城市绿地碳汇 | 城市不同类型绿地植被碳收支差异及成因研究

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2023

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编者按

碳排放是造成全球气候变化变暖的重要因素。减少碳排放，实现碳达峰和碳中和是人类应对气候气候变化不利影响的重要举措。2020年，我国提出了2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和的目标。今年，又陆续发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》等文件，对碳达峰碳中和工作进行全部部署。

城市绿地是城市生态系统的重要组成部分，是城市碳汇的主要途径。开展城市绿地碳汇研究，提升城市绿地规划设计、建造和管理水平，对应对城市碳排放问题，实现碳达峰和碳中和具有重要意义。为此，中国风景园林学会公众号开辟专栏，将刊载一些相关研究成果和学术论文等文章。值“全国低碳日”之际，学会推送《城市不同类型绿地植被碳收支差异及成因研究》一文，供会员和同行们学习交流。

城市不同类型绿地植被碳收支差异及成因研究

低碳城市建设如火如荼，相关领域对城市中二氧化碳排放水平和固存能力的广泛关注。城市绿地是城市中唯一直接增汇、间接减排的要素，城市绿地建设有利于区域碳汇量的提升。然而部分城市绿地在其养护管理过程中，也会释放出大量的二氧化碳，当碳排放量值过高，绿地植被的固碳量短期内难以抵消，碳平衡维持困难，反而使得绿地成为城市中的碳源。因此，城市绿地植被碳收支成为评估城市绿地生态效益的重要指标，是全球气候变化研究的焦点问题和城市绿地低碳化发展的重要内容。综合考虑城市绿地植被在碳汇与碳源方面的双重身份，探究其碳收支状况，对更加精准地了解气候变化背景下城市绿地的生态效益有着重要意义。

本文以天津市内六区不同类型绿地为研究对象，利用遥感数据解译提取绿地信息，利用实地调查获取绿地内样方植被特征，利用问卷、访谈法获取绿地植被养护管理数据（图1）。最后对各类绿地优化策略进行探讨，以期为城市低碳生态规划建设提供数据支持。

图1 城市绿地植被碳收支作用过程

城市不同类型绿地植被年固碳量评估

采用分层随机抽样调查法对天津市内六区不同类型绿地进行研究。共选取样地93个如图2。其中公园绿地 30 个，防护绿地 9 个，广场绿地 6 个，附属绿地 48 个。

（a）公园绿地

（b）防护绿地

（c）广场绿地

（d）附属绿地

图2 不同类型绿地研究样地分布

在不同类型绿地研究样地中创建随机点，并以这些点为几何中心确定30m×30 m尺寸大小的调研样方，最终共设立了152个样方。总结前人对生物量反演的经验，并结合GF-1遥感影像的特征，选取GF-1遥感影像各波段信息、各类植被指数、纹理信息、缨帽变换信息和主成分变换信息作为生物量反演模型的自变量因子。根据不同的绿地类型，利用SPSS软件对提取的影像中对应样方的各建模因子与样方实测生物量进行相关性分析，分别针对不同的绿地类型找出其对应的相关性最高的因子，进行不同类型绿地植被生物量一元回归模型的建立如图3。

（a）公园绿地

（b）防护绿地

（c）广场绿地

（d）附属绿地

图3 不同类型绿地植被生物量回归散点图

通过统计得出，公园绿地单位面积生物量平均值为11.225kg/m2，防护绿地单位面积生物量平均值为9.409 kg/m2，广场绿地单位面积生物量平均值为3.426 kg/m2，附属绿地单位面积生物量平均值为6.421 kg/m2。

根据光合作用的作用原理可以得出，植物生长每产生162g干物质需固定264g二氧化碳；植物生长每形成1t干物质，需固定1.63t二氧化碳。结合不同类型绿地的植被覆被面积，进而得出不同类型绿地植被年固碳量如图4。

（a）公园绿地

（b）防护绿地

（c）广场绿地

（d）附属绿地

图4 不同类型绿地研究样地植被年固碳量

研究计算得到天津市内六区绿地植被平均年固碳量为7.204 t/(hm2·a)，介于孙中元等所模拟的烟台市各县市区绿地年固碳量4.090 ~9.620 t/(hm2·a)之间；金力豪通过实地调查，测算出杭州临安云制造小镇各类绿地固碳率为9.020 ~12.420 t/(hm2·a)之间，略高于本研究的计算结果；武文婷通过光合作用和呼吸作用方程式计算法，估测杭州市城市绿地年固碳速率为8.918 t/(hm2·a)，与本研究计算结果相近，因此本文研究方法所得的不同类型绿地植被年固碳量结果基本合理。

