绿色基础设施与基于自然的解决方案

绿色基础设施（Green Infrastructure）指由自然、半自然特征、绿色空间及其他景观要素构成的网络，经过战略性规划与管理，以提供广泛的生态系统服务。¹ 基于自然的解决方案（Nature-based Solutions, NbS）指通过保护、可持续管理和修复自然或经改造的生态系统，有效且适应性地应对社会挑战，同时促进人类福祉和生物多样性效益的行动。² 这些方法代表了一种范式转变，从传统的“灰色”基础设施（混凝土、钢材、工程系统）转向与自然过程协同工作的混合系统，以提供包括雨水管理、洪水控制、气候调节、空气质量改善和生物多样性保护在内的多种服务。

对绿色基础设施和基于自然的解决方案日益增长的认可，反映了越来越多的证据表明，自然系统通常能以比传统工程方法更具成本效益的方式提供环境服务，同时带来多重协同效益。在全球范围内，受气候变化、城市化、灰色基础设施老化以及对城市自然带来的健康和福祉益处的认识不断提高等压力驱动，城市正越来越多地将绿色基础设施纳入城市规划、气候适应战略和基础设施投资中。

雨水管理

绿色雨水基础设施（Green Stormwater Infrastructure）利用植被、土壤和自然过程在源头管理降雨，通过渗透、蒸散或再利用雨水来减少径流量并改善水质。³ 这与传统的雨水系统形成对比，后者通过管道将径流快速输送到集中处理设施或直接排入水体。

生物洼地（Bioswales）是设计用于输送和处理雨水径流的植被渠道。当水流经生物洼地时，植被和土壤会过滤污染物，同时渗透作用减少了径流量。生物洼地可以融入街道景观、停车场和其他城市区域，在提供雨水管理的同时提升美观度和创造栖息地。设计考虑因素包括针对汇水区域的适当尺寸、土壤介质选择、适应干湿交替条件的植被物种，以及包括定期清除沉积物和植被管理在内的维护要求。

雨水花园（Rain Gardens）是种植本地植被的浅洼地，用于收集和渗透来自屋顶、车道和其他不透水表面的径流。雨水花园通常在24-48小时内渗透水分，防止蚊虫滋生，同时补充地下水并通过生物和物理过程去除污染物。住宅雨水花园可以管理单个物业的径流，而更大的生物滞留设施则服务于商业场所、停车场和道路。正确的设计需要了解土壤渗透率、选择合适的植物，并确保极端事件下的溢流能力。

透水铺面（Permeable Pavements）允许水通过表层材料渗透到下层土壤或储水层中，从而减少径流并补充地下水。类型包括多孔沥青、透水混凝土和透水连锁铺路砖。应用场景包括停车场、人行道、广场和低交通量道路。虽然透水铺面可以有效管理雨水，但它们需要定期维护，包括真空清扫以防止堵塞，并且可能不适用于所有气候或土壤条件。结构承载能力和耐久性考虑会影响材料选择和设计。

绿色屋顶（Green Roofs）在建筑屋顶上整合植被和生长介质，以截留雨水、减少径流量和峰值流量，并提供隔热效果以降低建筑能耗。粗放型绿色屋顶使用浅层生长介质（2-6英寸）和耐寒、低维护的植物，而密集型绿色屋顶则拥有更深的土壤（6英寸以上），可支持包括灌木和小型乔木在内的多样化植被。绿色屋顶提供多种效益，包括雨水管理、缓解城市热岛效应、节约建筑能耗、延长屋顶膜寿命、创造栖息地和美学价值。然而，它们需要结构承载能力来支撑额外的重量，需要专业的安装和维护，并且前期成本高于传统屋顶。⁴

城市热岛效应缓解

城市热岛（Urban Heat Islands）指由于吸热表面（沥青、混凝土、建筑）、植被减少以及能源使用产生的废热，导致城市温度显著高于周边农村地区的现象。城市热岛增加了制冷能源需求，提高了温室气体排放，损害人类健康和舒适度，并且对树冠和绿地较少、通常为低收入社区的地区影响尤为严重。⁵

城市树冠（Urban Tree Canopy）通过遮荫和蒸散作用提供降温效果，成熟树木可使局部气温降低2-9°F。在建筑物附近进行战略性植树可将制冷能耗降低20-50%。然而，城市树冠分布不均，低收入社区和有色人种社区通常拥有较少的树冠覆盖率。扩大城市森林需要解决诸多障碍，包括有限的种植空间、土壤板结、与公用设施的冲突、维护成本，以及通过社区参与确保树种和种植地点符合居民的优先事项。

冷屋顶（Cool Roofs）使用反射材料或涂层来反射太阳辐射，减少热量吸收并降低建筑制冷负荷。虽然冷屋顶并非通过整合植被而“变绿”，但它代表了一种受自然启发的温度管理方法。冷路面同样使用反射或透水材料来降低表面温度。冷表面的有效性因气候而异，在炎热、阳光充足的地区效益更大。

城市绿地（Urban Green Spaces），包括公园、绿道和城市森林，其降温效应会延伸到其边界之外，效益可在数百米外测量到。面积更大、植被更茂密的公园比小而分散的绿地提供更强的降温效果。绿地规划应考虑规模、连通性、植被类型和密度，以及在社区间的公平分布。

