朱 凱 ，張倩倩,武鵬飛，馮 蕾

(北京建筑技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司，北京 100093)

城市綠地碳匯核算方法及其研究進展

朱 凱 ，張倩倩,武鵬飛，馮 蕾

(北京建筑技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司，北京 100093)

本文對目前國內(nèi)外主要森林碳匯測算方法進行闡述與總結(jié)，并指出比較適合城市綠地碳匯核算的方法，同時對城市綠地碳匯核算的發(fā)展趨勢進行了展望，并闡述了碳匯核算系統(tǒng)開發(fā)的意義，以促使碳匯成為一項城市綠地評價指標。

城市綠地;碳匯;綠植;碳匯核算系統(tǒng)

引言

由于化石燃料的大量開采利用以及土地利用變化，造成大量溫室氣體的排放[1]，對氣候環(huán)境造成了巨大的威脅，氣溫上升、冰川融化、極端天氣頻發(fā)等，引起了很多國家和地區(qū)對低碳發(fā)展重視[2～3]。當前城市集中了全球50%以上的人口，消耗了約75%的能源，80%的溫室氣體排放來自于城市[4〗。很多城市都制定了自己的低碳發(fā)展指標體系，以此來限制工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域的碳排放，但是這就不同程度地限制了城市的發(fā)展，并造成部分碳泄露，導(dǎo)致其他地區(qū)碳排放劇增[5〗。因此，低碳城市規(guī)劃建設(shè)不能僅僅依靠減少碳源，更應(yīng)重視增加城市綠地的碳匯。

城市綠地碳匯就是零散分布的城市綠色植物通過光合作用將空氣中的CO2固定在植物體內(nèi)或者土壤中，是城市最主要的碳匯。在CDM機制下，城市綠地的碳匯功能也日益凸現(xiàn)[6]。目前對碳匯的研究主要集中在大區(qū)域的森林、草地、濕地等方面，對城市綠地的碳匯能力研究相對較少，且研究方法不一，如陳志新等指出植物的碳匯主要與植物的葉面積和光合速率有關(guān)，并推導(dǎo)擬合出了銀杏、毛白楊等植物的葉面積回歸方程[7]。袁赟則研究了遼寧省朝陽市常見樹種的生態(tài)效益，并擬合了四種常見園林樹木的葉面積回歸方程[8]，王迪生基于生物量法，通過抽樣調(diào)查推算出北京市綠地的碳匯量[9]，林憲德等指出城市綠地碳匯能力與其種植類型和綠地面積有關(guān)，并估測出了臺灣地區(qū)不同種植類型綠地40年的碳匯系數(shù)[10]，Strohbach MW等使用碳足跡的方法，對德國萊比錫新建綠地的碳匯能力進行了統(tǒng)計分析[11]。周堅華等利用衛(wèi)星航片，并借助計算機模擬獲得了上海市總?cè)S綠量[12〗。

這些研究大部分是針對某一地區(qū)或者某幾種植物進行的。我國約有80%的城市建成區(qū)綠化覆蓋率在20%～50%之間[13]，這些綠地在為居民提供休閑娛樂、美化觀賞等服務(wù)的同時，固定了大量的CO2，但是對這些綠地的碳匯能力的核算卻很難進行[14]。在城市規(guī)劃中，人們也只是概念性的認識到綠色植物能夠固碳釋氧，至于不同的綠植規(guī)劃方案其碳匯能力卻很難評估，更不能由此來指導(dǎo)規(guī)劃。美國林業(yè)署開發(fā)的City-green軟件，能夠?qū)Σ煌愋偷木G地進行碳匯能力計算，在美國等西方國家應(yīng)用較多，近年來在我國也有很多學(xué)者開始使用City-green對綠地生態(tài)效益進行評價，如劉常富等[15]基于City-green模型對沈陽城市森林固碳效益進行了評估，張磊等[16]結(jié)合Gis技術(shù)和City-green對安徽農(nóng)大校園內(nèi)的綠地碳匯價值和其他生態(tài)價值進行了估算。但是City-green中的很多參數(shù)并不適合我國，且在碳匯評估方面存在較大的誤差。

目前對城市綠地的碳匯核算方法研究較少，但是研究森林、草地和濕地碳匯量的方法卻有很多，這些方法通過調(diào)整后，也可以應(yīng)用于城市綠地碳匯量的統(tǒng)計。

1 國內(nèi)外碳匯核算主要方法

目前研究森林碳儲量的方法主要有生物量法、蓄積量法、渦度相關(guān)法和遙感-模型模擬法以及河湖濕地碳匯計算法等[17～18]，通過對林地基準年和目標年碳儲量的核算，便可得到一定時期內(nèi)的碳匯量。

