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日内瓦应对城市气候风险的“沃土营造”构想

主持人: 苗丽婷,浙江大学建筑工程学院,博士研究生

郑媛(通信作者),福州大学建筑与城乡规划学院,讲师。lilian199002@126.com

王珂,浙江大学建筑工程学院,博士研究生

当前,我国城市发展进入转型期,逐步从以往快速增长、不断蔓延的粗放式发展模式向低碳、生态、环保的集约化发展模式转变,“城市双修”正是国家基于转型期城市发展特征提出的更新手段[1]。具体到实践当中,国内对城市修补和生态修复的操作手法各自相对独立,为此需要探索城市与生态耦合视野下的适宜性策略与路径。

本文介绍了瑞士洛桑联邦理工学院人居环境研究中心团队针对瑞士日内瓦提出的“沃土营造”构想。笔者首先剖析了日内瓦将面临的气候变暖和水文危害等风险,基于对土地类型占比的研判,发掘出城市土地为生态服务的巨大潜力。在此基础上,提出将土壤视为多功能实体的“沃土”概念和旨在修复全域土壤质量的“养护”战略;并基于“沃土”的复合功能属性构建了减缓型和适应型两种土地经济循环方案,分别提供了应对气候变暖和水文危害的两种人居营建策略。“沃土营造”从整体性的角度看待城市与生态的关系,探讨了以城市土地应对气候风险从而反哺城市的可能性,构建了一种应对城市气候风险的全新态度与策略,可以为我们提供多维的研究视角与经验借鉴。——栏目主持人


引言

在过去30年里,气候变化已经从一个令人不安的低层面问题变成威胁生命的全球紧急事件[2]。2021 年8 月9 日,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change)公布了第六次评估报告,指出人类活动引起了全球平均表面温度升高,近期的气候变化广泛、迅速且强劲,变化程度为数千年未见。气候变化对人类赖以生存的土地和利用土地的方式产生了巨大的影响,导致地球表面气温和海洋温度上升、海平面上升、冰盖消融和冰川退缩和极端气候事件频率增加,对人类活动和生命安全造成了极大的伤害。作为人口与资本高度聚集的空间载体,城市正在经受气候变化带来的多重挑战,应对气候风险及其不利影响将成为日后城市规划的重点。在此背景下,2018 年瑞士日内瓦政府在布莱拉德建筑师基金会(Braillard Architects Foundation)的支持下,发起了“日内瓦愿景——栖居21 世纪的景观城市”城市建筑景观设计项目,旨在依托环境、社会和经济构建2050 年日内瓦城市群的城市规划方案。该设计项目邀请了7家国际跨学科团队参与,各团队自行选取研究切入点并制定规划策略,最后由日内瓦城市建设部综合取舍, 制定最终的2050 年日内瓦城市规划方案。洛桑联邦理工学院人居研究中心(EPFL HRC: Habitat research centre de école polytechnique fédérale de Lausanne,下称HRC团队) 与纳沙泰尔大学(Université de Neuchâtel)、产品生命研究所(Product-life Institute)、日内瓦地球—自然—环境研究所(Haute école du paysage, d’ingénierie et d’ architecture de Genève)、伯尔尼大学(University of Bern)、格罗宁根大学(University of Groningen)和鲁汶天主教大学(Université Catholique de Louvain)等组织和机构合作,参与此次设计项目。HRC 团队以“沃土营造”为切入点,通过转变对待土壤的态度和利用土壤的方式,对日内瓦的城市气候问题进行了研究论证并制定了针对性的应对策略


1 研究背景:日内瓦气候风险辨析

HRC 团队将应对气候风险作为2050 年日内瓦规划的核心。过去十年,在热浪、洪水、干旱等极端天气的影响下,气候变化正在直接或间接地破坏日内瓦的生态环境,影响城市运作和人类活动。根据瑞士联邦气象与气候办公室(National Centre of Climate Services)的预估[4],未来瑞士极端天气将增多,呈现出夏季干燥、降水频次少但降水量充沛的特征。据此,日内瓦规划首要解决的气候风险应定位在水文危害和气候变暖两个方面。

