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“双碳”目标下,还有必要进行城市绿化么?

植物墙百科 2021-12-11 1,110 次 0 来源:绿研社:王珂
根据文献数据,北京、上海 城市园林绿化碳汇量仅为同期碳排量的0.01%[8][9],一亩太阳能光伏板减碳能力相当于15.4亩林地的碳汇[21],为实现“双碳目标”,是否应放弃绿化,用太阳能光伏板取代呢?
文章很长,引用数据比较多,请耐心看完!

一、“双碳”背景知识

人类开始面对越来越严重的气候变化形势,大气CO2浓度从1800年的281ppm (The Oceanic Sink for Anthropogenic CO2 ,2004)升高到2021年6月的419.13ppm,其中增加CO2的3/4主要源于过去20年来大量化石燃料的燃烧使用,并且化石燃料所引起的CO2排放量仍在持续增加中 ( Pearson& Palmer,2000)。2020年全球每年排放的二氧化碳大约是400亿吨,其中14%来自土地利用,86%来自化石燃料利用。排放出来的这些二氧化碳,大约46%留在大气,23%被海洋吸收,31%被陆地吸收。人类活动加剧了大气中温室气体浓度的升高,继而导致大气温度的提升,从而产生了一系列连锁反应,如冰川融化、海平面上升、生物灭绝和健康问题等。联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on ClimateChange,IPCC)认为,大气二氧化碳浓度的升高的原因是温室气体的排放。

为积极主动应对全球 气候变化,国际社会开展了一系列意义重大的行动,如 《联合国气候变化框架公约》、《京都 议定书》及历届《公约》缔约方大会达成的多项共识等。
2020年9月中国在联合国大会上承诺二氧化碳排放量将在2030年左右实现碳达峰(有推算认为最高将达到150亿吨),碳达峰即二氧化碳排放量达到历史最高值,然后经过平台期进入持续下降的过程,即二氧化碳排放量由增转降的历史拐点;2060年前实现碳中和,也就是人为排放的二氧化碳(化石燃料利用和土地利用),被人为努力(木材蓄积量、土壤有机碳、工程封存等)和自然过程(海洋吸收、侵蚀-沉积过程的碳埋藏、碱性土壤的固碳等)所吸收。碳中和方程式可以表示为:
碳中和=人为碳排放-(海洋生态系统碳汇+陆地生态系统碳汇+CCUS)=0,式中,人为碳排放=化石燃料使用排放+土地利用排放; CCUS (carbon capture,utility, and storage)是指通过物理、化学和生物学的方法进行CO2捕集、封存与利用。碳汇 (Carbon sink)指从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制。(《联合国气候变化框架公约》)
作为我国“十四五”污染防治攻坚战的重要目标,碳达峰、碳中和目标被首次写入经济和社会发展的五年规划。2021年11月13日,联合国气候变化大会(COP26)在英国格拉斯哥闭幕。经过两周的谈判,各缔约方最终完成了《巴黎协定》实施细则。我国正处在实现工业化和现代化进程中,碳达峰 (2030年)与碳中和(2060年)之间仅有30年间隔, 必然面临着技术升级和产业转型的巨大挑战。

