Hệ sinh thái đô thị và vai trò của kiến trúc cảnh quan bền vững

Trong sinh thái học, hệ sinh thái đô thị được coi là một nhóm chức năng hệ sinh thái trong quần xã sinh vật sử dụng đất chuyên sâu. Chúng là những hệ sinh thái có cấu trúc phức tạp với cấu trúc không gian rất không đồng nhất và năng động được con người tạo ra và duy trì. Chúng bao gồm các thành phố, các khu định cư nhỏ hơn và các khu công nghiệp, được tạo thành từ các loại mảnh đất đa dạng (ví dụ: các tòa nhà, bề mặt lát đá, cơ sở hạ tầng giao thông, công viên và vườn, khu vực rác thải). Hệ sinh thái đô thị phụ thuộc vào nguồn trợ cấp lớn từ nhập khẩu nước, chất dinh dưỡng, thực phẩm và các tài nguyên khác. So với các hệ sinh thái tự nhiên và nhân tạo khác, mật độ dân số của con người cao và sự tương tác của chúng với các loại mảng khác nhau tạo ra các đặc tính nổi bật và phản hồi phức tạp giữa các thành phần hệ sinh thái.

Hình 1. Nghiên cứu các không gian cảnh quan đặc trưng tạo thành hệ sinh thái đô thị của thành phố Ahmedabad, Gujarat, Ấn độ

Trong sinh thái xã hội, các khu đô thị được coi là một phần của hệ thống sinh thái xã hội rộng lớn hơn, trong đó cảnh quan đô thị và cộng đồng con người đô thị tương tác với các yếu tố cảnh quan khác. Đô thị hóa có tác động lớn đến sức khỏe con người và môi trường, đồng thời nghiên cứu về hệ sinh thái đô thị đã dẫn đến các đề xuất về thiết kế cảnh quan đô thị bền vững và các phương pháp tiếp cận để phát triển các khu vực vùng ven thành phố có thể giúp giảm tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh và nâng cao phúc lợi của con người.

Hệ sinh thái đô thị là những hệ thống phức tạp và năng động bao gồm nhiều thành phần sống và không sống. Những thành phần này bao gồm con người, thực vật, động vật, tòa nhà, hệ thống giao thông, cơ sở hạ tầng về nước và năng lượng. Khi thế giới ngày càng trở nên đô thị hóa, việc hiểu hệ sinh thái đô thị và cách chúng hoạt động ngày càng trở nên quan trọng.

• Các yếu tố ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái đô thị

Tăng trưởng dân số

Các thành phố là nơi sinh sống của hơn một nửa dân số thế giới và số người sống ở khu vực thành thị dự kiến sẽ tiếp tục tăng trong những thập kỷ tới. Quá trình đô thị hóa nhanh chóng này có cả tác động tích cực và tiêu cực. Một mặt, các đô thị có thể mang lại cơ hội kinh tế, khả năng tiếp cận dịch vụ chăm sóc sức khỏe và giáo dục cũng như chất lượng cuộc sống cao cho người dân. Mặt khác, quá trình đô thị hóa ngày càng gia tăng làm trầm trọng thêm các vấn đề ô nhiễm, sự mất không gian xanh, mất đa dạng sinh học, …

Sự ô nhiễm

Ở nhiều thành phố, mức độ ô nhiễm không khí vượt quá giới hạn an toàn và điều này có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Ô nhiễm từ xe cộ, nhà máy và nhà máy điện có thể gây ra các vấn đề về hô hấp, bệnh tim và thậm chí là ung thư. Ngoài tác động đến sức khỏe con người, ô nhiễm không khí còn có thể làm hỏng các tòa nhà, ăn mòn cơ sở hạ tầng và gây hại cho đời sống động thực vật.

Sự mất dần của các không gian xanh

Khi các thành phố phát triển, các khu vực tự nhiên như rừng, vùng đất ngập nước và đồng cỏ sẽ dần bị thay thế bằng các tòa nhà, hệ thống hạ tầng và các công trình xây dựng khác. Việc thiếu không gian xanh đô thị góp phần làm trầm trọng thêm hiện tượng giảm chất lượng không khí, nguồn nước ngọt, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe thể chất và tinh thần của người dân, giảm hiệu quả sử dụng năng lượng và đa dạng sinh học.

