LA研究 | 刘颂 张浩鹏 | 实现城市绿地碳汇功能规划设计途径
全文刊登于《风景园林》2022年第12期 P55-59
刘颂，张浩鹏.多尺度城市绿地碳汇实现机理及途径研究进展[J].风景园林，2022，29（12）：55-59.
多尺度城市绿地碳汇实现机理及途径研究进展
刘颂
女 / 博士 / 同济大学建筑与城市规划学院教授、博士生导师 / 高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室数字景观模拟分实验室负责人 / 上海城市困难立地绿化工程技术研究中心副主任 / 住建部科技委园林专业委员会委员 / 研究方向为城乡绿地系统规划、景观规划技术方法
张浩鹏
男 / 同济大学建筑与城市规划学院在读博士研究生 / 研究方向为风景园林规划设计、生态空间规划
作者写作心得
摘要
建设与保护城市绿地作为基于自然的解决方案（NbS）的重要策略之一，对减缓气候变化、实现“碳达峰”及“碳中和”具有积极的作用。从多尺度视角全面认识城市绿地碳汇功能，分析其实现途径及其机理，有利于实现城市绿地全生命周期固碳能力提升，助力城市“双碳”目标实现。从城市绿地斑块、城区绿地系统、市域生态空间3个尺度切入，剖析碳汇功能的实现途径及机理，总结各尺度促进绿地碳汇效应提升的关键途径。建议未来应开展：1）城市绿地全生命周期碳汇功能评估框架研究；2）进行城市绿地碳汇与其他功能间权衡协同研究；3）探究城市绿地碳汇功能景观格局驱动机制。
关键词
风景园林；碳中和；城市绿地；碳汇；多尺度；综述
国际社会将控制人类活动造成的碳排放及增加碳汇视作减缓危机的主要手段。中国明确提出2030年实现“碳达峰”、2060年实现“碳中和”，即“双碳”目标。实现“双碳”目标已成为全行业各领域的积极行动方向。
城市绿地对实现城市“双碳”目标至关重要。已有研究从城市绿地碳汇组分及生态系统类型角度阐述城市绿地碳汇功能实现途径，其反映了一个事实，即城市绿地功能尺度效应决定了基于自然的碳汇方案应具有多尺度特点。本研究以风景园林规划设计3个尺度为切入点，总结不同尺度碳汇功能实现机理及途径，并展望未来研究发展方向，希望为城市绿地碳汇功能提升提供科学依据。
1 城市绿地斑块碳汇功能实现途径
1.1 倡导以低碳为目标的绿地建设管理措施
城市绿地建设管理活动通常采用化石燃料驱动的浇灌机械、割草机、卡车等设备，这些设备在使用过程中排放CO2，间接降低了绿地碳汇能力。McPherson等研究表明灌溉活动导致的CO2排放量占项目总排放量的9.7%，削弱了项目带来的碳固定效益。
因而，采用低碳为目标的绿地建设管理措施（包括：降低人为建设管理活动强度、使用清洁能源等），将从源头间接增加绿地碳汇量。
1.2 提升绿地植物的碳汇能力
由于绿地管理养护活动产生的大量CO2抵消了植物碳固定量，因而城市绿地直接碳固定量对于降低城市整体CO2排放量作用有限，Liu等估算沈阳市三环以内地区的城市树木碳固定量为每年2.9万t，仅能抵消沈阳CO2年排放量的0.26%。尽管如此，城市绿地植被碳固定能力受多种因素共同影响，通过合理配植方式依然可以提升绿地斑块尺度碳固定效应。
1.2.1 选择碳汇能力高的植物
绿地植物固碳能力主要依赖于植被类型及其叶面积、生长模式和生物量密度。研究表明，拥有更大叶面积、更高生物量、更长寿命的木本植物碳固定效应贡献更大。非木本植物如草本植物虽然固碳效率高，但其生长周期短（多为一二年生植物），且由于人为修剪、更换频率高，很难有效发挥碳固定效应。
1.2.2 优化植物群落结构
