地球和环境

保护生物多样性河流廊道,促进城市可持续发展

随着全球人口继续飙升,城市中居民的数量升高,迫切需要可持续发展战略,以防止我们城市环境中的灾难性生态下降。了解人类学威胁是节约的第一步:德国达姆施塔特大学生态工程教授的jochen黑客以及跨学科研究小组看到城市水域的领导者,利用栖息地质量评估软件来模拟城市基础设施和城市基础设施的影响pollution on the Pochote river’s ecosystem ecology in Nicaragua, Central America.

今天的全球人口时钟左右约有79亿人。据联合国经济和社会事务部统计,大约55%的居民居住在城市地区 - 一项比例增加到2050年的比例增加到68%。在过去的70年中,全球城市人口已经增长了近35亿人,但这种增长尚未在所有大陆的平等蔓延 - 非洲,农村生活仍然是常态,占其人口的常态仍然是常态城市。巨型城市 - 拥有1000万或更多居民的城市 - 预计将在2030年以2030年占据居住景观,在全球范围内拥有43个,其中许多在发展中国家。

虽然城市化的好处包括更好地获得职位,医疗保健和公民的教育,但与大规模迁移到城市的挑战是多方面的。随着爆炸性人口,需要每天送出,饲料和运输数百万居民,并处理他们生产的废物。没有足够的规划和管理,快速城市化可能导致生活在城市的人们的生活质量差,但达到环境影响,包括水和空气污染,以及生态破坏。

燕尾河流通过尼加拉瓜快速扩大的城市流入莱昂。河流走廊由不同的城市化水平组成。

生态剥削
2019年,生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台(IPBES)发布了一份具有里程碑意义的报告,为当前的生态景观描绘了一幅鲜明的图景:由于人类的活动,大约75%的地球陆地表面发生了显著变化,85%的湿地消失了,100万种物种面临灭绝。IPBES报告探讨了土地利用变化如何影响陆地和淡水生态系统,发现农业和城市住宅扩张是过去50年栖息地退化的两个最大驱动因素。对于河流这样的淡水生态系统,IPBES确定了水的抽取和污染、气候变化和人工基础设施(公路网、石油和天然气管道、水电大坝)是造成最高水平下降的主要威胁。

IPBES报告发现农业和城市住宅扩张是过去50年来成为栖息地退化的最大驱动因素。

河流作为生态廊道——连接野生动物种群和在破碎景观上保持环境凝聚力的狭窄栖息地——在维持可行的生态系统方面发挥着重要作用。在城市中,河流将与世隔绝的野生动物种群与农村的野生动物种群连接起来,使它们成为城市生物多样性保护的关键角色。然而,许多城市河流被利用为雨水的排水水库,工厂或污水处理厂的废水处理系统,或通过建设水电大坝的能源生产者。这些功能为城市居民提供了必要的服务(防风暴、发电),但也会扰乱河流走廊的自然生态功能。了解淡水生态系统的威胁并有能力长期评估河流廊道的健康状况,对于维持城市环境的生物多样性至关重要。

研究人员利用高分辨率遥感图像开发了他们研究的土地利用和威胁地图。

可以通过使用栖息地质量模型来评估河流走廊的健康状况。栖息地质量模型是基于计算机的模型,用于研究特定地区的土地利用和生物多样性威胁。尽管在过去十年中开发了许多生境评估工具,但免费提供的工具很少。随着地区期望最大的人口增长在未来三十年主要局限于发展中国家,资金是短暂的和生态保护低提上议事日程,免费,访问生态评估工具是最重要的如果联合国可持续发展目标(西班牙)11日包容的城市,安全、有弹性和可持续的目标将成为现实。

造型退化
InVEST是一个免费的开源软件套件。它的主要功能是根据土地利用和人类造成的威胁评估栖息地质量。迄今为止,它已被应用于大型陆地生态系统。在该模型中,栖息地质量被定义为生态系统提供适宜种群持续生存条件的能力,而“高质量”栖息地是那些生态功能完整的栖息地。该模型假设生境质量随着人为土地利用强度的增加而下降,并利用土地利用的“栅格图”来计算所调查区域的质量。栅格图中的每个单元格都被分配了一种土地使用类型(例如,森林、草地、农田、建筑用地),用户定义每种土地使用类型对保护生物多样性的适宜性。适宜性评分范围在0到1之间,越接近0,表示适宜性越低,物种的存活率越低。森林等完整生境的适宜性得分较高,而农田等经过改造的生境的适宜性得分较低。

然后将适应性得分与描述威胁的影响的威胁参数相结合,无论是威胁的距离是否会降低其影响,受威胁区域的可达性以及受威胁区域的敏感性,给予总威胁水平,或降级分数。针对所识别的每个威胁来计算降级得分,例如建立区域,道路网络或污染,并通过栖息地适用性得分来提供整体栖息地质量。栖息地质量可以在一段时间内测量,或者可以在关于未来情景的预测上进行建模,例如涉及巨型的方案。政府机构可以使用预测情景,以了解有关城市扩张如何将在未来影响栖息地质量的明智决定。

约亨·哈克教授与Manuel be ßler、Diana Molewijk和他在达姆施塔德技术大学的团队合作,雇用了InVEST研究中美洲尼加拉瓜León市的一个小规模城市河流走廊。哈克教授和他的团队开始评估人为威胁的个别和综合影响,特别是建成区、道路网络和河流污染,对波乔特河走廊。