Sự chia cắt sinh cảnh và sụt giảm đa dạng loài

Liên quan đến sự mất dần của không gian xanh, sự phân mảnh môi trường sống đề cập đến cách mà không gian xanh bị chia cắt bởi sự phát triển đô thị, khiến một số loài không còn môi trường sống phù hợp nữa và dần biến mất khỏi hệ sinh thái vì sinh cảnh bị thay đổi.  Quá trình này, được gọi là Trôi dạt Di truyền, điều này rất nghiêm trọng vì sinh cảnh là cần thiết để duy trì sự đa dạng di truyền cần thiết cho sự tồn tại của loài.

Sự đa dạng của loài cũng bị ảnh hưởng bởi sự du nhập của các loài không bản địa và xâm lấn từ quá trình di chuyển và vận chuyển. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các khu vực đô thị hóa mạnh có số lượng loài xâm lấn phong phú hơn so với các cộng đồng nông thôn. Mặc dù không phải tất cả các loài không phải bản địa hoặc xâm lấn đều gây bất lợi cho thành phố, nhưng các loài xâm lấn có thể cạnh tranh với các loài bản địa thiết yếu, gây ra sự đồng nhất sinh học và tạo ra các vật trung gian truyền bệnh mới.

Hiện tượng đảo nhiệt đô thị

Đảo nhiệt đô thị (UHI) đề cập đến sự thay đổi nhiệt độ trung bình xảy ra trong khu vực đô thị do các vấn đề phát triển hiện tại. Các mô hình trong UHI gây ra tác động không cân xứng của biến đổi khí hậu, thường tạo thêm gánh nặng cho môi trường vi khí hậu đô thị. Các đợt nắng nóng cực độ, xảy ra thường xuyên hơn khi có hiện tượng đảo nhiệt đô thị, có thể và thực sự dẫn đến tử vong, bệnh tim phổi, giảm khả năng lao động ngoài trời, các vấn đề về sức khỏe tâm thần và bệnh thận. Nhóm nhân khẩu học dễ bị tổn thương nhất trước tác động tiêu cực của UHI là người cao tuổi và những người không có nguồn lực để làm mát, chẳng hạn như máy điều hòa không khí.

Dịch bệnh

Các phương pháp phát triển đô thị hiện nay làm tăng nguy cơ lây lan bệnh tật trong thành phố so với môi trường nông thôn. Các đặc điểm đô thị góp phần làm tăng nguy cơ là điều kiện nhà ở kém, nguồn nước bị ô nhiễm, việc ra vào thường xuyên, khả năng sống sót của chuột và mật độ dân số dày đặc khiến bệnh lây lan nhanh chóng và tiến triển nhanh chóng.[14]

• Vai trò của kiến trúc cảnh quan bền vững đối với hệ sinh thái đô thị

Kiến trúc cảnh quan bền vững (Sustainable landscape architecture) là khía cạnh thiết kế nhằm hướng tới sự phát triển bền vững của không gian cảnh quan sống của con người, hướng tới các tiêu chí cốt yếu của sự bền vững là: môi tường sống trong lành, thân thiện và hòa hợp với tự nhiên, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tiết kiệm năng lượng và tài nguyên tự nhiên, gắn kết nâng cao chất lượng môi trường nhân văn. Chính vì vậy, kiến trúc cảnh quan bền vững bao gồm các khía cạnh bền vững về sinh thái, xã hội và kinh tế.

Kiến trúc cảnh quan bền vững gắn liền và song hành với nhiều giải pháp khoa học để xây dựng và phát triển các không gian ngoài trời, không gian trống và hạ tầng đô thị như sau:

Gắn liền với phát triển cơ sở hạ tầng xanh

Cơ sở hạ tầng xanh và kiến trúc cảnh quan xanh đề cập đến các phương pháp phát triển nhằm tích hợp các hệ thống tự nhiên và các cấu trúc do con người tạo ra. Cơ sở hạ tầng xanh bao gồm bảo tồn đất đai, chẳng hạn như bảo tồn thiên nhiên và tăng độ che phủ của thảm thực vật, chẳng hạn như vườn thẳng đứng, vườn trên mái... Cơ sở hạ tầng xanh sẽ bao gồm các nỗ lực quản lý nước mưa như hệ thống thoát nước sinh học khi thay thế một phần hệ thống cống thoát nước nbằng vật liệu nhân tạo bằng các giải pháp cống tự nhiên, không chỉ cải thiện khả năng ứng phó với ngập lụt đô thị mà còn cải thiện môi trường sống cho động vật vầ thực vật đô thị.