城市不同类型绿地植被养护管理

年碳排放量评估

管理养护过程中产生的碳排放量包括灌溉、施肥、施农药和修剪过程所使用的能耗机械及交通工具产生的碳排放。通过问卷、访谈等方式向天津市相关部门获取资料，采用IPCC的碳排放转换因子方法，同时参考中国合同管理网的燃料碳排放系数以及各种材料的隐性碳排放因子，根据天津市绿地养护管理相关标准规定，计算不同类型绿地植被在养护管理过程中产生的能源消耗和物质投入。

基础数据包括各个研究区每年每次灌溉用水量、全年灌概次数；每年每次无机肥使用量、全年施肥次数；每年每次杀虫剂和杀菌剂使用量、每年打药次数；每年修剪乔木、灌木次数、每年修剪绿篱次数、每年修剪草坪次数；货运汽车类型、百公里油耗、每次行驶路程；所有能耗工具的型号、工作效率、油耗率等资料。根据天津市不同类型绿地养护管理等级规范和样地实地调查数据，结合公式计算得出不同类型绿地各研究样地的植被养护管理年碳排放量如图5所示。

图5 研究样地植被养护管理年碳排放量

研究计算得到天津市内六区不同类型植被养护管理年碳排放量为3.104 ~7.077 t/(hm2·a)，与黄柳菁等量化得出的广州市7个城市绿地在养护管理阶段产生碳排放量0.100 ~7.100 t/(hm2·a)相近；萧箫等通过碳排放转换因子法，计算得出上海市公园绿化养护碳排放量为1.940 t/(hm2·a)，该研究计算边界不包含修剪工序产生的碳排放量使得结果偏低，但也在一定程度上说明了天津市内六区绿地养护管理方式亟需优化提升。

城市不同类型绿地植被碳收支差异分析

不同类型绿地植被年固碳量以及相对应的养护管理年碳排放量的差值即为该绿地植被年碳收支量。若差值为正值，则该绿地植被年固碳量大于植被年碳排放量，表现为该绿地植被在满足抵消自身产生碳排放量的情况下，还可为绿地内部及其周边如交通、建筑、人类活动产生的碳排放量做出贡献；若差值表现为负值，则该绿地植被年固碳量小于植被年碳排放量，则说明该绿地植被养护管理过程产生了大量碳源，需要绿地植被在较长一段时间之内才能抵消自身产生的碳源。

（1）公园绿地植被碳收支对比分析

综合绿地植被的年固碳量和养护管理年碳排放量，对比公园绿地样地植被碳收支量与单位面积碳收支量的差异性如图6，各公园绿地的植被碳收支平均值为19.138t/a，处于相对较高的水平。在公园绿地的30个研究样地中，共有20个绿地对抵消城市碳排放量起到一定的作用，其中，绿地植被碳收支最大值高达138.246t/a，是位于南开区的南翠屏公园；最小值为1.104t/a，是位于河东区的体育健身公园。此外，10个绿地在植被养护管理过程产生了大量碳排放，无法抵消自身产生的碳排放量，有中心公园、二宫公园、珠江公园、天津湾公园、玉串场体育公园、中山公园、金钢公园、红桥公园和水趣园，其中最小值为-2.758t/a，是位于红桥区的水趣园。

对于公园绿地植被单位面积碳收支来说，其平均值为1.317t/(hm2·a)，各绿地间变化幅度较大。其中，最大值为5.775t/(hm2·a)，是位于河北区的耳闸公园；最小值为-2.758t/(hm2·a)，是位于红桥区的水趣园。

图6 公园绿地样地植被碳收支量与单位面积碳收支量

（2）防护绿地植被碳收支对比分析

对比防护绿地样地植被碳收支量与单位面积碳收支量的差异性如图7所示。各防护绿地的植被碳收支平均值为9.941t/a，碳收支值均为正值，对吸收大气中的CO2起到十分重要的作用。其中，最大值为20.770t/a，是位于河东区的雍景湾西侧防护绿地；最小值为1.073t/a，是位于河东区的华越道与新泰路交口防护绿地。

