祝月茹,李青青,祝遵凌
(南京林業(yè)大學(xué) a.藝術(shù)設(shè)計學(xué)院;b.金埔研究院;c.數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計研究中心,江蘇 南京 210037)
碳中和、碳達(dá)峰是全球范圍內(nèi)關(guān)注的焦點問題。在城市綠地系統(tǒng)中,居住區(qū)綠地作為社會環(huán)境的重要組成部分,是生態(tài)建設(shè)的重要內(nèi)容[1],維護(hù)居住區(qū)的生態(tài)環(huán)境平衡也可以在減緩溫室效應(yīng)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[2]。Yang等[3]指出碳增匯的重點途徑是強(qiáng)調(diào)城市生態(tài)環(huán)境和綠地范圍的建設(shè)和保護(hù)。Cai等[4]研究認(rèn)為在中國城市內(nèi)CO2的排放占比更高,達(dá)到85%;Zhou等[5]認(rèn)為城市對整個社會的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展日益重要。因此,城市作為人類文明可持續(xù)發(fā)展的核心部分,節(jié)能減排增匯勢在必行,李輝等[6]、吳紫琪[7]、冀媛媛等[8]分別從城市綠地固碳效應(yīng)、植物碳匯能力、碳排放與碳匯比較等角度研究景觀綠地設(shè)計與居住區(qū)碳匯的相互作用,王韶晗等[9]基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對國家濕地公園的景觀質(zhì)量進(jìn)行評價。
近年來,中國城鎮(zhèn)化的飛速發(fā)展使新型城鎮(zhèn)化的住房問題,應(yīng)保障城市低收入群體,關(guān)注以新就業(yè)的大學(xué)生、進(jìn)城務(wù)工人員為代表的弱勢群體的住房需求[10]。董昕構(gòu)建的人口遷移決策模型,表明了保障性住房對城鎮(zhèn)化的進(jìn)程有很好的促進(jìn)作用[11]。國新辦也明確指出,加快建立以公租房、保障住房和共有產(chǎn)權(quán)住房為主體的住房保障體系[12]。王晶[13]基于生活圈對保障性住房進(jìn)行規(guī)劃研究,強(qiáng)調(diào)通過共建共享增加社區(qū)活力,但其具體措施一般遵循固定范式,并不能解決不同層級的實際問題。閆輝等[14]研究指出在加大力度建設(shè)保障房的住房條件的同時還應(yīng)重視舒適的居住環(huán)境,改善住房品質(zhì),提升居民生活滿意度。從景觀公平性的角度出發(fā),綠色空間是居民健康生活的重要組成部分,在低碳城市營建和綠色高質(zhì)量發(fā)展的要求下,本研究將研究重點放在居住區(qū)綠地植物的固碳效益統(tǒng)計上,在單棵植物和植物組團(tuán)的形式方面提出可行性建議。
江蘇省南京市位于長江下游地區(qū)(31°14′~32°37′N,118°22′~119°14′E),東西距50~70 km,南北距150 km。亞熱帶季風(fēng)氣候,雨量充沛,年平均氣溫15.4 ℃,年平均降水量1 106 mm,全市林木覆蓋率 26.4%,建成區(qū)綠化覆蓋率45%[15]。本研究選擇的丁家莊保障性居住區(qū)位于南京市主城區(qū)邊緣且規(guī)模較大,總用地85 hm2,規(guī)劃總建筑面積約168 hm2,人口集中,代表著南京最新的保障性住房發(fā)展趨勢,其中房屋入住人口復(fù)雜多樣且房屋屬性不同,使得樣本更有研究意義。