Hình 2. Thiết kế kiến trúc cảnh quan bền vững gắn liền với hạ tầng xanh để phát triển hệ sinh thái đô thị của thành phố Ahmedabad, Gujarat, Ấn độ

Ngoài ra, hạ tầng xanh cũng cần đảm bảo sự kết nối đồng bộ với các công trình kiến trúc xanh. Quá trình chứng nhận LEED có thể được sử dụng để thiết lập các hoạt động cơ sở hạ tầng xanh trong từng tòa nhà. Các tòa nhà đạt chứng nhận LEED cho biết năng lượng sử dụng ít hơn 30% và mang lại lợi ích kinh tế cũng như tinh thần từ ánh sáng tự nhiên, do đó sự giảm thiểu chất tải từ các công trình lên hạ tầng đô thị.

Các thiết kế cảnh quan không gian xanh lớn của đô thị cũng như các không gian nhỏ như các khu vườn tư nhân hướng tới cân bằng giữa nhu cầu của con người và chú trọng cân bằng với sinh thái tự nhiên, thiết kế mái xanh hoặc vườn trên mái cũng góp phần vào sự bền vững của cảnh quan đô thị khi vừa đáp ứng được nhu cầu nghỉ ngơi thư giãn của con người và vừa tạo được các sinh cảnh cho động vật đô thị cư trú.

Tiện ích công cộng và thiết kế cảnh quan khuyến khích đi bộ và xe đạp

Quy hoạch đô thị về mặt giao thông vận tải tập trung vào việc sử dụng xe cơ giới sử dụng năng lượng hóa thạch vẫn chiếm ưu thế, điều này dẫn đến nhiều áp lực tiêu cực lên hệ sinh thái đô thị. Mặc dù ngày nay xe điện xuất hiện dường như đang giải quyết dần các bài toán phức tạp này cho đô thị nhưng chúng ta vẫn hoài nghi về kết quả tổng thể vì ngành công nghiệp xe điện lại vẫn gây ra các khía cạnh không bền vững khác cho môi trường. Một giải pháp hiệu quả cho hệ sinh thái đô thị là cải thiện giao thông công cộng để dần hạn chế sử dụng xe cá nhân. Việc mở rộng các tuyến xe buýt hoặc tàu cao tốc đô thị và chuyển sang sử dụng năng lượng sạch sẽ giải quyết các vấn đề về chất lượng không khí, ô nhiễm tiếng ồn và công bằng kinh tế xã hội.

Một cơ hội khác để giảm lượng khí thải carbon và tăng cường sức khỏe cư dân đô thị là việc triển khai mô hình đô thị tăng cường di chuyển bằng đi bộ và đi xe đạp trong quy hoạch đô thị. Hạ tầng cảnh quan và không gian công cộng đô thị lúc này là các đối tượng quan trọng của kiến trúc cảnh quan để thiết kế, quy hoạch một cách chiến lược nhằm nâng cao hiệu quả di chuyển, khuyến khích và thu hút cư dân tham gia phương thức giao thông này thông qua các giải pháp kĩ thuật phù hợp và môi trường cảnh quan hấp dẫn.

Kiến trúc cảnh quan bền vững là nền tảng hình thành cấu trúc hệ sinh thái đô thị bền vững

Hệ sinh thái đô thị, giống như tất cả các hệ sinh thái, bao gồm các thành phần sinh học (thực vật, động vật và các dạng sống khác) và các thành phần vật lý (đất, nước, không khí, khí hậu và địa hình). Trong tất cả các hệ sinh thái, các thành phần này tương tác với nhau trong một khu vực xác định. Tuy nhiên, trong trường hợp hệ sinh thái đô thị, tổ hợp sinh học cũng bao gồm quần thể con người, đặc điểm nhân khẩu học, cơ cấu thể chế và các công cụ kinh tế và xã hội mà họ sử dụng.

