收稿日期Received：2022-06-20""" 修回日期Accepted：2022-12-10

基金項目：國家自然科學基金項目（32171859，31300590）;江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目（PAPD）。

第一作者：楊云峰（yangyf@njfu.edu.cn），副教授。

*通信作者：

引文格式：

楊云峰，余春華. 植被空間類型對城市綠地碳中和績效的影響. 南京林業(yè)大學學報（自然科學版），2024，48（2）：209-218.

YANG Y F，YU C H. Effects of vegetation distribution on the carbon neutrality performance of urban green spaces. Journal of Nanjing Forestry University （Natural Sciences Edition），2024，48（2）：209-218.

DOI：10.12302/j.issn.1000-2006.202206031.

摘要：【目的】通過構建城市綠地植被碳中和績效評估體系，分析植被空間類型對綠地碳中和績效的影響，為“雙碳”目標下的城市綠地建設提供理論參考?！痉椒ā炕谏芷谠u估視角，以安徽省青陽縣三角洲公園為例，將綠地營建分為材料生產與運輸、場地施工與種植、綠地運營與維護3個階段，并結合開敞型、半開敞型、覆蓋型和遮蔽型4種植被空間類型，進行碳排放與碳匯的模擬計算，進而分析碳中和績效。【結果】植被空間由開敞轉向遮蔽時，總碳排放量快速增長且趨勢加快，3個階段碳排放量占比依次表現(xiàn)為下降、持平和上升；總碳匯量及凈碳中和量表現(xiàn)為趨勢放緩的逐步增長，而碳中和所需年限對應表現(xiàn)為趨勢放緩的逐步減少，由開敞型的43.9 a減少到遮蔽型的24.6 a，兩者放緩的趨勢都意味著植被空間的遮蔽程度對于碳中和績效的提高是有限度的?！窘Y論】城市綠地植被空間類型對碳中和績效存在影響，針對其“開敞—遮蔽”特征總結了碳排放與碳匯兩方面對策：碳排放方面，提倡減少機械使用、選擇環(huán)保材料、控制施工破壞及提高能源利用效率等策略；碳匯方面，提倡選取當?shù)靥紖R優(yōu)勢樹種、調節(jié)植被群落結構和結合生命周期進行綠地調控管理等策略，以因地制宜地改善綠地碳中和績效。

關鍵詞：城市綠地；碳中和績效；碳排放；碳匯；生命周期評估；植被空間類型

中圖分類號：S731；TU985.14""" 文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1000-2006（2024）02-0209-10

Effects of vegetation distribution on the carbon neutrality performance of urban green spaces

YANG Yunfeng，YU Chunhua

（College of Landscape Architecture，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037， China）

Abstract： 【Objective】To provide a theoretical reference for urban green space construction under the “Dual Carbon” goal， we established a carbon neutrality performance evaluation system and analyzed the impacts of vegetation distribution on the carbon neutrality performance of green spaces. 【Method】 Based on life cycle assessments， green space construction was divided into three stages： material production and transportation， site construction and planting， and green space operation and maintenance， which were combined with open， semi-open， covered and closed vegetation types. Carbon emissions and sink simulations were performed to analyze the carbon neutrality performance.【Result】When the vegetation type changed from openness to closedness， the total carbon emissions increased rapidly and the trend accelerated. The proportions of carbon sources in the three stages decreased， leveled out and increased， respectively. The total carbon sink and net carbon neutrality both increased gradually. The number of years of carbon neutrality decreased gradually， from 43.9 years for open vegetation to 24.6 years for closed vegetation. These trends implied that there was a limit to the degree of vegetation shading for improving the carbon neutrality performance.【Conclusion】Vegetation type clearly has an impact on the carbon neutrality performance. In terms of carbon sources， strategies such as reducing machinery use， selecting environmentally friendly materials， controlling construction damage， and improving energy utilization efficiency are suggested. For carbon sinks， strategies such as selecting tree species that have dominant local carbon sinks， adjusting the structures of vegetation communities， and regulating and managing green spaces along with life cycles are suggested. Ultimately， we postulate that green space carbon neutrality performance can be achieved by adapting to local conditions.

