于超群,齊海鷹,張廣進(jìn),孟 麗

(山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院,山東 濟(jì)南250014)

基于低碳理念的園林植物景觀設(shè)計(jì)研究
——以濟(jì)南市城區(qū)典型綠地為例

于超群,齊海鷹,張廣進(jìn),孟 麗

(山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院,山東 濟(jì)南250014)

選定濟(jì)南市城區(qū)不同類型的典型園林綠地,參考林業(yè)碳匯的方法,采用生物量計(jì)測(cè)方法對(duì)選定樣地內(nèi)植物群落凈碳儲(chǔ)量進(jìn)行定量化分析,從植物種類和特性、植物景觀結(jié)構(gòu)、群落結(jié)構(gòu)、植物景觀形式、植物規(guī)格和種植密度等方面進(jìn)行碳匯效應(yīng)評(píng)價(jià),從而得出了一些可用于指導(dǎo)濟(jì)南市城市建設(shè)低碳高效綠地的建議,為建設(shè)低碳園林城市綠化建設(shè)提供參考。

低碳;植物景觀;配置模式

城市園林綠地是城市內(nèi)自然的碳匯,在實(shí)現(xiàn)低碳城市方面起著不可或缺的作用,與其他人工碳匯方式相比較,園林綠地內(nèi)的植物是唯一不需要消耗能量的方法,通過(guò)對(duì)植物合理配置,可增加植物碳匯儲(chǔ)量,減少城市二氧化碳的總體排放量,達(dá)到節(jié)能減排的效果,因此建設(shè)低碳園林是構(gòu)建低碳城市的核心之一。

本文選定濟(jì)南市城區(qū)不同類型的典型園林綠地,分析園林植物的低碳作用與功能,從植物種類和特性、植物景觀結(jié)構(gòu)、群落結(jié)構(gòu)、植物景觀形式、植物規(guī)格和種植密度等方面進(jìn)行碳匯效應(yīng)評(píng)價(jià),探討如何在城市園林綠地設(shè)計(jì)階段增加植物群落碳匯能力,探索適應(yīng)于低碳城市化發(fā)展的城市園林植物景觀設(shè)計(jì)的方法與建設(shè)模式。

1 研究?jī)?nèi)容與方法

選取濟(jì)南市建成區(qū)內(nèi)典型綠地類型:公園綠地、居住區(qū)綠地、城市廣場(chǎng)、道路綠地和單位附屬綠地為樣地,在樣地內(nèi)選取標(biāo)準(zhǔn)樣方,對(duì)樣方內(nèi)植物進(jìn)行測(cè)量,記錄樹(shù)木名稱、胸(地)徑、樹(shù)高和冠幅。

1.1 研究?jī)?nèi)容

1.1.1 樣地凈碳儲(chǔ)量測(cè)算

對(duì)樣方內(nèi)每株植物進(jìn)行檢測(cè),記錄樹(shù)木名稱、胸徑、樹(shù)高和冠幅,獲得每塊樣地的詳實(shí)數(shù)據(jù),利用現(xiàn)有數(shù)學(xué)模型和材積表計(jì)算單位面積的生物量,按生物量法來(lái)測(cè)算樣方內(nèi)的碳儲(chǔ)量,并推算整個(gè)樣地的凈碳儲(chǔ)量。

1.1.2 碳匯能力分析

在計(jì)算樣方植物碳儲(chǔ)量的基礎(chǔ)上,對(duì)樣方內(nèi)主要樹(shù)種的平均胸徑、樹(shù)高、冠幅等大小狀況,園林植物群落結(jié)構(gòu),園林植物景觀結(jié)構(gòu),植物種類特性,植物種植密度等方面進(jìn)行分析,總結(jié)出影響城市綠地單位面積碳匯能力影響因素。

1.1.3 構(gòu)建適合濟(jì)南現(xiàn)狀的低碳園林植物景觀設(shè)計(jì)模式及建設(shè)途徑

通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算與分析,得出樣地內(nèi)各類園林植物的長(zhǎng)期碳匯效益,并進(jìn)行排序比較,選出碳匯效益排名靠前的植物,以此為基礎(chǔ)作為濟(jì)南市低碳城市園林樹(shù)木名,推導(dǎo)適應(yīng)于濟(jì)南市區(qū)的低碳園林景觀植物群落種植模式。