其中生物量法主要基于植物的生物量的變化來間接的測算出固碳量[19]，是目前計算森林碳儲量最常用的方法，具有直接、明確、技術(shù)簡單的特點。生物量調(diào)查采用常規(guī)測樹法如平均木法、隨機抽樣法、徑階選擇法、材積轉(zhuǎn)換法、維量分析法等分別測算森林系統(tǒng)中各組分的生物量，具體測定按地上部分、枯落物和根系分別采用不同的方法[20]?；谝陨系幕A(chǔ)研究，發(fā)展出了常用的方法即生物量清單法和生物量回歸模型法[21～22]，這兩種方法是目前IPCC公認的森林碳匯核算方法。方精云等[23]就是應(yīng)用生物量法推算出中國森林植被碳庫，并利用土壤有機質(zhì)含量，估算土壤碳庫。劉賢安等[24]使用生物量法研究了柳杉人工林的碳儲量，得出了不同林分密度下的柳杉林碳儲量及其年均生長率。

蓄積量法是以林木蓄積量統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的碳估算方法[25]。首先對森林主要樹種抽樣調(diào)查，計算出主要樹種的平均容重，然后再根據(jù)蓄積量得出生物量、固碳量。是生物量法的延續(xù)，技術(shù)直接明了，操作簡捷，周志勇等[26]運用蓄積量法對百花山自然保護區(qū)森林群落的碳儲量進行了核算，分別計算出了針葉林、次生闊葉林的碳儲量。但是只考慮了主要林木的蓄積量，沒有考慮灌木、草本植物的生物量以及其他的因素，實際應(yīng)用中誤差較大。

渦度相關(guān)法[27]利用微氣象學(xué)原理，通過對森林上方某一個參考高度CO2濃度以及風(fēng)速風(fēng)向進行監(jiān)測，從而得出該生態(tài)系統(tǒng)固定或者放出CO2的量。渦度相關(guān)法是目前測定地-氣交換最好的方法之一，能夠直接長期對森林生態(tài)系統(tǒng)進行CO2通量測定，同時有能夠為其他模型的建立和校準提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。孫春健等[28]應(yīng)用2009-2010年間東莞市植物園內(nèi)的渦度相關(guān)法CO2通量定位觀測資料，分析了凈生態(tài)系統(tǒng)交換量的年度變化及與氣象要素的關(guān)系，從而間接得出城市綠地的固碳能力。魏遠等[29]利用渦度相關(guān)法對湖南岳陽地區(qū)楊樹人工林楊樹CO2通量季節(jié)變化進行研究，得出了該地區(qū)2006年全年生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換值為-579 g·m-2。該方法需要借助精密的儀器，且對儀器的使用規(guī)范以及操作者的素質(zhì)要求較高。

遙感-模型模擬法[30]主要是通過遙感技術(shù)和信息系統(tǒng)來獲取植被生長狀態(tài)參數(shù)，再結(jié)合地面調(diào)查分析，來獲取森林生物量的方法。該方法的優(yōu)點是可通過遙感技術(shù)獲取大范圍植被生長動態(tài)，如葉面積指數(shù)、生物量等。不足之處是遙感的二維圖像不能準確分析出三維空間數(shù)據(jù)，對小尺度范圍的林木碳匯量的測量誤差較大。

2 適于城市綠地碳匯核算方法

研究城市綠地的碳匯量難度較大，主要是缺少植物生長方面的調(diào)查數(shù)據(jù)，很多城市園林植物普查周期長，比如北京市五年普查一次，且并未統(tǒng)計表征植物大小的指標，如樹齡、胸徑、樹高、冠幅等，只有主要種植類型、主要樹種面積、個體棵數(shù)等。因此開展城市綠地碳匯的核算，就要結(jié)合綠化普查數(shù)據(jù)，采取合理的核算方法，彌補欠缺。目前國內(nèi)外實踐認為，可用于城市綠地碳匯核算的方法主要有以下幾種。

2.1 生物量擴展因子法

該方法是根據(jù)統(tǒng)計樣地內(nèi)的樹木的胸徑和樹高，利用一元或者二元立木材積公式得到單木材積，然后通過樹干木材密度，生物量擴展因子、含碳量和林木株數(shù)來計算地上生物量碳儲量[31]，再通過根莖比計算地下生物量碳儲量。其計算公式如下：

