李倞 吳佳鳴 汪文清

近年來，極端氣候狀況頻發(fā)，引起全球?qū)夂蜃兓瘑栴}的普遍關(guān)注[1-4]。中國“雙碳”目標(biāo)的提出[5]引發(fā)國內(nèi)各行業(yè)的廣泛回應(yīng)，風(fēng)景園林也不例外。歸納起來，風(fēng)景園林應(yīng)對氣候變化主要包括2種方式[6]：一方面是提升城市韌性，增強城市對氣候變化影響的適應(yīng)能力；另一方面則是減少碳排放量和發(fā)揮碳匯功能，減緩全球氣候變暖進程。在國家碳中和目標(biāo)下，后者無疑將成為風(fēng)景園林行業(yè)發(fā)展的新機遇。

風(fēng)景園林在適應(yīng)氣候變化的規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)開展了一定的研究[1,7-9]，但針對風(fēng)景園林在減源、增匯方面的研究還相對較少。低碳園林是以往研究的主要內(nèi)容，鐘樂等[10]、趙彩君等[11]、王貞等[12]主要針對風(fēng)景園林低碳營造的相關(guān)原則和實踐開展研究；周慕云[13]、王迪生[14]、謝軍飛等[15]主要借鑒林學(xué)相關(guān)方法對園林綠地碳匯和碳足跡計量進行初步探討；瑪莎·施瓦茨等[16]從宏觀地理工程學(xué)視角對風(fēng)景園林可采用的前沿探索性脫碳措施進行了介紹?？傮w而言，尚缺乏為實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，在風(fēng)景園林實踐中可以采用的措施和作用機理的系統(tǒng)研究。

通過檢索，本研究以中文文獻(xiàn)、英文文獻(xiàn)、項目報告和設(shè)計案例作為研究數(shù)據(jù)源。中文文獻(xiàn)在中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫以“主題=園林OR綠地AND（氣候變化OR低碳OR碳匯OR碳中和）”為檢索式進行檢索，來源類別為所有學(xué)術(shù)期刊，檢索時間跨度為2008—2021年，檢索后對文獻(xiàn)進行進一步篩選，剔除其中的非學(xué)術(shù)類文獻(xiàn)，最終得到417篇相關(guān)文獻(xiàn)；英文文獻(xiàn)在Web of Science核心合集以“主題=Landscape OR parks OR garden OR green space AND（carbon neutrality OR carbon footprint OR carbon sequestration OR low carbon OR climate change）AND語言=英語”開展檢索，檢索時間跨度同上，剔除新聞、綜合資訊等條目，最后經(jīng)過人工篩選，剔除相關(guān)性不大的文獻(xiàn)，共得到220篇文獻(xiàn)。同時，綜合Google瀏覽器搜索得到相關(guān)的30份項目報告和42個設(shè)計案例作為研究數(shù)據(jù)來源，對碳中和目標(biāo)下的風(fēng)景園林直接減源、增加碳匯和間接減源3方面功能開展研究（圖1）。

圖1 風(fēng)景園林發(fā)揮“碳中和功能”的技術(shù)框架Technical framework for landscape architecture to perform the “carbon neutrality function”

1 園林綠地全生命周期的直接減源途徑

在設(shè)計、建造和維護等階段，需要針對園林綠地的全生命周期碳足跡采取措施，實現(xiàn)項目的長期節(jié)能減排（表1）。

表1 園林綠地直接減源策略Tab. 1 Strategies fo direct carbon source reduction through green space

1.1 設(shè)計階段

設(shè)計應(yīng)保障能源的高效利用。古代造園者提及的“相地合宜”“土方就地平衡”和“極盡自然之美，少費人事之功”在當(dāng)今碳中和園林的建設(shè)中尤其適用。在建設(shè)中尊重場地原本地形地貌條件，能夠有效提升資源利用率[3]。不同的設(shè)計要素具有不同的減源作用，通過被動式建筑設(shè)計實現(xiàn)通風(fēng)采光[17-18]以及利用植被自身的綠化遮陰作用[19-20]和水體自身的降溫增濕效能[21]，均能實現(xiàn)節(jié)能減排。此外，發(fā)展城市農(nóng)業(yè)，借助可食用綠化和公共菜園等形式，能夠減少食品運輸產(chǎn)生的碳排放[11,22]。但需要注意的是，農(nóng)業(yè)種植耗水量較大，在園林綠地中宜選擇節(jié)水型的農(nóng)作物和種植管理方式。

