基于全生命周期的城市小尺度绿地碳平衡

 

摘要：小尺度绿地在城市绿地中分布广、数量多，在全球应对碳排放问题的大背景下对于达成“碳中和”目标具有重要价值。鉴于既有城市小尺度绿地低碳设计缺乏系统性的指导与流程，以景观碳排放和碳汇为切入点，对景观材料生产、景观建造、景观日常使用和景观维护管理全过程进行分析，将小尺度绿地在景观全生命周期中各个阶段的碳排放和碳汇过程进行量化计算比较，认为景观营建中要侧重高固碳地被植物模式的选取和低碳材料的运用，筛选出 6 种乡土高固碳地被植物群落配置模式，可用于小尺度绿地增加碳汇，减少景观维护管理中的碳排放。提出改善城市小尺度绿地碳平衡的设计及营建方法，总结针对城市小尺度绿地增加碳汇、减少碳排放的关键性策略，为绿色碳汇网络构建提供科学依据与实践指导。

 

1  基于生境营造的小尺度绿地全生命周期碳排放和碳汇过程

 

1.1  城市小尺度绿地碳平衡的重要性

 

城市作为各种能源消耗的载体，近年来出现了许多城市气候问题，如热岛效应。如何缓解城市气候变化，实现“碳中和”目标，促进建设低碳城市是当今风景园林界需要着眼的研究方向[1]。城市绿地是利用植物、水体等构建的城市自然景观，是重要的自然碳汇载体。在进行景观设计时应考虑不同植物的固碳能力，可以通过植物配置与绿化空间设计优化来提升绿色植物的碳汇能力[2-5]。

 

在降低城市碳排放的需求与城市居民对于绿地空间的需求的双重因素下，小尺度绿地体现出重要的价值。小尺度绿地的面积不能过大，本研究将小尺度绿地定义为面积在10 000  m2以内的绿地[6]。小尺度绿地在城市绿色空间中分布广、类型丰富，在过去 10 年间，全球 28 个特大城市绿地覆盖率总体增长4.11%，所增绿量多由中小尺度绿地贡献[7]。

从区域尺度绿地空间的评估成果来看，小尺度绿地更能体现城市绿地空间的生态性与低碳效益，改善小气候的潜力和社会价值较高[8]，并且在尺度、功能方面具有多样性，在规划设计实践中可以灵活应用[9]。国内外现有研究大多关注小尺度绿地的生态效益，对其设计、施工、管理不同阶段的碳排放和碳汇的研究较少[10]。因此，开展城市小尺度绿地碳平衡研究，对于城市绿色空间规划与设计具有重要的指导意义。

 

1.2  景观全生命周期中碳排放和碳汇的转换过程

 

“双碳”目标下的城市绿地低碳单元设计需遵循生态学规律，通过规划设计、建设实施、管理运营 3 个层面构建地被植物群落模式。在景观全生命周期的范畴内，碳排放主要源于景观材料生产、景观建造、景观日常使用、景观维护管理等阶段。本研究侧重于绿地碳汇单元，通过场地评估、植物选种、种植设计、施工建造、维护管理等，建立基于监测与评价体系的全生命周期流程及量化计算方法，提出景观营建中要侧重高固碳植物配置模式的选择和低碳材料的运用，以期对低碳绿地设计具有指导意义。

 

近年来中国西北半干湿地区快速的城镇化进程正在不断压缩、切割城市内部生态空间，使城市内部生境质量下降，极大降低了城市内部的生物多样性，城市内部成为城市生物多样性保护与提升的薄弱之处。长期以来，人们一直将乔木作为碳汇主体而忽略了灌木和地被植物群落的碳汇效应，尤其是在西北半干湿地区，灌木、地被的固碳总量远高于长势稀疏的乔木[11]。



地被植物群落具有稳定提高城市生物多样性和生态系统服务功能的潜力，因此，本研究以西北半干湿地区的乡土地被植物群落为研究对象，在场地设计时，根据场地光照、水分、土壤等主导生境因子进行科学合理的生境分区，为场地筛选适宜的植物群落，从一定程度上减少碳排放。本研究将景观全生命周期划分为景观材料生产、景观建造、景观日常使用和景观维护管理 4 个阶段，计算各阶段的碳排放并构建景观植物碳汇模型，对碳排放与碳汇的转换过程进行分析，进而提出减少碳排放和增加碳汇的策略以达到小尺度绿地碳平衡（图 1）。