Cs=(44/12)V×N×WD×BEF ×(1+R) ×CF

式中：P為固定的CO2的質(zhì)量,V為單株材積(m3/株),N為株數(shù)(株),WD為樹種的木材密度(干重，t·m-3),BEF為樹種的樹干生物量轉(zhuǎn)換到地上生物量的生物量擴展因子(無單位),CF為樹種的平均含碳率,R為樹種的生物量根莖比(即地下生物量與地上生物量之比，無單位),44/12為CO2與C的分子量比。

該種方法關(guān)鍵是需要推導(dǎo)或者借鑒已測得的一元、二元立木材積方程，在選擇BEF、CF和R等參數(shù)時，首先考慮來自當?shù)氐膮?shù)。其次考慮最新的國家水平的參考值。因城市綠地中的樹木大部分歸為散生木，其樹冠通常比森林中的林木較大，因而具有較高的BEF值，統(tǒng)一設(shè)定為森林中林木BEF值的1.3倍[32]。該種方法核算的是項目地總固碳量，如若獲得某一年固碳量，則至少需要最近三次林地資源清查資料。由于城市綠地很少考慮采伐消耗，對精度要求不高的項目，可結(jié)合本省活立木年均蓄積量生長率，直接計算出當年的碳匯量[33]。

2.2 生物量異速生長方程法

該種方法主要借助生物量異速生長方程，通過統(tǒng)計主要樹種的胸徑和樹高，來核算林木碳匯量[34〗，是一種誤差較小的計算方法，但是目前對生物量異速生長方程的研究主要集中在大面積種植的天然林木，通過收獲法獲得樹木總生物量，并實測相應(yīng)的變量，推導(dǎo)擬合出生物量異速生長方程。至于城市綠化常用的綠植研究的較少，然而在缺少具體數(shù)據(jù)的情況下，這些方程也可以使用。

在選擇生物量異速生長方程時，應(yīng)盡可能選擇來自項目所在地區(qū)或與項目所在地區(qū)自然條件類似的其它地區(qū)的方程，也可采用來自IPCC的參考方程。如果對碳匯核算結(jié)果精度要求不太高，可根據(jù)全國正式發(fā)表的樹木異速生長方程，結(jié)合IPCC公布的樹木平均碳含量和根莖比參考值，推導(dǎo)出新的生物量——碳匯量模型。該種方法主要可用于估算城市綠地中樹木的生物量。目前有許多樹種都己建立了異速生長方程，可根據(jù)項目地的自身情況，進行驗證取舍。

2.3 種植類型——面積法

臺灣學(xué)者林憲德在其編著的《綠建筑解說評估手冊》中指出城鎮(zhèn)綠化中常見的7種種植類型，并估算出各種植類型單位面積40年的固碳量(如表1)[35]。在規(guī)劃基礎(chǔ)上，確定不同種植類型Pi所對應(yīng)的面積Ai或面積比例，再根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，便可計算各個綠地地塊40年的CO2固定量，并加權(quán)得規(guī)劃范圍內(nèi)總的綠植固碳量。該種方法適合于已知種植類型及其對應(yīng)種植面積的綠化區(qū)，是一種較為粗略的計算方法。其計算公式為：

式中：Ai為不同綠化類型種植面積(m2),Pi為綠化種植方式,Cpi為Pi綠化種植方式40年總固碳量(kg/m2),Cs為規(guī)劃范圍綠植40年總固碳量(kg或T)。

該方法中所用的參數(shù)是來自臺灣地區(qū)的觀測研究，并不適合我國所有地區(qū)。在種植類型一致的情況下，不同地區(qū)綠地的碳匯主要與當?shù)刈魑锷L期有關(guān)，可根據(jù)溫度帶，將我國主要地區(qū)進行分區(qū)，分別測量各區(qū)不同種植類型的碳匯速率。也可以將各溫度帶的作物生長期與臺灣所處的亞熱生長期的比值作為修正因子，即寒溫帶為0.3，中溫帶為0.6，暖溫帶為0.7，亞熱帶為1，熱帶為1.2，青藏高原氣候區(qū)為0.4。該種方法誤差相對比較大，但是在缺少種植信息的情況下，該方法能夠普遍適合于我國大部分城市。

表1 不同種植方式Pi單位面積40年CO2的固定量

2.4 葉面積——光合速率法

該方法考慮到了城市綠地結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單純的用綠地面積乘以相應(yīng)的參數(shù)，誤差較大，采取了分樹種逐株測算的方式。不同的植物其碳匯能力主要與單位葉面積的光合速率以及總?cè)~面積有關(guān)，因此，基于葉面積-光合速率的綠地碳匯計算公式為：

