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The biodiversity of Green roofs :
From research to action –
Switzerland
Dr. Stephan Brenneisen
Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW
Forschungsgruppe Stadtökologie
Amphitheater of the roof of the Grande Arche, Paris
Friday March 16, 2018
Research 1 & 2 in Basel and Switzerland
Action 1: Campaigning green roofs
Action 2: Planning green roofs & norms
Urban ecological approach
Green roofs for biodiversity
Stephan Brenneisen Zurich University of Applied Sciences 2
Research 1:
1st Test site 1995-2000: Stormwater management
76.5% 12 cm
62.8% 43.1%
56.4% 54.2% 8 cm
35.4%
47.4% 5 cm
45.5% 25.8%
«Roof soil (30% organic content)» Lava-pumise sandy gravel
Research 1:
Lessons learned
The more water the
substrate can store,
the more biomass you
will get on the roof:
Your habitat will be
determined by the
substrate type and
thickness
Source: ZHAW
Stephan Brenneisen Zurich University of Applied Sciences 4
Research 1:
16 primary test sites, Basel: large scale
Dr. Stephan Brenneisen
Zurich University of Applied Sciences
Bioindication – pitfall trapping of beetles
Bioindicator
Stephan Brenneisen Zurich University of Applied Sciences
6
Research 1:
Technopark
Anthicidae (Blumenkäfer) Carabidae (Laufkäfer) Chrysomelidae (Blattkäfer) Curculionidae
(Rüsselkäfer)
Anthicus Amar Bembidio Bembidion Lionychus Poecilu Pseudooph Aphthona Chaetocnem Longitarsus
antherinu a n quadrimaculatu quadrillu s o‐nus nonstriata a hortensis luridus
s aene femoratu m m cupreu griseus
Hydrophilidae (Wasserfreunde) a m s
Staphylinidae (Kurzflügel‐Käfer)
Lathridiidae (Moderkäfer)
Helophorus Cortinicara Aleochara Aleochara Aloconota Gabrius Paederu Philonthus Scopaeu
nubilus gibbosa bilineata intricata gregaria brevivent s umbratilis s
er fuscipes laevigatu
s
Scopaeus Tachyporus Tachyporu Tachyporu
sulcicollis chrysomelinus s s nitidulus The beetle fauna of green roofs correlates highly with the soil and
hypnorum
vegetation conditions
Research 1:
Wollishofen 3
Apionidae (Spitzmausrüssler) Carabidae (Laufkäfer) Chrysomelidae (Blattkäfer)
Cyanapio Ischnopter Protapio Protapion Squamapio Squamapio Amara Clivina Dyschiriu Panagae Poecilu Pseudooph Pterostichu Chaetocnema Chrysolina Cryptocep
n spencii a‐ n fulvipes trifolii n n lunicollis fossor s us s o‐nus s ovoideus hortensis haemopter halus
pion virens atomarium flavimanu globosus cruxmajo cupreu griseus a moraei
mCoccinellidae (Marienkäfer) r Curculionidae
s (Rüsselkäfer)
Galeruca Longitarsu Longitarsus Longitarsus Phyllotreta Coccinella Scymnu Scymnu Tytthaspis Brachyper Hypera Otiorhynchu Otiorhynchu Rhinocyllu Rhinoncu Sciaphilus
pomona s luridus pratensis rubiginosus tetrastigma sep‐ s s sede‐ a zoilus miles s pinastri s porcatus s conicus s castor asperatus
e tempunctata frontalis suturalis cimpunctata
Dryopidae Elateridae (Schnellkäfer) Hydrophilidae (Wasserfreunde) Melyridae Nitidulidae (Glanzkäfer)
(Hakenkäfer) (Wollhaarkäfer)
Trichosirocalu Dryops Agriote Cercyon Dolichosoma Epuraea Meligeth Meligeth
s troglodytes ernesti s convexiusculus lineare mel‐ es aeneus es
lineatus anocephala carinulatu
Phalacridae Pselaphidae Scarabaeidae Staphylinidae (Kurzflügel‐ s
(Glattkäfer) (Palpenkäfer) (Blatthornkäfer) Käfer)
Olibrus Aphodius Onthophagu Amisch Amischa Carpelimus Carpelimus Falagria Ocypus Ocyp Philonthus Platydracu
corticalis erraticus s ovatus a analis nigrofusc corticinus gracilis sulcatul aen‐ us carbonari s
a a eocephalus olens us stercorari
us
Research 1:
Migros
Anthicidae (Blumenkäfer) Carabidae (Laufkäfer)
Anthicus Amar Bembidio Bembidion