二、碳汇方式简介

碳汇主要分为:陆地生态系统碳汇、海洋生态系统碳汇以及CCUS。
1.   陆地生态系统碳汇
陆地生态系统碳汇主要包括:森林碳汇、草地碳汇、湿地碳汇、碱性土壤碳汇、耕地碳汇(不计)。
陆地生态系统碳汇的演变与测量示意
根据全球碳计划所使用的16个碳循环模型的估计[1],在2009 – 2018年这十年里,中国陆地生态系统的碳汇为224±78 TgCa-1(百万吨碳每年),占全球陆地生态系统碳汇的3%-10%, 相当于我国同期化石燃料CO2排放的3-13%(Friedlingstein et al., 2019)。值得注意的是,由于碳循环模型的局限性(Keenan &Williams, 2018),陆地生态系统碳汇的强度和空间分布仍然具有较大的不确定性。
过去十多年间,我国学者采用不同方法系统评估了中国陆地生态系统碳汇[2],主要方法包括两类:一类是基于碳储量变化清查的“自下而上”的方法,另一类是基于大气CO2 浓度观测反演陆地生态系统碳收支的“自上而下”的方法(Wanget al., underreview)。我国陆地生态系统碳吸收量相当于同期化石燃料CO2排放量的4%-20%。陆地生态系统碳汇的形成受到气候变化以及人类活动对生态系统的管理与干扰的共同影响。
城市化、毁林造田等土地利用变化导致生态系统净碳释放,而以植树造林为代表的土地利用变化导致生态系统碳净碳吸收。有很多学者包括联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)都认为,大气二氧化碳浓度的升高的原因是温室气体的排放。
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二氧化碳浓度变化
然而,更有可能的是大气二氧化碳浓度升高也源自于植被的破坏,全世界范围内,每天有800平方公里植被覆盖的土地变成沙漠(每天森林开采量450平方公里,森林种植100平方公里,城市化土地150平方公里,沙漠化土地300平方公里)。植物通过光合作用将二氧化碳转变成氧气,这种作用正在被削弱,当这种作用完全消失,空气中21%的氧气将完全转化为二氧化碳。
因此,以提升碳汇和增大可持续的绿化面积作为共同目标,科学评估土地利用变化碳收支,认识生态系统管理措施的增汇潜力,增加可持续的植被覆盖地表对实现碳中和、实现二氧化碳浓度下降具有重要的意义。
下面我们对各种陆地生态系统碳汇碳汇进行介绍:
1.1耕地碳汇:
在过去的 20 年里, 中国农作物的生物量按每年0.0125 ~ 0.0143 PgC(1 Pg=10亿吨= 1 GtC. = 3.667GtCO2,)的速率增加; 1982~1999 年间, 生物量碳库增加0.19 PgC. 但如前所述, 这些增加的生物量绝大部分在短期内经分解又释放到了大气中,农作物的光合作用碳汇和动植物呼吸碳源属于生态循环系统,因此不计入碳汇,因此, 设定农作物生物量的碳汇为零。
1.2森林碳汇:
指森林植物通过光合作用将大气中的二氧化碳吸收并固定在植被与土壤当中,从而减少大气中二氧化碳浓度的过程。森林10亿吨碳汇,放出7.3亿吨氧气森林碳汇功能可体现在地上生物量、地下生物量、枯落物、枯死木和土壤有机质5个碳库中。森林植被碳储量占全球植被的 77%,森林土壤的碳储量约占全球土壤的 39%。用森林来吸收CO2比直接采用减排技术更加经济,实施造林和再造林,增加森林碳汇是世界公认的最经济有效的解决CO2上升的办法。
森林固碳速率与其年龄组成密切相关。一般森林按照年龄可分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林。幼、中龄林的固碳速率相对较快,而成、过熟林由于生长速率下降,对碳的吸收和释放基本平衡。目前我国森林整体处于以幼龄林和中龄林为主的阶段,生长较为旺盛,有助于提高我国陆地生态系统碳汇强度。碳汇造林有别于一般定义上的造林活动,是指在确定了基线的土地上,以增加碳汇为主要目的之一,并对造林及其林分(木)生长过程实施碳汇计量和监测而开展的有特殊要求的营造林,通过调整和控制森林的组成和结构、促进森林生长,以维持和提高森林生长量、碳储量及其他生态服务功能,从而增加森林碳汇。主要的森林经营活动包括:结构调整、树种更替、补植补造、林分抚育、复壮和综合措施等。
2020年我国森林分布图
国家林草局配合生态环境部,结合我国国家温室气体清单编制工作,对碳汇情况进行了系统测算。在全球森林资源总体在减少的大背景下,我国森林覆盖率从上世纪70年代初的12.7%提高到目前的23.04%。截至2020年底,我国森林面积达到220万平方公里,森林蓄积175.6亿立方米,我国的森林植被总碳储量已达92亿吨。2021年8月20日,国新办举行“十四五”林业草原保护发展规划新闻发布会。国家林草局副局长李春良介绍,到2025年,森林覆盖率将达到24.1%,森林蓄积量将达到190亿立方米。据此推算,到2025年之前,我国森林蓄积量年均增约3亿立方米,相当于每年碳汇5.4亿吨二氧化碳(实际增长数字应高于此数,根据相关机构计算,森林每生长1立方米的蓄积量,平均能吸收1.83吨二氧化碳,释放1.62吨氧气)。
1.3草地碳汇:
国家林业和草原局草原监理中心公布(2018年),目前中国有天然草原3.928亿公顷,约占全球草原面积12%,居世界第一。草原范畴已比较广泛,不仅仅是指传统意义上的北方放牧草地,而是几乎涵盖所有长草的土地。中国草原资源面积占到国土面积的40.9%,是耕地面积的2.91倍、森林面积的1.89倍,是耕地与森林面积之和的1.15倍。
