关于作者

李皓,环境科普志愿者,“中科院老科学家科普演讲团”成员。 1982年毕业于四川大学生物系生物化学专业。1983年至1986年先后在西南农业大学土壤化学系、中国科学院成都生物研究所生化室工作。1986年至1994年在德国弗朗霍夫(Fraunhofer)研究院汉诺威毒理研究所从事免疫生物学研究,1994年获得德国汉诺威大学自然科学博士学位。1995年回国到北京医科大学免疫系做博士后,研究中草药成分的免疫调节作用。出于对当时中国环境状况的极度忧虑,1996年辞职走向社会成为环境科普志愿者。1997年至2007年主要从事引进和翻译国际环境教育影视片的工作。2000年至2004年为国家环保总局环境使者。2008年成为“中科院老科学家科普演讲团”成员。

生态设计与环境效应

李皓
2014年05月20日

关键词:生存要素;自然资源;物质循环;经济模式;生态足迹;中国古人的环境观;西方国家污染教训;净化空气设计;保护淡水设计;分解垃圾设计;城市绿化设计;中国传统建筑和园林中的生态设计

文? 体:讲座录音稿

正? 文:


一、理解环保的内涵

? (一)保护人类生存的四个基本条件:空气、水体、土地和物种

我们随时在呼吸,空气脏了,吸入身体就会影响健康;我们身体的2/3是水组成的,水的更新需要来自大自然干净的水,如果水体中含有污染物,就可能随水进入我们的身体;我们每天吃的东西都是土壤长出来的,或者是饲养了动物,然后我们获得牛奶、鸡蛋和肉类,所以土壤不能污染;物种指的是生存在地球上的万物,它们形成了复杂的生态平衡,是我们必需依赖的。当人能够跟万物共存时,才有真正的安全感。
(二) 保护人类生产活动所依赖的六大自然资源:矿产、森林、淡水、能源、土地和动植物资源
人的生活内容不仅只是呼吸、喝水、吃饭,人们还要生产,要赚钱,要养家糊口,这就是生产活动。所以,环保也是要保护人类生产活动所依赖的六大自然资源,即:矿产、森林、淡水、能源、土地和动植物资源。用古人说的话就是,“金、木、水、火、土、万物”,在这里,也可以把万物理解为“生态”。当我们过着现代化的生活,吃快餐、开汽车、住高楼时,万万要知道,所有这些东西都是来自于自然资源。如果没有自然资源的支撑,你就没有身边的一切。
(三)对生态系统中的物质循环的理解
生态系统里的生命形式有三种:植物、动物和微生物。微生物被发现得很晚。它们是在人类发明了显微镜之后才被看到的。科学家把植物叫做生产者,因为它们能自己长出叶和果,供动物食用。动物被叫做消费者,微生物被叫做分解者。大自然的正常循环过程是,植物长出的产品被动物食用,动物排泄的粪便和死亡后的尸体都要回归土地,然后被大量生存在土壤中的微生物所分解,变成简单化合物,植物再把这些简单化合物作为肥料吸收后,又长出新的叶和果。
(四)线形的经济模式必然引发环境污染和自然资源枯竭
所谓线形的经济模式就是物质的走向好像一根线,一个头一个尾,头尾没有关联。以造纸为例,它最初的原料来自砍伐森林,有森林供你砍,就可以赚钱。运输木材可以赚钱,造纸厂造纸可以赚钱,纸品到了商店里卖也可以赚钱。最后,所有这些钱都出自消费者的手中。消费者买了纸品,用完之后就成了废物,被扔掉。环卫部门来把它们当成垃圾运走,运到垃圾填埋场埋掉。这个生产和消费过程的头端是森林,尾端却是垃圾,两者完全没有关系,这就是线形的经济模式,即开采-利用-废弃。这种模式的特点是,在有自然资源时,你可能一直赚钱,但当自然资源没有了,头端没了,刚才那个链条上所有能挣钱的环节就全没了。