Keywords：green space; carbon neutrality" performance; carbon emission; carbon sink; life cycle assessment; spatial type of vegetation

人為活動導致的溫室氣體排放是20世紀中葉以來全球變暖的主要原因。城市區(qū)域是化石能源利用與溫室氣體排放的集中地，減少城市邊界內的CO2排放和增強碳匯，被認為是應對氣候變化和減輕其對城市地區(qū)后續(xù)影響的兩個關鍵對策。城市綠地是城市范圍內直接增匯、間接減排的主要要素，其作為抵消CO2排放的有效策略，近年來，在大小兩個尺度上得到了充分研究。宏觀尺度下，2002年Nowak等建立了美國城市樹木數(shù)據(jù)庫來估計生物碳儲量；2010年張穎等通過收集多年林木數(shù)據(jù)，建立了森林碳匯核算模型；2016年王敏等以空間、人口及綠地特征構建了城市綠色碳匯評價體系。微觀尺度下，2005年韓煥金提出了常見樹種固碳釋氧量的計算方法； 2013年董延梅等以實測數(shù)據(jù)，對杭州園林樹種固碳釋氧的效益進行了比較；2020年林瑋等測定了樹種植物器官的含碳量，并構建出優(yōu)良碳匯樹種的評價體系。然而，目前的植物碳匯研究大多聚焦于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)或植物個體層面，中觀尺度的城市斑塊綠地及其植被群落的研究尚顯缺乏。城市斑塊綠地主要依靠植物的光合作用對CO2進行吸收固定。但由于綠地營建、設施更新、管理養(yǎng)護及植被自身有機碳的消耗，其產生的CO2會間接抵消植物等要素產生的碳匯，因而城市綠地在一定時間跨度上進行的是碳排放與碳匯相互抵消并最終形成長期碳匯的動態(tài)變化過程，該過程可以用CO2當量來表示和量化。

生命周期評估（LCA）是一種標準化方法，能夠調查和評估某產品、生產過程或城市系統(tǒng)對環(huán)境的影響，其評估內容包括原料制造、運輸、場地使用與維護等過程。已有多項研究使用LCA來評估城市中不同類型的綠地。如Strohbach等將碳足跡的方法應用到綠地設計和管理中，量化了綠地生命周期中碳排放與碳匯的變化； Kong等發(fā)現(xiàn)高強度的草坪管理會使綠地的碳匯效益逐步向碳排放轉變；2020年冀媛媛等以居住區(qū)綠地的生命周期為例，研究了碳排放和碳匯的平衡過程。綜合已有研究，不同學者雖然都應用了LCA來評估城市綠地的碳績效，但對LCA本身的使用邊界及指標內容尚未達成共識，存在計算指標遺漏、計算結果難以相互比較等問題?；诖?，本研究針對城市綠地建設過程，構建和完善碳中和績效量化評估體系，分析植被空間類型對碳中和績效的影響，并提出相關策略，以期對“雙碳”目標下的城市綠地建設提供理論參考。

1" 材料與方法

1.1" 研究區(qū)概況

安徽省青陽縣（117°41′～118°05′E，30°19′～30°51′N）位于皖南北部，長江中下游南岸，是皖南國際文化旅游示范區(qū)的重要核心。三角洲公園位于青陽縣中部，其北側為商業(yè)用地，南側為居住用地，西側毗鄰河道，設計面積約3.27 hm2。場地內現(xiàn)存部分待拆建筑，地形整體平坦，植被稀少。

1.2" 植被空間類型

諾曼·K.布思將園林植物空間類型分為開敞空間、半開敞空間、垂直空間、覆蓋空間和完全封閉空間。本研究結合視線通透性、水平郁閉度和種植密度3項因子，將綠地植被空間類型劃分為開敞型、半開敞型、覆蓋型和遮蔽型4類（表1）。為保證公園的游憩功能，控制公園設計形式和硬質區(qū)域一致，進行4類植被空間類型的設計（圖1）。