草原主要包括草地以及灌草丛,草地单位面积的碳汇能力实际上仅相当于森林的 1/30,灌草丛单位面积的碳汇能力约为森林的1/4-1/6[3].
尽管中国草地总体上起着碳汇的作用, 但存在着巨大的空间异质性[4]. 内蒙古东部、大兴安岭东侧、天山、阿尔泰山、藏南等草地起着明显的碳汇作用,青藏高原的腹部则起着碳源的作用。经过估算,2020年——2025年,我国预计每年新增草原碳汇1.5亿吨。
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草原牧场
1.4湿地碳汇:
《湿地公约》将其定义为:“天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带、静止或流动、淡水、半咸水、咸水体,包括低潮时水深不超过6米的水域。”包括沼泽湿地、湖泊湿地、河流湿地、滨海湿地等自然湿地,以及重点保护野生动物栖息地或重点保护野生植物原生地等人工湿地。
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深圳华侨城湿地公园
湿地碳汇是目前已知陆地生态系统中仅次于森林的重要碳汇,是世界上最大的碳库之一,碳储量约为770亿t,占陆地生态系统碳素的35%。湿地包括多种类型,如园林湿地、沼泽湿地、滩涂湿地等。湿地作为二氧化碳汇可以利用湿地植物的光合作用将大气中的二氧化碳转化为有机质,待植物死亡后,其残体通过腐殖化作用、泥炭化作用转化为腐殖质和泥炭,以这种形式储存在湿地系统中;其次存在于土壤中的有机质通过微生物矿化分解作用可以产生二氧化碳,同时微生物在厌氧环境下也可以对有机质进行分解产生甲烷,这两种温室气体都会释放到大气系统中去,因此湿地也可成为温室的气体的“源”。即碳源(Carbonsource,是指向大气中释放二氧化碳的过程、活动或机制)和碳汇功能
我国各种类型沼泽湿地总的固碳能力为4.91TgC·a-1[5][6]。恢复湿地可以提高我国陆地生态系统的固碳潜力,其中退田还湖和退田还泽的固碳潜力分别为30.26 GgC·a-1和0.22 GgC·a-1。在国标《绿色生态城区评价标准》中,将湿地保持率作为生态城区重要的评价标准[7]。
1.5碱性土壤碳汇:
干旱、半干旱地区的碱性土壤中含有很多钙离子,不像南方酸性土壤钙离子很少,这些钙离子和大气中的二氧化碳结合,降水的时候就会淋溶形成碳酸钙沉淀,这是一个非常强大的自然过程。做黄土研究的专家经常说,黄土里面有料姜石,这就是碳酸钙的结核,还有在温暖时期沉淀下来的钙板。我国有大面积的干旱半干旱地区,这个自然过程对碳的固定,是一个非常重要的过程。
1.6城市园林绿化碳汇
城市园林绿化以提供景观、休闲娱乐设施和城市开敞空间为主要目的,与森林相比,绿地作为生态功能和艺术的统一体,内部构成元素相对比较复杂,通常由水面、道路、游憩设施等组成,导致树木群落结构不明显,单位面积树木数量少,单位面积碳储量较低,但在实质上,城市园林绿化所构建的绿地生态系统仍然是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。
在我国的行政管理体制中,林业与园林是分离的,林业碳汇计量中通常不含城市园林绿化碳汇的贡献,针对这一情况,IPCC(国际气候变化委员会)明确指出,如城市树木、行道树等数量较多,生物量的储量变化较大,应对其碳汇作用进行估算。
以上海为例2007年能源碳排放量为 5042.45×104 t,同期城市园林绿化碳固定仅为0.63×104 t [8],碳固定抵消碳排放比重不足 0.01%。2010年北京园林树木固碳量约为1.08×104t[9],同期北京碳排放约1×108 t,碳固定抵消碳排放比重约0.01%。可见,仅从碳汇的角度计算,城市园林绿化所占的比重非常低。
2.  海洋碳汇:
海洋碳汇是将海洋生态系统作为一个特定载体吸收大气中的二氧化碳,并将其固化的过程和机制。指一定时间周期内海洋储碳的能力或容量。海洋储碳的形式包括无机的、有机的、颗粒的、溶解的碳等各种形态。
海洋占地球表面积的 71%, 是地球上极为重要的碳汇[10]。海洋每年从大气中净吸收大约 22 亿吨的二氧化碳(1800-1994),每年从大气中净吸收大约 23%人类排放的二氧化碳。
已知的机制尚很难用于增加海洋碳汇。但海洋生态系统正在遭到破坏,原本的碳汇功能正在受到严重影响,陆地大量营养输入导致近海溶解有机碳活化并被呼吸致使近海水域经常是CO2的“源”,通过实施海陆统筹生态恢复工程提高微型生物碳泵的储碳能力, 有利于近海水域变成CO2的“汇”。
海洋固碳与储碳的主要过程
3.  二氧化碳捕集、利用与封存技术(CCUS)
将煤化工、燃煤电厂等高碳排放企业产生的CO2进行捕集(Capture),然后运输(Transportation)注入到地下深部进行永久性封存(Storage)或者应用的过程。
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二氧化碳的封存示意图:盐水层封存、驱油层封存、油气层封存、海洋封存
CO2捕集指将电力、钢铁、水泥等行业利用化石能源过程中产生的CO2进行分离和富集;CO2输送指将捕集的CO2运送到利用或封存地的过程,在某些方面与油气运输有一定的相似性,包括管道、船舶、铁路和公路等方式;CO2利用指根据技术路线主要分为地质利用、化工利用、生物利用和地质封存。
目前看来,碳捕集阶段使用的化学溶剂等物质对人体和环境有害;碳运输阶段容易产生泄露;碳封存后可能发生泄露事故,因此CCUS实现大规模的实际应用存在很大困难, 短期内不会成为碳固存的主要方式。