antherinu a n quadrimaculatu
s aene femoratu m
a m
Lathridiidae (Moderkäfer) Staphylinidae (Kurzflügel‐Käfer)
Cortinicara Aleochara
gibbosa bilineata
Scopaeus Tachyporus
sulcicollis chrysomelinus The beetle fauna of green roofs correlates highly with the soil and
vegetation conditions
Number of Beetle species on the investigated Green roos in
Basel and Lucerne (Source: BRENNEISEN 2003)
Basel 1999 Basel 2000 Basel 2001 Luzern 2001
90
Number of species
79
80
70
61
58
(total)
60 54 52
50
50 46 45
42
40 36 35 36 36 35
33 33
30 26 25 27
24
18 17 16 18
20 15
12 14 12
15
9 10
8
10
0
(Red Data Book listed)
Number of species
14
12
10
8
6
4
2
0
1 6 1 3 3 10 7 6 19 19 19 2 2 2 1 2 2 11 3 1 2 5 3 3 16 5 6 4 6 10 10 20
Nordtangente (K II)
Nordtangente (K III)
Grenzhof
SUVA
Nordtangente (K)
Nordtangente (K I)
Nordtangente (E)
Nordtangente (E)
Hubelmatt
Nordtangente (K)
Rheinfelden
Raeber
Rossetti-Bau
Sonnenberg
Würzenbach
Unibibliothek
Rossetti-Bau
Rossetti-Bau
Migros
Rhypark
Kunsthalle
Rhypark
Migros
Kanti Liestal
UBS
Caféteria
Klinikum II
Peter Merian-Haus
Kunsthalle
Pathologie
Stadthaus
Gym. Liestal
Beetle species (family)
Käfer-Familien Vegetation cover
Vegetationsbedeckung Age ofinGreen
Dachalter Jahren roof
Carabidae < 25% 3
Staphylinidae 25 - 50%
Curculionidae 50 - 75%
sonstige Familien > 75%
Dr. Stephan Brenneisen
Zurich University of Applied SciencesAction 1: Campaigning green roofs Scaling up From Pilot to Mainstream
Source: Theodore H. Osmundson Stephan Brenneisen Zurich University of Applied Sciences 12
Action 1: Campaigning green roofs
How to make it
happen?
Campaigns
Legistlations
Processes
Basel: 1st Green roof campaign 1996‐98
Stephan Brenneisen Zurich University of Applied
SciencesAction 1: Campaigning green roofs
Stephan Brenneisen Zurich University of Applied Sciences 14MOST CITIES IN SWITZERLAND
NEW APPROACH OF LANDSCAPE
IMPLEMENT GREEN ROOFS AS
TRANSFORMATION – HABITAT TRANSFER
MANDATORY IN THE BUILDING CODE
Basel Winterthur
Zurich Berne
St. Gallen etc
Lucerne
Stephan Brenneisen Zurich University of Applied SciencesResearch 2: Seewasserwerk Moos, Wollishofen
Wollishofen, Zurich A «World Wonder» of ecological
construction, built 1914
Stephan Brenneisen Zurich University of Applied Sciences 17
An Orchid meadow with a
high nature conservation
value:
10 orchid species (>
30’000 individuals)
•and many other rare
plants from the former
meadows of the region
could survive the last
century on the roofs, while
most of them got extinct
in the surrounding areasKantonsspital St. Gallen Orchid roof concept
Research 2:
Gardening? Ecosystem services?
21Research unit Urban Ecology
Green roofs high and low tec
Projektwettbewerb Museum Blau in BarcelonaSIA Norm 312 Begrünung von Dächern Stephan Brenneisen ZHAW
Forschungsgruppe Stadtökologie
Planung von Dachbegrünungen: Projekte
Projektwettbewerb Museum Blau in BarcelonaForschungsgruppe Stadtökologie
Planung von Dachbegrünungen: Projekte
Projektwettbewerb Museum Blau in BarcelonaSIA Norm 312 Begrünung von Dächern Stephan Brenneisen ZHAW
Photovoltaik & Dachbegrünung Dr. Stephan Brenneisen ZHAW
Fotos: Stephan Brenneisen In nature many varying factors are under ground – on green roofs you have to creat the variation differently...
Bretagne 29
Action 2: Implementation, second step
Habitat guideline for green roofs of Basel, Switzerland
Based on the eco-
faunistical studies
(and according to
the federal law:
NHG, natural and
cultural heritage
requirements) the
habitat guideline
for green roofs
could be
established:
• Three different
substrate thickness
(9, 12, 15 cm).