各防护绿地植被单位面积碳收支平均值为4.600t/(hm2·a)，处于较高的水平，最大值高达5.506t/(hm2·a)，是位于红桥区的益福里南侧防护绿地；最小值为2.249t/(hm2·a)，是位于河东区的华越道与新泰路交口防护绿地。

图7 防护绿地样地植被年碳收支量与单位面积年碳收支量

图8 广场绿地样地植被年碳收支量与单位面积年碳收支量

（3）广场绿地植被碳收支对比分析

对比广场绿地样地植被碳收支量与单位面积碳收支量的差异性如图8所示。各广场绿地的植被碳收支平均值为-1.009t/a，碳收支值多为负值，表示没有抵消自身产生的碳排放量，该类绿地对吸收绿地周边的CO2作用不大。其中，最大值为2.022t/a，是南开区危改纪念广场；最小值为-4.255t/a，是位于河北区的天津站海河广场。

各广场绿地植被单位面积碳收支平均值为-0.690t/(hm2·a)，处于较低的水平，最大值为3.521t/(hm2·a)，是南开区危改纪念广场；最小值为-3.134t/(hm2·a)，是河东区危改纪念广场。

（4）附属绿地植被碳收支对比分析

对比附属绿地样地植被碳收支量与单位面积碳收支量的差异性如图9所示。各附属绿地的植被碳收支平均值为1.278t/a，其中最大值为15.470t/a，是红桥区的天津市公安局红桥分局；最小值为-8.339t/a，是位于河西区的卡梅尔天淳园。

附属绿地植被单位面积碳收支平均值为0.635t/(hm2·a)，各绿地间变化幅度较大。其中，居住区绿地和道路绿地的植被碳收支多为负值，最小的为南开三马路绿地，其植被碳收支值低至-2.682t/(hm2·a)。公共与其他绿地的植被碳收支均为正值，对吸收绿地周边CO2的能力较大，其中最大值为6.861t/(hm2·a)，是红桥区的天津市公安局红桥分局；最小值为0.403t/(hm2·a)，是位于河西区的天津博物馆。

图9 附属绿地样地植被碳收支量与单位面积碳收支量

不同类型绿地植被碳收支差异成因分析

城市绿地植被碳收支由年固碳量和养护管理碳排放量两方面构成，不同类型绿地在这两方面的差异性较大，绿地植被碳收支也随之受到影响。

（1）不同类型绿地植被年固碳量差异成因分析

不同类型绿地在其植被年固碳量上具有明显差异，具体表现为公园绿地>防护绿地>附属绿地>广场绿地，且两两之间差异性较为显著。

①不同类型绿地植被覆被特征有所差异（图10）：公园绿地的常绿乔木占比以及总植被覆被面积占比相对较高，防护绿地不透水面、水体等非植被覆被区域占比较小，常绿乔木、落叶乔木占比均最大，其植被单位面积年固碳量较大。而广场绿地中常绿乔木、落叶乔木占比较小，灌木的占比相较于其他三类绿地来说较大，其植被单位面积年固碳量最小。附属绿地的常绿乔木、落叶乔木以及灌木覆被区域占比相对来说较为均衡。

图10 不同类型绿地植被覆被类型占比差异性

②不同类型绿地中植被应用频度具有一定差异。由实地调查结果可知，天津市内六区公园绿地为保证良好的景观效果，重视植被季相变化，植被种类应用尤为丰富。公园绿地总体植被种类占所有调研样方中植被种类的96.053%，其中，白蜡、国槐、刺柏等高碳汇植被种类应用较多，使得公园绿地植被单位面积年固碳量较高；防护绿地内部植被种植类型较为单一，但为达到防风固沙、涵养水源等作用，防护绿地多采用乡土植物，具有良好的抗逆性，以落叶的乔灌木为主；广场绿地为规划设计符合相关主题的花坛、花境，应用了大量灌木；附属绿地丰富居民日常生活，栽植的苹果树、梨树、杏树等果树相较于其他绿地应用较为广泛。

③不同类型绿地中植被规格特征具有一定差异。大多公园绿地内植被生长旺盛，如西沽公园、宁园等绿地建成时间相对较长，绿地内植被生长状态良好，树龄高，平均株高、胸径和冠幅均较大（图11），储存了大量的植被生物量；防护绿地的植被大多处于幼龄阶段，植被规格较低；广场绿地的乔木规格特征较高，但灌木由于修剪较为频繁，修剪后平均地径和冠幅较小；附属绿地植被规格呈现多样化特征，老旧居住区绿地、道路绿地内的植被规格相对较高，而大多数新居住区绿地、公共与其他绿地内的植被株高、胸径和冠幅等处于较低水平。