三、城市园林绿化的生态功能

从碳足迹的角度说,城市园林绿化具有碳汇(碳储量增加)、直接碳减排(生物燃料利用)、间接减碳(生态功能、美学价值等)的多重功效。
显然仅仅在“碳”评价体系下,以碳汇数值来评价城市园林绿化是不公平的,因为城市园林绿化及其包含的城市立体绿化(屋顶绿化、垂直绿化、桥梁绿化等)具有众多生态价值和意义,而这些是在“生态”评价体系下的,我们应该全面深入的调研清楚,在一个通用的评价体系下对城市园林绿化的“生态”价值进行“碳”评价,将两种评价拉通。不能因为“双碳”,放弃生态。
下面我们针对城市园林绿化的生态功能进行阐述。
1. 城市园林绿化的空气净化功能
邹晓东[11]选择了有代表性的交通绿地和公园绿地作为典型绿地,通过与无植被的裸地进行对比分析,应用被动式采样方法定量分析了典型绿地对空气中有害气体SO2、NO2、O3的净化效应。研究结果表明:绿地对空气中一次污染物NO2、SO2均有明显的净化效应,体现了绿化植物带来的环境生态效益;大多数绿地对二次污染物 O3也有明显的净化效应。一亩树林,一个月可吸收二氧化硫4千克,一亩松柏林,一昼夜能分泌出2千克杀菌素,可杀死肺结核、伤寒、白喉、痢疾等病菌,相当于一台杀菌剂制造机。
大气中的尘埃是城市中的污染物质,危害之大还在于尘粒表面附着其它污染物和细菌,它可以到处飘流飞扬、扩散到任何角落。相关研究表明,由于园林植物叶片表面特性和本身的湿润性具有很大的滞尘能力,从而起到减少空气中细菌的作用,从而改善大气质量并有益于人类生存与发展。
Nowak 等( 2006)利用UFORE模块对美国55个城市的城市园林绿化进行了研究,结果表明,每年城市园林绿化去除大气污染物大约71.1 ×104t,对应经济效益为38亿美元,明显提高了城市的空气质量。一亩树林,一年可吸收灰尘22吨至60吨,是一台天然的吸尘器。
2. 城市园林绿化的释氧功能
植物不仅可以吸收二氧化碳,更关键的,生命呼吸所需要的氧气也是通过光合作用产生的,园林植物与大气的物质交换,主要是CO2和O2的交换,确切地说,是固定并减少大气中的CO2和提供并增加大气中的O2这对维持地球大气中的CO2和O2的动态平衡,减少温室效应及提供人类生存基础,有巨大而不可替代的作用,从而产生很大的经济价值。一亩树林,每天能吸收67千克二氧化碳,释放49千克氧气,足够65个人呼吸之用。
对杭州市城市绿地的固碳释氧价值量进行相对精细化的动态评估探索[12]。结果表明:“九五”、“十五”、“十一五”期间,公园绿地年固碳释氧总价值分别为1481.5万元/a、3300.0万元/a和8339.5万元/a,3个时期的变化幅度显著;原因是3个时期的公园绿地面积变化幅度显著,“十五”和“十一五”期间的杭州市公园绿地面积增长迅速,因而相对应的固碳释氧的物质量和价值量增长幅度较大。因此,城市绿地产生的经济价值和生态价值随着绿化率效益增加明显。
3. 园林废弃物资源化利用
这世上本没有垃圾,只有放错了地方的资源。
园林废弃物,是指在城市园林绿化养护、植物修剪及加工作业的过程中,所产生的枯枝、落叶、花败等废弃物垃圾,大家在城市中目之所及的大片绿色区域,每年都会产生大量的园林废弃物。园林废弃物每年产生,北京每年可利用园林废弃物超500万吨[13],全国每年园林废弃物估计约2亿吨。
植物的腐烂自然而然会令土壤中含有大量的碳元素。但是这些碳相对而言是不稳定的,受气候影响很大。一旦遇到像农耕这样的变化,土壤就会释放出二氧化碳。这使得它们既是碳源、又是碳汇。因此,用土壤来锁定碳元素的想法是不切实际的。