再来看它的尾端,是垃圾填埋场。北京的垃圾填埋场,臭气很浓,占地面积很大。几百亩的土地被垃圾填满后,不能种庄稼,不能建房子。下雨后,流过垃圾填埋场的雨水含有污染物,因此,每个垃圾填埋场都存在污染空气、污染水体和污染土地三大问题。
(五)物质循环是大自然保持自净力的法宝
当人类过了很多年的所谓现代化生活之后,发现许多环境问题出现了,才开始思考,大自然也在生产,也在死亡,但为什么她总是干净而美丽的呢?那是因为,大自然的物质有循环法则。
在大自然中,空气、水体、土地都在不停地进行着循环净化。在空气中,动物需要吸入的成分是氧气,排出的废物是二氧化碳,而在阳光下,植物需要吸入二氧化碳,吐出氧气。这样一来一回,一方排出的废物正好是另一方所需要的物质,这个循环很高妙。
再看我们的土壤。动物每天要排泄,在土壤中有大量微生物。在农村,当粪便拿去做肥料用,放到土壤上,过一两天就没什么臭味了,为什么?这就是因为土壤中的微生物把粪便中发臭的成分给分解了,成了植物的根系能吸收的养料,就这样,粪便就被净化了。
根据这些规律,研究可持续发展的学者们指出:人类的工业生产模式应当学习大自然,要搞“废物资源化”。在日本,过去他们的废玻璃瓶是当垃圾扔了,现在他们把玻璃瓶都收集起来,按照不同颜色分开收集,然后把它们粉碎成渣,用于制作人造大理石的原料。这些大理石破损之后,又能收集粉碎,再次被循环利用。这种不停地变废为宝的生产模式,能让人们总有原料用于生产,却不会对大自然造成伤害。
所以到了21世纪,世界各国提倡生活垃圾一定要资源化。菜渣烂叶可用于堆肥,然后成为有机农场需要的有机肥料。废纸张可变成造纸原料。废金属经熔炼后,能做成新的金属制品,废玻璃能制造出新玻璃,这样来处理生活垃圾,就会大大减少垃圾填埋场的负担了。
(六)“生态足迹”和环保的人居模式
我们天天都踩在地球上,因此可以说我们在地球上留了一个个脚印。但“生态足迹”指的不是我们生理上的脚印,而是指我们的物质需求要占用地球多大的面积,这些面积涉及五个方面:能源、淡水、食物、物质消耗和建筑面积。如果一个人的物质消费量大,他的生态足迹就会比别人大。如果每个人都要不断地增加自己的物质消耗,就有可能超过地球的承载力。
那么有没有可能既过上现代化生活,又不会超过地球的承载力呢?这是可能的。英国试建了一个可持续发展社区叫“贝丁顿零能耗”社区。那里建的房子很有意思,能通过屋顶的太阳能电池板来给汽车充电。房顶的雨水流进雨水收集池,用于冲厕所。厕所的污水流进化粪池中,经微生物处理后,再流到一个植物温室中,植物吸收了水里的营养成份,就把污水净化了,然后水被排到社区边儿上的湿地。湿地中长了很多芦苇,芦苇进一步吸收水中的营养成份,使水质变得更好,芦苇收割后,可以当作生物质燃料来给社区发电和供暖。这个社区的屋顶上有风环,风环随风转动,可以发电,同时帮助室内更换空气。这些设计都能帮助降低能源消耗,减少水资源消耗。所以说,这种模式是21世纪全世界要追求的环境友好型的人居模式。?

