Sinh thái học đô thị: Nền tảng khoa học cho quản lý cảnh quan bền vững

Bài viết trình bày về sinh thái học đô thị (STHĐT) với vai trò của một ngành khoa học sinh thái và đề cập đến những tiến bộ chính của STHĐTdưới góc độ phát triển bền vững. Để truyền cảm hứng nhằm phát hiện và xây dựng những hiểu biết mới về STHĐT, nhóm tác giả đề xuất một số vấn đề liên quan đến việc tiếp thu và ứng dụng kiến thức sinh thái vào thực tiễn quy hoạch cảnh quan và đô thị hiện nay.

Các thành phố đang biến đổi nhanh chóng, thách thức tính bền vững của cảnh quan, tài nguyên và dịch vụ hệ sinh thái trong đô thị. Mặc dù hình thức cảnh quan mới xuất hiện vẫn có những điểm tương đồng với cảnh quan ban đầu, nhưng chúng sẽ không cung cấp các giá trị giống nhau cho con người hoặc môi trường sống hoang dã.

STHĐT được coi là một trong những công cụ để giải quyết những thách thức này – cung cấp nền tảng khoa học để quản lý cảnh quan bền vững. Chúng ta cần hiểu biết về cấu trúc, chức năng và sự biến đổi cảnh quan – các yếu tố cơ bản của hệ sinh thái. Đồng thời cần giám sát dài hạn, kết hợp kiến thức sinh thái vào chính sách, kết hợp kiến thức bản địa vào thực hành sinh thái và phổ biến kiến thức sinh thái tới cộng đồng.

Xác định sự gia tăng của bề mặt không thấm nước tại TP HCM qua các năm thông qua phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh. Nhờ những thông tin này có thể đánh giá sự sụt giảm của dịch vụ hệ sinh thái dưới tác động của đô thị hóa. Nguồn: N. T. Sơn 2017

Sinh thái học đô thị trở thành một ngành khoa học sinh thái

STHĐT buổi đầu không được khởi xướng bởi các nhà sinh học và sinh thái học. Các thuật ngữ “hệ sinh thái” và “sinh thái học cảnh quan” đã lần lượt được đưa ra vào những năm 1935 và 1939. Vài thập kỷ gần đây, các nhà sinh thái học vẫn chỉ tập trung nhiều vào nghiên cứu “thiên nhiên vắng mặt con người”. Tuy nhiên, cũng có một số điểm sáng nghiên cứu về phân bố không gian và sự phong phú của động thực vật tại các thành phố ở châu Âu trong giai đoạn từ năm 1940 tới 1950 sau thế chiến thứ II (Sukopp, 1990, 2002). Những nghiên cứu này chủ yếu được thực hiện bởi các nhà thực vật – động vật học, đại diện cho một cách tiếp cận sinh thái học – sinh học trong đô thị mà đôi khi được gọi là “trường phái Berlin”.

Tại Bắc Mỹ, Adams (1935), một nhà sinh thái động vật học và là người tiên phong trong lĩnh vực sinh thái học năng lượng, đã thảo luận khá sâu về mối quan hệ của sinh thái tổng quát với sinh thái học nhân văn. Nội dung được trình bày trong cuốn sách sinh thái vào năm 1940, với tiêu đề “mối quan hệ giữa sinh thái học và lợi ích của con người” trong một hội nghị chuyên đề tại Hoa Kỳ (Adams, 1940). Stearns (1970) cũng thừa nhận rằng các nhà sinh học nhìn chung đã bỏ qua môi trường đô thị trong các nghiên cứu của họ và khẳng định rằng: “Ý nghĩa của các khái niệm sinh thái như: Sự đa dạng, diễn thế, sơ đồ năng lượng, chuỗi thức ăn, động lực dân số và lãnh thổ rất quan trọng trong việc quản lý các thành phố”. Dù những nghiên cứu này là cột mốc quan trọng trong lịch sử của STHĐT, nhưng chúng vẫn không thể làm thay đổi nhận thức của các nhà sinh thái rằng: Các thành phố “không xứng đáng” là một địa điểm nghiên cứu.