調(diào)研地點選自丁家莊保障性住房“歌舞升平”四園的其中兩園,建成時間早,且后期居住區(qū)周圍逐漸增加商業(yè)中心、優(yōu)等綜合性醫(yī)院、中小學(xué)、公交地鐵等公共設(shè)施,相較于丁家莊二期保障房項目作為南京“首批海綿城市試點片區(qū)之一”榮獲各項大獎,研究區(qū)域的總面積約為24.82 hm2,樓層大多數(shù)在20~30層,部分樓棟為33層,住戶達(dá)到1萬戶,約3.5萬人。但在居住區(qū)現(xiàn)有的植物組團(tuán)設(shè)計、建成鋪裝、植被緩沖帶等方面還有一定的提升空間,比較已有的設(shè)計基礎(chǔ),本研究結(jié)合碳匯效益量化結(jié)果進(jìn)行居住區(qū)環(huán)境的優(yōu)化更新。
1.2.1 數(shù)據(jù)來源
結(jié)合大數(shù)據(jù)劃分具體調(diào)研范圍,燕舞園與燕歌園的地理位置如圖1所示。
圖1 燕舞園與燕歌園衛(wèi)星圖Fig.1 Satellite image of Yanwu garden and Yange garden
通過實地調(diào)研對燕舞園、燕歌園各個住區(qū)的發(fā)展總體情況觀察、記錄,對住區(qū)內(nèi)植物種類、樹高、胸徑、距建筑物的距離等進(jìn)行測量,為后期結(jié)合碳匯效益的環(huán)境提升策略的提出奠定基礎(chǔ)(表1)。總結(jié)調(diào)研結(jié)果時選取樹種的各項數(shù)據(jù)平均值,所用工具為OPTI-LOGIC(400LH)紅外線測高儀、胸徑卷尺和皮尺等。
表1 各區(qū)域內(nèi)植物組團(tuán)搭配Table 1 Plant grouping in each region
燕舞園與燕歌園的植物配置以及整體結(jié)構(gòu)與周邊保障房相似,種類豐富,居住區(qū)內(nèi)栽植各類喬灌木種植,出現(xiàn)頻次最多的喬木多為香樟Cinnamomumcamphora、欒樹Koelreuteria paniculata、紫葉李Prunuscerasifera、雞爪槭Acer palmatumThunb、琴絲竹Bambusamultiplex、櫻花Cerasusyedoensis、玉蘭Magnoliadenudata等,灌木主要以石楠PhotiniaserrulataLindl、黃楊Euonymusjaponicus、南天竹Nandinadomestica、紅花檵木Loropetalumchinense、八角金盤Fatsia japonica為主,草本植物種類較少,大多是沿階草Ophiopogonbodinieri,少量景天SedumL.、白花三葉草TrifoliumrepensL.等其他草本植物。
1.2.2 研究方法
采用美國農(nóng)業(yè)部林務(wù)局的NTBC(National tree benefit calculator)模型,是以i-tree為基礎(chǔ),簡化后的一款計算單棵樹木效益的計算器,輸入調(diào)研數(shù)據(jù)可得到相應(yīng)結(jié)果(圖2)。NTBC 通過實地測量取得樹木的高度、胸徑和冠幅等數(shù)據(jù),估算單棵樹木的地上生物量,將地上生物量換算為固碳量,進(jìn)而對研究對象的年碳匯效益進(jìn)行估算。該模型中的年固碳量實際上是研究對象以生物量形式儲存碳的年增量[16]。本研究區(qū)域南京市瀕江近海,屬亞熱帶季風(fēng)氣候,故選取模型中氣候最為相似的Coastal plain亞熱帶氣候區(qū)作為樹木生長氣候條件。通過對丁家莊保障性居住區(qū)進(jìn)行場地調(diào)研,參考城市碳匯效益估算的相關(guān)文獻(xiàn)測算植物胸徑、冠幅、光照、距建筑物的距離、生長狀況等數(shù)據(jù),并且將調(diào)研結(jié)果通過大數(shù)據(jù)計算得到可以量化的具體數(shù)值。
圖2 NTBC操作方法示意Fig.2 Schematic diagram of the NTBC operation method