1.3" 綠地營建生命周期碳中和績效評估方法

結合綠地營建活動過程中的工程和生態(tài)屬性，將綠地營建活動劃分為材料生產與運輸、場地施工與種植、綠地運營與維護3個階段。參考相關學者的研究，將生命周期的時長界定為50 a，在此時間跨度內預估綠地的碳中和進程。碳中和是指在規(guī)定時期內，人為排放的溫室氣體總量與通過植樹造林、碳捕捉與封存等吸收總量相互抵消，達到平衡的過程。通過構建多層次碳中和評估體系（表2），細化LCA中不同碳排放與碳匯指標的計算方法，并使其量化結果均為CO2數(shù)值。

為衡量綠地建設效能，以半開敞型植被空間進行示例計算。選取各階段碳排放量、總碳排放量、總碳匯量、凈碳中和量及碳中和所需年限等指標，比較不同植被空間類型的碳中和績效差異。

部分指標計算表達式為：總碳排放量CCO2= CP+ CC+ CO；總碳匯量CS，CO2= CS1+ CS2+ CS3；凈碳中和量CCN=CS，CO2-CCO2；根據(jù)各階段測算數(shù)據(jù)計算各階段碳源量與碳中和所需年限N。

為便于估算，采用生物量擴展因子法計算喬木的碳匯量，并將其生長過程視作不受嚴重干擾的自然狀態(tài)，擴展因子采用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）清單指南中的相應數(shù)據(jù)。另外，考慮城市綠地的日常養(yǎng)護，灌木及草坪需經年修剪，因而本研究將灌木長勢視作恒定狀態(tài)，基于其基徑，利用李曉娜等總結的生物量異速生長方程進行碳匯估算（表3），并忽略草坪。

2" 結果與分析

2.1" 碳排放計算結果

1）材料生產與運輸階段。

計算硬質材料生產、運輸及植物材料運輸產生的碳排放。硬質材料主要為鋪裝用料，參照《建筑碳排放計算標準》中的碳排系數(shù)（指每單位材料的CO2當量排放量，使用該材料的常用計量單位），計算得出硬質材料生產碳排放約為1 653.65 t（表4）。

其中，硬質材料來自合肥建材中心（距場地約200 km）和青陽縣本地（距場地約40 km），運送卡車的油耗碳排系數(shù)參照重卡油耗分類數(shù)據(jù)，結合往返運輸距離，硬質材料運輸階段碳排放約為185.87 t（表4）。植物材料均就近從池州市苗圃（距場地約85 km）運輸，參照苗木表和運輸距離，植物材料運輸碳源約為23.59 t（表5）。因而，材料生產與運輸階段的CP為3部分碳排放之和，約為1 863.11 t。

2）場地施工與種植階段。

計算建筑清理、平整場地、建筑垃圾外運、土方運入、地形塑造、植物栽植等營建活動碳排放，根據(jù)現(xiàn)場實際工程量進行專家預估，碳排放約為129.22 t（表6）。另外，施工人員通勤以2個月計，油耗約115 L，則碳排放0.25 t。因而，場地施工與種植階段的CC合計約為129.47 t。

3）綠地運營與維護階段。

計算植物修剪、取水灌溉、肥料養(yǎng)護、燈具能耗、小型建筑能耗、旅游與綠化垃圾處理、鋪裝更新和綠籬喬木補植等碳排放。其中，5項運營維護碳排放每年度約6.58 t（表7），50 a合計328.79 t；燈具及小型建筑能耗，參照2019年中國區(qū)域電網基準線 進行計算，每1個年度約為16.76 t（表8），50 a合計838 t；鋪裝與植物更新碳排放每5個年度約149.52 t，50 a合計約1 495.21 t（表9）。因而，綠地運營與維護階段的CO約為1 824.83 t。

最終，在生命周期評估（LCA）視角下，半開敞型植被空間類型的三角洲公園，50 a總碳排放量（CCO2）為3 817.41 t。使用相同的評估體系，分別對其他3類植被空間進行碳排放量化，得到開敞型CCO2為3 632.64 t，覆蓋型CCO2為4 169.15 t，遮蔽型CCO2為4 519.66 t。