Do vậy, hầu như không thể tìm thấy những phát biểu về STHĐT trong các tạp chí chính thống của khoa học sinh thái từ cuối thập niên 1980 tới đầu những năm 1990. Tuy nhiên, một số yếu tố khiến các nhà sinh thái học khi đó quan tâm nhiều hơn tới các khu vực đô thị – Đó là mối quan ngại ngày càng tăng về tác động xấu tới môi trường từ quá trình đô thị hóa, sự gia tăng các quan điểm sinh thái nhấn mạnh sự mất cân bằng và động lực đám sinh cảnh (patch dynamics), cũng như ảnh hưởng rộng của phong trào phát triển bền vững đang diễn ra khi đó. Việc thành lập các dự án liên ngành quy mô lớn, chẳng hạn như hai dự án nghiên cứu sinh thái dài hạn (LTER) tại Hoa Kỳ được hỗ trợ bởi tổ chức khoa học quốc gia Hoa Kỳ lànghiên cứu hệ sinh thái Baltimore (BES) và nghiên cứu sinh thái dài hạn miền Trung Arizona-Phoenix (CAP-LTER), đã đóng một vai trò quan trọng trong việc trẻ hóa gần đây của STHĐT. “Phiên bản mới” của STHĐT sau này có đặc trưng là tăng cường yếu tố “liên ngành” và “xuyên ngành” trong các chuyên đề nghiên cứu.

Chúng tôi cho rằng quá trình tiếp thu và ứng dụng tri thức sinh thái, hay sự giác ngộ về tri thức sinh thái để tạo dựng sự bền vững đô thị nhất thiết phải là một quá trình xây dựng cộng đồng.

Các lĩnh vực nghiên cứu chính của sinh thái học đô thị

Những nghiên cứu chính của ngành STHĐT được dựa khung quan điểm cảnh quan, với định nghĩa rằng “Đô thị là một loại hình cảnh quan văn hóa được đặc trưng bởi mật độ dân số cao và diện tích bề mặt không thấm rộng, có nhiều mục đích sử dụng đất khác nhau và các loại đất bề mặt cùng tạo thành một bức tranh được ghép bởi các đám sinh cảnh động.” (Grimm, 2008; McIntyre, 2011; Pickett 2001). Đô thị còn là một dạng không gian cảnh quan không đồng nhất có cấu trúc – chức năng – động lực được tạo thành thông qua sự tương tác của con người với môi trường. Xuất phát từ việc đô thị hóa làm thay đổi thành phần và cách bố trí không gian của các yếu tố cảnh quan, do đó những mảng nghiên cứu chính của STHĐT tập trung vào những nội dung sau:

1.Mô hình không gian – thời gian của đô thị hóa

Nghiên cứu về mô hình không gian của đô thị hóa bao gồm nhiều khía cạnh: Từ phân bố mảng xanh, không gian chứa nước, mạng lưới giao thông, các hình thức phát triển đô thị, tới các mô hình cảnh quan. Mô hình cảnh quan đô thị bao gồm: Thành phần và sự sắp xếp không gian của các loại hình sử dụng đất khác nhau với các đám sinh cảnh che phủ, thể hiện một cách toàn diện và thực tế cấu trúc của hệ thống sinh thái đô thị. Lượng hóa mô hình cảnh quan đô thị rất cần thiết để hiểu được những động lực (quá trình kinh tế xã hội và đặc điểm địa lý – vật lý – môi trường) và các tác động sinh thái của đô thị hóa.

Kết hợp giữa các chức năng dịch vụ hệ sinh thái và bảo tồn đa dạng sinh học tại công viên đất ngập nước Ningbo. Nguồn: www.asla.org