利用可再生能源也將促進直接減源。如太陽能熱水、空氣源熱泵、地源熱泵、風(fēng)力渦輪機、太陽能電池[11]、生物能源[23]等技術(shù)應(yīng)在風(fēng)景園林中進行更廣泛的示范和推廣。此外，對可再生資源的循環(huán)利用，如多種類型的降水資源、城市中水等，能夠減少對自來水供應(yīng)的依賴[24]，有效減少碳排放[25]。在應(yīng)用節(jié)約資源技術(shù)的同時，也需考慮清潔能源的負(fù)面影響，如生物質(zhì)能源會降低部分農(nóng)田的多樣性，且生產(chǎn)過程需要消耗大量的水土資源[26]，導(dǎo)致額外的碳排。因此，設(shè)計師需要謹(jǐn)慎評估新能源的使用范圍和可能帶來的負(fù)面影響[27]。

在設(shè)計階段，不論是新建項目還是更新改造項目，都應(yīng)在前期確保設(shè)計的科學(xué)性和決策的合理性，避免因追求風(fēng)格化和表面化，開展不必要的建設(shè)和更新[12]。利用碳足跡計算器增強風(fēng)景園林在碳排、碳匯相關(guān)數(shù)據(jù)獲取、可視化、定量分析等方面的能力[28]，能夠幫助設(shè)計師精準(zhǔn)決策。目前，應(yīng)用較廣的碳計算工具主要包括分析植物碳匯能力的i-Tree[29]、針對風(fēng)景園林項目的Pathfinder[6]（圖2）和以建筑為主體的東南大學(xué)東禾建筑碳排放計算分析軟件[30]等。

圖2 Pathfinder碳計算工具[6]Pathfinder Carbon Calculator[6]

1.2 建造階段

園林綠地材料是建造階段碳排放的重要影響因素，不同的建材、構(gòu)造之間的碳排量有明顯差異。使用場地本身的材料對減少碳排的影響十分顯著。例如，盧旺達(dá)保護性農(nóng)業(yè)研究學(xué)校在建造過程中的材料獲取和加工均在當(dāng)?shù)赝瓿桑?6%的材料在境內(nèi)采購，使得整體項目的碳排放量低于全球標(biāo)準(zhǔn)的44%[31]。除此之外，選擇低碳環(huán)保材料也十分重要。一方面可以通過使用高反射率的涂料和保溫材料，以及葉片具有較高反射率的植物[32]，減少熱量吸收，降低環(huán)境維持能耗；另一方面可以盡量選擇木材、碎石、軟性鋪裝等低碳環(huán)保材料。此外，新型的現(xiàn)代智能材料也具有諸多減碳優(yōu)勢，如光纖維智能混凝土，由骨料和玻璃纖維共同組成，可以吸收太陽能，減少混凝土建筑外部保溫材料的使用[3]，減少室內(nèi)環(huán)境維護的能耗；重型木結(jié)構(gòu)可替代鋼鐵和混凝土，其生產(chǎn)過程利用的是可再生資源，具有較高的減排效益[16]。

對于物流和施工過程的減碳同樣不容忽視。2020年中國移動源環(huán)境管理年報表明，我國交通運輸行業(yè)二氧化碳排放量占道路交通排放量的84.1%，合理組織運輸工具、減少運輸過程揚塵、錯峰分段運輸將有效減少運輸過程的碳排[33]。此外，在園林工程中，通過更合理的施工人員調(diào)配和各項工程流程的優(yōu)化，同時采用模塊化的建造單元[34]，能夠提高建造效率，提高資源循環(huán)利用效率。

1.3 維護階段

在維護減源方面，植物的移植、灌溉、施肥措施所產(chǎn)生的碳排放較大，其中灌溉導(dǎo)致的碳排最高[35]。綠地灌溉的主要碳排來自水車油耗，而非自來水[36]。因此，在維護過程中，宜使用節(jié)水措施，盡可能就近取水，并建議優(yōu)先選擇節(jié)水耐旱型的鄉(xiāng)土植物，盡量減少化學(xué)肥料使用和不必要的移植[37]。另外，盡可能選擇粗放的植物管理方式，這種方式不僅能夠降低養(yǎng)護過程中的碳排，還能夠提升植物群落的生物多樣性，促進其穩(wěn)定發(fā)展，提高植物碳匯能力[38]。此外，還可以建立智慧園林綠化綜合監(jiān)管平臺（圖3），優(yōu)化管理流程，提高維護效率，減少碳排。例如，實時動態(tài)采集綠化管養(yǎng)人員和車輛的位置，對其進行合理調(diào)配；也可以運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在綠地中安裝傳感設(shè)備，動態(tài)獲取綠地環(huán)境的指標(biāo)數(shù)據(jù)，提高養(yǎng)護效率[39-40]。

