劉頌 張浩鵬

全球氣候變化攸關人類的生存和發(fā)展，是21世紀人類社會面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)之一。世界氣象組織2021年末發(fā)布的報告顯示，最近7年（2015—2021年）很可能是有記錄以來最熱的年份[1]。為應對全球氣候變化危機，國際社會將控制人類活動造成的碳排放及增加碳匯視作減緩危機的主要手段[2]。中國政府明確提出2030年實現“碳達峰”、2060年實現“碳中和”，即“雙碳”目標，并于2021年末相繼頒布《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》。實現“雙碳”目標已成為全行業(yè)各領域的積極行動方向。

城市綠地對實現城市“雙碳”目標至關重要。已有研究多從城市綠地碳匯組分及生態(tài)系統(tǒng)類型角度闡述城市綠地碳匯功能實現途徑。如王小涵等[3]針對城市綠地土壤碳庫分析其固碳能力及其影響因素，史琰等[4]評述了城市植被碳匯能力提升途徑，趙彩君等[5]從減排與增匯角度分析城市綠地系統(tǒng)對低碳城市的貢獻。已有研究反映了一個事實，即城市綠地功能尺度效應決定了基于自然的碳匯方案應具有多尺度特點。本研究將風景園林規(guī)劃設計實踐尺度分為城市綠地斑塊、城區(qū)綠地系統(tǒng)和市域生態(tài)空間，并以這3個尺度為切入點，通過文獻研究，總結不同尺度城市綠地碳匯功能的實現機理及途徑，并從問題出發(fā)展望相關研究發(fā)展方向，以期為提升城市綠地碳匯功能為目標的規(guī)劃設計和管理等提供科學依據。

1 城市綠地斑塊碳匯功能實現途徑

1.1 倡導以低碳為目標的綠地建設管理措施

采用低碳為目標的綠地建設管理措施，將從源頭間接增加綠地碳匯量。城市綠地建設管理活動通常采用化石燃料驅動的澆灌機械、割草機、卡車等設備，這些設備在使用過程中排放CO2，間接降低了綠地碳匯能力。Jamirsah等[6]研究表明，公園綠地的碳固定量僅占其建設管理過程CO2排放總量的40%，因而其并未發(fā)揮碳匯功能，反而成為城市碳源之一。McPherson等[7]評價了“洛杉磯市百萬棵樹栽植計劃”執(zhí)行過程中的碳收支情況，表明灌溉活動導致的CO2排放量占項目總排放量的9.7%，削弱了項目帶來的碳固定效益。因此，減少城市綠地建設與管理過程的CO2排放量，是增強城市綠地碳匯功能的重要一環(huán)。

低碳建設管理措施包括降低人為建設管理活動強度以及使用清潔能源。城市綠地建設宜就地取材，依托自然景觀本底塑造綠地景觀風貌，避免損毀場地原有樹木，減少土地翻新等人為活動對植物和土壤的干擾，防止土地覆被變化帶來的碳泄漏[8]，同時因地制宜的建設管理活動（如針對不同草坪生長特點減少修剪次數）將減少大型園林機械及車輛使用頻率，從而減少CO2排放量[9]。

1.2 提升綠地植物的碳匯能力

城市綠地依托植物光合作用將大氣CO2直接固定于綠地碳庫。但由于植物自養(yǎng)呼吸、微生物異養(yǎng)呼吸、生物群系呼吸作用等生物有機碳消耗過程[10]，加之管理養(yǎng)護活動產生的大量CO2抵消了植物碳固定量，因而城市綠地直接碳固定量對于降低城市整體CO2排放量作用有限。Reynolds等[11]測算了哥倫比亞麥德林市公共綠地中的182 044棵樹的碳固定量，表明其碳固定量僅占城市總排放量的0.06%。Liu等[12]估算沈陽市三環(huán)以內地區(qū)的城市樹木碳固定量為每年2.9萬t，僅能抵消沈陽CO2年排放量的0.26%。盡管城市綠地植被碳固定能力受多種因素共同影響，但通過合理配植方式依然可以提升綠地斑塊碳固定效應。

