将需要系统的监测和评价,以证明其效益。

目前缺乏监测法规说明全球缺乏有效的立法和治理来实施RWM措施,更普遍地说,缺乏有利于生物多样性的基础设施。作为城市景观要素的RWM措施及其在生态系统服务方面的多重功能之间的复杂相互关系需要明确地转化为各级当局(例如,从地方到国际机构;Aronson等。2017,Fenner 2017, Kim等。2017)。明确的多尺度分析将减少战略实施适应当地环境(如环境、气候、社会认知、行政或资源)的多功能措施的障碍。利益攸关方多方参与和利益攸关方之间的顺畅合作对于设计、实施和维护生物多样性友好型和水敏感型城市至关重要。利益攸关方之间的知识差异可以通过更好地分享知识和发展共同理解来解决。因为公民对这种城市生态系统的认知是有限的(Hassall 2014, McGoff et al. 2013),教育手段可以帮助提高对RWM措施的多重好处的认识,并促进接受(Goddard et al. 2010, Ikin et al. 2015)。

多功能和多尺度RWM措施的有效性取决于实施过程,需要将其整合到现有景观和城市规划中,以适应特定区域的设计、措施组合和连接。因为不是所有的服务都可以由一个度量标准提供,所以有必要对所需的功能和好处进行优先排序。可以调整相关实施的不同步骤,以适应当地利益攸关方确定的不同目标(例如,提高景观质量,缓解城市热岛),并可以考虑改善生物多样性。

在KURAS项目中(Konzepte für Urbane Regenwasserbewirtschaftung und Abwassersysteme)http://www.kuras-projekt.de/),首先确定目标区域(图2),并在参与式模拟游戏中选择并模拟柏林两个街区的RWM措施,从建筑到街区到集水层(图3)。评估现状的关键评估、RWM措施实施的可行性和模拟影响,并与当地利益相关者进行讨论,以实现知情决策。这一过程实现了从景观到建筑规模的RWM措施的协调和有效规划,以及不同利益相关方之间的有效合作和协调。此外,一系列参与者(包括建筑和住宅绿地所有者)开发了分散措施的非标准化设计,确保了措施的类型和设计的多样性,从而放大了它们的生态权重。

结论

这座生物多样性友好型和水敏感型城市的愿景提出了一个分散的系统,这在几十年来关于未来城市的辩论中一直很受欢迎。然而,它在提高城市整体韧性方面的效率还有待实践证明。对分散系统的制度障碍(Brown and Farrelly 2009),更具体地说,对生态设计实施的制度障碍主要是立法和利益相关者的组织能力。目前缺乏对不同生态设计有效性的研究,限制了将现有科学知识纳入知情决策的主流,只有少数最佳做法的例子除外。为了克服这些障碍并促进对生物多样性友好的RWM措施,需要在不同规模的规划中整合生态设计,并且需要所有行为体之间强有力的伙伴关系。在RWM措施的设计、实施和管理方面的多个利益攸关方之间的跨学科合作,包括公共和私营伙伴,也有可能提高公民对城市地区可持续用水的认识。

由于经济和环境影响,基础设施投资和更换将是一个使用混合技术的渐进过程(Sapkota et al. 2016)。通过节水和水的再利用,以及通过实施城市水资源管理措施(例如,Brown等人,2006年,Dietz 2007年,Ahiablame等人,2012年,Conte等人,2012年),向可持续城市水管理迈出了第一步,主要是在水基础设施成本低的部门,在新建筑或新社区。为了发展未来的可持续城市,通过城市重组在现有社区中实施RWM措施需要扩展到现有的少数例子。

综上所述,我们的综述强调了在建筑层面提高单一RWM措施的生境质量的必要性,以及在整个城市尺度上将这些措施整合到不同社区的生态网络规划中的必要性。由于生物多样性友好型城市RWM措施有可能最大化斑块和走廊的大小,增加它们的数量和密度将改善城市绿色基础设施的栖息地质量。为加强区域互联互通,应优先在走廊地区实施。这些措施的整合将带来许多环境、生态、社会文化和经济效益,如美学和娱乐价值、食物供应、微气候调节和节能,从而实现水敏感和生物多样性友好型城市的愿景,这是基于基础设施的多功能,提供尽可能多的生态系统服务。

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作者的贡献

研究概念化:I.S.;研究的实施和改编:L.P.和I.S.;方法设计与验证:L.P.和I.S.;草稿写作:l.p., I.S.;审查和编辑:L.P.和I.S.;可视化:L.P.和I.S.;监督,资金获取,项目管理:I.S.

致谢

我们感谢联邦教育和研究部(für Bildung und Forschung)提供的资金(033W013A-P)以及参与KURAS项目(https://www.kuras-projekt.de)进行富有成效的讨论。我们感谢匿名审稿人对手稿早期版本的有益评论,感谢Amal Chaterjee提高我们的英语水平。

数据可用性

所有相关数据载于附录。

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人-环境-系统转化综合研究所
大学�t祖茂堂柏林
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10117年,德国柏林
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