2.2" 碳匯計算結果

1）植被碳匯。

植被碳匯是綠地碳匯的主要來源，植被的細分類型及其葉面積、生長模式和生物量密度都會對碳匯效益產生影響。

LCA視角下喬木碳匯量將受喬木生長變化的影響，因而需總結喬木生長規(guī)格隨樹齡變化的趨勢，借鑒張杰偉與王曦對安徽省7種常見園林樹種生長模型研究中的多年胸徑及株高數(shù)據(jù)，利用SPSS 26.0進行方程曲線回歸比較（表10），得出關于常綠、落葉樹種胸徑及株高的年齡函數(shù)（表3）。

經計算，在LCA視角下，綠地喬木和灌木50 a碳匯CS1為7 979.62 t（表11）。

2）水域和土壤碳匯。

水域碳匯以水面吸收為主時，計算公式：CS2=Cwater×Awater。其中：CS2為水域碳匯總量；Cwater為河湖碳匯速率，取0.567 t/（hm2·a）；Awater為水域面積，三角洲公園取0.313 hm2。故每年水域碳匯量為0.177 t，50 a合計CS2約為8.87 t。

土壤碳匯以表層土壤吸收為主時，計算公式：CS3=Csoil×Asoil。其中：CS3為土壤碳匯總量；Csoil為造林后土壤碳匯速率，取0.579 t/（hm2·a）；Asoil為綠化土壤面積，三角洲公園取1.891 hm2，故每年土壤碳匯量為1.095 t，50 a合計CS3約為54.74 t。

最終，將植物碳匯、水域碳匯及土壤碳匯求和，則50 a合計碳匯量（CS，CO2）約為8 043.23 t。使用相同的評估體系，分別對其他3類植被空間進行碳匯量化，可得開敞型CS，CO2約為4 600.57 t，覆蓋型CS，CO2約為11 256.65 t，遮蔽型CS，CO2約為14 439.93 t。

2.3" 不同植被類型碳中和績效分析

對3個階段碳排放量CP、CC、CO、總碳排放量（CCO2）、總碳匯量（CS，CO2）、凈碳中和量（CCN）及碳中和所需年限（N）等碳中和績效指標進行不同植被群落空間類型的比較，結果見表12。

2.3.1" 碳排放分析

從總碳排放量來看，植被空間由開敞轉向遮蔽時，CCO2呈正向增長，由3 632.64 t增加到4 519.66 t（表12），且增長趨勢逐漸加快。

從材料生產與運輸、場地施工與種植和綠地運營與維護3個階段來看，植被空間由開敞轉向遮蔽時，CP、CC及CO三者碳排放量都呈正向增長，但其碳排放占比和增長幅度各有特點。3個階段的碳排放量占比依次表現(xiàn)為下降、持平和上升，且前兩個階段碳排放增速緩慢，后一個階段碳排放增速較快。

材料生產與運輸碳排放CP由1 853.38 t增長到1 883.61 t，CCO2占比較高，維持在42%～51%（圖2a），碳排放量增速緩慢，占比下降；場地施工與種植碳排放CC由126.51 t增長到141.32 t，CCO2占比較低，維持在3%，碳排放量增速緩慢，占比持平；綠地運營與維護碳排放CO由1 652.76 t增長到2 494.73 t，CCO2占比較高，維持在46%～55%，且碳排放量增速較快，占比上升。

碳排放占比方面，植被空間趨向遮蔽時，植物材料數(shù)量上升，3個階段中對應植被運輸、種植及維護的碳排放量相應提升，但CP、CC中涉及植被的計算指標較少，碳排放量提升較不明顯，而CO中涉及植被管理維護的碳排放指標較多，碳排放量提升顯著；碳排放增速方面，3個階段在周期跨度上并不一致，CP、CC的計算以施工結束為終點，碳排放量有限，增速緩慢，而CO的計算以50 a的生命周期進行累計，并將在該時間跨度外繼續(xù)上升，因而增速較快（圖2b）。

