Cơ sở hạ tầng cơ bản cung cấp nước và thức ăn cho cây được tạo thành từ rễ, thân và lá. Để so sánh, cơ sở hạ tầng cung cấp nước uống cho cộng đồng được tạo thành từ một mạng lưới các bộ phận bao gồm giếng, hồ chứa, đường ống nước chính và các đường ống nhỏ hơn. Các ví dụ quen thuộc khác về cơ sở hạ tầng trong cộng đồng là giao thông, thông tin liên lạc và mạng lưới điện. Những mạng lưới được xây dựng này thường được gọi là cơ sở hạ tầng xám.
Trong tự nhiên, mạng lưới sông, suối, hồ và đại dương tạo nên cơ sở hạ tầng tự nhiên hỗ trợ chức năng của hệ sinh thái cũng như thực vật và động vật sống ở đó. Ở những nơi hoạt động của con người dẫn đến mất hệ sinh thái và đa dạng sinh học, cơ sở hạ tầng xanh có thể được quy hoạch và quản lý để bảo tồn các dịch vụ hệ sinh thái và giảm tác động tiêu cực đến môi trường. Cơ sở hạ tầng xanh được tạo thành từ thảm thực vật, đất và công nghệ sinh học mang lại cho cộng đồng nhiều lợi ích về môi trường, xã hội và kinh tế. Khi được kết nối trong một khuôn khổ lớn hơn gồm rừng tự nhiên và đô thị, môi trường sống, sông suối, vùng đất ngập nước và vùng ngập lũ được xây dựng, cũng như công viên, sân dân cư, cảnh quan có thể ăn được, vườn cộng đồng, mái nhà xanh, tường xanh, hố nước sinh học và vườn mưa, mạng lưới cơ sở hạ tầng xanh được hình thành.
Cơ sở hạ tầng thoát nước mưa truyền thống thu thập, thoát nước và xả nước từ các địa điểm càng nhanh càng tốt có thể làm tăng nguy cơ xảy ra lũ quét, ô nhiễm và thiệt hại do xói lở ở hạ lưu. Các bề mặt kín như mái nhà, bãi đỗ xe và đường làm tăng tốc độ dòng nước mặt và ngăn chặn sự xâm nhập vào đất để làm sạch, bổ sung nước ngầm và sử dụng cho cây trồng. Ngược lại, cơ sở hạ tầng xanh để quản lý nước mưa mô phỏng cảnh quan thiên nhiên có chức năng ngăn chặn, giữ lại, hấp thụ, lọc và giải phóng từ từ nước mưa bằng sự thoát hơi nước và dòng chảy có kiểm soát. Sự kết hợp của các thành phần cơ sở hạ tầng xanh như mái nhà xanh, tường xanh, hệ thống thoát nước sinh học, vườn mưa và lớp lát thấm giúp giảm số lượng và cải thiện chất lượng nước mưa trước khi xả ra khỏi khu vực.
Cơ sở hạ tầng xanh được thiết kế để tối ưu hóa các dịch vụ có lợi do thực vật cung cấp. Thực vật và các quá trình quang hợp, hút nước và hô hấp của chúng góp phần vào:
- sản xuất oxy và cô lập carbon,
- loại bỏ ô nhiễm từ không khí, đất và nước,
- kiểm soát lũ lụt, quản lý nước ngầm và nước mưa,
- che bóng bề mặt và làm mát nhiệt độ không khí bằng sự thoát hơi nước, và
- môi trường sống của động vật hoang dã và thụ phấn, và không gian xanh cho sức khỏe con người.
Cây trồng cho các dự án cơ sở hạ tầng xanh thường là các loài cây bản địa có sẵn ở địa phương, nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Cả thực vật bản địa và không phải bản địa đều được sử dụng cho các dịch vụ hệ sinh thái mà một loài hoặc cộng đồng thực vật cung cấp. Những cây trồng phù hợp với điều kiện phát triển, chức năng, hình thức và mức độ bảo trì liên quan đến mái nhà xanh, tường xanh, hệ thống thoát nước sinh học và vườn mưa sẽ được lựa chọn trong giới hạn của một dự án cụ thể.