Tổ hợp vật lý bao gồm các tòa nhà, mạng lưới giao thông, bề mặt được sửa đổi (ví dụ: bãi đỗ xe, mái nhà và cảnh quan) và những thay đổi môi trường do việc ra quyết định của con người. Các thành phần vật chất của hệ sinh thái đô thị cũng bao gồm việc sử dụng năng lượng và nhập khẩu, chuyển đổi và xuất khẩu vật liệu. Những biến đổi năng lượng và vật chất như vậy không chỉ liên quan đến các sản phẩm có lợi (như giao thông và nhà ở) mà còn liên quan đến ô nhiễm, chất thải và nhiệt lượng dư thừa.

Các hệ sinh thái đô thị thường ấm hơn các hệ sinh thái khác xung quanh chúng, ít nước mưa xâm nhập vào đất địa phương hơn và có tốc độ cũng như lượng nước chảy bề mặt sau mưa bão cao hơn. Kim loại nặng, bụi canxi, chất dạng hạt và các hợp chất hữu cơ do con người tạo ra (ví dụ: phân bón, thuốc trừ sâu và chất gây ô nhiễm từ dược phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân) cũng tập trung ở các đô thị.

Việc mở rộng các khu đô thị lớn dẫn đến việc chuyển đổi cảnh quan tự nhiên của các khu rừng, vùng đất ngập nước và các quần xã sinh vật lân cận khác thành các khu vực dành cho mục đích dân cư, công nghiệp, thương mại và hạ tầng đô thị. Việc chuyển đổi như vậy có thể dẫn đến việc tạo ra sự sụt giảm tài nguyên và chất lượng thổ nhưỡng, thủy văn, khí hậu….

Ngoài ra, quá trình chuyển đổi còn chia các hệ sinh thái hoang dã hoặc nông thôn còn lại thành các mảng ngày càng nhỏ hơn và lượng môi trường sống dưới mức tối ưu tương đối cao được tìm thấy ở ranh giới giữa các hệ sinh thái bản địa còn lại và các hệ sinh thái đã được sửa đổi để con người sử dụng. Những “môi trường sống ở rìa” như vậy ức chế các loài thực vật và động vật chuyên biệt - nghĩa là những loài có thể chịu đựng được các điều kiện môi trường trong phạm vi hẹp. Ngoài ra, các hệ sinh thái phi đô thị ở hạ lưu và hạ lưu của hệ sinh thái đô thị phải chịu mức độ ô nhiễm nước, ô nhiễm không khí cao và các loài ngoại lai được du nhập.

Kiến trúc cảnh quan bền vững chú trọng việc vận dụng các kiến thức và nguyên tắc của sinh thái học và sinh thái cảnh quan vào việc tạo lập các yếu tố không gian của canh quan đô thị. Khi đó, các không gian xanh, tuyến đường, dòng chảy, thậm chí mái các công trình kiến trúc sẽ là những đối tượng để nghiên cứu, vận dụng như những yếu tố mảnh, hành lang, nền chứa đựng các sinh cảnh của hệ sinh thái đô thị. Các giải pháp quy hoạch cảnh quan và thiết kế cảnh quan chi tiết do đó sẽ không chỉ chú trọng vào các góc độ thẩm mỹ và công năng mà sẽ xem xét song song với việc xây dựng các mô hình quy hoạch không gian và tổ chức cấu trúc các thành phần sinh thái của cảnh quan để tạo ra các môi trường sinh tồn và phát triển thích hợp nhất cho hệ sinh vật đô thị.