1.2 研究方法

1.2.1 調(diào)研方法

①樣方法

根據(jù)濟(jì)南市區(qū)典型綠地類型,選取公園綠地、居住區(qū)綠地、城市廣場(chǎng)、道路綠地和單位附屬綠地為樣地。在樣地內(nèi)選取25m×25m的標(biāo)準(zhǔn)樣方,對(duì)于道路綠地,選擇標(biāo)準(zhǔn)段樣方,即25m為一段,寬度為道路綠地的自然寬度。

②每木檢尺法

對(duì)樣方內(nèi)的每株植物進(jìn)行檢測(cè),記錄樹(shù)木名稱、胸(地)徑、樹(shù)高和冠幅,獲得每塊樣方內(nèi)植物的數(shù)據(jù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理方法

①碳儲(chǔ)量計(jì)算

本課題研究中碳計(jì)量方法借鑒了林業(yè)系統(tǒng)森林生物量計(jì)量方法。

分類型森林生態(tài)系統(tǒng)碳計(jì)量公式如下所示[1]:

其中:Ci——第i類型的植物浄碳儲(chǔ)量/kg;

Ni——第i類型植物株數(shù)

Wi——植物單株生物量/kg;

CFi——植物平均含碳量/%;

其中CFi值在不同植物間變化不大,為簡(jiǎn)便起見(jiàn),采用IPCC缺省值(0.50)計(jì)。

②地上生物量計(jì)算

植物的生物量由于研究限制不能采用收獲法獲得,因此通過(guò)對(duì)樣方內(nèi)的每棵樹(shù)木進(jìn)行檢測(cè),記錄植物名稱、胸徑、樹(shù)高和冠幅,利用現(xiàn)有數(shù)學(xué)模型和材積表計(jì)算植物地上生物量,具體公式為:

其中:W——植物單株生物量/kg;

V——植物單株材積量/m3

WDj——平均木材密度/kg/m3

BEFvj——生物量擴(kuò)展因子

其中WDj?BEFvj可用生物量轉(zhuǎn)換與擴(kuò)展因子BCEF(直接將材積轉(zhuǎn)換為地上生物量的轉(zhuǎn)換參數(shù))代替。

植物的材積量根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——GB4814－84原木材積表中二元材積法計(jì)算。

平均木材密度根據(jù)中國(guó)主要木材樹(shù)種的木材密度表查得喬木為0.440t/m3,生物量擴(kuò)展因子采用IPCC參考值。

表1 IPCC生物量擴(kuò)展因子(BEF)參考值

灌木(下層木):

本項(xiàng)目不能采用收獲法來(lái)獲取灌木的生物量,通過(guò)測(cè)量灌木的冠幅面積和株高,并通過(guò)灌叢體積——生物量的回歸方程來(lái)確定其生物量。灌木層生物量模型,單株生物量[2]

其中:W——植物生物量/kg

D——地徑/cm

H——高度/m。按每平方米4株計(jì)算其生物量。

其他:

包括宿根花卉、月季、竹子、攀援植物、綠籬色塊,由于缺乏相應(yīng)的計(jì)算方程,參考王迪生研究的相關(guān)植物平均單株生物量[3]。

③地下生物量

地下生物量采用根冠比法計(jì)算。研究發(fā)現(xiàn)地下生物量與地上生物量的比率為0.18～0.30,平均值0.26。這一比率值沒(méi)有隨著緯度、土壤結(jié)構(gòu)和樹(shù)木種類的變化而發(fā)生明顯變化。本研究也采用根冠比0.26來(lái)計(jì)算地下生物量[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物固碳效益比較分析

根據(jù)測(cè)量所得結(jié)果,對(duì)所有調(diào)研樣地內(nèi)相同植物品種規(guī)格大小與平均碳儲(chǔ)量取平均值,可得每個(gè)樹(shù)種的碳匯效應(yīng)排名,排名靠前的樹(shù)種,其碳匯效應(yīng)越高。具體排序見(jiàn)表2、表3。

表2 喬木類平均凈碳儲(chǔ)量排序表

表3 灌木類平均凈碳儲(chǔ)量排序表

續(xù)表3

根據(jù)結(jié)果可知,就單株植物而言,平均凈碳儲(chǔ)量排名前5名的喬木是毛白楊、旱柳、懸鈴木、刺槐和皂莢,灌木分別是石榴、海桐、丁香、紫荊、桃。以植物生物量的大小來(lái)推算植物的碳匯能力,排名靠前的幾種喬木都是濟(jì)南本地樹(shù)種,且排名靠前的4種毛白楊、旱柳、元鈴木、刺槐屬于速生樹(shù)種,因此生物量生長(zhǎng)速度明顯強(qiáng)于其他樹(shù)種,凈碳儲(chǔ)量也高于其他樹(shù)種。