其中： Cs 碳匯量以CO2計算,Si為植物的葉面積,Pi為第i種植物的單位葉面積凈固碳速率,t 為光合時間。

植物的葉面積計算可以采用葉面積回歸曲線方程法[36]，但是不同植物葉面積回歸曲線采用的參數(shù)不同，常用的參數(shù)有胸徑、樹高、冠高、冠幅等。也可以采用葉面積指數(shù)(LAI)與樹冠投影面積的乘積做近似估測。單位葉面積光合速率可以直接測量，也可以參考相關(guān)研究文獻。光合時間主要與當?shù)氐臍夂颦h(huán)境有關(guān)，可以根據(jù)當?shù)貧庀蟛块T觀測結(jié)果，也可以根據(jù)當?shù)厮帨囟葞е参锏纳L期進行推算。至于單位葉面積的光合速率則主要是參考國內(nèi)外學(xué)者的研究報道。部分科屬的植物，其光合特性具有一定的相似性，研究較少的植物，可借用同科屬其他植物的碳匯核算公式。

2.5 濕地面積——碳匯速率法

濕地生態(tài)系統(tǒng)由于其自身的結(jié)構(gòu)組分特征，是地球表層系統(tǒng)中的重要碳匯，對于吸收大氣中的溫室氣體，減緩全球氣候變暖有重要作用[37～38]。濕地碳匯計算公式為：

Cs為濕地一年的固定的CO2的量,Si為濕地面積，單位是平方米(m2),Pi為單位面積濕地碳匯速率(g·m-2·a-1),k為C與CO2的轉(zhuǎn)換因子(44/12)。

段曉男等通過查閱文獻和實地調(diào)研收集近百年尺度上湖泊和沼澤濕地的沉積資料，根據(jù)其沉積速率和沉積物中的含量，計算出我國各地區(qū)濕地單位面積的固碳速率(段曉男等，2008)，見表2。

表2 我國湖泊濕地固碳速率

3 城市綠地碳匯研究面臨的挑戰(zhàn)

3.1 碳匯核算方法不統(tǒng)一

城市綠地是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，在核算綠地碳匯量的時候，應(yīng)結(jié)合各地區(qū)綠地信息的類型，并根據(jù)各種方法的優(yōu)缺點，合理選擇應(yīng)用。林木、竹林以及大型灌木應(yīng)優(yōu)先選擇生物量擴展因子法和生物量異速生長方程法，這兩種方法所需的數(shù)據(jù)相對全面，且誤差較小[39～40]；公園小區(qū)優(yōu)先選擇葉面積-光合速率法，該方法能夠顯現(xiàn)出綠地碳匯能力的動態(tài)變化，若缺少綠植信息統(tǒng)計，可采用種植類型-面積法做近似估計；大面積的湖泊濕地，可根據(jù)所處區(qū)域，采用濕地面積-碳匯速率法做近似核算。因采用不同的方法，結(jié)果差異很大，不能形成統(tǒng)一的規(guī)范[41]，還需要相關(guān)部門制定統(tǒng)一的碳匯核算標準，并在此基礎(chǔ)上規(guī)定統(tǒng)一的城市綠地信息統(tǒng)計類別。

3.2 碳匯核算誤差大

城市綠地的碳匯能力處于不斷變化的過程中，樹木的生長、種植、移除、修剪等都會使其碳匯能力發(fā)生很大變化[42]，不同的植物種類、不同年齡階段的葉片其單位葉面積光合速率差異很大[43]，同種植物在不同地區(qū)，其生長狀況受當?shù)氐臍夂颦h(huán)境影響很大[44]，如干旱可以影響光合作用而直接影響城市綠地的碳匯能力[45～46]，且植物的生長受諸如環(huán)境污染、建筑物遮擋、種植密度等人為因素的影響很大。此外濕地的碳匯功能主要與水分、植物類型、土壤以及微生物等因數(shù)影響有關(guān)[47]。這些因素都會造成綠地碳匯能力發(fā)生很大的變化，因此上述五種方法都不同程度的存在誤差。如何克服以上因素造成的誤差，還需要測量更多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立更加精準的模型。