2.3.2" 碳匯分析

植被空間類型由開敞轉向遮蔽時，總碳匯量CS，CO2、凈碳中和量CCN都呈正向增長。CS，CO2由4 600.57 t增長到14 439.93 t；CCN由967.93 t增長到9 920.27 t（表12），相應地，碳中和所需年限N表現(xiàn)為逐漸減少，由開敞型43.9 a減少到遮蔽型24.6 a。植被材料數(shù)量的迅速上升，能夠帶動CS，CO2和CCN的快速增長，但其增長規(guī)模卻逐步放緩，不同植被空間類型間的碳匯差值正在縮??；而碳中和年限N的減少趨勢也顯著縮短（圖3）。兩者趨勢放緩都意味著植被空間的遮蔽程度對于碳中和績效的提高是有限度的，在現(xiàn)實的設計營建中，應結合實際情況和建設成本綜合考慮，不可一味追求高碳匯績效。這與Wang等指出的密植不是高碳匯效率的必要條件，部分開敞式綠地也具有較高的碳吸收效率的結論有相同點。

CS，CO2和CCN的增長、年限N的減少都得益于植物數(shù)量、層次和群落結構的顯著提升，植被整體碳匯能力得到加強，碳匯總量得以上升。而CS，CO2和CCN增長趨勢放緩、年限N減少趨勢放緩，一方面是由于植物材料增加，相應車輛運輸、機械栽植、修剪灌溉、施肥養(yǎng)護等碳排放成本在生命周期中累計提高；另一方面，遮蔽度的上升對植物的生長空間和光照限制的影響將逐步放大，從而對植被碳匯量的累計產生負面影響。

3" 討" 論

針對綠地碳中和績效結果，對績效提升進行碳排放和碳匯兩個方面的策略探討，以期綠地能更高效地滿足建設需求。

3.1" 碳排放降低對策

1）材料生產與運輸。CP的總碳排放量占比較高，增速緩慢。一方面，可通過縮短運輸距離和減少各類機械使用等方式，降低柴油等化石燃料的消耗；另一方面，提倡在設計階段了解相關材料的碳排放系數(shù)，選擇碳排較低的新型環(huán)保材料替代傳統(tǒng)材料，以降低碳排放。

2）場地施工與種植。CC的總碳排放量占比較低，增速緩慢。在綠地建設時，應盡量挖填方相互轉換，減少外部土方運入；同時，在進行挖掘、移動、夯實、改變面層等人為活動后，對原有場地土壤基質土壤碳匯循環(huán)將產生負面影響，因而應控制建設強度和降低施工對場地基質的破壞，以降低碳排放。

3）綠地運營與維護。CO的總碳源量占比較高，增速較快。在綠地的日常維護管理中，應減少化肥使用，將落葉等生物廢棄物回收處理，轉化為綠化有機肥就地處理；同時，提高能源利用效率，改變傳統(tǒng)照明模式，采用新型多級街道調光模式，對比傳統(tǒng)照明可節(jié)省60%的電能。

3.2" 碳匯增加對策

1）選取碳匯優(yōu)勢樹種。綠地植被碳匯量與植物個體的種類、胸徑、冠幅、葉面積等指標相關。木本植物由于較長的生長周期，且較低的維護水平，對比草本植物能更有效地提升綠地碳匯。本研究的植被碳匯計算將喬木劃分為常綠和落葉兩類，根據(jù)安徽省多種常用喬木的實地數(shù)據(jù)進行擬合，兩者碳匯曲線也呈現(xiàn)出一定特點，其碳匯能力隨種植時間增加的提升幅度存在差異，可針對性地應用于城市中不同的綠地場景。

園林綠地建設中應用的喬木胸徑大多在8 cm以上，以該胸徑作為兩類喬木碳匯對比的起始數(shù)值。以本研究數(shù)據(jù)為例，在LCA視角下，在前25 a的生長期內，常綠與落葉喬木的碳匯量十分接近，落葉樹種略高于常綠樹種；當生長時間超過25 a，常綠樹種的碳匯量將顯著超越落葉樹種，因而若追求綠地的長期碳匯能力，可結合景觀效果和使用需求，在種植設計中多使用常綠樹種。