二、中国古人的环境观

我们在追求现代化的过程中很羡慕西方国家,其实真正在西方社会生活了一段时间后,你可能会发现他们也存在很多问题。他们的一些学者对古代中国很感兴趣。中国人在自己的土地上生存了数千年,为什么在这个国土上还没有出现大的环境危机?
我曾到美国纽约的大都会博物馆参观。我在那里看到了几张古画,使我有些顿悟感。我看到了古埃及的画,我发现画面上物体比例有个特点,人被画得特别大,而自然界中的其他物体,比如鸟、兽类却被画得很小。而中国的一幅古画叫《康熙皇帝南巡图》,画面上主要是山、水、树,人被画得很小,我没有找到皇帝在哪里。这幅画体现出,中国的古人们很清楚自己在大自然中渺小的位置。这也是我们能够生存下来的非常重要的一种思维方式:人要顺应自然,要感谢自然给你的一切,给你的山水,给你的土地。中国古人就是这样的。
古书里面的很多话语也体现出古人把大自然看得很重,比如,“致中和,天地位焉,万物育焉。”又比如,古人讲“思知人,不可以不知天。”
古人还教导我们要“上律天时,下袭水土。”“万物并育而不相害”。有一本书叫《漫步中国》,作者是一个美国人,他在20世纪20年代到了中国,距今80年左右。他当时写中国民众非常善待生灵。当时中国的一些地区正在发生饥荒。他写道:“一些地方凡是可食用的东西,都被饥饿的人煮着吃了,但是飞禽之类的野物却多得不得了。有大群的野鸭、野鹅、雉鸡等,那些饥饿的人们却没有试图去捕杀它们。”
总而言之,中国古人的环境观可总结为以下五个方面:热爱自然、研究自然、顺应自然、利用自然和模拟自然。?

三、发达国家的污染教训

国人曾盲目地羡慕西方,但就在50年前,20世纪50年代,英国伦敦的空气质量却非常糟糕。在20世纪70年代,德国的河流污染也很严重。20世纪80年代时,德国也出现过整条河流被污染,没有自来水,靠水车送水的事件。
2000年时,我到日本去参加一个会,环境记者带我们到东京的郊区去,看一个垃圾污染的糟糕例子。那是在东京的郊区,有一些小型的垃圾简易焚烧场,它们晚上烧垃圾,烟囱中释放出来的烟雾含有大量的二恶英,这是强致癌、致畸变物,使得周边的农田被污染了。这些农场本来栽出来的蔬菜非常好卖。结果被查出土壤里的二恶英含量超标200-300倍,媒体公布了这一结果,当地的蔬菜、农作物就在市场上滞销了,使当地农民的损失很惨重。我去参观时,事情已经离媒体曝光两年多了,当地的农产品仍卖不出去。农民们向政府多次要求关闭那些小型的垃圾焚烧厂,但因那些厂开在私人的地界上,工厂也属于私人的财产,政府几乎没有办法制止这些垃圾焚烧场继续做危害农民利益的事情。
西方国家创建出的大城市模式有些很不利于环境保护,比如城市过大、人口过密,建密集的高楼群,非常不利于污染物的扩散。美国的一本教科书上写道,高楼密集的地方,热岛效应重。水泥吸收太阳的热,然后散发出来把空气加热,发热的空气就往上流动,带着地面的粉尘等污染物往上空移动,使污染物悬浮在空中,城市就会显得雾沉沉的。
面对这么多问题,我们该怎么办???