圖3 Cartegraph智能公園管理軟件Cartegraph Park Management Software

2 提升園林綠地要素碳匯能力的途徑

城市園林綠地可以通過光合作用將大氣中的CO2吸收并固定在植被與土壤當(dāng)中，主要包括植物碳匯、土壤碳匯和水體碳匯3種類型[41]（表2）。

表2 園林綠地碳匯提升策略Tab. 2 Strategies for carbon sink increase through green space

2.1 植物碳匯

生物多樣性高的植物群落有益于提高自身碳匯[42]，同時也能提高土壤的碳匯能力。綠地面積、植物組成結(jié)構(gòu)、豎向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)、群落密度等因素[43]都會影響植物碳匯。不同類型的植物碳匯能力差異較大[44]，設(shè)計中優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土植物，可獲得更高的碳匯效率[45]，同時也能夠減少維護成本[43]。通常情況下，喬木碳匯能力遠(yuǎn)高于灌木、草本和藤本；深根性植物的碳匯能力更強；幼中齡植物生長快，碳匯能力強，但達(dá)到成熟期后碳匯能力減弱。由此，打造復(fù)層-異齡-混交的立體植物群落[43]，并引導(dǎo)群落自然演替，將有效保障植物碳匯的穩(wěn)定性[38,46]。例如，天津南翠屏公園通過塑造近自然的植物群落結(jié)構(gòu)，植物群落的單位碳儲量增加了近3倍[47]。

在植物利用方面，可以通過綠色屋頂、垂直綠化和增加地被植物等方式，實現(xiàn)減排增匯[38,48-49]。當(dāng)植物死亡后，會釋放大量的碳[50]，因此合理保留并利用植物廢棄物，也將有效管理場地中的碳元素，如將其作為建材、生物炭[51]，或埋在小丘中[52]，都能夠?qū)崿F(xiàn)長期儲碳。

需要注意的是，碳匯效益高的植物景觀可能也會造成養(yǎng)護階段的高碳排放，過于強調(diào)營造植物多樣性[53]、高密度的植物景觀[54]和立體綠化[55]等設(shè)計措施，會在一定程度上增加需水量和養(yǎng)護投入。同時，植物廢棄物再利用的處理流程較復(fù)雜，可能會帶來較高的碳排量[56]。

2.2 土壤碳匯

土壤碳儲量高出植被碳儲量數(shù)倍[57]，是園林綠地固碳的主要途徑。然而目前較多的碳匯研究主要關(guān)注園林植物和水體[10-12,43]，土壤碳匯仍具有較大探索空間，需要引起更多的重視。

城市綠地建造時間的長短對土壤碳儲量有較大的影響。一般來說，建造時間越長、群落郁閉度越高，林下土壤環(huán)境越有利于土壤碳儲量增加[43]。提高土壤碳匯能力一方面需增加有機物的輸入，另一方面需要降低土壤碳的分解[58]。前者可通過在土壤中添加生物炭[59]、垃圾污泥等城市廢棄物、植物廢棄物堆肥的方式，增加微生物固碳量。另外，還可以選擇透水、透氣性好的鋪裝材料促進碳元素進入土壤[60]。例如，華盛頓國家廣場的草坪所用土壤選擇了粗砂混合的方式，60%的砂石用于抵抗壓實，40%的有機物用于維持草皮健康生長[61]，有效提升了土壤和植物的碳匯能力。此外，還可以通過人為恢復(fù)紅樹林濕地[62]、草地、森林[63]等生態(tài)系統(tǒng)，以及增加地被植物等方法，減少土壤有機質(zhì)的分解和流失，保存土壤碳儲量。