Nhiều nghiên cứu về địa lý và sinh thái cảnh quan đã chỉ ra rằng: So với các mô hình trước đây trong lịch sử, các thành phố hiện đại có quy mô lớn hơn, tốc độ phát triển nhanh hơn, có hình thái đô thị bất thường hơn, đồng thời kết tụ đô thị và đồng nhất hóa cấu trúc cảnh quan đã trở thành xu hướng toàn cầu. Ngoài ra, tỷ lệ đô thị hóa ở các nước đang phát triển trong vài thập niên vừa qua nhanh hơnnhiều so với các quốc gia phát triển và có sự hội tụ trong cấu trúc vật lý đô thị. Xu hướng giảm tính không đồng nhất cấu trúc cảnh quan toàn cầu có liên quan đến sự đồng nhất của đa dạng sinh học trên toàn thế giới. Tất nhiên, các mô hình không gian-thời gian của cảnh quan đô thị thay đổi theo vị trí địa lý vì có sự khác biệt về môi trường vật lý, các động lực kinh tế xã hội và chính sách sử dụng đất. Nguyên tắc và phương pháp trong sinh thái cảnh quan và khoa học về chuyển đổi đất có thể giúp giải quyết những vấn đề phức tạp. Kỹ thuật viễn thám, GIS, phân tích không gian và mô hình hóa đang ngày càng được cải tiến, do đó con người ngày càng lĩnh hội được các mô hình không gian-thời gian của đô thị hóa.

2.Đa dạng sinh học trong đô thị

Phát triển đô thị làm giảm môi trường sống của các loài bản địa và làm tăng sự phân mảnh môi trường sống đối với hầu hết các loài bản địa và ngoại lai. Nhìn chung, những tác động của đô thị hoá đối với đa dạng sinh học rất khác nhau tùy theo các nhóm loài, điều kiện môi trường – kinh tế – xã hội. Đã có một số phát hiện mới như: Trước sự gia tăng của đô thị hóa, mức độ phong phú của các loài thực vật tăng lên chủ yếu là do sự gia tăng các loài ngoại lai do con người mang tới; sự đa dạng và phong phú của các loại nấm và vi khuẩn trong đất có xu hướng giảm. Đô thị hóa cũng làm thay đổi cấu trúc mạng lưới thức ăn và dinh dưỡng trong hệ sinh thái tự nhiên. Các khu dân cư giàu có thường có xu hướng “xanh hóa” và thực vật cũng đa dạng hơn -một hiện tượng được gọi là “hiệu ứng xa hoa”. Ở quy mô lớn, các thành phố đều có chung một số loài thích nghi với môi trường đô thị, đô thị hóa cũng được xem là nguyên nhân chính cho sự “đồng nhất sinh học”, các khu vực địa lý khác nhau lại có tập hợp các loài giống nhau. Vì đô thị hóa có xu hướng đồng nhất các mẫu cảnh quan đô thị, do đó làm giảm tính đa dạng trong môi trường sống cho các loài sinh vật, tính đồng nhất cảnh quan này có thể là một lý do quan trọng cho sự đồng nhất sinh học.

Quản lý nước mưa dựa trên năng lực hạ tầng sinh thái đô thị

3.Các chu trình của hệ sinh thái

Hoạt động của con người trong đô thị đã dẫn đến một loạt các vấn đề môi trường nghiêm trọng, như: Phát thải khí nhà kính, ô nhiễm không khí và nguồn nước, ô nhiễm chất thải rắn… Ngoài ra, còn nhiều nghiên cứu sâu rộng về tác động của đô thị hóa đối với điều kiện khí hậu, tính chất đất đai, thủy văn, chu kỳ sinh hóa và vật hậu thực vật. Các thành phố là nơi sản sinh khí nhà kính và ô nhiễm không khí, gây ra một loạt các vấn đề liên quan tới sức khỏe con người và dẫn tới sự xuống cấp nghiêm trọng của môi trường. Đô thị hóa ảnh hướng lớn tới khí hậu tại địa phương và khu vực thông qua sự thay đổi mô hình che phủ đất, hậu quả là ảnh hưởng tới chế độ bức xạ bề mặt và cân bằng năng lượng. Vấn đề được nghiên cứu nhiều nhất về biến đổi khí hậu do con người gây ra là hiệu ứng đảo nhiệt đô thị (UHI), đó là hiện tượng các thành phố có nhiệt độ không khí và bề mặt cao hơn so với môi trường xung quanh. Hiện tượng tăng nhiệt độ thường xảy ra vào ban đêm, ảnh hưởng của UHI cũng khác nhau tùy theo từng thành phố do điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội khác nhau.