Cây xanh cho mái nhà
Mái nhà xanh được bao phủ một phần hoặc toàn bộ bởi thảm thực vật và giá thể trồng trọt cung cấp nhiều dịch vụ hệ sinh thái trong môi trường đô thị. Các dịch vụ bao gồm giảm lượng mưa chảy tràn thông qua sự hấp thụ của thực vật, cung cấp môi trường sống cho động vật hoang dã và không gian xanh, đồng thời giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị thông qua bóng mát và sự thoát hơi nước của thực vật. Ngoài ra, đặc tính cách nhiệt của thảm thực vật và giá thể trồng trọt làm giảm mức ồn, giảm chi phí sưởi ấm và làm mát trong các tòa nhà, đồng thời kéo dài tuổi thọ của vật liệu lợp.
Mái nhà xanh được phân loại thành chuyên sâu hoặc mở rộng tùy thuộc vào độ sâu của chất trồng. Hệ thống mái xanh chuyên sâu với độ sâu giá thể trồng trọt lớn hơn 150 mm (6”) có thể hỗ trợ nhiều loại thực vật bao gồm lớp phủ mặt đất, các loài thân thảo, cây bụi, cây thân gỗ và cây leo. Khả năng chịu tải kết cấu cao của mái nhà xanh chuyên sâu cũng cho phép tiếp cận các tiện ích như lối đi, sân hiên và các tính năng nước. Giống như một khu vườn truyền thống trên mái nhà, trồng thâm canh có yêu cầu cao về chăm sóc và đầu vào.
Ngược lại, những mái nhà xanh rộng rãi với chất trồng có trọng lượng nhẹ có độ sâu dưới 150 mm (6 inch) sẽ hỗ trợ những cây trồng có bộ rễ nông và yêu cầu thấp về bảo trì và đầu vào. Những mái nhà xanh rộng lớn cung cấp môi trường sống cho động vật hoang dã nhưng khả năng chịu tải kết cấu thấp hơn của chúng có thể hạn chế khả năng tiếp cận của con người trong các chuyến thăm bảo trì.
Hầu như bất kỳ loại cây trồng nào cũng có thể được trồng trên mái nhà xanh, tuy nhiên, độ sâu nông và hàm lượng hữu cơ thấp của vật liệu trồng trên mái nhà xanh rộng rãi sẽ là yếu tố hạn chế cho việc lựa chọn cây trồng. Nhìn chung, các loài phù hợp được xác định bằng cách kiểm tra vi khí hậu của mái nhà xanh và so sánh nó với môi trường sống tự nhiên của loài đó.
Các đặc điểm mở rộng của mái nhà xanh ảnh hưởng đến việc lựa chọn nhà máy sẽ bao gồm lượng nước sẵn có, tốc độ gió, độ sâu và nhiệt độ của đất, cũng như khả năng tiếp xúc với ánh nắng mặt trời và khí hậu. Các đặc điểm sinh trưởng của thực vật đối với mái nhà xanh rộng rãi bao gồm cây phát triển nhanh, sống lâu với độ che phủ dày đặc, khả năng kháng sâu bệnh, rễ nông, tự tái sinh từ hạt và các bộ phận sinh dưỡng, khả năng chịu đựng thời tiết khắc nghiệt và điều kiện rất khô đến bão hòa và yêu cầu bảo trì thấp. và đầu vào.
- đồng cỏ khô, vách đá và bờ biển,
- dãy núi khô cằn,
- cộng đồng thảo nguyên, thạch nam và núi cao,
- các cộng đồng cát, taluy và vách đá, và
- vùng đất hoang, hố sỏi và cát, mỏm đá, các bề mặt cứng khác.
Các loại cây thích hợp cho mái nhà xanh rộng rãi có thể bao gồm các loài mọng nước, củ và thân cây, cây tự gieo hạt hàng năm hoặc hai năm một lần, các loại cây giống như cỏ thuộc họ thân bó và thân gỗ, và một số loại thảo mộc vùng đất ngập nước và lâu năm. Các loài mọng nước, đặc biệt là Sedum cvs. (stonecrop) đã được sử dụng rộng rãi vì chúng thích nghi tốt để trồng trong môi trường vi khí hậu rộng lớn trên mái nhà xanh. Ngoài việc trồng trầm tích, các cộng đồng đa dạng có thể bao gồm các loài thích nghi như Aster spp. (cúc cúc thông thường), Campanula carpatica(Chuông Carpathian, chuông canterbury), Heuchera cvs. (chuông san hô, phèn), Penstemon cvs. (lưỡi râu), Phlox subulata (phlox leo), cũng như các loài cói và cỏ như Andropogon gerardii (cỏ xanh lớn) và Panicum virgatum (cỏ chuyển đổi).