2.1.1 燕舞園
對燕舞園中區(qū)、南區(qū)的樹種碳匯相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實地調(diào)研,基于NTBC(國家樹木效益計算器),得出居住區(qū)內(nèi)喬灌木平均單棵植物的碳匯能力(表2)。
表2 燕舞園喬、灌木的碳匯效益Table 2 Carbon sink benefits of trees and shrubs in Yanwu garden
通過對燕舞園喬木生長狀況的實地調(diào)研,統(tǒng)計居住區(qū)內(nèi)多數(shù)喬木情況,并取平均值輸入NTBC估算系統(tǒng)計算植物的碳匯效益。結(jié)果表明,植物的胸徑大小與碳匯能力沒有明顯的正負(fù)相關(guān)性,平均胸徑20~30 cm之間大喬木的CO2吸收量排序為香樟>欒樹>鵝掌楸>樸樹,平均胸徑10~20 cm之間中喬木的CO2吸收量排序為無患子>玉蘭>楓香>桂花>紫葉李>枇杷>雞爪槭,平均胸徑0~10 cm之間小喬木的CO2吸收量排序為櫻花>楊梅>蠟梅>琴絲竹。灌木的年CO2吸收量排序為海桐>女貞>灑金桃葉珊瑚>錦繡杜鵑>紫藤>黃楊>石楠>含笑。從20年的長遠(yuǎn)碳匯效益角度看,香樟、欒樹、鵝掌楸、無患子、荷花木蘭屬于小區(qū)現(xiàn)有喬木樹種排名前五位,錦繡杜鵑、黃楊、海桐是灌木樹種的前三名。
2.1.2 燕歌園
對燕歌園東區(qū)、北區(qū)、南區(qū)的樹種相關(guān)數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行實地調(diào)研,基于NTBC研究計算,分別得出居住區(qū)內(nèi)喬灌木平均單棵植物的碳匯能力(表3)。
表3 燕歌園喬、灌木的碳匯效益Table 3 Carbon sink benefits of tree shrubs in Yange garden
通過對燕歌園喬木生長狀況的實地調(diào)研,統(tǒng)計居住區(qū)內(nèi)大多數(shù)喬木,并取平均值輸入NTBC系統(tǒng)計算碳匯效益。結(jié)果表明,植物的胸徑大小與碳匯能力沒有明顯的正負(fù)相關(guān)性,平均胸徑大于30 cm的大喬木只有欒樹,其年CO2吸收量為49.78 kg/株,平均胸徑20~30 cm大喬木的CO2吸收量排序為香樟>鵝掌楸>楝樹>櫸樹>鳳凰木>樸樹,平均胸徑10~20 cm中喬木的CO2吸收量排序為黑胡桃>桂花>雞爪槭>櫻花,平均胸徑0~10 cm小喬木的CO2吸收量排序為紫葉李>楊梅>山茶>蠟梅>琴絲竹。灌木的CO2吸收量排序為梔子>海桐>小蠟>木槿>女貞>灑金桃葉珊瑚>紫荊>石楠>錦繡杜鵑>冬青>黃楊>山胡椒。從20年的長遠(yuǎn)碳匯效益角度看,香樟、欒樹、黑胡桃、鵝掌楸、桂花屬于小區(qū)現(xiàn)有喬木樹種排名前五位,梔子、小蠟、海桐是灌木樹種的前三名。
研究顯示,燕歌園的植物種類更加豐富。由于單棵樹種的碳匯效益排序并無明顯變化,且受環(huán)境影響產(chǎn)生的碳匯效益結(jié)果也相似,對2個小區(qū)內(nèi)最大的公共綠地進(jìn)行深入比較,燕舞園與燕歌園喬木配置的CO2吸收量如表4和表5所示。
表4 燕舞園公共區(qū)域的CO2吸收量估算Table 4 Estimation of CO2 uptake in the common area of Yanwu graden
表5 燕歌園公共區(qū)域的CO2吸收量估算Table 5 Estimation of CO2 absorption in the common area of Yange garden