Những thay đổi về khí hậu, thủy văn, sinh vật và đất đai đều dẫn đến quá trình “sinh địa hóa đô thị riêng biệt”, trong đó các nguồn dự trữ năng lượng, dòng chảy năng lượng và các yếu tố khác đều bị kiểm soát bởi hoạt động của con người. Quy hoạch cảnh quan và hoạt động quản lý đô thị có thể ảnh hưởng nhiều tới thời gian và cường độ của các quá trình sinh hóa.Hậu quả của việc sử dụng đất, thay đổi mức độ che phủ đất, cũng như những thay đổi điều kiện sinh lý- sinh hóa từ đô thị hóa khiến các thảm thực vật của cảnh quan đô thị bị thay đổi đáng kể theo không gian và thời gian. Sản lượng sơ cấp (NPP), tức tốc độ sinh khối của thực vật tích tụ trong một hệ sinh thái là một biến tích hợp quan trọng. NPP khác nhau tùy theo các loại che phủ đất trong thành phố. NPP ở thành phố khác so với nông thôn và có thể tăng giảm cùng với quá trình đô thị hóa ở quy mô cảnh quan đô thị. Ví dụ, trong môi trường khô hạn, thủy lợi giúp có thêm không gian xanh trong đô thị, do đó hiệu quả hơn nhiều so với vùng đất khô cằn tự nhiên và nhờ đó NPP trên mặt đất của cảnh quan đô thị được tăng cường.

4.Nghiên cứu dịch vụ của hệ sinh thái đối với cuộc sống con người

Đa dạng sinh học cung cấp cơ sở cho các quá trình sinh thái và làm tăng chức năng hệ sinh thái như quá trình sinh sản, khả năng giữ lại nguồn dinh dưỡng của đất, tăng khả năng phục hồi và chống lại các rối loạn, ngoại xâm. Các chức năng hệ sinh thái cơ bản chính là các vai trò khác nhau của quá trình sinh thái trong một hệ sinh thái. Do đó, hai thuật ngữ “chức năng hệ sinh thái” và “các quá trình sinh thái” thường được sử dụng thay thế cho nhau.Đa dạng sinh học và các chức năng hệ sinh thái (hoặc các quá trình sinh thái) đều củng cố nguồn tích trữ tự nhiên sản xuất ra các hàng hóa và dịch vụ cho xã hội loài người.

Đánh giá “Hệ Sinh thái Thiên niên kỷ 2005” đã định nghĩa dịch vụ hệ sinh tháilà “lợi ích mà con người có được từ các hệ sinh thái” trong đó bao gồm: (1) dịch vụ cung cấp (ví dụ: Thực phẩm và nước); (2) dịch vụ điều tiết (ví dụ: Lọc không khí và nước, điều tiết khí hậu, lũ lụt, bệnh tật, thiên tai và tiếng ồn); (3) dịch vụ văn hóa (ví dụ: Giải trí, tâm linh, tôn giáo và lợi ích phi vật chất khác); và (4) dịch vụ hỗ trợ (ví dụ: Sự hình thành đất, sản lượng sơ cấp và chu kỳ dinh dưỡng). Hiện nay, xu hướng nghiên cứu các dịch vụ hệ sinh thái đô thị đã thực sự nổi lên và hầu hết các nghiên cứu cho đến nay đều tập trung vào không gian xanh và mặt nước. Tùy thuộc vào cách thiết kế và quản lý của các đô thị, không gian xanh đô thị có thể làm sạch không khí và nước, điều tiết khí hậu địa phương, cô lập CO2, giảm xói mòn đất, giảm ô nhiễm tiếng ồn, cung cấp môi trường sống cho động thực vật, làm tăng giá trị bất động sản, cải thiện các khu phố và giá trị thẩm mỹ của cảnh quan, tăng cường chất lượng sống của con người về mặt tâm lý.