洪水风险管理

基于自然的洪水管理（Nature-based Flood Management）利用自然特征和过程来降低洪水风险，通常与传统基础设施结合使用。⁶ 这些方法通常比传统的防洪结构更具成本效益，同时还能提供栖息地、休闲娱乐和水质改善等协同效益。

洪泛区修复（Floodplain Restoration）重新连接河流与其洪泛区，允许高流量期间水流在植被区域扩散，从而降低下游洪峰和流速。修复后的洪泛区提供栖息地、过滤营养物质和沉积物，并创造休闲机会。然而，洪泛区修复需要土地征用或地役权，可能与现有开发项目冲突，并且在高度改造的河流系统中面临挑战。

湿地修复（Wetland Restoration）重建或增强湿地，通过生物和化学过程储存洪水、降低洪峰流量并改善水质。湿地为水禽、鱼类和其他物种提供关键栖息地，同时提供休闲和教育机会。湿地修复项目必须解决水文、土壤、植被和长期管理问题，以实现功能性湿地生态系统。

活体海岸线（Living Shorelines）使用包括植物、沙子和岩石在内的天然材料来稳定海岸线，同时维持自然的海岸过程。与硬化海岸线并消除栖息地的海堤和护岸不同，活体海岸线在提供侵蚀防护的同时，支持鱼类、贝类和其他沿海物种。活体海岸线在中度能量环境中最为有效，在更高能量的环境中可能需要结合结构元素的混合方法。

IUCN基于自然的解决方案全球标准

IUCN基于自然的解决方案全球标准（IUCN Global Standard for Nature-based Solutions）于2020年发布，为设计、验证和推广NbS干预措施提供了一个框架。⁷ 该标准包括8项准则和28项指标，涵盖NbS的设计、实施和成果。

关键准则包括：有效应对社会挑战；在景观尺度上设计解决方案；为生物多样性和生态系统完整性带来净收益；经济可行；基于包容、透明和赋权的治理流程；平衡多重目标之间的权衡；基于证据进行适应性管理；以及在适当的管辖范围内具有可持续性并成为主流。该标准强调，NbS必须带来可衡量的生物多样性效益，而不仅仅是使用自然元素——损害生物多样性的项目无论其他效益如何，都不能被认定为NbS。

使用该标准进行验证和认证（Verification and Certification）可为NbS项目提供质量保证，支持其在碳市场、气候融资和企业可持续发展承诺中的可信度。然而，验证需要能力和资源，这在资源有限的环境中可能对实施构成挑战。

气候变化适应

用于气候适应的基于自然的解决方案（Nature-based Solutions for Climate Adaptation）帮助社区和生态系统应对气候变化影响，包括海平面上升、洪水增加、干旱、极端高温和降水模式变化。⁸

通过红树林修复、珊瑚礁保护和沿海湿地建设进行海岸防护（Coastal Protection），提供了抵御风暴潮和侵蚀的天然屏障，同时支持渔业和生物多样性。红树林可以在100米森林范围内将波高降低66%，提供与人工防波堤相当但成本更低的保护。然而，红树林需要适当的水文条件，并且可能需要数年甚至数十年才能提供全面的防护效益。

利用森林保护、重新造林和土壤保持实践进行流域管理（Watershed Management），可以调节水流、降低洪水和干旱风险，并维持水质。健康的流域作为供水服务的自然基础设施，可降低处理成本并增强水安全。包括纽约市在内的许多地方以及众多发展中国家实施的流域服务付费项目，证明了流域保护的经济价值。

通过绿色基础设施进行城市适应（Urban Adaptation），可以减少热应激、管理强降雨带来的雨水径流并改善空气质量。包括哥本哈根、新加坡和波特兰在内的城市已将绿色基础设施作为核心气候适应战略进行重大投资，展示了大规模实施的可行性。

挑战与局限

性能不确定性（Performance Uncertainty）：绿色基础设施和NbS在极端条件下的性能表现，引发了其与传统基础设施相比可靠性的质疑。虽然自然系统对于频繁、中等强度的事件可能非常有效，但在极端事件期间的性能可能较难预测。结合绿色和灰色基础设施的混合方法可以在各种条件下提供韧性。

维护要求（Maintenance Requirements）：绿色基础设施的维护要求与传统基础设施不同，需要园艺和生态专业知识而非工程技能。维护不足可能导致系统故障，例如生物洼地堵塞、植被死亡和入侵物种定殖。确保长期充足的维护资金和能力仍然是一个重大挑战。

土地需求（Land Requirements）：绿色基础设施可能需要大量土地，尤其是在土地稀缺且昂贵的密集城市地区。这可能会限制其在高度开发环境中的适用性，或者需要创造性的方法，如绿色屋顶、垂直花园和多功能空间。

延伸阅读

IUCN在 iucn.org/theme/nature-based-solutions 提供了关于基于自然的解决方案的全面资源。美国环保署在 epa.gov/green-infrastructure 提供了关于绿色基础设施的指南。基于自然的解决方案倡议组织在 naturebasedsolutionsinitiative.org 提供了研究和案例研究。关于绿色基础设施和基于自然的解决方案的学术研究发表在包括 Nature-Based Solutions、Urban Forestry & Urban Greening 和 Landscape and Urban Planning 在内的期刊上。

参考文献