1.2.1 選擇碳匯能力高的植物

綠地植物固碳能力主要依賴于植被類型及其葉面積、生長模式和生物量密度。研究表明，擁有更大葉面積、更高生物量、更長壽命的木本植物碳固定效應貢獻更大[13]。非木本植物如草本植物雖然固碳效率高，但其生長周期短（多為一二年生植物），且由于人為修剪、更換頻率高，很難有效發(fā)揮碳固定效應[4]。Velasco等[14]分析表明墨西哥首都墨西哥城草本植物對總植物碳庫碳固定貢獻可以忽略不計。Millward等[15]測算多倫多市Allan花園中各樹種碳固定量并進行對比，認為固碳效應由高至低依次為蘇格蘭榆（Ulmus glabra）、銀楓（Acer saccharinum）、黑胡桃（Juglans nigra）、挪威楓（Acer platanoides）。趙艷玲等[16]對上海市社區(qū)綠地中常見的27種樹木進行固碳量測定，發(fā)現香樟樹固碳量最高，為1 162.8 g·d-1，而梔子最低，僅為11.1 g·d-1。

1.2.2 優(yōu)化植物群落結構

植物群落物種類型結構特征對木本和草本植物的生長速度、物候特征、凋落物產量和質量、抗病蟲害能力等產生不同程度的影響，從而影響城市綠地固碳能力。優(yōu)化物種組合類型將最大程度促進物種間互利共生效應和削弱物種間的競爭，充分發(fā)揮植物群的固碳整體效益。武文婷等[17]對杭州市綠地植被固碳速率評估發(fā)現，針闊混交型和落葉闊葉型群落結構年固碳效率排在7種群落結構類型的前2位，分別達29.754 t·hm-2·a-1及27.334 t·hm-2·a-1。

群落結構層次越復雜越能更好地利用環(huán)境資源，同時能提高土壤的水分、養(yǎng)分有效性，進而提高植物群落固碳能力[18]。Escobedo等[19]在美國邁阿密戴德和蓋恩斯維爾市進行了碳固定效應研究，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提升碳固定量。此外，適宜的栽植密度將提高植被水分和養(yǎng)分利用率，增強植被地上、地下生產力，有利于凋落物輸入土壤，進而提升植被固碳能力。Mexia等[20]對葡萄牙阿爾馬達市城市綠地植被的碳固定研究表明，植被高密度栽植區(qū)域的碳固定量明顯高于低密度栽植區(qū)域。但栽植密度并非越高越好，如依蘭等[21]通過對單位面積不同栽植密度的樣地固碳量對比，證明栽植密度為300～450株·hm-2的樣 地 固 碳 量 要 高 于0～300株·hm-2和450～600株·hm-2的樣地。優(yōu)化植物群落模式要因地制宜，例如本土物種對當地的氣候和環(huán)境條件具有較好的適應性，具有長時間碳累積潛力，而外來物種往往具有較高的固碳效率[22]。

1.2.3 維持樹木長時間碳累積能力

植物季節(jié)變化的生長特征差異決定了一段時間內樹木固碳能力的強弱。潘劍彬等[23]對北京奧林匹克森林公園進行了連續(xù)6年的觀測，發(fā)現植物不同季節(jié)固碳能力由高至低排序為：夏季＞秋季＞春季＞冬季。李霞等[24]分析了北京海淀公園年CO2通量，證明了植物生長季（3—10月）是綠地碳固定效應發(fā)揮的主要時期。

此外，確保樹木長時間碳累積是提升城市綠地碳匯能力的關鍵。在樹木生命初始階段，樹齡不到10年的速生樹種比生長緩慢的樹種能固定更多的碳。但長期來看，隨著速生樹木成熟，生長緩慢的樹種比生長迅速的樹種將累積更多的碳[25]。Besnard等[26]研究發(fā)現樹木年齡是影響其碳固定量的關鍵因素，樹木的碳儲量會在其成熟前隨樹齡升高而增加。但當樹木成熟，其碳固定量將逐漸降低，并最終保持在一定范圍內。Chen等[27]對比不同年齡和氣候區(qū)森林固碳量，發(fā)現森林在栽植10～20年后其凈固碳量達到峰值，此后其凈固碳量逐漸下降。因此，禁止濫砍濫伐樹木，避免碳儲量泄漏是發(fā)揮綠地植物碳累積能力的前提，同時評估樹木生長潛力，確保樹木具有較長的生長時間將有利于碳固定量累積[28]。

1.3 維護綠地土壤碳固定功能

相較于自然土壤，城市綠地土壤發(fā)育受人類活動（如綠地建設過程中對土壤翻動、搬運、壓實、覆蓋及管理使用過程中施肥、灌溉、踩踏等活動）影響顯著，導致土壤理化性質及物質循環(huán)過程呈現不同特點[29]。Raciti等[30]針對紐約市的研究表明，自然狀態(tài)下，綠地土壤有機碳固定量（5.67 kgC·m-2）高于經過人為土壤緊實、不透水表面覆被等措施的表層土壤有機碳固定量（2.29 kgC·m-2）。這是由于土壤緊實增加了土壤容重，不利于土壤呼吸等碳循環(huán)過程[3]。此外，在綠地植被的保護下，土壤免于因太陽直接輻射導致的溫度升高與水分蒸發(fā)，為土壤生物活動提供了適宜的水熱條件，進而加速了凋落物分解、促進了養(yǎng)分輸送效率，增加了有機碳積累[31]。因此，減少人為活動因素對土壤理化性質的負面干擾，保護土壤碳循環(huán)過程，增強土壤有機碳積累能力，將有助于城市綠地土壤保持較高的碳固定功能。