在水文危害方面,根据1984 年颁布的《日内瓦湖水域管理跨州公约》(Acte intercantonal concernant la correction et la régularisation de l’ écoulement des eaux du Léman entre les cantons de Genève, de Vaud et de Valais)[5],日内瓦各部门须通过布置大坝、控制水利设备等方式调节日内瓦湖的水位,将湖泊水位保持在371.7~372.3 m。然而随着暴雨天气的增多,近年来日内瓦年降水量明显增长,同时城市扩张导致不透水地表范围扩大,使得集水池、管道、溢洪道和蓄水池等城市水利设施长期处于超负荷工作状态, 导致洪涝等水文隐患。若不及时采取措施增强城市适应水文变化的能力,未来日内瓦将有110 万人的居住地面临泛洪险情。

在气候变暖方面,日内瓦属温带海洋性气候,原本城市气温的年变化和日变化小,降水量季节分配较均匀,气候宜人,但近年来日内瓦年平均气温不断增长。瑞士联邦气象与气候办公室预测,40年后日内瓦的夏季温度将超过40℃,干旱持续不断,冬天几乎无雪[4]。很遗憾,当前日内瓦的城市规划和建筑设计并不足以应对这样的极端炎热天气。若不采取相应措施,到2050年全球变暖问题将影响整个日内瓦城市群范围(夏季温度超过30℃),其中日内瓦湖地区(L’Arc lémanique)以及阿尔韦山谷(La vallée de l’ Arve)受灾最重,而这恰是当前居住人口最密集的区域。

2 问题突破:城市土地的生态潜力

2.1 城市土地具有巨大的生态服务潜力

为应对水文危害和气候变暖带来的气候风险,HRC团队试图以土地为切入点,寻求应对策略。土地被认为是短时间内实现应对气候变化重要目标的最佳工具之一[6]。2019年8月通过的IPCC《气候变化与土地特别报告》评估了基于土地的不同措施对气候变化的影响和自然对人类的贡献,指出人类对土地的合理利用与管理,特别是可持续的土地利用管理,将减轻不同压力对生态系统和社会经济的负面影响,并有助于城市减缓和适应气候变化[7]

为此,HRC团队对日内瓦的土地情况展开针对性研究,试图发掘日内瓦土地的生态可开发价值。HRC团队基于绿色遗产信息系统联盟(Système d' information du patrimoine vert)开源土地数据[8]绘制了日内瓦土地类型分布图局部,将70多个土地类型经过简化划分为三个宏观类别:自然土地、农业土地和城市土地。不同土地类型的定量统计结果打破了人们对日内瓦的惯常认知:日内瓦通常被认为是一个具有大量农业土地的“乡村大都市”,但图示对比结果显示,日内瓦的城市土地覆盖率高达27%,甚至接近农业土地覆盖率(35%)。这是因为近年来城市快速发展将大量土壤质量最高的农业用地迅速转变为城市用地,土壤因被改造为居民区用地(例如运动场、草坪、景观绿地等)而遭到破坏。由此,HRC团队提出利用土地突破气候问题的关键点在于:日内瓦有1/4 以上的土地可以提供(或可通过修复提供)多种生态系统服务,但由于被归类为城市土地而被忽略,若能恢复城市土地的生态服务价值,则有可能发掘出利用土地应对气候风险的巨大潜力。

2.2 人地矛盾冲突加剧影响土地的生态利用

若要开发日内瓦城市土地的生态服务价值,必须确保城市土地可利用、有价值。但当前日内瓦对土地利用的态度和操作尚不足以保证土地生态价值的充分开发,由此带来的人地矛盾影响了土地的生态利用,主要体现在以下两个方面。