Có rất nhiều nghiên cứu đã cho rằng cây xanh đô thịvà các không gian xanh da trời (nước) cung cấp rất nhiều lợi ích sinh thái – môi trường – kinh tế và văn hóa xã hội. Ví dụ, trong nghiên cứu về Stockholm, Bolund & Hunhammar (1999) đã chỉ ra 7 loại hệ sinh thái địa phương: Cây xanh đường phố, bãi cỏ và công viên, rừng đô thị, đất canh tác, đất ngập nước, hồ, biển, suối. Các hệ sinh thái địa phương này cung cấp 6 “dịch vụ bản địa”: (1) thanh lọc không khí, (2) điều hòa khí hậu, (3) giảm tiếng ồn, (4) thoát nước mưa, (5) xử lý nước thải, (6) giải trí và giá trị văn hóa. Các dịch vụ hệ sinh thái này đã có “tác động đáng kể lên chất lượng cuộc sống” trong các khu vực đô thị.Tuy nhiên, có thể thấy các dịch vụ văn hóa của hệ sinh thái rất ít được nghiên cứu so với rất nhiều loại dịch vụ hệ sinh thái khác. Ngoài ra, mối quan hệ giữa các dịch vụ hệ sinh thái và chất lượng cuộc sống con người trong môi trường đô thị vẫn chưa được khám phá đầy đủ. Để cải thiện vấn đề này, cần tích hợp các phương pháp nghiên cứu và bổ sung những phát hiện từ nhiều lĩnh vực khác, bao gồm các lĩnh vựcnhư: Địa lývăn hóa, tâm lý môi trường, xã hội học, sinh thái cảnh quan, quy hoạch và thiết kế đô thị.

Bề mặt không thấm là nguyên nhân của đảo nhiệt đô thị và tích hợp hạ tầng sinh thái nhằm quản lý nước mưa và tăng nhiệt độ bề mặt

Hướng tới thực hành sinh thái bền vững trong đô thị

Thực hànhsinh thái bền vững là quá trình học tập mang tính xã hội, trong đó mọi người lấy tri thức sinh thái làm kim chỉ nam tiến lên phía trước để tạo dựng sự bền vững đô thị. Để tiếp thu và áp dụng tri thức sinh thái vào thực hành quy hoạch cảnh quan và đô thị nhằm mang lại những lợi ích thực tế và lâu dài trong phát triển đô thị, chúng tôi đề xuất một số giải pháp như sau:

1. Xây dựng tính cộng đồng trong thực hành sinh thái bền vững

Làm thế nào để những ý tưởng, chiến lược và phương pháp tiếp cận tri thức sinh thái có thể tiếp cận thực tế và đạt hiệu quả lâu dài trong quy hoạch cảnhquan và đô thị hiện tại, nhưng vẫn giải quyết được những thách thức phát triển đô thị bền vững? Chúng tôi cho rằng quá trình tiếp thu và ứng dụng tri thức sinh thái, hay sự giác ngộ về tri thức sinh thái để tạo dựng sự bền vững đô thị nhất thiết phải là một quá trình xây dựng cộng đồng. Chỉ thông qua một cộng đồng các học giả có chuyên môn, những người nghiên cứu sâu về sinh thái, văn hóa và triết học, tích cực tham gia vào việc xây dựng kiến thức tập thểthì mọi người mới có thể chia sẻ và hiểu biết sâu sắc về tri thức sinh thái ở một mức độ tinh tế và tổng hợp hơn để đóng góp cho bền vững đô thị.

2. Lấy sinh thái học đô thị làm cơ sở cho tính bền vững của cảnh quan đô thị

Tính bền vững của cảnh quan đô thị có thể được nhìn nhận theo hai cách: (1) mức độ mà các mô hình và quy trình quy định đặc tính của cảnh quan tiếp tục tồn tại trong tương lai; và (2) các đặc trưng của cảnh quan sẽ ảnh hưởng thế nào đến tính bền vững của những yếu tố tác động tới con người (dịch vụ hệ sinh thái) hoặc đối với các sinh vật (môi trường sống).Cảnh quan đô thị được đặc trưng bởi cấu trúc, chức năng và sự thay đổi theo thời gian. Trong số các đặc điểm cấu trúc của cảnh quan, sự khác biệt về chất lượng của các yếu tố (các đám sinh cảnh) hoặc trong môi trường xung quanh (bối cảnhđám)có ý nghĩa quan trọng đối với tính bền vững. Do đó, quản lý các đám sinh cảnh (cây xanh và mặt nước) là việc làm cần thiết để duy trì những yếu tố có giá trị trong một cảnh quan đô thị.