2 城區(qū)綠地系統(tǒng)綠地碳匯功能實現途徑

2.1 合理布局綠地，滯留黑碳氣溶膠

隨著快速城市化和機動化進程，黑碳氣溶膠在大氣中的排放量持續(xù)增加。黑碳指在工業(yè)生產活動、汽車出行、家庭取暖或生物質燃燒過程中，化石燃料不完全燃燒產生的煤煙和焦炭[32]。黑碳穩(wěn)定性強，常溫下難以被氧化和降解，可以長時間留存于土壤中[33]。

通過植物布朗擴散、截獲、碰撞和沉積滯塵過程[34]，綠地具有沉降并儲存黑碳氣溶膠的作用。徐福銀等[35]通過研究上海市綠地土壤黑碳含量空間分布特征，發(fā)現鋼鐵廠和造船廠附近綠地黑碳含量遠高于居住辦公區(qū)。劉兆云等[36]發(fā)現杭州城區(qū)綠地土壤的黑碳含量隨著綠地年齡（即保持相對穩(wěn)定的綠地景觀的持續(xù)時間）的增加而提升。綠地土壤黑碳含量的時空分布異質性是由于不同區(qū)域人類生活生產活動碳排放強度不同，以及綠地距黑碳排放源距離差異所導致[35]。因此，隔離綠帶、通風綠楔等的合理布局，可阻隔黑碳污染源，進而降低大氣黑碳氣溶膠含量，同時促進空氣流動，更好地發(fā)揮城市綠地碳匯功能。

2.2 構建綠色交通網絡，引導低碳出行

以步行和騎行為主的綠色慢行交通方式有助于降低私家車出行產生的CO2排放量。城市綠道是線性城市開放空間，其景觀要素形態(tài)、結構與慢行系統(tǒng)結構天然契合，因而對于引導居民低碳綠色出行具有重要意義。汪小琦等[37]提出應構建多層級滲透化綠道網絡，營造開放舒適的公共慢行空間，進而提升居民低碳出行效率，同時增強公共空間活力。張?zhí)鞚嵉萚38]通過分析新加坡城市綠道，發(fā)現由于綠道穿過居民區(qū)，為非機動車旅行提供了替代路線，居民可以通過綠道前往目的地，從而降低碳排放量。

通過構建綠道網絡體系，形成聯系城市內部公共綠地與外部區(qū)域綠地之間的綠色交通網絡，既可起到防止城市無序蔓延、優(yōu)化城市生態(tài)環(huán)境的作用，又可為居民提供綠色開敞空間進行游憩、娛樂活動，引導城市居民使用低碳綠色的出行方式。

2.3 緩解熱島效應，降低周邊環(huán)境碳排放

城市熱島效應格局與城市CO2排放格局呈現顯著正相關[39]。城市綠地中的植物不僅能直接固定CO2，還能依靠蒸騰作用，在夏季為房屋遮陰，在冬季降低風速，從而削弱城市熱島效應，進而減少城市碳排放量。Loughner等[40]通過城市建筑室內外的溫差比較研究證實，樹木遮陰可作為建筑被動冷卻系統(tǒng)來節(jié)約能源。Zhang等[41]計算了北京市16 577 hm2綠地降溫減排效應，發(fā)現其相當于每年減少24.3萬t的CO2排放量。此外，以綠地為基本結構的城市通風廊道亦可緩解熱島效應[42]，進而大幅減少附近區(qū)域空調使用造成的能源消耗，降低火力發(fā)電廠化石燃料使用量和碳排放量[43]。但值得注意的是，綠地的降溫效應受其形狀類型、面積大小、植物種植密度等特征約束[42,44]，因而其間接碳匯功能也受到限制。

3 市域生態(tài)空間碳匯功能實現途徑

3.1 保護區(qū)域自然生態(tài)空間的碳庫存量

市域生態(tài)空間包括防護林地、濕地、自然保護區(qū)等重要自然生態(tài)要素。相較于人工生態(tài)空間，自然生態(tài)空間的碳儲存能力更強[45]。Nowak等[28]對美國城市樹木碳儲量的研究表明，森林樹木的平均碳密度是城市樹木的平均碳密度的2倍。保護現存各類生態(tài)要素碳儲存量，減少人為土地利用變化造成的碳排放量是強化區(qū)域碳匯的基礎[46]。