平均單株凈碳儲(chǔ)量排名前20名喬木內(nèi)只有雪松、側(cè)柏兩種常綠喬木,且側(cè)柏排名僅在第20位。其他常綠喬木排名都比較靠后,灌木類僅有海桐一種常綠類型。這是由于常綠植物生長(zhǎng)速度較慢,除雪松以外其他的常綠植物,如側(cè)柏、龍柏、云杉、油松等,尤其是針葉樹(shù),體量均比落葉類植物小,因此出現(xiàn)這樣的結(jié)果。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,植物規(guī)格越大,其碳匯效應(yīng)越高,但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮,隨著植物樹(shù)齡大,生長(zhǎng)速度減緩,長(zhǎng)期碳匯能力也隨之減弱而規(guī)格相對(duì)較小如胸徑在8～10cm的苗木,生長(zhǎng)速度快,生長(zhǎng)量大,長(zhǎng)期碳匯效應(yīng)高于成年苗木。故此,園林綠化工程種植設(shè)計(jì)中,不建議選用過(guò)多苗木規(guī)格偏大的喬灌木,“準(zhǔn)古樹(shù)名木類”單株應(yīng)嚴(yán)禁使用。

2.2 樣地固碳效益比較分析

樣地的平均單位面積凈碳儲(chǔ)量能夠真實(shí)地反映該地塊的植物碳匯效應(yīng),根據(jù)上一節(jié)計(jì)算結(jié)果,對(duì)所測(cè)樣地的平均凈碳儲(chǔ)量進(jìn)行排序,可以顯示樣地的碳匯效應(yīng)的高低。

每塊樣地的凈碳儲(chǔ)量排序具體見(jiàn)表4。

表4 不同樣地平均碳儲(chǔ)量對(duì)比

通過(guò)對(duì)5個(gè)樣地的平均單位面積凈碳儲(chǔ)量對(duì)比發(fā)現(xiàn),山東師范大學(xué)的最高,為20.475t/ha,泉城廣場(chǎng)最低,為3.126t/ha。從不同方面分析以上排序結(jié)果,總結(jié)對(duì)樣地碳匯效應(yīng)產(chǎn)生重大影響的因素如下。

①樣地的高大喬木比

山東師范大學(xué)校園綠地面積并不大,而且植物種類也不算豐富,但是其單位面積平均碳儲(chǔ)量卻是最高的,這與其校園內(nèi)多是體量高大的喬木有較大的關(guān)系,調(diào)研樣方內(nèi)共81株喬木,21株灌木,喬木比例近80%,而且校園內(nèi)喬木中多是胸徑在8cm以上,甚至15cm以上的高大喬木,增大了校園內(nèi)的碳儲(chǔ)量。

圖1 樣地植物規(guī)格與碳儲(chǔ)量關(guān)系

上圖是樣地喬木平均規(guī)格與平均單位面積凈碳儲(chǔ)量的關(guān)系分析圖,從圖中可看出,樣地喬木規(guī)格的大小與凈碳儲(chǔ)量基本成正比關(guān)系,只有名士豪庭的喬木規(guī)格比泉城廣場(chǎng)的小,但是單位面積凈碳儲(chǔ)量要高,這主要是因?yàn)槿菑V場(chǎng)調(diào)研的樣方中,有幾處都是沒(méi)有喬木的,而且樣地內(nèi)都是常綠喬木,因此其單位面積凈碳儲(chǔ)量最低。

由此可見(jiàn),樣地高大喬木比例越高,喬木規(guī)格越大,其凈碳儲(chǔ)量越大,碳匯效應(yīng)越高。

②樣地綠地連續(xù)性

另外一個(gè)影響因素是樣地的綠地連續(xù)性。分析泉城廣場(chǎng)和名仕豪庭小區(qū)兩個(gè)單位面積凈碳儲(chǔ)量靠后的樣地,原因之一是由于兩處樣地的高大喬木數(shù)量較少,另一個(gè)原因是廣場(chǎng)的鋪裝面積較大,綠地面積小,而且多是分割成塊的綠地,而名士豪庭小區(qū)的綠地率達(dá)到40%,在居住區(qū)中排名較高,但是由于小區(qū)內(nèi)綠地多被道路廣場(chǎng)分隔,綠地不連續(xù),因此也造成了單位面積碳儲(chǔ)量偏低。