四、生态设计——利用自然的力量建宜居环境

(一)利用自然的力量净化空气
伦敦的空气污染曾经很严重,经过多年治理,现在已经有了很大的改观。在治理过程中,伦敦的学者做过一个调查,以两条相同的街区为样本,其相同点在于:房屋的高度一样,居住的人口密度一样,但这两个街区唯一的区别就是:一个街区有树,而另一个街区没有树。学者们发现,在有树的街区中,空气中的悬浮颗粒物减少了近90%。这个调查结果显示,树木能够非常好地吸附空气中的悬浮颗粒物,帮助净化空气。由于大树要生长好多年才能达到一定的高度。因此,伦敦的学者指出,种爬藤类植物也能净化空气。让爬藤类植物长在墙体上,可以帮助墙体挡住太阳的辐射,夏季就能给墙体降温。此外,爬藤类植物能为墙体挡住雨雪,因此,在冬季它有保暖作用。此外,爬藤类植物的叶子能够吸收汽车释放的污染物。
大量依靠植物吸尘,城市的空气质量就会提高,舒适度就会提高。所以现在发达国家到处都种着各种不同的树。栽树不讲究统一、整齐,而是不拘一格,家家户户门前房后都是植物,让野生的植物也长起来。这样一来,城市就能掩隐在树丛里,既美观舒适,又会冬暖夏凉。
如果城市道路边有水泥墙坡,应当使用垂直绿化的方式,用植被覆盖住水泥墙,这样能够有效吸收噪声,也使水泥墙不会吸热,同时吸收街道上的粉尘,提高空气质量。
在公路上,路旁要保留植被地带,路边的野草不要拔掉,只能修剪,一年最多剪两、三次,草长得高一些,才有利于吸尘。下雨时,雨水把地面上的粉尘冲刷到路边,草能够吸附这些泥沙。其实,尘粒就是土壤一部分,它最好的途径是回归土壤,它跟着雨水回归土壤以后,再经过植物的根系固住,它就扬不起来。这能解决道路扬尘的问题。
根据这个道理,再看城市绿化,就能看出问题来。北京绿地中的草,稍长得高一点,绿化工人就开始修剪,但剪成板寸的草地对环保没有任何好处。过矮的草坪吸不了尘,而且草一旦被剪之后,草叶上就有伤痕,需要大量水分来养伤,所以每次剪了草就必须浇灌,因此也很浪费水资源。路边绿地中的草,最好等它们长得高高的,多吸点粉尘,多释放些氧气量给环境,少消耗水资源,才是好的。
正因为意识到这一点,在伦敦的海德公园,我看到,到处都是高高的植物,剪得矮的草地是给人坐的区域,人不能进入的草地,草很高。伦敦城市中的树木也是不拘一格地在路边长着。什么树都可以长起来,它不追求单一的,整齐划一的绿化,植物多了,天就蓝了。?
(二)利用自然的力量保护水体
水往低处流,所以流的时候一定会把地面上有一些相当于肥料的东西,带到低地。若水里有大量的植物生长,植物就可以吸收这些肥料(也叫营养物)。水体中的底泥有大量的微生物,也能帮助分解进入水中的营养物。水里的植物被鱼吃掉,鱼被动物、鸟类吃掉,水中的营养物质就能循环到陆地上了,因此,水中有植物、有泥土才是净化水体的好方法。
这个知识在德国20世纪80年代时就得到了应用。那里的学者们看到,水泥板铺设的水道中,水总是发黑发臭。他们观察大自然,有了两个发现:一是大自然没有直线,都是曲线;二是大自然中水体有植物生长。所以他们把水泥板水道改造了,首先把它挖成曲线,这很像中国古人擅长做的设计,都是曲线。然后再模拟自然,铺上能在水中生长的天然植被。这样一来,当水沿着弯曲的水道流过水生植被后,就被净化了。这样的水流到河中,就不再是发黑发臭的水。我们现在到欧洲去旅行,你可以看到,那里的城市河流中的水经常是清澈的,河岸到处都是植被,河底下铺有石块,这些石块有利于水生生物产卵,也能帮助鸟类踩在石头吃水中的小鱼,因此,有利河水的自然净化。河岸两边的自然植被能形成护坡,垃圾、渣土就不会从马路上一下子被吹到河流中去。植被遮挡了泥土,同时也给市民提供了休闲的地方,非常安静,而且鸟语花香的。有很多鸟类能在这样的环境中栖息。
