运用生态学理论指导城市绿化设计外文翻译资料

 2022-03-27 07:03

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新兴的景观

运用生态学理论指导城市绿化设计

适应气候变化策略

MaryCarol Hunter

摘要：全球气候变化威胁着城市生态结构和城市生态社区的功能，包括公共和私人园林，为此制定了适应策略，以适应气候变化下城市绿地设计的挑战。该策略提供了一个协议，以增加植物恢复力为重点的种植设计，而不是将特定的植物物种与气候变化的具体预测相匹配。适应策略的开始是对可塑性、功能冗余、响应多样性和结构多样性的生态学标准评估局部合适的植物物种。然后在生态价值和审美目标的范围内加上植物调色板、文化和经济考虑。在集体应用的策略中，较小规模的整个城市景观具有保护和扩大自然走廊的作用，扩大了适应气候变化的自然走廊，并提供一个低成本的辅助移植。如何应用适应策略的例子表明，该方法不需要特定去评价或者测量，并且不需要大量培训或额外的消费。在生物多样性保护，社会影响，考察城市生态系统过程的“设计”实验的机会以及现有的气候变化模式预测方面，讨论了策略的好处和可控挑战。

关键词：气候变化适应，城市园林设计，生物多样性保护，生态恢复，转型研究，栖息地连通性，生态城市化，城市绿化空间，适应性设计，景观设计。

简介：生态系统水平的气候变化的后果现在有据可查的。城市内部的可测量影响包括平均气温逐渐升高，温度和降水的极端恶化，这两者都促进季节变化（Hamlet,等.IPCC,2007.）。除了城市环境，气候变化与植物和动物物候变化有关（Parmesan, Yohe.2003; Visser, Both,等.2005; Wilson,等.2007.）和植物和动物的地理分布有关（Iverson, Prasad.1998; Parmesan.2006 ; Walther,等.2009.）。比较1990年和2006年的美国植物抗寒区地理位置时，发生的影响是显而易见的（图1）。例如，在密歇根的东南部冬季的温度最低点上升了5.5°C，其抗寒指定区域在15年期间将其从5b区的强度指数改为6a。这意味着，1990年不能存活于俄亥俄南部/肯塔基北部更远的的区域的植物，现在可以生存在冬季寒冷的密歇根南部。除了对个体物种的影响之外，生物体之间对气候变化的差异反应可能会破坏社区互动网络，如捕食和授粉，生态系统健康的关键组成部分（Brooker,等.2007; Gilman,等.2010.）。

生态系统提供服务的能力从人类需求的角度定义了他们的“健康”（ Rapport.1998）。健康的生态系统功能取决于物种和它们的非生物环境之间的相互作用，可能受到气候变化不可预测的影响（Parmesan.2006）的影响。因此，有人呼吁制定缓解不确定性生态系统的适应策略（Blanco,等.2009; Pielke,1998）。在这个意义上的适应是指“调整个人、集团和机构行为，降低社会对气候变化脆弱性，从而减轻其影响”（Pielke.1998，159）。

越来越多的研究人员和城市规划设计专业从业者正在确定和应用更好的保护城市生态系统服务的方法（Baschak,Brown.1995; Botequilha-Leitacirc;o,Ahern.2002; Colding,2007;李,等.2005; Lovell, Johnston.2009; Musacchio.2009;Tratalos,等.2007; zhan,deng.2007）。园林和绿地管理提供了创造城市生态系统结构、功能和服务的城市栖息地的机会。种植设计在雨水管理、生物多样性保护和人类健康方面发挥着重要作用（Horwitz,Lindsay,O#39;Connor.2001）。从前院到城市公园的任何规模的绿色空间种植设计，支持人类的福祉，减少热岛效应，为野生动物提供庇护，需要长期生存的植物、动物和有益微生物（Pickett,Cadenasso .2008）。

在城市环境中，种植和园艺设计师已开始认识到，植物选择方案必须修改，以适应全球变暖和日益不可预测的天气（Dehnen-Schmutz,等.2010;Marris,2007；Primack ,Miller-Rushing.2009 ;Wolfe,2004）。然而，大多数适应策略都侧重于海平面上升，热岛效应，对健康的影响和水处理的城市规划解决方案（Blanco,等.2009年）。关于城市植物群落适应全球气候变化的指导依然有限。大多数努力集中在协助森林景观中树木迁移的方法（Aitken,等.2008）。对于城市植物群落，（Hunter.2008）提出了一种管理植物选择审美方面的适应性策略，以维护不断变化的生态环境中的地域感。本文建立在这些观点的基础之上，并提出了来自气候变化影响缓冲城市植物群落的适应性策略的方法和实例。该策略着重于城市园林种植设计，城市绿色基础设施占主导地位，但可推广到较大规模的景观恢复和辅助植物迁移项目。适应性策略将生态理论的各个方面转化为种植设计的实践指导。由于该指导方针有助于提高生物多样性和生态系统的恢复能力，同时也为生态种植设计提供了一个总体路线图。