③植物群落層次結(jié)構(gòu)

經(jīng)十東路道路綠地的單位面積凈碳儲(chǔ)量在5個(gè)樣地中排名第2,這主要是由于樣地的植物群落層次豐富。經(jīng)十東路的道路綠地植物數(shù)量是最多的,栽植密度較大,而且植物群落的層次豐富,呈現(xiàn)大中小喬木搭配灌木、花卉、草坪地被的復(fù)合式結(jié)構(gòu),大大提升了綠地的碳儲(chǔ)量。

2.3 植物群落固碳效益比較分析

表5 不同植物群落碳匯效益效應(yīng)分析

續(xù)表5

對(duì)排序前10的植物群落進(jìn)行分析,總結(jié)歸納出植物群落碳匯效應(yīng)產(chǎn)生影響的重要因素。

①高大喬木層

排名前5的植物群落均配置了數(shù)量較多的高大喬木,而排名靠后的3個(gè)植物群落均位于泉城廣場(chǎng)。分析排名靠后的群落,其共同特點(diǎn)是均未栽植高大喬木,只配置了花灌木或修剪整形的球類、地被植物?？梢?jiàn)在以生物量計(jì)算為特征的凈碳儲(chǔ)量計(jì)算上,喬木的影響遠(yuǎn)大于灌木。

分析“山師－3”和“山師－5”兩處植物群落兩處均由15棵喬木構(gòu)成,前者無(wú)下層灌木,后者有幾棵灌木,植物總量多于前者。但是前者的碳匯效應(yīng)排名在第2,而后者在第23。究其原因,主要是前者的喬木規(guī)格比較大,平均胸徑和樹(shù)高分別為9.75cm、16.13m,而后者的平均胸徑和樹(shù)高僅為5.50cm、7.08m,差距明顯?？梢?jiàn)高大喬木的種類、規(guī)格對(duì)碳儲(chǔ)量的影響大于數(shù)量的影響。

②植物群落層次

分析排名第1的“經(jīng)十東路－3”植物群落可見(jiàn),該植物群落以懸鈴木和雪松兩種高大喬木為骨干樹(shù)種,搭配雞爪槭等灌木;排名第2的“山師－3”植物群落由懸鈴木和國(guó)槐構(gòu)成骨干樹(shù)種,搭配毛白楊,植物規(guī)格均較大,但是缺少灌木層?？梢?jiàn),盡管灌木的單株碳儲(chǔ)量低于喬木,但在植物配置中仍以喬灌草復(fù)層種植更有助于生態(tài)效益的發(fā)揮。

按排序先后繼續(xù)分析各植物群落組成,發(fā)現(xiàn)排名靠前的植物群落大多層次豐富,一般由高大喬木、中小喬木、灌木構(gòu)成。其中,山東師范大學(xué)校園內(nèi)“山師－1”與“山師－2”兩處計(jì)算結(jié)果差距較大。“山師－1”、“山師－2”均是以雪松為骨干樹(shù)種。由于分支枝點(diǎn)較低,雪松不易與其他植物形成復(fù)合式群落層次,而前者的排名之所以遠(yuǎn)高于后者,在于后者基本除雪松構(gòu)成高大喬木層外,中層只零星點(diǎn)綴了幾棵西府海棠和丁香;而前者除雪松外,另有毛白楊共同構(gòu)成高大喬木層,中層配置了白皮松、油松、刺柏等中小喬木,加上白玉蘭、紫葉李、海棠等灌木,共同形成了豐富的植物群落層次。兩個(gè)群落的對(duì)比進(jìn)一步印證了多層次植物群落碳儲(chǔ)量較高的事實(shí)。

另外,“泉城公園－5”與“泉城公園－2”相比,前者排名第7,后者排名第30。兩者均以銀杏為主骨干樹(shù)種,前者除銀杏外,有合歡與其共同構(gòu)成高大喬木層,中層為油松和白皮松,下層植物有山茱萸、大葉黃楊,故碳儲(chǔ)量較高。后者除銀杏外,另有一株皂莢與其共同構(gòu)成高大喬木層,但缺少中下層植物,因此排名遠(yuǎn)低于前者。

③骨干樹(shù)種的碳匯效應(yīng)