對比公共區(qū)域的植物碳匯效益,燕歌園的年CO2吸收量超過燕舞園736.47 kg,20年CO2總吸收量超過燕舞園18 645.38 kg。從植物種類上看,燕舞園的主要樹種較多,種類平均且每種數(shù)量較少,輔助樹種如桂花、櫻花、雞爪槭的數(shù)量較多,它們單棵樹木的碳匯效益中等,但沒有發(fā)揮出碳匯優(yōu)勢樹種的主導(dǎo)作用。燕歌園以欒樹和香樟作為主要樹種,搭配其他輔助樹種,其中桂花的占比較高。燕歌園內(nèi)的其他觀賞樹種碳匯功能較少,主要發(fā)揮植物的彩化作用,整體功能明確,且豎向設(shè)計也更加豐富。由表2~3可知,燕歌園的灌木種類更多,碳匯效益和去除空氣污染量的能力都超過燕舞園的平均水平。從植物分布類型上看,燕舞園的樹種分布平均,未能對不同植物吸收CO2的能力進(jìn)行區(qū)分,而燕歌園采用“1+N”的植物組團(tuán)形式,選取固碳優(yōu)勢樹種搭配各類輔助樹種,不僅滿足了小區(qū)的視覺美觀性,也詮釋了很好的碳匯功能。
根據(jù)上述研究可以看出,碳匯效益排名較高的樹種在對CO2的吸收、截留雨水和去除空氣污染的能力方面都產(chǎn)生較大的作用。從低碳社區(qū)的角度出發(fā),維持小區(qū)運營、生活、管理和服務(wù)方面的現(xiàn)有水平,基本碳排放不變,社區(qū)的低碳建設(shè)還可以依靠增加固碳能力較好的優(yōu)勢樹種以改善小區(qū)的環(huán)境質(zhì)量,增加植物對碳的吸收總量。依據(jù)SZDB/Z310—2018《低碳社區(qū)評價指南》,遵循“3D原則”—低耗能、低污染、低排放,減少碳源、增強(qiáng)碳匯,形成低碳發(fā)展模式的社區(qū)。居住區(qū)評價滿分為100分,由低碳建設(shè)(33分)、低碳運營(25分)、低碳生活(22分)、低碳管理和服務(wù)(20分)四個部分組成,文章從低碳建設(shè)環(huán)節(jié)(圖3),結(jié)合三級指標(biāo)分析植物碳匯的促進(jìn)作用。
圖3 低碳社區(qū)評價指南低碳建設(shè)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of low-carbon community evaluation indicators
從低碳社區(qū)評價指南的低碳建設(shè)部分可以看出,通過提升居住區(qū)的植物種類、改善小區(qū)環(huán)境質(zhì)量、合理規(guī)劃綠地布局,可以更加科學(xué)地設(shè)計規(guī)劃居住區(qū)的綠地布局。在地面綠地和屋頂綠地的植物選擇上,依據(jù)碳匯能力結(jié)果選擇合適的樹種,公共交通站點也可以選擇合適的灌木,在人工鋪設(shè)的透水性地面上,自然裸露地、公共綠地、植草磚都可以算作透水地面,對種植的草本植物也有一定的要求。目前小區(qū)的整體綠地規(guī)劃水平距低碳社區(qū)的要求還有一定的差距,其中所需要的植物種類、個數(shù)都可依據(jù)NTBC進(jìn)行定量估算,保障性居住區(qū)在低碳建設(shè)方面還應(yīng)加大關(guān)注植物的節(jié)能效益、吸收CO2效益、改善空氣質(zhì)量效益等,從植物碳匯效益的角度對景觀公平性的發(fā)展起到促進(jìn)作用。
通過實地調(diào)研分析,2個居住區(qū)的格局規(guī)劃相似,并且都缺乏低碳相關(guān)的綠地系統(tǒng)規(guī)劃。前期調(diào)研中,結(jié)合居民訪談,對居住區(qū)綠地系統(tǒng)的基本情況大致了解,通過居住區(qū)的植物分布情況對居住用地低碳規(guī)劃的具體措施及管控要素進(jìn)行展開分析,從整體與部分的角度規(guī)劃居住區(qū)的發(fā)展策略。