市域生態(tài)空間碳匯功能變化主要受到自然因素和土地利用變化的影響，其中人類活動導致的土地利用變化是城市碳源、碳匯空間產生異質性的關鍵因素[47]。當土地覆被類型轉變，尤其是自然地表轉化為不透水人工地表時，地上植物生物量和土壤狀態(tài)便會發(fā)生變化。植物被砍伐替換的同時，地上植物生物量快速下降，土壤溫度、水分含量、pH值等發(fā)生變化，土壤呼吸作用和有機碳組成隨之變化，從而導致土壤碳儲量降低[48]。研究表明，城市建設用地固碳能力較弱，以不透水表面為特征的城市建設用地阻礙了土壤直接和間接的固碳能力過程[49]。

此外，土地覆被轉化過程會對生態(tài)空間碳匯效應產生持續(xù)影響。土地覆被轉化過程產生的微小且持續(xù)的土壤碳釋放量也會對土壤碳固定效應的發(fā)揮產生顯著影響[50]。即使土地覆被類型轉化不徹底，其過程對碳匯效應的影響也非常顯著[51]。如在城市邊緣鄉(xiāng)村被城市居住區(qū)取代的城市化過程中，場地原有樹木被砍伐的同時通常會栽植符合項目開發(fā)要求的樹木，伴隨原有生態(tài)系統(tǒng)被破壞，場地內碳儲存量快速丟失。即使新栽植的樹木在成長中會不斷固定碳，但相比破壞現有樹木帶來短期大量碳儲存釋放，新栽植的樹木恢復原有碳儲存量會滯后很長時間[52]。而且，被破壞的生態(tài)系統(tǒng)所產生的相對損失的可逆性還存在不確定性[50]。

3.2 優(yōu)化市域生態(tài)空間碳匯格局

通過大量恢復并增加綠色生態(tài)空間面積以提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)固碳能力的做法存在爭議，并且其往往受到經濟社會發(fā)展要求等客觀條件限制而無法實現[53]。Vaccari等[54]針對意大利佛羅倫薩市的研究表明，僅通過增加綠色生態(tài)空間面積來抵消城市CO2總排放量的方式將占用整個城市甚至更多土地。盡管如此，研究表明優(yōu)化城市景觀格局將促進減排增匯，如馮源等[55]分析了重慶市渝北區(qū)景觀格局變化對城市碳收支空間異質性特征的影響，認為調整土地利用結構、節(jié)約土地資源、提高土地資源利用效率等方式有助于減排增匯。

識別城市碳源、碳匯關鍵節(jié)點和區(qū)域，通過優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)質量或土地利用空間結構構建綠色生態(tài)空間碳匯格局，是市域尺度下碳匯提升的重要途徑。湯煜等[56]揭示了沈陽市地上碳儲量空間分布特征，并從調整植被覆蓋度視角出發(fā)針對性提出碳匯提升策略。Robinson等[57]針對美國密歇根州人為活動導致的景觀破碎化研究表明，當景觀破碎化程度增加（即邊緣面積比率指標升高），研究區(qū)碳儲量隨之以近似對數函數的形式增長。

4 城市綠地碳匯功能研究展望

4.1 城市綠地全生命周期碳匯功能評估框架

不論是基于樣地實驗還是模型評估，碳匯功能的精準量化是城市綠地減碳增匯研究的關鍵。目前，針對城市綠地碳匯的量化研究多沿用陸地自然生態(tài)系統(tǒng)碳匯組分評估要求，對城市綠地碳匯特征關注不足。例如，自然生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳的量化研究多集中于表層土壤組分，忽視了城市綠地表層與深層土壤都具有較高土壤有機碳含量的事實[58-59]，導致綠地土壤碳匯評估結果失準。

此外，關鍵數據難以獲取也影響了碳匯評估的精準性。關鍵數據包括斑塊尺度下城市綠地樹木生理參數和不透水表面下表層土壤碳儲量，市域尺度下生態(tài)空間不同年期植物凋落物、土壤碳密度數據等[29]。此外，數據與場地的時空匹配程度低同樣制約了碳匯評估準確性。研究表明，采用兩類數據源的人均碳收支指標計算同一綠地的碳匯量結果竟相差30%，會直接影響碳匯測算準確性[60]。