分析排名靠前的幾個(gè)植物群落可以看出,其主干樹(shù)種以懸鈴木、毛白楊、國(guó)槐、刺槐、雪柳等為主。這幾種植物的單株植物凈碳儲(chǔ)量均排名靠前。由此可見(jiàn),植物群落主干樹(shù)種的碳匯效應(yīng)高,則該植物群落必定具有較高的碳匯效應(yīng),這是一種簡(jiǎn)單的積聚效應(yīng)。

④栽植密度

分析排序結(jié)果及各植物群落構(gòu)成可見(jiàn),另外一個(gè)影響植物群落的碳匯效應(yīng)的因素即栽植密度,植物規(guī)格相近的情況下,植物栽植密度越大,其碳匯效應(yīng)越高。

以“經(jīng)十東路－5”和“經(jīng)十東路－6”兩處植物群落為例,其植物的平均規(guī)格大小相近,但是“經(jīng)十東路－5”植物群落的栽植密度在11.04株/100m2,而“經(jīng)十東路－6”植物群落的栽植密度只有3.2株/100m2,兩者的碳匯效應(yīng)排名也是差距很大,分別為第12名和第21名。

再如“經(jīng)十東路－1”和“泉城廣場(chǎng)－2”兩處植物群落內(nèi)的植物規(guī)格也十分接近,前者栽植密度在37.44株/100m2,碳匯效應(yīng)排名第3,后者栽植密度3.52株/100m2,排名第14。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

通過(guò)植物的凈碳儲(chǔ)量測(cè)定分析,就單株植物而言,平均凈碳儲(chǔ)量排名前五名的喬木是毛白楊、旱柳、懸鈴木、刺槐和元寶楓,灌木分別是石榴、海桐、丁香、紫荊、紅花檵木。

植物的平均胸徑、樹(shù)高對(duì)綠地的固炭效益高低起到?jīng)Q定性的作用,而且隨著植物群落層次的增多,固炭效益明顯增高:復(fù)層植物群落＞雙層植物群落＞單層植物群落。

植物群落的栽植密度也可影響綠地碳匯效應(yīng)的高低。植物群落的碳匯效益隨著群落密度的增大而增大,按從高到低排序?yàn)楦呙芏戎参锶郝洌局忻芏戎参锶郝洌镜兔芏戎参锶郝洹?/p>

3.2 討論

建設(shè)低碳、高效的城市園林綠地,可以從植物樹(shù)種、群落結(jié)構(gòu)、配置模式等方面著手,選擇固碳能力強(qiáng)的植物種類作為骨干樹(shù)種,營(yíng)造植物密度合理的多層次植物群落結(jié)構(gòu)。

本次研究主要針對(duì)濟(jì)南市區(qū)不同類型的城市園林綠地碳匯能力對(duì)比研究,進(jìn)一步研究可進(jìn)行深化,比如具體到某幾種植物配置的植物群落的碳匯研究,或著對(duì)不同植物每年的碳匯效應(yīng)進(jìn)行跟蹤研究,以確定不同類型的城市綠地的長(zhǎng)期碳匯效應(yīng)。

[1]李怒云,呂佳.林業(yè)碳匯計(jì)算[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2009.

[2]袁位高,江波,等.浙江省重點(diǎn)公益林生物量模型研究[J].浙江林業(yè)科技,2009,3:1－5.

[3]王迪生.基于生物量計(jì)測(cè)的北京城區(qū)園林綠地凈碳儲(chǔ)量研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2010.

[4]邱希陽(yáng).基于低碳理念下的城市綠地設(shè)計(jì)研究[D].杭州:浙江農(nóng)林大學(xué),2011.

Research on landscape plants design based on low carbon concept——A case study of typical green belts in Jinan city

YU Chao qun,QI Hai ying,ZHANG Guang jin,MENG Li
(Shandong Urban Construction Vocational College)

Selected different types of typical landscape in Jinan City,based on referring forestry carbon sink method,using biomass measurement method,quantitative analysis the net carbon reserves of the phytoecommunity in the sample plot,to evaluate the carbon sequestration capacity from the aspects of plant species and characteristics,landscape structure,community structure,plant lan dscape,plant size and plant density,.Suggestions to guide the low carbon efficient green space construction in Jinan were given to provide references for the construction of the low carbon urban green space in future.

low carbon;plant landscape;configuration mode

TU984.1

A

1002－2724(2016)05－0010－06

2016－05－10