Average of 12 cm
• Locale based
substrate
compositions
• only native plants+ use of different materials Konzept: Stephan Brenneisen, Gestaltung Sybille Erni
Stephan Brenneisen Zurich University of Applied Sciences 34
Action 2:
Planning green roofs & norms
Barcelona (competition)
Quelle: Daniel Tigges ArchitektenSource: Google Maps Stephan Brenneisen Zurich University of Applied Sciences 36
Projekt RIVA Basel
Forschungsgruppe Stadtökologie
Planung von Dachbegrünungen: Projekte
Projektwettbewerb Museum Blau in BarcelonaStephan Brenneisen Zurich University of Applied Sciences 39
Forschungsgruppe Stadtökologie
Planung von Dachbegrünungen: Projekte
Projektwettbewerb Museum Blau in BarcelonaSIA Norm 312 Begrünung von Dächern Stephan Brenneisen ZHAW
Substratprinzip: Eigenschaften
Dachbegrünungen Externe Einflussgrössen
Verkehr,
als selbstregulierende Industrie,
Ökosysteme? Niederschlag Heizungen Aus externen, anthropogenen
Quellen (Verkehr etc.) werden
Nähr-und Schadstoffe auf die
Stäube, Dachbegrünung eingetragen.
Pollen Düngerzugaben können ein zu
schnelles Wachstum auslösen
Dünger und dadurch kontraproduktiv sein
? Substrat als wichtigster Faktor
Geeignete Substrate ermöglichen
Dachbegrünungen, die selbstregu-
lierende Ökosysteme darstellen,
wesentlich sind dabei:
Korngrössenzusammensetzung
pH-Wert
Einrichtungsart
Vegetation
Anzustrebende Ziele
Bodenfauna
Geschlossener Kreislauf
Vegetation-Bodenfauna-Substrat
Substrat Minimierung des Stoffaustrages/
Nähr- und Schadstoffbindung
Gewässer We need research to get data and information needed
We need actions, campaignes to get green roofs from Pilot
to Mainstream
We need mandatory building codes, norms (and controls!)
to support green roofs, urban ecosystems, biodiversity –
with a critical eye on the definition “how a green roof must
look like and/or serve for the ecosystem”
Stephan Brenneisen Zurich University of Applied Sciences 44Research 3:
long term study
Apionidae (Spitzmausrüssler) Carabidae (Laufkäfer) Chrysomelidae (Blattkäfer)
Cyanapio Ischnopter Protapio Protapion Squamapio Squamapio Amara Clivina Dyschiriu Panagae Poecilu Pseudooph Pterostichu Chaetocnema Chrysolina Cryptocep
n spencii a‐ n fulvipes trifolii n n lunicollis fossor s us s o‐nus s ovoideus hortensis haemopter halus
pion virens atomarium flavimanu globosus cruxmajo cupreu griseus a moraei
mCoccinellidae (Marienkäfer) r Curculionidae
s (Rüsselkäfer)
Galeruca Longitarsu Longitarsus Longitarsus Phyllotreta Coccinella Scymnu Scymnu Tytthaspis Brachyper Hypera Otiorhynchu Otiorhynchu Rhinocyllu Rhinoncu Sciaphilus
pomona s luridus pratensis rubiginosus tetrastigma sep‐ s s sede‐ a zoilus miles s pinastri s porcatus s conicus s castor asperatus
e tempunctata frontalis suturalis cimpunctata
Dryopidae Elateridae (Schnellkäfer) Hydrophilidae (Wasserfreunde) Melyridae Nitidulidae (Glanzkäfer)
(Hakenkäfer) (Wollhaarkäfer)
Trichosirocalu Dryops Agriote Cercyon Dolichosoma Epuraea Meligeth Meligeth
s troglodytes ernesti s convexiusculus lineare mel‐ es aeneus es
lineatus anocephala carinulatu
Phalacridae Pselaphidae Scarabaeidae Staphylinidae (Kurzflügel‐ s
(Glattkäfer) (Palpenkäfer) (Blatthornkäfer) Käfer)
Olibrus Aphodius Onthophagu Amisch Amischa Carpelimus Carpelimus Falagria Ocypus Ocyp Philonthus Platydracu
corticalis erraticus s ovatus a analis nigrofusc corticinus gracilis sulcatul aen‐ us carbonari s
a a eocephalus olens us stercorari
us«ongoing communication, education….»
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