除此之外，土壤碳匯能力也受到植被類型的影響。研究表明，農(nóng)田中適當(dāng)?shù)木G籬景觀能夠有效保護土壤碳儲量[64]?；熘捕嗄晟荼疽材芴岣咄寥捞純α?，暖季型草和豆類植物的加入可以使土壤的固碳效益增加193%和522%[65]。同時，園林綠地還可以作為固碳裝置和固碳措施的承載空間。例如，在園林綠地中安裝直接空氣碳捕獲裝置，將空氣中的CO2泵入地下巖層，經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)化，完成長期固碳；還可以在土壤中增加硅酸鹽巖石材料（如橄欖石或菱錳礦），這些巖石材料在遇水時可與CO2發(fā)生反應(yīng)，捕獲CO2，加速自然風(fēng)化固碳進程[16]（圖4）。

2.3 水體碳匯

由于礦物質(zhì)會造成水體富營養(yǎng)化，影響碳匯能力，保持水體清潔是碳匯的基本條件[60]。生物滯留池、透水鋪裝、淺溝[66]、初雨棄流池[67]等收集方式能夠防止雨水被污染，提升水體碳匯能力。健康水生境營造對水體碳匯來說更有意義。改善水下土壤、水生植物和浮游生物、岸線的生態(tài)功能，都能夠提高水中及岸邊帶的生物多樣性并且清潔水體[60]。此外，濕地具有較高的碳匯價值[68]，濕地中的水體、植物、土壤均會影響其碳匯能力[69]。其中，雨水花園作為一種特殊的人工濕地類型，其固碳量幾乎可以全部抵消其建造過程中的碳足跡[70]，應(yīng)用價值高。需要注意的是，宜謹(jǐn)慎選擇濕地花園的應(yīng)用地點[71]，并妥善處理其中的水生雜草和池底淤泥，否則碳匯效益將被減弱[72]。

3 提升園林綠地間接減源作用的途徑

園林綠地除了可以發(fā)揮直接的減源和碳匯功能以外，還可以發(fā)揮一系列間接減源的功能（表3），后者的效益巨大，但在相關(guān)研究和實踐中往往被忽視。

表3 園林綠地間接減源策略Tab. 3 Strategies for indirect carbon source reduction through green space

3.1 強化低碳活動宣傳與政策扶持

園林綠地作為改變居民生活方式的重要媒介，可以發(fā)揮出一系列社會引導(dǎo)效益，讓更廣泛的城市居民投入減碳行動。值得注意的是，居民的低碳意識才是緩解氣候問題的關(guān)鍵。參與式設(shè)計能有效減少人員和建設(shè)、維護的碳足跡，還有助于激發(fā)社區(qū)參與度，構(gòu)建具有生產(chǎn)力的社區(qū)，從而實現(xiàn)社區(qū)的自我服務(wù)，甚至服務(wù)其他社區(qū)[73]。結(jié)合園林綠地開展多元、直觀和有吸引力的展覽宣傳，能有效幫助構(gòu)建低碳社會[74-75]。例如，天津低碳創(chuàng)意花園展，通過舉辦以低碳創(chuàng)意生活為主題的展覽，利用廢棄材料實現(xiàn)園內(nèi)7個節(jié)點的低碳化更新。節(jié)點更新后的平均減碳量達(dá)53%[47]，同時擴大了低碳理念的影響力和傳播力[76]。此外，還可以建設(shè)低碳主題公園，建立公園低碳行為體系，創(chuàng)造更生動的科普體驗。例如，北京溫榆河公園納入低碳行為地圖，結(jié)合特色景點，讓公眾收集“碳積分”并用于兌換園內(nèi)服務(wù)，以達(dá)到科普宣傳目的[77]。

當(dāng)前，“雙碳”目標(biāo)下的園林綠地建設(shè)政策、規(guī)劃設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)和獎懲制度都不夠嚴(yán)謹(jǐn)和完善，導(dǎo)致效能不確定性增加。加強碳中和目標(biāo)下的風(fēng)景園林的政策研究，為中國碳中和園林的建設(shè)提供充足的保障，已經(jīng)成為未來重要趨勢。國外已經(jīng)較早地展開了相關(guān)研究，如通過共同制定城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施計劃來保障園林綠地碳匯能力，建立全國統(tǒng)一的城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施指南，設(shè)立國家城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)基金等[78-79]。

3.2 完善城市綠地系統(tǒng)布局，構(gòu)建低碳城市

將低碳理念引入規(guī)劃階段，開展以生態(tài)綠地空間為本位的低碳規(guī)劃[80]，構(gòu)建綠地與城市結(jié)構(gòu)緊密融合的緊湊型城市。在慢行城市設(shè)計中可以構(gòu)建完善的綠道系統(tǒng)，讓綠地更好地發(fā)揮碳匯功能，同時促進微生物等生物流實現(xiàn)遷徙和能量交換[81]，還可以通過增設(shè)口袋公園，重新分配街道中的步行、騎行和社交活動的空間，活化城市街道標(biāo)識系統(tǒng)等措施來提升慢行質(zhì)量，優(yōu)化慢行路線的可識別性、滲透性和安全性以提升慢行出行率，從而達(dá)到降低居民出行碳排放的目標(biāo)。