园林废弃物
3.1改良贫瘠土壤
将废弃的枝条、落叶放入粉碎机粉碎。经过十五天左右可以形成种植基质,经过半年左右时间的腐熟发酵,碎木片变成了黑色的腐殖质,可做植物成长的有机肥使用。逐步达到促进植物生长、涵养水源、增强植物抗病性、减少农药使用、降低养护成本的效果,从而实现资源的循环利用,营造出良好的城市园林生态小环境。在目前的土壤改良基质制作中,1吨的树叶可以生产出1吨的土壤改良基质,1吨的树枝可以生产出1.1吨的土壤改良基质。用园林废弃物制备的土壤改良基质经过3-5年才降解完全,并同时产生经济价值。
3.2造纸
造纸厂主要用废纸和木材造纸。其中,废纸再生后主要用于包装材料,而木材加工后成为原木浆纸,也就是高档办公用纸。将回收的园林废枝粉碎,经过造纸厂高温高压处理原木浆纸,每吨园林废枝除去水分等消耗,造纸利用率达60%以上。这些园林废枝加工成本低,利用率高,是造纸的上等材料。纸张的保存时间可达数百年。
3.3生物燃料
生物燃料泛指由生物体组成或转化的固体、液体或气体燃料。它是可再生能源开发利用的重要方向,具有良好的可贮藏性和可运输性,可提供可替代石油的液体燃料。从化学的角度上看,生物质的组成是C-H化合物,它与常规的矿物燃料,如石油、煤等是同类。由于煤和石油都是生物质经过长期转换而来的,所以生物质是矿物燃料的始祖,被喻为即时利用的绿色煤炭。
生物燃料是在农林和城乡有机废弃物的无害化和资源化过程中生产出来的产品;生物燃料的全部生命物质均能进入地球的生物学循环,连释放的二氧化碳也会重新被植物吸收而参与地球的循环,做到零排放。物质上的永续性、资源上的可循环性是一种现代的先进生产模式。这种能源是以实物的形式存在的,是唯一一种可储存、可运输的可再生能源。而且它分布最广, 不受天气和自然条件的限制,只要有生命的地方即有生物质存在。
3.4 制备化工原料
园林废弃物可以像石油和煤炭那样生产塑料、纤维等各种材料以及化工原料等物质性的产品,形成庞大的生物化工生产体系。这是其他可再生能源和新能源不可能做到的。
传统石化产品通常由石油、天然气等化石能源提纯制造基本化工原料,并在此基础上进行化学合成。代表性的产品包括塑料、合成纤维、合成橡胶等,其全生产过程带来大量的碳排放。而生物基高分子材料来源于高分子有机物,通过发酵、DNA 剪辑、培育、筛选、提 纯等一系列工序构造材料,可能实现对石化基材料的替代。生物基技术可充分利用农业废弃物资源价值。秸秆发电的瓶颈   在于秸秆收集的经济 性和物流效率。纤维素乙醇技术搭配秸秆发电,将有效提升项目经济性,同时解决农业废弃物的环境污染问题。
3.5 制备生物炭(Biochar)
如果把园林废弃物置于缺氧状态下,在500℃到600℃的高温下,对其有控制地进行高温分解,除了获得生物炭,还能够生成合成气和液态焦油等副产品,这两种副产品都能用做发电或取暖的燃料。生物炭的产量取决于高温分解过程的快慢。快速高温分解能够得到20%的生物炭、20%的合成气和60%的生物油。而慢速高温分解可以产生50%的木炭和少量的油。使用废弃物生产生物炭还有双重减碳的效果。如果任垃圾肥料腐烂,它们会产生甲烷。甲烷也是一种温室气体,其对温室效应的影响是二氧化碳的二十多倍。英国管理与可持续发展研究所认为,生产生物炭产出的能量是所需能源成本的3到9倍。
生物炭是一种作为土壤改良剂的木炭,能帮助植物生长,可应用于农业用途以及碳收集及储存使用,借由生物炭封存的方式,捕捉与清除大气中的温室气体,将它转化成非常稳定的形式,并储存在土壤中达数千年之久。此外,使用生物炭,可以增加20%的农业生产力、净化水质,并有助于减少化学肥料的使用。
4. 城市园林绿化增湿降温功能
一亩阔叶林一亩无林地多蓄水20吨,等于一座地下水池,一年还可蒸发300多吨水。因此,树木多的地区,常常是风调雨顺。绿地对环境的增湿降温作用,自然界中,每平米太阳辐射4514wh,热辐射、热反射2052wh,超过了40%的太阳辐射能量被蒸腾作用(约1888wh)带走,环境加热575wh。