城市绿化设计的适应性、生态性、文化性

两个生态概念是适应策略提出的基础：可塑性和恢复力。第三个概念，结构多样性，也是良好生态设计的基石，无论是否在应对气候变化。

可塑性

可塑性是描述物种在一系列环境条件下的表现。虽然超出了当前讨论的范围，但可塑性来自物种内遗传变异与个体表型可塑性的相互作用（Rossiter,1996，又名MCR Hunter）。随着可塑性的增加，植物物种可以在更多种多样的环境条件下持续存在，并且能够更好地适应环境变幻（Charmantier,等.2008; Chown,等.2007）。可塑性在多个方面表达，包括温度、土壤水分、城市污染度、洪水和干旱等。例如，美国的花楸（美洲花楸）和樱桃（欧洲酸樱桃）是建筑设计显著并提供鸟类食物来源的小乔木。然而，美洲花楸生存的地理范围包括植物耐寒区2到9，而欧洲酸樱桃生存更狭窄的更偏北的地区，限于耐寒区2至6。美洲花楸能够在更广泛的气候条件下茁壮成长，包括非常温暖和非常寒冷的冬天。因此，它具有比樱桃更强的越冬温度可塑性。植物抗寒区也是一个增加其与纬度相关的温暖天气期限能力的代理。

生态恢复力

生态恢复力是生态系统在面对环境干扰时保持功能的能力（Elmqvist ,等.2003）。生态系统的恢复力取决于生物多样性相对于生态系统功能的分配方式，并且来自功能冗余 - 促成生态系统功能的物种数量（Lawton,Brown.1993）和响应多样性 - 有助于同一生态系统功能的物种对环境变化的反应范围（Elmqvist,等.2003）。功能冗余和响应多样性的组合作为面临不确定性的保险政策（Yachi,Loreau.1999），并且在设计适应气候变化时都是必不可少的。

例如，考虑一个种植设计，其目标包括支持多种传粉者。仅仅选择一组提供花蜜的植物物种是不够的 - 花蜜流的时间必须在授粉者季节提供资源（Hunter, Hunter.2008）。为了实现功能冗余，植物调色板必须包括具有重叠绽放时间的物种，以确保在任何给定时间有多种传粉者资源。对于响应多样性，提供传粉媒介资源的植物必须在面对环境变化的同时，带来广泛的能力。例如，在季节的一个时刻，必须有耐旱和耐涝植物提供花蜜。图2所示的植物调色板在夏季每个月提供多个开花品种（支持传粉者的功能冗余）。在一个功能组（例如，七月的传粉者资源），有处理土壤水分变化的能力（响应多样性）。如果气候变化有利于一些植物物种以牺牲其他物种为代价，那么在传粉者季节，每个月仍然会有花蜜提供。

结构多样性

结构多样性描述了植物形态所提供的空间复杂性，一般用于植物的集合，而不是个体。多样性的自然或建筑形式的植物集合产生结构的多样性。虽然结构多样性不是气候变化的直接受害者，但它对健康的生态系统结构的重要性很高。乔木、灌木和地被植物的物理形式，一些落叶树，一些常绿树，决定了全年可用的栖息地和生物体的栖息地，饲养和繁殖的空间（Goddard，DougiU,Benton. 2010）。由于植物被选择增加可塑性，确保功能冗余并提供响应多样性，它们还必须提供建筑形式的多样性，因为结构复杂性支持生物多样性（Hansen,等.1991）。

在设计领域，除了生态功能之外，还需要考虑到气候变化适应策略的考虑。其中最重要的是，标志物种的审美匹配的目的是保护环境的变化情况下的场所感（Hunter.2008）。城市植物群落支持人类的健康，部分由于其在地方认同建构中的作用（Hull、Lam、Vigo .1994）。一些植物物种成为一个地方的标志比如在温暖的沿海地区或者苏格兰高地的棕榈树。识别签名物种之后，可以将具有更广泛的生态和物质，但具有相似的美学存在的替代物种添加到种植设计中作为气候变化的适应（Hunter.2008）。例如，美国椴木是一种常见于密西根东南部地区的原生树。在几种气候变化情景下，这个物种很可能从密歇根州东南部消失（Iverson,Prasad.1998）。它的损失将改变场所感，并消除其对当地城市生态系统过程的贡献的功能。美学和生态的替代品存在于白色椴木，同属的和更南方的隶属于同一中心阔叶林群落。适应性种植设计将要求在气候变化带来的转型过程中使用两种物种来保持场所感和支持当地的生态系统功能。