人类学三叶草:建筑物,道路和污染
León是尼加拉瓜第二大城市,拥有18万居民。波乔特河(Pochote river)向西南方向流经该市,在该市边界外与奇基多河(Chiquito river)汇合,然后流入太平洋。在他们的研究中,哈克教授和他的团队选择了一条200米宽的波乔特河走廊,这条走廊由三条河流支流组成,每条支流都有一公里长,代表着不同的城市化水平:密集城市化、城乡过渡和主要是农村。

研究人员利用高分辨率卫星图像作为输入数据,为他们的模型开发光栅地图。当用InVEST来衡量建成区导致的栖息地退化(HD)时,位于河流东北部的上游支流受到的影响最大,这些地方被密集的建筑包围着,其HD得分为0.3。结果表明,离聚落越远,生境退化程度越低;河的西南部分,离城市的历史中心最远,其高清得分低于0.1。总体而言,建成区似乎降低了河流生境质量(HQ)高达40%。

该团队随后审查了由于道路网络而退化的河流栖息地。道路的影响与定居点的分布和密度相关,内置区域的道路导致栖息地质量的最大值,将这些区域的总量减少到几乎为零。栖息地质量最大地减少,在河流两侧存在的道路上,或者道路网络通过桥梁侵入河流走廊的地方。

在这个前所未有的环境下降的时代,社会与自然互动的各个方面都提供了机会导致进一步的破坏,或者为所有人铺平了更健康的未来。

然后,Hack Prof Conce调查了水污染对燕举栖息地降解的影响。由于来自上游水处理厂的固体废物处理和未处理废水泄漏,水污染在内置区域中最激烈。这些区域河流污染导致的威胁相当于来自内置区域的,HD得分为0.3。与内置区域一样,随着沉降距离增加的河流污染的影响减少了,但由于在研究下游的自然淡水流体动力学,水污染物的降解仍然在研究过程中仍处于较低的水平。

在看威胁的效果时,研究人员在河上部分支中发现了最高水平的栖息地降解(高达0.85)的栖息地降解(高达0.85),最接近密集的区域。河流这个地区的栖息地已经被建筑物和道路损坏或摧毁,水污染进一步加剧了退化的环境。

由于废物处理和未经处理的污水从故障的处理厂泄漏,在建筑密集区的水污染非常严重。

投资于我们的未来
黑客和他的团队成功使用投资来评估建筑物,道路和尼加拉瓜莱昂水污染造成的环境退化。他们评估生态健康的概念方法是准确的,快速,具有较低的数据要求,并且是免费的。这些特点为政府机构投资了可行的方法,以在发展中国部规划期间识别高风险地区和保护热点时使用。Prof Hack’s version of the model used in this study considered limited land use types and anthropogenic threats focusing on urban aspects – expansion of these variables to include land use types such as protected areas and agricultural land use, and threats such as agricultural run-off contaminated by fertilizer or pesticides as well as industrial wastewater discharge, would allow a more comprehensive understanding of the ecological status of the study area. The model could also potentially be used to investigate particular species rather than biodiversity as a whole, in areas where endemic animals and plants are identified as particularly vulnerable to urban threats. In previous studies by Prof Hack and his team, they developed several novel methodologies such as MAPURES (Methodology to Assess the Potential of Urban River Ecosystem Services), to investigate ecosystem services and nature-based solutions based upon field data and high-resolution true-color images obtained from Google Earth. Together, these methods shed light on the impacts of urbanisation on a previously unexplored river ecosystem and help to reveal the beneficial functions and services river provide to urban populations.

总的来说,这一概念性研究得出的数据趋势表明,人类威胁和生境退化之间存在因果关系,证明InVEST模型能够模拟城市扩张对发展中国家生态的影响。León市目前正在将其建成区扩大到城乡过渡区,如果不采取预防措施,这可能会导致栖息地恶化加剧。在这个环境空前恶化的时代,社会与自然互动的每一个方面都提供了机会,要么造成进一步的破坏,要么为所有人走向更健康的未来铺平道路。这种详细、高分辨率的分析对于理解我们如何限制人为影响的空间分布,以及如何利用河流廊道提供的蓝绿色基础设施,规划更可持续的城市至关重要。基于自然的解决方案,如深圳的雨花园和海绵城市设计,或者柏林的“绿化带”的创建,都是很棒的倡议,但如果不首先了解问题的本质,就不能取得进展。像哈克教授这样的模型为建设以解决方案为主导的可持续城市提供了基础。

个人反应

模拟特定物种漏洞而不是栖息地质量难以吗?

对特定物种的建模栖息地适合性及其对栖息地退化的脆弱性更为复杂,需要对物种,其生态网络以及对所考虑的特定威胁的敏感性更详细的数据。While a total habitat approach focuses on characteristic ecological structures and processes (e.g., related to the provision of food, shelter, reproduction and breeding conditions in general) and their susceptibility to specific threats, a species vulnerability approach would depart from the demand and susceptibility of specific species. For the latter, information is often much scarcer.

如果您在使用INVEST和最近的研究中描述的参数,您认为在伦敦等开发的城市建模的结果会有所不同吗?

建模发达城市的结果肯定会有所不同。栖息地条件和威胁通常在更发达的城市中通常是不同的。由于河流越来越多地引发和工程,河流走廊及其水形式通常随着较高的发展水平而变化,以更快地从城市地区传达径流,并更安全,以获得更多城市发展空间。这通常会导致天然泛滥和河流植被的丧失导致栖息地损失或损失。另一方面,由于治疗厂和废物收集系统实施了更高的发展,源于未经处理的废水或固体废物处理的威胁通常随着更高的发展而降低,因此实施环境法规强制执行。

此功能文章是通过批准的研究团队特色而创建的。这是一个协作的生产,由特色辅助,全球分销提供支持。

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