3.3 城市綠地地下生物量研究不充分

林業(yè)方面對地下生物量的核算大多采用根莖比做近似估算，對于同種植被，其根莖比還與氣溫、土壤濕度和降水量有關(guān)，其中水分因子的影響最大[48]，對于不同林齡的林地，中齡林和近成熟林的地下碳分配顯著高于幼齡林和成熟林, 而老齡林的則最低[49]。城市綠地地下生物量受人為因素影響最大，地下管網(wǎng)、硬質(zhì)地面、建筑遮擋等都會影響綠植的根莖比，目前國內(nèi)外對此研究較少，一般采用林業(yè)方面給出的根莖比參考值。此外對土壤碳儲量的研究相對較少，尤其是城市土壤碳儲量的變化[50]，還有待深入研究。

3.4 我國城市綠地統(tǒng)計信息不規(guī)范

目前我國城市綠地統(tǒng)計信息不規(guī)范，不全面。2008年宜興市對其森林資源做了一項調(diào)查報告，統(tǒng)計了各鄉(xiāng)鎮(zhèn)喬木林、竹林、灌木林以及四旁樹等方面的詳細信息[51]，上海市統(tǒng)計年鑒里主要統(tǒng)計了公共綠地，專用綠地、苗圃綠地、新辟綠地的面積以及行道樹棵樹、新植樹棵樹[52]，其他大部分城市僅僅統(tǒng)計了城市綠地面積、建成區(qū)綠地覆蓋率以及人均綠地面積，僅有這些信息，很難準確計算城市綠地的碳匯量。因此，現(xiàn)階段我國很多城市還需建立自己的植物數(shù)據(jù)庫。

4 研究展望與應(yīng)用趨勢

城市綠地作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維護碳氧平衡、調(diào)節(jié)溫濕、凈化空氣、涵養(yǎng)水源以及保護生物多樣性等方面發(fā)揮著重要的生態(tài)功能[53]。目前我國大部分城市對綠地進行評價時，使用的都是二維面積作為評價標準，比如綠地率、人均綠地面積、綠化覆蓋率等[54]。這些二維綠化指標可以在宏觀上反映一個城市或地區(qū)綠地的基本狀況及水平，在指導(dǎo)城市綠地規(guī)劃、衡量城市綠化基本狀況與發(fā)展等方面發(fā)揮了巨大的作用。但在城市綠地研究中，特別是對城市綠地生態(tài)功能和環(huán)境效益進行研究與評價時，僅僅使用二維綠化指標很難反映城市綠地不同植物種類、不同綠化結(jié)構(gòu)的功能水平[55]，城市綠地碳匯能力的引入，不僅能夠直接反映綠地的碳匯功能，還能間接的指示綠地的三維綠量以及在釋氧、增濕、降溫等方面的功能。

美國林業(yè)署開發(fā)的City-green軟件，能夠?qū)Σ煌愋偷木G地碳匯進行碳匯能力計算，在美國等西方國家應(yīng)用較多，但是其中的很多參數(shù)并不適合我國，且在碳匯評估方面存在較大的誤差。因此，有必要基于我國城市綠地碳匯的研究，開發(fā)一套綠植碳匯核算與模擬預(yù)測系統(tǒng)，使該系統(tǒng)能夠根據(jù)項目尺度的大小以及綠地信息數(shù)據(jù)的不同，選擇相應(yīng)的碳匯核算方法，并能夠從碳匯層面對不同規(guī)劃方案進行評價。該系統(tǒng)要面向客戶，具有統(tǒng)計、查詢、顯示、更新數(shù)據(jù)等操作功能，并且能夠?qū)G植碳匯能力進行經(jīng)常性、準確地修改和更新。此外將不同時期的數(shù)據(jù)進行比較，反映城市綠地碳匯量的動態(tài)變化，從而有望打破現(xiàn)有城市綠化中存在的粗放式綠化管理現(xiàn)象，對城市綠地規(guī)劃起到很好的指導(dǎo)作用。

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Progression in the Methods of Accounting Carbon Sequestration of Urban Green Space

ZHU Kai, ZHANG Qian-qian, WU Peng-fei, FENG Lei

(BeijingBuildingTechnologyDevelopmentCO.,LTD.,Beijing100093 )

Domestic and abroad methods in accounting carbon sinks of urban green space were summarized and preferred method was proposed.At same time, the progression in the research on accounting carbon sink sequestration of urban green space was discussed.The significance of accounting carbon sequestration was elaborated too.

Urban green space; carbon sequestration; accounting system of carbon sink

2015-02-08 基金項目：國家科技支撐計劃課題(2012BAH24B03) ；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2012年科學(xué)技術(shù)項目(2012-R1-8)；北京建工集團科技計劃項目。

朱凱(1987-)，男，河南省開封市人，研究方向為園林樹木碳匯。

TV984

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1001-2117(2015)04-0034-06