最后，任何关于城市生态设计的讨论都必须考虑在种植设计中使用非本地物种，这是设计师和生态学家在实践和生态学上的争论主题（Gould.1997; Warren.2007）。对共同进化社区成员健康的生态系统功能的依赖，是利用本地物种中心的令人信服的理由（Tallamy.2009）。

在园林设计中的偏向观赏植物已是世界文化长期以来的传统，与被地方认同（外来民族）和人类对新奇事物的渴望有关（Horwitz,Lindsay, O#39;Connor.2001; Jarvis.1973; Kendle ,Rose .2000）。非本土物种成为对生态系统结构和功能有明显的负面影的入侵者（Alberti .2005）。然而，目前关于在城市环境中使用非本土物种的效用和危害的研究表明了制定文化和生态目标之间平衡的复杂性 (Burghardt ,Tallamy,Shriver.2009;Calkins.2005;Daniels,Kirkpatrick.2006;Heneghan,Hunter.2004;McKinney.2006;Tallamy,Shropshire.2009.），特别是鉴于气候变化（Bardsley,Edwards-Jones.2007; Hahs,等.2009）。使用上述生态特征的气候变化适应策略强调了本土植物的使用，但允许纳入流行的非入侵性非本地观赏物种，以实现生态目标并并承认社会文化的敏感性。

方法

组装植数据库以实现自适应设计

简而言之，这里提出的适应气候变化的城市种植设计的适应策略包括植物生态学的可塑性利用，以及与结构多样化设计一致具有功能冗余和响应多样性的设计。实施需要适用于感兴趣区域的市售植物的园艺和可塑性特征目录。以这种方式编制物种提供了一个结构多样的调色板，用于选择植物以满足生态，审美，文化和经济参数的项目。

编码物种特征

为了适应种植设计的适应性策略，我编制了一份适合密歇根东南部城市地区的植物清单。大多数物种原产于该地区。出于实用性和成本的原因，一些当地流行的不被视为入侵的外来物种，随时可从苗圃获得。基于多个来源数据的证实，每种物种的编码涉及审美特征，生命史和生态特征的表征（表格1）。数据来自参考书，包括Aniski（2008）多年生植物，Dirr（1998）木本植物，Shaw等（2007）雨水管理厂和Darke（2007）观赏草。美国农业部网站（USDA-NRCS 2011）对于植物用水需求数据尤其有用。由于气候变化适应策略必须根据当地特征（Blanco,等.2009），关于物候学的最佳信息通常来自地方或区域根源（例如Boland,Coit,Hart .2002; Shaw ,等.2007） 和密苏里植物园（2011）。当这些来源失败时，我从多个来源包括商业园艺公司（例如，2011年蒙罗维亚）发布的数据中获得了一个共识。

编码塑性特征

除了生态植物设计师通常使用的园艺性状，我补充可塑性特征。可塑性总结了植物物种适应温度，光照，土壤类型，土壤水分条件和开花期变化的能力（表1）。基于一个物种可以承受的抗寒性区域的数量，温度可塑性特征解决了一个物种承受一定温度和季节性的能力：数值范围从1到8，其中较高的值表示较大的可塑性。 土壤湿度可塑性特征是给定物种可接受的水分类别（干燥，潮湿和湿）的总和：数值范围从1到3，更高的值表明更大的可能性，一个物种将坚持存在于降雨幅度增加的典型变化气候之中。

数据库中还包含几个其他可塑性，以反映除了气候变化之外，城市种植设计面临的挑战。对于下面定义的每个特征，较高的值表明管理城市景观条件下的不可预测变化的更大能力。光可塑性是物种可接受的光照条件的总和（全日照= 6小时或更多小时的阳光直射，部分阴影= 2-6小时，全阴=小于2小时：数值范围从1到3。光可塑性在气候变化影响云层以及成熟的树荫和发展改变光线可用性的环境中是有价值的。植物物种可接受的主要土壤类型（粘土，壤土和沙子）的数量定义为土壤可塑性：数值范围从1到3。土壤可塑性的相关性来源于土壤类型是未知的或移植床的改善与商业花园土壤的混合的现实，可能无法改善排水不畅或减轻更深的土层的不利影响。因此，土壤可塑性的高价值表明植物物种可能适应城市土壤的可能性较大。开花期可塑性是指一个物种能够开花的月份的总和：数值范围从1到5。绽开花期是一

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