此外,下雨时,雨水应当尽量就地渗入地下,这样才能保持地下水位不下降,让井水、湖水、泉水能够一直保持恒定。吸收雨水的最好的方式就是利用植物,特别是耐旱植物,它们的根系又粗又长,这些根系能给地面打洞,有利于雨水往地下渗,地下才是城市最可靠的水库。以前的四合院中常有水井,就是水库在地下的实例。
让雨水入地还要注意铺设地面的材料。在发达国家,到处是能够渗水的地面,人活动的地方、停车的地方,都被要求铺成渗水地面。地砖之间有缝隙,有孔砖中能长出植物,这样的地面能减少热岛效应,舒适度很好,冬暖夏凉,也就是说,冬天不易结冰,夏天的地面温度不会很高。渗水地面也可以用石头来铺,石头之间的缝隙能够渗水即可。有些地面比如停车场可以直接用石子铺,吸水能力也很强。如果是硬化的水泥地,没有雨水口,或雨水口被垃圾堵了,整条马路可能就会在下雨时因积水而瘫痪。
在发达国家,道路设计是很讲究的。不易积水的马路设计一定是马路的中间高,两边低。在英国、澳大利亚和新西兰,马路都是这样设计的,所以它们很干净,下雨时的排水好,粉尘也就自然被雨水带走,被吸收到两旁的渗水地面或植被地带中去了。而这种道路地面的设计,在古代中国很普遍。
马可波罗到中国来的时候是13世纪,元朝的时候。在北京和在中国的其他地方,他都注意到了这样的铺路法。他写道:在北京,各个城墙之间种着许多美丽的树(这些树应是柳树)。还有草场,草场上的道路经过铺砌,高出地面,使得雨水不至于淤积路面,而是向两边流去,滋养草木。我们现在羡慕西方国家,地上没有粉尘,皮鞋不用擦,其实几百年前的中国古人,早就知道如何铺路才能减少积水和扬尘的秘密了。?
(三)利用自然的力量分解垃圾
垃圾是固体废物,你不把它解决好,堆在土地上就会把土壤污染了。而落叶归根,就是大自然解决垃圾的一个好办法。
德国的环保教材告诉孩子们:冬天落了叶,落到土壤上,土壤中有很多微生物,经过它们的分解,落叶就能变成肥料,肥料又被树根吸收,第二年长成茂盛的叶子,如此年复一年地循环。所以在德国的街边经常会看到落叶堆肥栏,只要有花园、有树木的地方,就能看到堆肥栏。这样就地处理落叶,能减少环卫部门秋季时清运落叶的负担。
北京现在有了对餐厨垃圾堆肥或制作动物饲料的技术。这就是利用微生物来把易腐垃圾变废为宝。用餐厨垃圾制造出的有机肥料栽种出来的草莓非常好吃。因此,我们应该支持北京把餐厨垃圾单独投放的要求,这样才有利于对它们采用微生物来分解的处理技术。
在我们的日常生活中,每个人该怎么做呢?很简单,那就是:不要把啤酒瓶、筷子和塑料袋扔到餐厨垃圾中去。微生物根本分解不了玻璃和塑料,对木竹的分解也需要较长时间。因此,混合的餐厨垃圾只能被运到垃圾填埋场去,臭味很大。台湾目前就做得很好。那里的垃圾是分开投放的,我到高雄去旅游时,去看它的历史博物馆,无意中在卫生间门口,看到一排整整齐齐的垃圾分类投放箱,我仔细一看箱内,每类东西都投放到位。比如装厨余垃圾的小桶中只有剩饭菜。每天下午有人来专收厨余,用于蒸煮以后喂猪。
台湾的一般垃圾主要是焚烧处理,包括传真纸类、纸巾类、一次性筷子和超薄塑料类。由于垃圾中没有厨余,高温焚烧效果好,能发电,渣土可制砖。焚烧温度若能上到一千度,二恶英就能被彻底分解掉。?
(四)利用自然的力量绿化城市
北京有很多花坛,但是,摆花坛这种绿化模式目前在欧洲国家几乎被淘汰。英国人创造维多利亚园艺模式,以栽种异国花卉和植物为主,摆色块。但这些做法太老式,对环境不利,因此,英国在摒弃这种做法。主要原因是:外来植物不适合当地气候,养护费用高,而且不利于保护当地的生物多样性,连遮荫效果也没有。
英国的学者们现在怎样评判城市绿地健康不健康呢?那就是看绿地是否有利当地的物种生存。鸟的种类多,蝴蝶种类多的绿地就是好绿地。反之,就是绿色荒漠。