(1)土地资源浪费:土地相关政策的区域化导致资源忽视。日内瓦的土地政策将土地划分为农业土地、自然土地、森林土地和建筑用地四类,各类土地由各自的政策约束和条例管控。然而,这种区域化的操作手法可能导致对土地基本资源及其可用价值的忽视。此外,日内瓦地区内各部门发布的各类政策(联邦空间规划法[Loi fédérale sur l' aménagement du territoire]、气候计划[Plan Climate] 等)之间缺乏统筹协调,也导致了土地资源浪费的现象。

(2)土壤质量下降:土壤质量与人口数量呈负相关增长。土壤提供了大量且多样的生态系统服务,例如径流渗透、热岛缓解、污染缓冲、碳固存、生物多样性延续等。在当前人口增长、住房需求变大的背景下,城市扩张力度愈发强劲,导致全域内土地破碎、土质下降,人地关系愈发紧张。

3 概念提出:基于“沃土”的两种转变

为缓解人地矛盾,开发城市土地的潜在生态价值,应对日内瓦的气候风险,HRC团队从根本上转变了看待地域(territory)的观点,创新性地提出“沃土”(Sol Rurbain)概念。沃土是指将土壤视为具有生命力的多功能实体,它不进行城市土地、农业土地和自然土地的分类,而是将构成地域的所有土地视为一个整体,通过土地的多功能性提供生态系统服务。基于沃土概念进行的土地实践和管理,将产生分析对象和实践方法的两重转变。

3.1 转变分析对象:从“土地”到“沃土”

根据世界粮农组织对土地在地球上的基本作用定义,土地提供了使地球生命得以生存的生态系统服务[9]。为应对气候变化给日内瓦城市带来的压力,不仅要保护和修复土地,还必须将其视为应对气候风险和未来城市建设的基本推动力,使分析对象从“土地”转变为“沃土”。沃土既是一个新的概念,也是一个物理实体。在日益紧迫的环境压力和空间限制下,沃土将具有多种功能的土地作为应对气候风险的战略资本加以利用,既有利于缓解和适应气候变化,又有助于建设和管理新的生态环境。

沃土强调土地的复合功能, 它不仅具有农业土地的粮食生产能力,也履行一系列改善城市环境的职能。过去的地理学家和城市规划者都未将沃土视为一种潜在的资源,然而整体来看,沃土为“土地经济循环方案”(D' Economie circulaire des sols)提供了实施的可行性。在这种方案中,为城市进程而迁移和使用的农业土地和自然土地不再被认为是退化或者丢失的土地,而是经功能转变后重新定位和再利用的土地。依据土壤质量水平对土地进行系统管理和再循环分配的做法是合理的,在技术上也是成熟的,可实现土地的经济循环性。

3.2 转变实践方法:从“开发”到“养护”

土壤有机物含量(SOM: Soil Organic Matter)是评估土壤质量的重要指标[10]。长期以来,由于日内瓦平原土地被大量开发,城市土壤质量普遍较差且不均衡,SOM 值仅为最低生产水平的30%。为稳固日内瓦“沃土”的土壤质量及其多种生态功能,其管理实践必须由开发利用转变为修复保护,针对整个日内瓦地区的“沃土”推广实施养护战略(Stratégies de conservation)。养护战略是指通过土地增肥保护和增加土壤中的有机物含量,从根本上修复因工业和农业活动(如深耕、物理沉降、侵蚀等)而退化的土壤,提高其功能性(如储存温室气体、渗水和保水能力等),并建立针对日内瓦现有土地的模型监测程序和评估支持平台。