未來研究應開發(fā)面向城市綠地的全生命周期碳匯功能評估框架。以細化植物、土壤碳庫等碳匯量化關鍵組分為基礎，縱貫城市綠地規(guī)劃、建設、管理、維護全生命周期，通過多學科跨專業(yè)合作加強基礎數據共享，開發(fā)適用于城市綠地多尺度碳匯功能的評估方法及校驗手段，制定城市綠地碳匯評估的統(tǒng)一標準，提高評估精度，增加研究工作的可比性。

4.2 城市綠地碳匯與其他功能間權衡協同關系

城市綠地是氣候調節(jié)、游憩娛樂、防災避險等多重功能的載體，偏重城市綠地碳匯功能而忽略碳匯與其他功能間的作用關系，將限制城市綠地綜合效益提升。如減少綠地斑塊中人工草坪面積的維護管理措施，盡管此種措施有利于減排增匯，但忽視了人工草坪所發(fā)揮的景觀美化功能。

城市綠地不同功能間的作用關系可以分為2種。1）基于共同驅動因素的相互作用關系。如在城區(qū)綠地系統(tǒng)尺度下，受限于綠地面積閾值，空間結構是城市綠地系統(tǒng)截留黑碳氣溶膠、通風調溫、建設慢行體系等功能的主要抓手，但不同功能對空間結構的響應存在差異，進而表現出共同增益或此消彼長的權衡關系。2）直接系統(tǒng)作用關系。如市域尺度生態(tài)空間，森林在生長過程中碳固定量增加的同時會導致土壤儲水量下降，導致生態(tài)空間產水功能降低[61]。碳循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)關鍵物質循環(huán)過程之一，是生態(tài)系統(tǒng)多重功能得以發(fā)揮的內在動因，與城市綠地多重效益實現緊密相關。當前，綠地碳匯研究聚焦于碳匯功能自身分析研判[53]，鮮有從多尺度角度分析碳匯與其他功能的權衡協同關系，不利于促進城市綠地生態(tài)-社會-經濟功能共同提升。

未來應關注城市綠地多重功能間權衡與協同關系研究，嘗試建立涵蓋城市綠地多重功能的綜合規(guī)劃模型，以表征在不同尺度城市綠地規(guī)劃方案中的潛在碳匯、游憩、景觀等效益，促進城市綠地多功能協同增益。

4.3 城市綠地碳匯功能景觀格局驅動機制

景觀格局是市域生態(tài)空間尺度影響碳匯功能提升的關鍵因素?，F有研究多聚焦于歸一化植被指數、綠地面積等數量結構因素影響[45,62]，對景觀格局影響因素關注不足。

相較于調整數量結構，調整景觀格局更有利于降低生態(tài)系統(tǒng)管理成本[63]。但如何有效表征景觀格局的生態(tài)學意義，并識別影響碳匯的關鍵景觀格局指標是當前研究面臨的首要問題。另外，城市綠地的碳匯功能受地理、氣候、植物等多重因素共同影響，如何控制上述因素對景觀格局研究的干擾需要進一步探索。景觀格局對綠地碳匯功能的影響具有尺度依賴性，因而明確碳匯功能的景觀格局驅動機制研究的適宜尺度也十分關鍵。

未來研究應探索碳匯景觀格局驅動機制研究范式，積累并梳理多樣化案例研究成果，降低自然因素差異引起的不確定性，厘清景觀格局對碳匯功能的作用機制，輔助大尺度生態(tài)空間科學規(guī)劃與管控。

5 討論

城市綠地碳匯實現途徑具有多尺度特征，研究各尺度城市綠地碳匯實現機理及途徑，有助于國土空間規(guī)劃、城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃、社區(qū)綠地建設管理等減排增匯目標的實現。

筆者梳理了促進城市綠地碳匯提升的重要舉措，包括科學配植植物群落，實施低碳綠地規(guī)劃建設管理措施，加強綠地斑塊碳匯；合理進行綠地總體布局，構建綠地生態(tài)網絡，加強綠道建設，引導綠色出行；注重綠地形態(tài)和綠地增量提質，緩解城市熱島效應；保護區(qū)域生態(tài)空間，識別碳源分布，優(yōu)化碳匯空間格局等。

未來應關注城市綠地全生命周期碳匯功能評估框架研究，碳匯與其他功能間的作用關系及碳匯功能景觀格局驅動機制研究。同時，值得注意的是，城市綠地碳匯只是“生態(tài)固碳”的一種路徑，只有結合其他節(jié)能減排技術，如能源結構調整、重點領域減排和金融減排支持等，才能綜合實現“雙碳”目標。