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自然界、硬化屋面、种植屋面太阳辐射去向分布图
在城市区域,由于绿化地面的破坏,硬化地表的增加,雨水流失,城市区域的降雨蒸发率只有80% ,蒸腾作用的丧失导致大量太阳辐射热量被留存在大气中,导致温度的升高形成热岛效应。增大城市园林绿化面积,植物表面强大的蒸腾作用会消耗大量的能量,达到降低气温的目的,蒸腾带出的水气可以降低环境的温度,增加环境的舒适度。可用这部分蒸腾热量如果每天通过空调器来调节所消耗的电能来估算绿地的调节气温效益。
5. 城市园林绿化雨水利用
城市各类绿地占城市总面积的30% 以上,充分利用这一丰富的土地资源,可以实现雨水资源化[14]。雨水利用的途径很多,不同地区由于气候、土壤、水文等环境条件的差异,利用方法各不相同;而建设用地的不同性质也对雨水利用的方式方法起着决定性的作用。在城市园林绿地中雨水利用的方式主要是雨水的渗透蓄积,其次是截留储存并加以利用。
园林绿地中一般都有诸如溪流、河道、人工湖等水景,充分利用这些水体,配以适当的引水设施,能很好地蓄存雨水径流。当城市地面土地紧缺时,还可以考虑在绿地中修建地下蓄水池。
园林绿地是非硬化地面,是雨水下渗的主要途径,城市中屋顶及硬质铺装截留的雨水可以导人绿地中。通过多种途径和方法加大绿地土壤的下渗量,是雨水间接利用的最佳方式。绿地是最好的渗透设施,不仅渗透能力强,而且植物根系能对雨水径流中的悬浮物、杂质等起到一定的净化作用。
增加土壤蓄水量的方法包括:提高绿地中植被覆盖率,减低暴雨径流的流速、流量、延长滞留时间;调整绿地的竖向设计,尽量利用地面排除雨水,减少雨水管道;设计低洼绿地或排水明沟作为局部短时蓄水池;建造渗透池、渗透孔、渗透槽、渗透管等加大对雨水的渗透量;使用透水铺装材料和透水结构建造绿地内的道路广场等在有可靠的雨水和其他水源条件下,可以建设漏水型园林水体,使雨水得以回灌地下水。尤其是在天然条件下形成的大面积水体,在进行园林建设时,池底应保持或部分保持渗水的功能。
6. 城市园林绿化保护生物多样性
随着全球进入城市时代,城市在保护生物多样性方面的作用变得日益重要。城市土地的有效使用和自然生态系统的管理可以使城市及其周边的居民和生物多样性同时受益。城市成为遏制全球生物多样性丧失解决方案的重要组成部分,城市园林绿化包括立体绿化在生物多样性保护中发挥着重要作用。
利用城市有限的土地和空问,进行植物合理的配置,使得生态群落呈现多样性,向生态复合型、绿化立体型的方向发展。合理的利用原生地的资源而不破坏其生态环境并且充分利用苗圃中的当地树种,是城市园林绿化高效、经济、环保的有效途径。
城市中布局合理、均衡的园林绿地空间,乔灌草合理配置的植被层次,以乡土植物为主的植物群落,丰富的绿地形态与植物空间,足够体量的园林绿地,不仅使地域性的植物资源得到保护和培育,也使城市生态空间的生物多样性效益得到显著提升。城市园林绿化中充分利用空间资源,增加林下植物的多样性,是保护生物多样性的重要手段。以上海为例,树龄15年以上的园林群落中,常绿阔叶林的灌木种类平均丰富度为0.05种/m2,密度为0.31株/m2;而丰富度最高的常绿混交林为0.10种/m2,密度为0.30株/m2。
由于绿地总量的增加与分布的合理,稀释了人类活动的干扰,也因为植物群落性自然空间的适度郁闭,植物多样性带来的形态和品种丰富,形成相对稳定的生存栖息处所和食物链,生物种类和生物量明显增加,生机盎然是绿地系统相对完善、绿地布局均衡、植物多样性成效相对较好的“生态园林城市”的普遍景象。
7. 城市园林绿化的生态健康功能
现代的城市园林绿化景观更多的是为大众服务,审美主体是广大的人民群众[15]。让人们能够从景观中感受自然的气息,能够缓解压力,激发自己对生活、工作的热情。在绿树环抱中,几位老人饮茶对弈,几个儿童嬉戏打闹的景色,是多么的悠然自得、情趣盎然。
   城市园林绿化通过优美环境的营造可以带动更多的市民参与到植物的种植和照料中来,以从视觉、嗅觉、味觉、触觉、听觉等几个方面刺激人的感官系统,实现身体机能的统一和协调,起到园艺疗愈的健康功能。而更多的户外生活可以帮助降低碳排放。
从景观的吸引到户外活动的参与到实现低碳健康生活,这就是城市园林绿化能给我们提供的生态健康功能,要想达到这样的效果,就要求市政部门、小区开发商在城市和小区规划设计时,多方考虑,加大土地的合理利用,通过景观的营造以及林荫路、共享菜园等的设置、建立适宜参与的城市园林绿化体系。