植物群落物种类型结构特征对木本和草本植物的生长速度、物候特征、凋落物产量和质量、抗病虫害能力等产生不同程度的影响，从而影响城市绿地固碳能力。优化物种组合类型将最大程度促进物种间互利共生效应和削弱物种间的竞争，充分发挥植物群的固碳整体效益。此外，适宜的栽植密度将提高植被水分和养分利用率，增强植被地上、地下生产力，有利于凋落物输入土壤，进而提升植被固碳能力。
1.2.3 维持树木长时间碳累积能力
植物季节变化的生长特征差异决定了一段时间内树木固碳能力的强弱。而确保树木长时间碳累积是提升城市绿地碳汇能力的关键。在树木生命初始阶段，树龄不到10年的速生树种比生长缓慢的树种能固定更多的碳。但长期来看，随着速生树木成熟，生长缓慢的树种比生长迅速的树种将累积更多的碳。Besnard等研究发现树木年龄是影响其碳固定量的关键因素，树木的碳储量会在其成熟前随树龄升高而增加。但当树木成熟，其碳固定量将逐渐降低，并最终保持在一定范围内。因而，禁止滥砍滥伐树木，避免碳储量泄漏是发挥绿地植物碳累积能力的前提，同时评估树木生长潜力，确保树木具有较长的生长时间将有利于碳固定量累积。
1.3 维护绿地土壤碳固定功能
相较于自然土壤，城市绿地土壤发育受人类活动影响显著，导致土壤理化性质及物质循环过程呈现不同特点。此外，在绿地植被的保护下，土壤免于因太阳直接辐射导致的温度升高与水分蒸发，为土壤生物活动提供了适宜的水热条件，进而加速了凋落物分解、促进了养分输送效率，增加了有机碳积累。因此，减少人为活动因素对土壤理化性质的负面干扰，保护土壤碳循环过程，增强土壤有机碳积累能力，将有助于城市绿地土壤保持较高的碳固定功能。
2 城区绿地系统绿地碳汇功能实现途径
2.1 合理布局绿地，滞留黑碳气溶胶
黑碳指在工业生产活动、汽车出行、家庭取暖或生物质燃烧过程中，化石燃料不完全燃烧产生的煤烟和焦炭。通过植物布朗扩散、截获、碰撞和沉积滞尘过程，绿地具有沉降并储存黑碳气溶胶的作用。通过隔离绿带、通风绿楔等的合理布局，可阻隔黑碳污染源，进而降低大气黑碳气溶胶含量，同时促进空气流动，更好地发挥城市绿地碳汇功能。
2.2 构建绿色交通网络，引导低碳出行
以步行和骑行为主的绿色慢行交通方式有助于降低私家车出行产生的CO2排放量。城市绿道是线性城市开放空间，其景观要素形态、结构与慢行系统结构天然契合，因而对于引导居民低碳绿色出行具有重要意义。
通过构建绿道网络体系，既可以防止城市无序蔓延、优化城市生态环境，又可为居民提供绿色开敞空间进行游憩活动，引导城市居民使用低碳绿色的出行方式。
2.3 缓解热岛效应，降低周边环境碳排放
城市热岛效应格局与城市CO2排放格局呈现显著正相关。城市绿地中的植物不仅能直接固定CO2，还能依靠蒸腾作用，在夏季为房屋遮阴，在冬季降低风速，从而削弱城市热岛效应，进而减少城市碳排放量。此外，以绿地为基本结构的城市通风廊道亦可缓解热岛效应，进而大幅减少附近区域空调使用造成的能源消耗，降低火力发电厂化石燃料使用量和碳排放量。
3 市域生态空间碳汇功能实现途径
3.1 保护区域自然生态空间的碳库存量
市域生态空间包括防护林地、湿地、自然保护区等重要自然生态要素。保护现存各类生态要素碳储存量，减少人为土地利用变化造成的碳排放量是强化区域碳汇的基础。
市域生态空间碳汇功能变化主要受到自然因素和土地利用变化的影响，其中人类活动导致的土地利用变化是城市碳源、碳汇空间产生异质性的关键因素。当土地覆被类型转变，尤其是自然地表转化为不透水人工地表时，地上植物生物量快速下降，土壤温度、水分含量、pH值等发生变化，土壤呼吸作用和有机碳组成亦随之变化，从而导致土壤碳储量降低。