当前,日内瓦政府已针对农业土地开展基于保护性农业(L' Agriculture de Conservation)原则的养护战略,并取得了一定成效。近年来日内瓦有50% 农业土地的SOM 值呈正变化率,整体土地SOM 值平均增长率已从负数变为正数。今后政府仍需加强政策扶持和农业资助力度,持续推进养护战略在农业土地的开展。与此同时,还应基于“沃土”概念将养护战略推广到城市土地。虽然城市土地在人工建设干预后往往存在密封、污染、沉降等问题,土壤质量总体较差且质量差异大,土地分布不均且难以统计,然而无论大小,每一块土地都可以履行一项或多项生态系统功能。既往研究和实例都表明,城市土壤质量的改善空间是巨大的[11-14]。若能建立城市建设技术部门,通过修复和重建建筑工地土壤、埋藏生物炭等方式创造优质的技术土壤,则能有效解决城市土地SOM 流失、沉降、侵蚀等问题,提高现有城市土地的质量和生态功能。

4 应对策略:土地经济循环方案

基于将土壤视为多功能实体的沃土概念和旨在修复全域土壤质量的养护战略,HRC 团队进一步提出土地经济循环方案。根据面对气候风险时的不同态度,土地经济循环方案可分为减缓型和适应型两种,分别提供了应对气候变暖和水文危害问题的人居营建策略。

4.1 应对气候变暖的减缓型策略——重建森林行动

当前国际规划学界对气候变化问题的主流观点有减缓和适应两种。减缓型规划指通过对规划建设的控制减少人类产生的温室气体排放量,稳定或降低大气中的温室气体特别是CO2的浓度, 从而缓解气候的进一步暖化[15]。在此基础上,HRC 团队提出构建“沃土营造”态度下的减缓型规划策略,即将沃土概念与养护战略相结合,通过提高土壤质量和提升土地功能,增强土地储存温室气体的能力,以减缓气候变暖的速度。

即使在土地资源紧缺的背景下,利用土壤固存有机碳仍是应对气候变化最重要且最经济的方式之一[16]。瑞士国家自然资源研究所(Institut national de la recherche agronomique)比较了在四种农业活动下,每单位面积土地的固碳能力和对温室气体的转化能力。结果显示,与通过免耕修复土地相比,种植木本植物能促进有机物进入土壤,降低土壤中有机物的矿化速度,固碳效果更为显著——这表明保护性森林在减缓气候变暖方面具有巨大潜力[17]。在此基础上,HRC 团队提出了“重建森林行动”。该行动以沃土概念为支撑,将森林引入农田和城市,扩大保护性森林的面积,同时配合养护战略提高土壤质量,增强土地固存CO2 的能力,达到减缓气候变暖的目标。此外,重建森林行动本身也减少了不可再生能源的消耗和温室气体的排放,还能推动本地加工业和消费产业的发展。例如行道树的重建提供了保护生物多样性、防止水土流失等多种生态服务,同时提供了碎木代替粪肥,是具有地方性生产优势的有效替代品。

以布拉德贝(Bois-de-Bay)地区为例[18],减缓型策略探索了森林与其他土地相结合、最大化提供生态系统服务的可能性。重建森林行动将森林模块分别与农业模块和城市模块组合,形成了农业与森林套种的种植森林、农业与森林组合的农业森林、城市与森林组合的人居森林三种森林类型,分别在布拉德贝的适宜片区植入三种森林类型,以促进土壤中碳与有机物交换,增强土壤的固碳能力[19],改善片区微气候。同时,森林与农田、城市相结合的做法在空间上模糊了城市边界,有利于推动城市郊区发展为乡村农民与城市居民社交和工作的新场所,创造新的生活模式,形成新的城市结构,推进城市的健康发展。

4.2 应对水文危害的适应型策略——步行城市

除减缓型规划策略外,适应型策略也是应对气候风险的有效规划手段之一。适应型规划指自然或社会系统对气候变化已有的或可能发生的影响(如海平面上升)所作出的一种调节,以保证在面对已观测到或预测到的气候变化和相关的极端情况时,降低其脆弱性或增加其韧性[20]。在此基础上,HRC团队提出构建“沃土营造”态度下的适应型规划策略,即将沃土概念与养护战略相结合,通过提高土壤质量和提升土地功能,有效降低土壤沉降、侵蚀和渗水带来的水文风险,以适应气候变化下的生态环境条件。