Cây xanh cho tường
Những bức tường xanh bao gồm các hệ thống thảm thực vật thẳng đứng, phương tiện trồng trọt, tưới tiêu và thoát nước ngày càng được sử dụng nhiều trong cảnh quan bên ngoài và bên trong vì lợi ích thẩm mỹ và môi trường của chúng. Các đặc tính che nắng, quản lý nước, sàng lọc, đệm và cách nhiệt của tường xanh có thể làm giảm nhiệt độ không khí, độ ồn và chi phí năng lượng cho việc làm mát các tòa nhà. Ba loại tường xanh chính là mặt tiền xanh, tường sống và tường chắn. Mặt tiền xanh của hệ thống cáp, lưới mắt cáo, cầu cảng và hàng rào đối diện với mặt tiền của tòa nhà hỗ trợ sự phát triển của dây leo và dây leo hoặc các loại cây xếp tầng có rễ ở mặt đất hoặc trên mặt đất.
Hệ thống tường bao quanh gồm các mô-đun thực vật, tấm hoặc túi chứa giá thể trồng trọt đứng tự do hoặc gắn vào tường hoặc khung kết cấu hỗ trợ các cây thân thảo và cây thân gỗ có rễ sợi nông, rễ bò. Hệ thống tường chắn sống được thiết kế để ổn định sườn dốc kết hợp thảm thực vật bên trong các túi vải địa kỹ thuật, thảm, các khối bê tông đúc sẵn hoặc trong các sợi dệt có màu Salix ( cây liễu bản địa, cây liễu âm hộ). Hình 9.2 cho thấy một ví dụ về bức tường xanh sống động trên một tòa nhà.
Tương tự như mái nhà xanh, tường xanh có điều kiện phát triển độc đáo sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn cây trồng. Các yếu tố cần xem xét bao gồm khí hậu trong nhà hoặc ngoài trời, yêu cầu về đất đặc biệt và hướng tường, thiết kế tường xanh và mức độ bảo trì cần thiết. Ở những nơi tường xanh không được kết nối với nước ngầm, việc tưới tiêu và bảo trì chuyên sâu là cần thiết để đảm bảo diện mạo và chức năng phù hợp.
Trong những tình huống mà chiều cao của tường và sự khô hạn do gió và thiếu bóng râm hạn chế sự phát triển của thực vật, các loài thích nghi với mặt vách đá, độ dốc cực lớn và môi trường sống trên đất mỏng sẽ đưa ra những lựa chọn phù hợp. Tùy thuộc vào loại tường xanh, các loại cây phù hợp có thể từ cây hàng năm đến cây thân thảo và cây thân gỗ lâu năm. Một số ví dụ về loài phù hợp là Heuchera cvs. (chuông san hô, phèn),CV của Penstemon (lưỡi râu), Cotoneaster apiculatus (cranberry cotoneaster), Fragaria x ananassa (dâu vườn), và Gaultheria procumbens (wintergreen), cũng như các loài mọng nước và nhiệt đới. Tùy thuộc vào nhu cầu che nắng theo mùa cho các tòa nhà, mặt tiền xanh có thể bao gồm các cây thường xanh hoặc cây rụng lá như Actinidia kolomikta (actinidia) và Campsis radicans (cây kèn).
Cây trồng cho hệ thống thoát nước sinh học và vườn mưa
Cơ sở hạ tầng xanh sử dụng quá trình lưu giữ sinh học để quản lý số lượng và chất lượng nước mưa. Các cấu trúc lưu giữ sinh học như hố thoát nước sinh học và vườn mưa được thiết kế để thu giữ, lưu giữ, vận chuyển, thẩm thấu và làm bay hơi nước từ cây trồng. Các rãnh thoát nước sinh học có thảm thực vật là các kênh nông rộng, thẳng hoặc uốn khúc với đất xốp, các cạnh và đáy dốc nhẹ để thu thập và vận chuyển nước mưa từ vị trí này sang vị trí khác đồng thời tối đa hóa khả năng thẩm thấu của đất và sự hấp thu của thực vật. Các bể sinh học được thiết kế để quản lý các đợt mưa và lũ lụt dữ dội trong thời gian ngắn, sau đó là thời kỳ khô hạn. Chúng làm giảm tác động của các hiện tượng nước mưa và thu giữ dòng chất ô nhiễm đầu tiên từ các bề mặt lát đá và bịt kín để thực vật và vi sinh vật đất xử lý.