Tiêu biểu như dự án khôi phục lại dòng suối Cheonggyecheon của thành phố Seul (Hàn Quốc). Đây vốn là dòng suối cổ chảy qua thủ đô Seul nhưng cuối thập niên 50 của thế kỷ XX, chính quyền thành phố đã lấp suối để xây dựng đường cao tốc trên cao nhằm đạt được các mục đích phát triển kinh tế. Tuy nhiên sang thế kỉ XXI, thị trưởng thành phố Seul đã quyết tâm khôi phục lại dòng suối này và hệ sinh thái hành lang dòng chảy. Dự án này dù vấp phải nhiều phản đối vì ảnh hưởng đến lợi ích kinh tế của nhiều người và gây tranh cãi về góc độ kĩ thuật, nhưng dòng suối được hồi sinh đã dần trở thành một hành lang sinh thái khi không chỉ là cảnh quan góp phần điều hòa không khí cho trung tâm thành phố, đóng góp các giá trị tiện ích nghỉ ngơi thư giãn cho cộng đồng mà còn cải thiện đáng kể cho hệ sinh thái đô thị.

Hình 3. Dự án khôi phục dòng suối Cheonggyecheon (Seul) thể hiện vai trò của kiến trúc cảnh quan bền vững trong việc khôi phục thành công hệ sinh thái đô thị

 Kiến trúc cảnh quan bền vững là phương thức tạo dựng và gìn giữ tính đặc trưng và bản sắc của mỗi hệ sinh thái đô thị

So với các cộng đồng thực vật và động vật được tìm thấy trong các hệ sinh thái hoang dã và nông thôn trên khắp thế giới, các cộng đồng sinh học được tìm thấy ở các hệ sinh thái đô thị khác nhau nhưng lại có xu hướng giống nhau. Sự tương đồng về sinh thái này là sản phẩm phụ của sự tương đồng về cấu trúc giữa các môi trường đô thị (các loại tòa nhà tương đương, thiết kế cảnh quan mang tính đại chúng và cơ sở hạ tầng) và của việc đưa các loài tương tự có chủ ý hoặc vô tình vào các đô thị, vùng ngoại ô và khu vực ngoại ô cũng như sự cung cấp nước và thức ăn từ con người và hoạt động của con người mà không thật sự tuân theo chuỗi thức ăn của tự nhiên.

Tuy nhiên, mặc dù có nhiều điểm tương đồng giữa các thành phố trên thế giới nhưng vẫn có sự khác biệt về điều kiện tự nhiên, cảnh quan, các yếu tố xã hội như: văn hóa, kinh tế, lịch sử, thể chế chính trị và các yếu tố địa lý khác được thể hiện bằng vị trí độc nhất của khu đô thị trên bề mặt Trái đất. Vì vậy, kiến trúc cảnh quan bền vững với vai trò tạo dựng môi trường không gian đô thị bền vững là phương thức quan trọng nhất trên góc độ kĩ thuật để tạo lập các không gian cảnh quan của đô thị mang tính đặc trưng và bản sắc riêng.

Tính đặc trưng và bản sắc riêng được nghiên cứu trên các định hướng kiến trúc cảnh quan cơ bản sau:

1. Tổ chức các môi trường cảnh quan dựa trên đặc trưng của hình thái địa hình bản địa
2. Tổ chức các sinh cảnh trong cảnh quan dựa trên dữ liệu và sự phù hợp với hệ thực vật và động vật bản địa
3. Tỏ chức cảnh quan phù hợp với điều kiện và đặc điểm của dịch vụ hệ sinh thái đô thị bản địa
4. Tổ chức cảnh quan có sự gắn kết chặt chẽ giữa cảnh quan tự nhiên và cảnh quan văn hóa bản địa trên tinh thần hòa hợp, nâng cao giá trị kết nối giữa cư dân bản địa và tự nhiên.

Hình 4. Dự án công viên Bishan Park (Singapore), tiêu biểu cho tổ chức mô hình hành lang sinh thái trong lòng đô thị

  Tài liệu tham khảo:

1. Yun Hye Hwang, Anuj Jain, 2021, Landscape design approaches to enhance human–wildlife interactions in a compact tropical city, Singapore: Journal of Urban Ecology, Volume 7, Issue 1, 2021
2. Manfredi Nicoletti, 1978, L'Ecosistema Urbano (The Urban Ecosystem), Dedalo Bari
3. Robert Day, 2021, Reawakened landscapes and their impact on planet, profitability and people, New York: watg, 2021
4. https://greencityblog.com/

Ths. Nguyễn Hoàng Linh, Bộ môn Kiến trúc Cảnh quan, Khoa Kiến trúc và Quy hoạch, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.