研究顯示,香樟(81.13 kg/株)、欒樹(49.78 kg/株)、無患子(43.50 kg/株)、黑胡桃(40.10 kg/株)的單株吸收CO2的能力較強(qiáng)(表6),櫻花(13.97 kg/株)、山茶(9.11 kg/株)、楊梅(6.94 kg/株)、蠟梅(3.82 kg/株)、琴絲竹(1.55 kg/株)的單株吸收CO2的能力較弱。其中,燕舞園和燕歌園公共區(qū)域的桂花(24棵)、琴絲竹(80棵)數(shù)量占比較大,占總數(shù)的69.80%,CO2吸收總量為875.92 kg,占總量的31.75%,并無明顯的喬木優(yōu)勢樹種。因此,在居住區(qū)植物景觀優(yōu)化時需要進(jìn)一步豐富植物種類,確??紤]到不同類型住區(qū)的人群個體差異,增加居住區(qū)植物的碳匯能力,豐富居住區(qū)的低碳景觀。
建議選用1~2個樹種為主體、其余樹種輔助的栽植方式,且優(yōu)勢樹種的數(shù)量遠(yuǎn)大于其他樹種的數(shù)量,輔助樹種間無固定搭配模式。例如,在選擇植物景觀營造的主體和骨架樹種時,選擇固碳能力強(qiáng)的園林樹種[16],如現(xiàn)有香樟、欒樹、無患子這類高碳匯喬木,以其為中心搭配豎向設(shè)計。在居住區(qū)植物碳匯效益總量提升方面,可從增加固碳優(yōu)勢樹種的比例,增加植被覆蓋率,替換部分碳匯劣勢樹種,補(bǔ)全缺失樹木四個方面進(jìn)行優(yōu)化。從植物自身的生態(tài)角度出發(fā),補(bǔ)植高大喬木,通過合理的植物群落優(yōu)化設(shè)計,增加綠量提升園林植物整體的碳匯功能。
選擇高固碳效益的特色優(yōu)勢樹種后,構(gòu)建合理性與差異性協(xié)同的群落結(jié)構(gòu)對促進(jìn)植物之間整體的固碳能力也有重要作用。首先,在植物群落的垂直結(jié)構(gòu)中,增加立體綠化,完善碳匯系統(tǒng)垂直格局,采用“喬—灌—草”的復(fù)層景觀結(jié)構(gòu),使居住區(qū)內(nèi)的豎向植物更加豐富。其次,控制植物群落的栽植密度,常綠落葉混交林比單純的常綠林或落葉林具有更強(qiáng)的固碳能力[17],栽植密度應(yīng)控制在250~450株/hm2的范圍內(nèi)[18],使得樹木枝葉充分生長,將群落的固碳能力發(fā)揮到最大?;跇浞N選擇和植物配置原則,需對丁家莊燕舞園和燕歌園現(xiàn)有植物進(jìn)行重新組合搭配,從碳匯效益和居住區(qū)植物彩化角度,選擇增加固碳能力更強(qiáng)、碳匯效益更高的色葉植物,如楓香、雞爪槭、桂花、蠟梅。在這些基礎(chǔ)上可以增加居住區(qū)內(nèi)槐樹的數(shù)量,如龍爪槐,其單株碳匯效益較高,占地面積較小,有很好的觀賞性。在灌木的選擇上,保留女貞、海桐、錦繡杜鵑、石楠這類大面積常見灌木,場地內(nèi)的灌木如小蠟、木槿、桂花、梔子都有很好的觀賞作用。草本植物的覆蓋率為60%,多處公共空間內(nèi)可以看到裸露的地皮,綜合空間、美學(xué)、樹種特性等因素,居住區(qū)內(nèi)需補(bǔ)充草本植物,營造層次豐富的群落結(jié)構(gòu)[18]。
通過研究發(fā)現(xiàn),丁家莊保障房中目前栽植的雞爪槭、櫻花等觀賞性喬木,同樣具有較高的CO2吸收能力,長勢優(yōu)秀的雞爪槭年CO2吸收量為26.73 kg/株,櫻花年CO2吸收量為19.15 kg/株。目前居住區(qū)內(nèi)普遍采用“健身、休憩公共設(shè)施+各類植物組團(tuán)”的綠地形式,如燕歌園北區(qū)這種面積較大的居住區(qū),設(shè)有兩塊健身活動空間且設(shè)施功能相同。在未來規(guī)劃中,應(yīng)區(qū)分動靜板塊,選擇其中環(huán)境更加幽靜的公共空間鋪設(shè)碎石小路,增設(shè)水體、假山這類氛圍感營造要素,根據(jù)現(xiàn)有的綠地結(jié)構(gòu),采用“1+N”的規(guī)劃形式,重新構(gòu)建動靜結(jié)合的居住區(qū)風(fēng)貌。提高靜區(qū)的植被覆蓋率,營造居住區(qū)微環(huán)境,有助于增加多功能綠地豐富居民的感官體驗[19]。