Vườn mưa là các lưu vực thấm nông nằm ở vùng trũng và vùng trũng thấp, có tác dụng thu giữ và giữ nước tạm thời để thấm và bổ sung nước ngầm. Đất xốp lọc các chất ô nhiễm và cho phép thực vật hấp thụ và thoát hơi nước để giảm nhiệt độ không khí và nước. Hình 9.4 cho thấy một ví dụ về một khu vườn mưa. Lưu ý rằng ống thoát nước trên mái đi vào khu vườn mưa và khi kết hợp với mặt đường xốp, khu vực này sẽ trở thành một cảnh quan hấp thụ.
Ngoài các điều kiện phát triển cụ thể và những yêu cầu về ngoại hình, cây trồng cho các dự án cơ sở hạ tầng nước mưa xanh phải đáp ứng các yêu cầu chức năng cơ bản bao gồm:
- khả năng chịu đựng và khả năng phục hồi trước lũ lụt, trầm tích, hạn hán và héo rũ,
- cấu trúc rễ rộng và sâu để chống lại dòng nước lớn,
- tán lá rậm rạp và phát triển lan rộng giúp ngăn ngừa xói mòn và tăng sự thoát hơi nước,
- tăng trưởng mạnh mẽ, đáng tin cậy mà không bị xâm lấn, và
- khả năng chịu đựng và tích tụ chất gây ô nhiễm từ nước hoặc đất bão hòa.
Các loài cây bản địa và cây cảnh thường được trồng tùy theo khả năng chịu đựng của chúng đối với đáy ẩm ướt hơn hoặc phía khô hơn và mép trên của hệ thống thoát nước sinh học và vườn mưa. Khi không gian và thể tích đất cho phép, việc trồng cây và cây bụi lớn như Alnus rubra (cây alder đỏ), Frangula purshiana (cascara) và Salix discolor (cây liễu bản địa, cây liễu âm hộ) sẽ ngăn ngừa xói mòn và thoát ra một lượng lớn nước. Ví dụ về các loại cây bụi dành cho hệ thống thoát nước sinh học và vườn mưa bao gồm Clethra alnifolia (hoa mùa hè), Ribes sanguineum (nho ra hoa, nho mùa đông), Rubus spectabilis (quả cá hồi) và Symphoricarpos albus(quả tuyết). Ở những nơi không gian dành cho cây cối và bụi rậm bị hạn chế, việc trồng nhiều lớp thảm thực vật thân thảo sẽ làm tăng mật độ tán lá và lợi ích của sự thoát hơi nước. Một số ví dụ về các loài thân thảo thích nghi bao gồm Aconitum napellus (tu sĩ), Aster spp. (cỏ thông thường), Carex oshimensis ‘Evergold’ (cói Evergold Nhật Bản), Lysimachia clethroides (cỏ cổ ngỗng lysimachia), Panicum virgatum (cỏ switchgrass) và Pennisetum alopecuroide s (cỏ đài phun nước).
Để cơ sở hạ tầng xanh cung cấp các dịch vụ hệ sinh thái như thiết kế, các biện pháp bảo trì phải đảm bảo thảm thực vật che phủ phù hợp để đảm bảo đúng chức năng và hiệu quả thẩm mỹ. Việc bảo trì không đúng cách có thể làm hỏng mục đích của cơ sở hạ tầng xanh và dẫn đến việc thay thế hoặc phục hồi tốn kém. Bảo trì định kỳ bao gồm việc kiểm tra và sửa chữa các hiện tượng xói mòn, xuất hiện và loại bỏ trầm tích cũng như các loài có khả năng xâm lấn. Việc kiểm tra đất, làm cỏ và loại bỏ rác thường xuyên sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu quả lâu dài của việc loại bỏ chất ô nhiễm và quản lý nước mưa bằng các cấu trúc lưu giữ sinh học bằng thực vật.