3.2 优化市域生态空间碳汇格局
通过大量恢复并增加绿色生态空间面积以提升区域生态系统固碳能力的做法存在争议，并且其往往受到经济社会发展要求等客观条件限制而无法实现。Vaccari等针对意大利佛罗伦萨市的研究表明，仅通过增加绿色生态空间面积来抵消城市CO2总排放量的方式将占用整个城市甚至更多土地。尽管如此，研究表明优化城市景观格局将促进减排增汇，通过，识别城市碳源、碳汇关键节点和区域，优化生态系统质量或土地利用空间结构构建绿色生态空间碳汇格局，是市域尺度下碳汇提升的重要途径。
4 城市绿地碳汇功能研究展望
4.1 城市绿地全生命周期碳汇功能评估框架
不论是基于样地实验还是模型评估，碳汇功能的精准量化是城市绿地减碳增汇研究的关键。目前，针对城市绿地碳汇的量化研究多沿用陆地自然生态系统碳汇组分评估要求，对城市绿地碳汇特征关注不足。除此，关键数据难以获取也影响了碳汇评估的精准性。此外，数据与场地的时空匹配程度低同样制约了碳汇评估准确性。
未来研究应开发面向城市绿地的全生命周期碳汇功能评估框架。以细化植物、土壤碳库等碳汇量化关键组分为基础，纵贯城市绿地规划、建设、管理、维护全生命周期，通过多学科跨专业合作加强基础数据共享，开发适用于城市绿地多尺度碳汇功能的评估方法及校验手段，制定城市绿地碳汇评估的统一标准，提高评估精度，增加研究工作的可比性。
4.2 城市绿地碳汇与其他功能间权衡协同关系
偏重城市绿地碳汇功能而忽略碳汇与其他功能间的作用关系，将限制城市绿地综合效益提升。
城市绿地不同功能间的作用关系可以分为2种。1）基于共同驱动因素的相互作用关系。2）直接作用关系。碳循环是生态系统关键物质循环过程之一，是生态系统多重功能得以发挥的内在动因，与城市绿地多重效益实现紧密相关。
未来应关注城市绿地多重功能间权衡与协同关系研究，尝试建立涵盖城市绿地多重功能的综合规划模型，以表征在不同尺度城市绿地规划方案中的潜在碳汇、游憩、景观等效益，促进城市绿地多功能协同增益。
4.3 城市绿地碳汇功能景观格局驱动机制
相较于调整数量结构，调整景观格局更有利于降低生态系统管理成本。但当前对碳汇功能的景观格局影响因素关注不足。
如何有效表征景观格局的生态学意义，并识别影响碳汇的关键景观格局指标是当前研究面临的首要问题。另外，城市绿地的碳汇功能受地理、气候、植物等多重因素共同影响，如何控制上述因素对景观格局研究的干扰需要进一步探索。
未来研究应探索碳汇景观格局驱动机制研究范式，积累并梳理多样化案例研究成果，降低自然因素差异引起的不确定性，厘清景观格局对碳汇功能的作用机制，辅助大尺度生态空间科学规划与管控。
5 结语
城市绿地碳汇实现途径具有多尺度特征，研究各尺度城市绿地碳汇实现机理及途径，有助于国土空间规划、城市绿地系统规划、社区绿地建设管理等减排增汇目标的实现。
未来应关注城市绿地全生命周期碳汇功能评估框架研究，碳汇与其他功能间的作用关系及碳汇功能景观格局驱动机制研究。同时，值得注意的是，城市绿地碳汇只是“生态固碳”的一种路径，只有结合其他节能减排技术，如能源结构调整、重点领域减排和金融减排支持等，才能综合实现“双碳”目标。
为了微信阅读体验，文中参考文献标注进行了删减，详见杂志。
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文章编辑 刘昱霏
微信编辑 刘芝若
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