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在纽约屋顶农场上劳动的人们

四、城市立体绿化的独特功能
1. 城市立体绿化的空气净化作用
相对于普通城市园林绿化,立体绿化丰富了空间的绿化层次,增加了空间的滞尘能力,可以在不同的高度和平面对城市空气中的污染物进行吸附去除。
对两种花园式屋顶绿化和两种简单式屋顶绿化采用湿式降尘缸法进行滞尘效果对比试验,试验结果表明[16]:
1)花园式屋顶绿化平均滞尘量12.3g/m2,平均滞尘比率31.13%;
2)简单式屋顶绿化平均滞尘量8.5g/m2,平均滞尘比率21.53%;
3)花园式屋顶绿化滞尘率比简单式滞尘率只高约10%.
对于室内立体绿化的空气净化研究显示,墙体绿化对于可吸入颗粒物、甲醛、苯系物也有着非常明显的净化效果[17]。并且这种净化效果不同于传统的空气净化装置,随着植物长大而增强。

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室内植物墙空气净化效果

2. 城市立体绿化的建筑节能降耗作用
如果想将一立方米的水变成蒸汽,需要提供700kwh的能量,但如果用水泵把一立方米的水提升起来,那只需要0.4 kwh的能量,阳光辐射会使水分蒸发,而植物的蒸腾作用可以帮助建筑有效降温,从而节省空调费用,经过实验[18],利用储存雨水提升灌溉的立面植物作为建筑物外遮阳,可以节约空调能源消耗90%,对比外遮阳的方式,可以极大地降低运营成本,同时提供更好的窗外景观。 