Tính không đồng nhất của một cảnh quan(tức thành phần và sự sắp xếp của các yếu tố cảnh quan)có thể tăng cường khả năng tự phục hồi của cảnh quan, đồng thời tạo ra giá trị sinh thái đa dạng, góp phần vào sự phong phú của các sinh vật.Bên cạnh đó, động thái của cảnh quan được xác định bởi kết nối cấu trúc và chức năng giữa các đám sinh cảnh-đây là điều kiện để đảm bảo rằng các miếng ghép (đám sinh cảnh) không phải đứng một mình và đảm bảo liên tục dòng chảy của các cá thể, vật chất và dinh dưỡng trong tổng thể. Sự kết nối là điều kiện thiết yếu, và STHĐT là cơ sở để tạo dựng đa dạng trong cấu trúc, đảm bảo các động lực cảnh quan sẽ tiếp tục các dòng chảy của mình – Vì vậy đó là cơ sở để tăng cường tính bền vững của cảnh quan đô thị.

Xanh hóa không gian dựa trên các nguyên tắc sinh thái là cơ sở để thúc đẩy khả năng thích ứng và phục hồi của hệ thống cảnh quan đô thị. Nguồn: Sưu tầm

3. Sinh thái học đô thị trong kỉ nguyên Nhân sinh

Loài người đã bước vào kỉ nguyên Nhân sinh, hành động của con người đã ảnh hưởng tiêu cực đến hầu hết các hệ sinh thái và cảnh quan trên trái đất. Việc chuyển đổi các cảnh quan tự nhiên sang các mảnh đất do con người thống trị là dấu hiệu của Nhân sinh, dẫn đến sự phân mảnh của thực vật bản địa và môi trường sống, phá vỡ kết nối, làm tăng tính đồng nhất về không gian,khiến cảnh quan đô thị vì thế cũng biến đổi theo. Các tính chất của cảnh quan vốn góp phần duy trì các chức năng cảnh quan tự nhiên sẽ bị thay đổi và suy thoái.

Để quản lý cảnh quan đô thị trong tương lai, đảm bảo rằng các các giá trị quan trọng của cảnh quan vẫn tồn tại đòi hỏi sự hiểu biết về hệ sinh thái. Do đó, STHĐT sẽ đóng vai trò tăng cường khả năng phục hồi của hệ sinh thái và ngăn chặn những tác động vượt ngưỡng cho phép – Đây là chìa khóa cho tính bền vững của cảnh quan đô thị. Cuối cùng, chúng ta cần nhận ra rằng: Tính bền vững là một khái niệm lấy con người làm trung tâm, tức là đáp ứng các nhu cầu của con người trong hiện tại và tương lai. Các nhà sinh thái, các nhà môi trường có thể suy nghĩ khác nhau về các khía cạnh môi trường hoặc tự nhiên, nhưng trên thực tế đều làduy trì mối quan hệ cộng sinh giữa con người và môi trường.

Kết luận

Mặc dù bền vững đô thị đã xuất hiện nhiều trong các nghiên cứu, nhưng các thành phố không thể đạt được mục tiêu bền vững nếu thiếu các dịch vụ của hệ sinh thái. Đối với tất cả chúng ta, những người đang hoạt động trong lĩnh vực thực hiện quy hoạch cảnh quan và đô thị, quá trình học tập để tiếp thu và ứng dụng tri thức sinh thái sẽ luôn làkim chỉ nam cũng như nguồn cảm hứng để hoạt động. STHĐT là tiền đề để đưa những ý tưởng, nguyên tắc và chiến lược sinh thái vào thực tiễn nhằm đem lại những lợi ích thực tế và lâu dài trong quy hoạch cảnh quan và đô thị. STHĐT cũng là cơ sở để thiết lập các tiêu chuẩn cuối về tri thức sinh thái, giúp chúng ta theo đuổi để đạt được những thành tựu bền vững trong tương lai.

Nguyễn Văn Long – Ngô Thị Minh Thê (Đại học Nông Lâm TP.HCM)
Lê Đức Viên – Nguyễn Hoàng Linh (NCS tại Đại học Đông Nam, TQ)
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 12-2017)

Xem thêmSinh thái học đô thị: Nhận thức vì đô thị bền vững