為解決保障房 “千房一面”的綠地風(fēng)貌,居住區(qū)的空間美感還在于利用植物群落做到開合有度、收放自如,根據(jù)不同居住區(qū)的個性特色,采用“碳匯優(yōu)勢喬木-灌木”的植物組團(tuán),如“香樟+無患子+桂花-海桐”等,相似居住區(qū)力求互補(bǔ),避免同質(zhì)化。相同格局居住區(qū)內(nèi)動靜分區(qū)的植物配置也有所差別,動區(qū)分布健身設(shè)施和景觀長廊,搭配開闊型的植物組團(tuán),在休憩座椅四周栽植遮陰喬木,形成自然陽光照射的敞開式公共空間,考慮到植物的碳匯能力,可以選擇“香樟-海桐+石楠等”;靜區(qū)以小涼亭為主,保留場地原有喬木的同時,增加小喬木和低矮灌木,形成一處相對隱蔽的乘涼、閱讀空間,可以選擇“桂花+雞爪槭-梔子+女貞”等具有觀賞性、芳香性的喬木、灌木種類。
本研究僅對丁家莊片區(qū)的2個小區(qū)的低碳景觀進(jìn)行調(diào)查研究,取得一些探索性的結(jié)論,為保障性居住區(qū)更好地從植物碳匯角度實現(xiàn)低碳化發(fā)展地提出優(yōu)化策略。本研究存在的不足具體如下:
1)受植物長期變化的影響,本研究無法精確地計算植物碳匯效益,只能最大限度地從居住區(qū)的自然植物部分和居民生活習(xí)慣出發(fā),提出針對性的優(yōu)化策略應(yīng)對未來的發(fā)展變化。因此,在未來研究中還可以借助其他儀器獲得更加精確的結(jié)果,同時不斷完善現(xiàn)有居住區(qū)的低碳綜合評價體系。
2)本研究的調(diào)研手法較為傳統(tǒng),調(diào)研數(shù)據(jù)大多是人為測量所得,可能存在一定的模糊和誤差。在未來的研究中,希望可以借助更加先進(jìn)的調(diào)查手段進(jìn)行全面的分析,如無人機(jī)等數(shù)字化方式,對現(xiàn)有結(jié)論進(jìn)行修正和補(bǔ)充。
3)本研究采用的NTBC模型可以對樹種結(jié)構(gòu)和固碳效益價值進(jìn)行量化分析,其計算結(jié)果的精確度較高,使景觀規(guī)劃設(shè)計更加“科學(xué)、客觀”,為以后居住區(qū)樹種的選擇提供參考依據(jù)。但NTBC模型本身是基于國外當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和原有樹種的數(shù)據(jù)庫,在植物的匹配上會有一定局限性,今后的研究應(yīng)更新模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,以便于更方便地運用在本土樹種的效益評估模型中。
21世紀(jì)以來,我們一直面臨可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。通過推動低碳政策開展居住區(qū)植物景觀優(yōu)化是未來景觀生態(tài)學(xué)在城市更新中的重要突破點[20],以馬斯洛需求理論為基礎(chǔ)構(gòu)建綠地景觀服務(wù)研究理論體系,綜合綠地景觀格局,構(gòu)建景觀服務(wù)評估技術(shù)體系。結(jié)合現(xiàn)有的理論與方法,研究低碳化綠地景觀與經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系。因此,增加居住區(qū)的碳匯效益,使其在城市生態(tài)建設(shè)中發(fā)揮最大的生態(tài)效益,是低碳住區(qū)、綠色居住區(qū)建設(shè)的關(guān)鍵。從減少碳源和增加碳匯兩方面綜合考慮居住區(qū)的更新改造,不僅可以豐富植物數(shù)據(jù),還可以將低碳理念應(yīng)用在整個景觀設(shè)計周期中,有助于住區(qū)植物的碳匯效益的提高,對整個城市的綠色發(fā)展具有重大意義。