扩大透水地表的面积是城市抵御水文危害的重要手段之一[21]。经过对日内瓦整体土壤质量的分析,可以发现日内瓦的硬化土地大致可分为两类。大多数硬化土地表层不透水,但拥有透水底土,因此可通过收集口反向排水或利用林木的种植坑渗透径流水,恢复基本功能。对透水底土实施养护战略,增加植被覆盖率并提高土壤SOM 值,以阻止水土流失,提高土地的渗透能力,抵御洪涝灾害。另一类硬化土地除了表层不透水,底土也由不透水的混凝土或压实的砾石组成(如道路、地下停车场等),因此需对不透水底土进行去人工化处理,清除沥青以改善土壤质量,建立生物多样性的传递系统。此外,经过处理的土地可以利用径流水渗透并净化城市水域,同时为树木提供养分、空气和水源,而城市森林是改善城市环境(尤其是城市微气候)的关键因素。

以阿尔韦(Arve) 地区为例[22],适应型策略探讨了回收部分硬化的土地资源以及经过合理化和最小化的消耗、重组城市肌理的可能性。在阿尔韦地区打造的“步行城市”限制汽车和卡车通行,将原有的不透水底土道路改造为透水的慢行交通道,将新建的住房和服务设施建立在原有建筑物地基上,进而释放出大量城市内部空间。针对经过养护的透水底土,“步行城市”一方面将其改造为与河流和森林相连的步行通道,将城市与自然资源连接起来;另一方面将其划分给每位居民作为独立耕地,在为其提供高质量生活空间的同时将不可居住的公共地域空间联系了起来,组织成为新的城市景观。

5 结语

在全球气候变化的背景下,“沃土营造”从两个方面应对气候风险:一方面,它转变了对待土地的态度,将土地视为多功能实体有利于最大化发挥土壤的复合功能,提供多重生态系统服务;另一方面,它转变了利用土地的方式,倡导保护性农业,增强土壤的抵抗性和复原力,创造优质的技术土地。基于“沃土营造”构建的土地经济循环方案突出强调了土地的多功能性、地表的多时空性和空间的可逆性,可以成为当前应对气候风险的最佳工具。

随着双碳目标的提出,气候变化已成为我国越来越重视的议题。然而在城市规划建设方面,我国应对气候风险的相关研究与实践仍处于起步阶段,仍需探索城市与生态耦合视野下的适宜性城市建设策略与路径。在此背景下,“沃土营造”所探讨的城市与生态和谐互惠的人居思路为我国规划建设提供了多维的研究视角和经验借鉴。


注释

①    转引自参考文献[3]。

②    资料来源于2020 年瑞士洛桑联邦理工学院HRC 团队提出的“日内瓦愿景——栖居21 世纪的景观城市”(Visions prospectives pour le Grand Genève-Habiter la ville-paysage du 21e siècle)项目方案。该方案属于团队内部资料,尚未公开发表。

    目前日内瓦平均全年最低气温-1℃,最高气温26℃,夏季气候凉爽宜人。因此,以往城市规划和建筑设计倾向于解决冬季防寒问题,未充分考虑有效应对未来夏季高温问题。

    日内瓦作为欧洲第二的金融中心和瑞士第二大城市,城市人口没有过度聚集在中心区,而是分布在拥有自然风景的乡村及其附近,因此被称作“乡村大都市”。

    保护性农业有三种基本做法:减少土壤变性,增加植物种类,提高植被覆盖率。后两种做法更为有效且有多种组合手法。实践结果表明,采用保护性农业的同时,农民的收入会相应提高。


注:文中图片为作者根据洛桑联邦理工学院人居研究中心研究成果绘制。

感谢洛桑联邦理工学院保拉·维加诺(Paola Viganò)教授的研究指导和EPFL HRC团队的成果支持!


国家自然科学基金项目(51238011)

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(本文编辑:王枫)

参考文献:

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