具體喬木方面，董延梅測算了杭州57種園林樹木固碳效益，喬小菊研究了南京常見喬灌木樹種的光合特性，姚俠妹等評估了安徽沿淮地區(qū)樹種的固碳效益，借此可以統(tǒng)計出長三角地區(qū)的碳匯優(yōu)勢樹種為廣玉蘭、垂柳、香樟及懸鈴木等，相應地區(qū)可據(jù)此選擇樹種種植。

2）調節(jié)植被群落結構。植被群落的垂直結構、郁閉度、種植密度和樹種組成等特征通過影響群落內植物的生長速率、微環(huán)境、凋落物等因素影響綠地碳匯。Escobedo等認為在植物群落垂直結構中增加灌木和低矮小喬木有助于增強碳匯效應，即多層次的垂直結構有助于碳匯提升。此外，合適的栽植密度也有助于養(yǎng)分的利用和凋落物的分解，從而改善碳匯。通過不斷調整種植密度和郁閉度，在4類植被空間的基礎上，選取“開敞—遮蔽”過程中更多的區(qū)間值進行模擬計算，以總結群落特點與碳匯趨勢的關系。

植被空間從開敞趨向遮蔽時，CS，CO2和CCN的增長規(guī)模逐步放緩，年限N的減少趨勢也相應放緩，這意味著植被群落空間結構的調整對于碳中和績效的提高是有限度的，因而調整過程不能一味追求復雜和密植，其優(yōu)化模式和適用場景可結合城市綠地分類具體考慮。如開敞型植被空間適合城市廣場、各類附屬綠地和部分社區(qū)公園；半開敞型和覆蓋型植被空間則整體上更適合綜合公園和各類專類公園；封閉型植被空間則更適合以生態(tài)價值優(yōu)先的風景游憩綠地和生態(tài)保育綠地。

3）生命周期下的綠地調控管理。在現(xiàn)實場景中，公園的功能定位作為首要因素控制著植被空間類型的選擇。各類強調游憩交往等社會需求的城市綠地，對空間開敞程度有較高要求，應滿足首要需求后，再兼顧碳中和生態(tài)績效；而城市邊緣地區(qū)以自然環(huán)境和生態(tài)效益優(yōu)先的郊野公園、森林公園及風景游憩綠地，在建設時宜考慮營造趨向遮蔽的植被空間，從而獲得較好的碳中和績效，使其完成自身碳中和后，盡早地為城市中其他土木工程提供碳匯服務。另外，綠地的植被空間狀態(tài)并非靜態(tài)不變，考慮到大背景下城市的演替和更新，綠地的植被空間類型在生命周期內可根據(jù)特定場景和實際需求進行相互轉化。一方面，當原有綠地植被現(xiàn)狀較差或中小型綠地成為城市生態(tài)觸媒點進行提升更新時，可通過補植、撫育和營林等手段，將植被空間由開敞型向遮蔽轉型；另一方面，原城郊以生態(tài)效益為主的部分綠地空間，隨著城市化推進，逐步被納入城市內部，為適應社會游憩需求，可通過移栽間伐等手段，將植被空間由遮蔽型向開敞過渡，以促進空間轉變。

城市綠地在生命周期評估（LCA）視角下，受碳排放與碳匯兩方面影響，最終邁向碳中和。本研究以青陽縣三角洲公園為例，初步構建了城市綠地碳中和績效評估體系，并通過相關指標的多次量化計算，明確了植被空間類型對碳中和績效的影響。其中，植被空間由開敞轉向遮蔽時，總碳排放量及3個階段的碳排放量都呈現(xiàn)增加趨勢，但其增加規(guī)模和速率各有其自身特點；碳匯方面，總碳匯量和凈碳中和量都表現(xiàn)為持續(xù)增長但增長趨勢逐步放緩的情況，而碳中和所需年限也呈現(xiàn)出與之相應的態(tài)勢。最后，本研究針對綠地植被空間的“開敞—遮蔽”特征，總結了碳源與碳匯兩個方面的相關對策，以期因地制宜地改善綠地碳中和績效，從風景園林學的視角助力“雙碳”目標的實現(xiàn)。

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（責任編輯" 鄭琰燚）