（a）乔木株高

（b）乔木胸径

（c）乔木冠幅

（d）灌木株高

（e）灌木地径

（f）灌木冠幅

图11 不同类型绿地乔灌木的株高、胸径、冠幅分布特征

④不同类型绿地中植被种植密度具有一定差异。通常，合理的植被种植密度能够促进绿地植被发挥更高的固碳效益，低于合理范围下限的，无法形成基本的群落结构和发挥相应的生态功能，超过合理范围上限的，群落繁乱空间堵塞感较强。防护绿地的植被种植密度处于四类绿地中的第一（图12），其次为公园绿地、附属绿地，广场绿地虽乔木种植密度低，但绿篱的种植设计增加了灌木的种植密度，使得整体植被种植密度值与附属绿地相似，二者均较低。

图12 不同类型绿地植被种植密度特征

⑤不同类型绿地中群落层次结构具有一定差异。公园绿地的植被群落层次结构最为复杂，乔-灌-草的复层植被结构占比高达71.186%；防护绿地植被层次结构则最为单一，且结构配置较不均衡；广场绿地由于部分具有树阵广场的设计，乔型的单层植被结构比重高达20.000%；附属绿地植物群落较为单一，乔-草和乔-灌的双层植被结构较为常见，分别占比为24.638%和15.942%。由于绿地植被群落层次越丰富，景观营造的美学效果和生态效益会更好。

（2）不同类型绿地植被养护管理年碳排放量差异成因分析

对于绿地植被养护管理年碳排放量来说，主要和绿地植被养护管理方式关系较大。由表1可知，不同类型绿地植被养护管理年碳排放量均主要源于灌溉。

天津市内六区不同类型绿地植被养护管理年碳排放量表现为公园绿地>附属绿地> 广场绿地>防护绿地，且两两之间对比差异性显著，这主要源于绿地在植被养护管理过程中的4个工序环节：

① 不同类型绿地灌溉工序的差异性

公园绿地植被灌溉成本在四类绿地中最高，附属绿地中居住区绿地和公共与其他绿地的植被灌溉成本较为相似，而道路绿地植被灌溉成本稍低，与广场绿地较为相似，防护绿地的植被由于抗逆性较强、养护管理方式粗放，其灌溉成本最低。在本文所研究的绿地中，具有大面积水体的公园绿地采取自来水与河水（湖水）相结合的方式，降低了年碳排放量，其他绿地均采用自来水灌溉。此外，防护绿地以及附属绿地中的道路绿地在灌溉工序上需要使用运水车运输来实现灌溉，增加了养护管理年碳排放量。

② 不同类型绿地施肥工序的差异性

在肥料的用量上，公园绿地为营造良好的植物景观效果，重视植被尤其是月季等花灌木的生长，导致肥料使用量最高，其次为附属绿地，防护绿地由于植被生长条件较好且养护管理相对粗放，其肥料的使用量较低，广场绿地建成时间相对较久，植被生长状态良好，其肥料的使用量也较低。

③ 不同类型绿地施农药工序的差异性

天津市内六区绿地对植物病虫害防治投入的农药药剂产生的年碳排放量约占养护管理年碳排放量的5%，不同类型绿地之间有所差异，但差异性较小。其中公园绿地的农药消耗量较高，其次为附属绿地、广场绿地、防护绿地。

④ 不同类型绿地修剪工序的差异性

公园绿地和广场绿地为保持植被形态的景观视觉效果，修剪最为频繁，残枝、枯落物的处理次数也随之增加，附属绿地中的道路绿地和公共与其他绿地一年中修剪次数也较为频繁，而防护绿地和附属绿地中的居住区绿地对于植被形态的景观视觉方面要求不高，一年中修剪次数相对较少，降低了绿地植被在修剪工序的年碳排放量。

注：本文部分成果发表于《景观设计》期刊

作者简介

赵玥 女，天津大学硕士毕业，研究方向为风景园林理论与设计、低碳园林。

王洪成 男，天津大学建筑学院教授，研究方向为风景园林理论与设计、低碳园林。

原标题：《城市绿地碳汇 | 城市不同类型绿地植被碳收支差异及成因研究》

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