構(gòu)建碳中和理念的城市綠地系統(tǒng)需要對各種綠地進行合理規(guī)劃。有利于空氣流動的綠地系統(tǒng)布局，可以有效改善微氣候，降低城市環(huán)境維持的能耗[2]。合理的綠地系統(tǒng)在白天能夠利用盛行風(fēng)向促進空氣流通，在夜晚能夠利用城市中流動的冷空氣驅(qū)散積累的熱量。此外，由于街旁綠地、公園綠地、道路綠地在不同條件下碳匯效益存在差異，設(shè)計師需要合理安排不同綠地的布局和連接關(guān)系，從而發(fā)揮更顯著的碳匯功能[82]。在公園綠地的規(guī)劃中應(yīng)依據(jù)居民的出行行為和意向，使公園布局與出行意向相契合，提升低碳游憩出行率。在規(guī)劃過程中，增加社區(qū)公園服務(wù)覆蓋范圍，對優(yōu)化統(tǒng)籌綠地系統(tǒng)布局，強化碳匯效益有很大幫助[83]。

3.3 調(diào)節(jié)城市微氣候，鼓勵戶外低碳生活

良好的微氣候能夠降低環(huán)境的能源消耗，增強戶外環(huán)境吸引力，在間接減碳上發(fā)揮出特色優(yōu)勢[84-85]。公園的選址、朝向、鋪裝、水面和植物配置等情況都對綠地微氣候有不同程度的影響[86-88]。在具體設(shè)計時，可以利用一定程度的綠化遮陰來降低地表熱輻射吸收[89-91]。不僅如此，還可以引入多種水景裝置，如池塘、噴泉、景觀霧等，并調(diào)節(jié)喬木覆蓋率、開敞空間數(shù)量和新增水面率等改善微氣候，提高熱舒適性[92]。與此同時，在一些服務(wù)半徑較小的綠地中增設(shè)戶外納涼設(shè)施，為居民就近提供舒適便捷的戶外休息空間。這些措施都能夠鼓勵居民參與戶外活動，降低室內(nèi)環(huán)境維護所產(chǎn)生的碳排。例如，美國得克薩斯州圣丹斯廣場的沃思堡之心[93]，通過使用可調(diào)節(jié)的遮陽傘，有效地降低了中午的路面溫度，而在涼爽的天氣里，讓陽光充分溫暖地面，對周邊居民產(chǎn)生了巨大的吸引力。

4 結(jié)語

通過對目前相關(guān)研究成果、研究報告和實踐案例的系統(tǒng)梳理，本研究提出了園林綠地發(fā)揮“碳中和功能”55項主要技術(shù)措施和作用機理。由于規(guī)劃設(shè)計策略屬于基本的減源、增匯技術(shù)措施，設(shè)計師需要根據(jù)不同的設(shè)計條件進行創(chuàng)造性地使用，也可將不同措施疊加運用，實現(xiàn)更綜合的碳中和效益。此外，不同的技術(shù)方法在不同的氣候條件下產(chǎn)生的效能會存在顯著差異，需根據(jù)實際情況選擇具體措施。同時，也需要謹(jǐn)慎評估不同措施的負(fù)面影響，適度地進行應(yīng)用。

隨著碳中和研究的不斷深入，相關(guān)學(xué)科研究成果將為風(fēng)景園林實踐提供更廣泛和先進的技術(shù)支撐，規(guī)劃設(shè)計策略也將得到進一步擴展。風(fēng)景園林尤其應(yīng)當(dāng)發(fā)揮自身優(yōu)勢，將公園綠地作為先進技術(shù)展示和綜合示范的平臺，開發(fā)多類型的碳匯測量估算方法，并結(jié)合本土數(shù)據(jù)測量建立碳匯數(shù)據(jù)庫，完成園林綠地監(jiān)測和評估，開展更加精細(xì)化的減源、增匯技術(shù)措施研究，成為城市碳中和能力提升的空間載體和社會低碳生活引導(dǎo)的催化劑。