比如,为了保护伦敦的本土物种,让伦敦本土的野生昆虫,野生鸟类能活下去。伦敦现在提倡建城市自然公园。开始建设这样的公园时,首先要挖一个低地,就像我们的古人一样,挖湖堆山。低地能把雨水收集起来,公园有了水,土坡栽种当地植物,长起来很像大自然,自然公园就形成了。自然公园受到了市民的热烈喜爱。家长和学校都发现这是非常好的环境教育基地。
最有意思的是,在建成了自然公园的街区,社会治安好转了,这是因为,环境优美的地方能改善人们的心情。自然公园中的道路铺设使用了模拟自然的树枝粉碎物,很松软,孩子在上面跑时,即使摔倒也不会受伤。而且由于这样的路面充满缝隙,也是昆虫的通道。自然公园中设有生态教育学习室,里边有显微镜,有植物的标本,还能带着孩子们做游戏。所以到了周末,家长很愿意把孩子们带到这里来。
城市建自然公园对人们的益处有很多方面:情感方面,它能让人解脱压力;知识方面,让人了解鲜活的自然;社交方面,大家都愿意去,因此有助人们互相认识,交朋友;心理方面,自然公园能使人们心情舒畅,有利身心健康。
伦敦在居民区边上建自然公园的参与机构有:政府部门、研究人员、公共机构、志愿者组织、社区团体、民间基金和热心企业。
现在我们回过头来看自己民族的古建筑,就能清楚地看到中国古建筑中的生态设计智慧了。我们可以发现以下几个对环境友好的重要特征:
1.建筑的朝向坐北朝南。这能很好地获取太阳光。中国古建筑的屋顶设计也有利空气的流通。此外,中国古建筑的地面很注重渗水性。在北京的古庙中就能看到,大面积的地面都能渗水的,比例甚至高达80%。而且铺地很注意角度,能让雨水能够自然流向低地,渗入地下,不造成地面积水。
在苏州园林,这样的铺路法做得很明显,雨水能自然流到庭院中,流入树坑,你就不必浇灌了,这些都是非常好的生态设计。
2.古代园林对水岸的设计很讲究,使用石头错落砌岸。石头之间的缝隙与土壤相通,石缝能让水生动物的栖息,缝中的土壤可长出植物,非常有利净化水质。
但如果不知道这些道理,把水岸用水泥砂浆硬化了,修成了光滑的岸体,就要出大问题。北京的玉渊潭公园在2007年搞了公园升级工程,把水岸本来错落有致的石头岸体改造成了光滑的水泥岸,结果2008年夏天,玉渊潭公园的水体就爆发了蓝藻。蓝藻有时要分泌毒素,而且腥味很重,对水体的危害很大。
3.中国古园林中还注意留有菜地。恭王府就是一例,几百年的菜地一直保留至今。利用城市绿地种菜是当今可持发展城市所提倡的。美国总统奥巴马的夫人把白宫中的部分花园改造成菜地就是一例。这是环境友好型的城市绿化正在发展的方向——鼓励老百姓在自己的花园中种菜,这样一来,他们就不会在花园里使用农药,有利减少城市绿地的农药污染。
4.北京传统的四合院中常栽有果树,乡土植物很多,生物多样性的特色好。这些传统的园林文化值得北京好好继承。一些外国来客看了四合院,看到许多美丽的植物他们从不认识,很称赞。因此,北京不应该去进口外国花卉,而是应当栽种自己的特色树木和花草。只有这样,北京的绿化才能真正起到保护当地物种的作用,也能得到国际同行上的敬重。
北京的老院子中,栽的都是阔叶树。夏天时,树阴正好能遮挡阳光,给院子降温。冬天时,树叶都掉了,阳光就能照射院子,非常有利人的健康。《漫步中国》的书中写到:“我在城墙上逛了一圈,墙下是树阴掩隐的城区。所有的院内,树木复苏,花草茂盛,整个北京从高处看上去,绿荫如盖。”这是北京过去的面貌,也是现在国际上绿色城市的面貌。
简言之,研究自然、利用自然、模拟自然,才能帮助我们建设出有利人类居住的健康环境,帮助我们与世界人民一起,共同走向可持续发展。?
(2009年9月发表于《“绿色北京绿色行动宣讲团”讲稿汇编》)