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立面绿化系统的平均蒸散量(mm/日)及相应的冷却速率

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立体绿化与电动外遮阳运营成本对比
简式屋顶绿化的屋顶,绿化屋面下的屋顶内表面温度与裸屋面下的屋顶内表面温度相比,春、夏、秋三季低10%左右,冬季高20%;与遮阳板屋顶内表面温度相比,夏、秋两季低0.5℃/d,春季相同,冬季高3%[19]。研究证明轻型屋顶绿化对室内具有冬暖夏凉的作用。上海全市已有的屋顶绿化面积不足100万m2,不足总屋顶面积的2%。屋顶绿化降低空调使用18%,如果其中10%(700万m2)用于屋顶绿化,那么夏季高温时段可以减少用电量8750万度[20]。
3. 城市立体绿化延长建材寿命
温度变化会引起屋顶构造的膨胀和收缩,使建筑屋顶面层产生裂缝,雨水的下渗,导致钢筋锈蚀,屋面板结构受影响。植物阻挡了阳光、紫外线对屋顶面层受直射和辐射及雨水的直接袭击,同时起到保温作用,防止建筑表面温度剧烈变化,从而防止了建筑结构和材料的大幅度热胀冷缩现象,保护了建筑结构和建筑安全。研究表明,在绿化覆盖下的屋顶平均寿命是40 ~ 50 年,而裸露屋面的平均寿命只有25年。
4. 城市立体绿化增加高密度城市的可用面积
经过估算,在北京增加10%的城市园林绿化面积需要投入超过5万亿的拆迁成本,因此,在建筑物上进行的绿化是高密度城市核心区最节省成本的绿化方式,例如可上人屋面进行屋顶花园的开发、共享空中社区、屋顶商业、屋顶农场的开发,可以节约大量的土地资金,用较低的成本,在寸土寸金的都市打造人与人自由交流的绿色生态空间。

五、城市园林绿化的价值探讨

综合来看,尽管城市园林绿化和城市立体绿化在直接固碳方面对于城市碳减排贡献率较低,根据粗略计算,一亩太阳能光伏板减碳能力相当于15.4亩林地的碳汇[21],那是不是应该放弃绿化,用太阳能光伏板取代呢?
事实上,城市园林绿化除了固碳作用外,还包括释氧、空气净化、雨水截留、建筑节能、保护生物多样性、节能降耗、增湿降温等综合效益。从其多重的生态服务价值、美学和为市民提供游憩场所等功能来看,城市园林绿化是城市低碳发展、生态环境改善的重要措施。但如何定量评价其价值呢?

印度加尔各答农业大学德斯教授在1979年发表的文章[22],对一棵50年的树的生态价值进行了计算:累计产氧价值约31200美元;吸收有害气体、防止大气污染价值约62500美元;增加土壤肥力价值约31200美元;涵养水源价值37500美元;为鸟类等动物提供繁衍场所价值31250美元;产生蛋白质价值2,500美元;总创值约196,000美元 ,然而如果砍掉它,只值300美元。根据1979年平均国际金价最高为500美金,2020年平均国际金价1769美金,一棵50年的树的生态价值在今天≈70万美金≈440万人民币。
德斯教授在2012年重新进行了计算[23],一棵50年的树的生态价值在2012年约为71万美金,和我们估算的当今价值相当。

一棵50年的树的价值
然而,如果我们以一棵50年的树碳储量1t进行估算,核算成碳汇约为3.67tCO2。欧盟碳排放权配额(EUA) 71.21欧元/吨(2021年11月23日),因此,我们按每吨70欧元(1欧元=7.2052人民币)计算,在“碳”计量体系下,这棵树的碳汇货币价值约1850人民币。
因此当我们将“生态价值”和“碳汇价值”拉通,用通用的“货币价值”来衡量的时候,我们发现城市园林绿化的“生态价值”远远大于其“碳汇价值”。

六、“双碳”背景下,城市园林绿化的努力方向

根据上文分析,即使在“ 双碳”背景下,城市园林绿化由于其巨大的生态价值,仍然大有可为,具体从下面几个方面进行工作:
1.   客观认识城市园林绿化不同方面的碳汇和碳源效果,形成城市园林绿化工程的“碳自查”方法体系,提出针对城市绿地全生命周期的统一科学测算方法,根据自查结论,通过技术、管理等综合措施降低碳源、提升碳汇。
2.   继续努力推动城市园林绿化的发展,在高密度城市中通过立体绿化、多元增绿、见缝插绿等方式不断拓展绿色生态空间,助力公园城市建设。
3.   针对园林废弃物的资源化利用进行深入研究,给出可行方案路径,尤其应该体现其经济价值,利用低成本高收益的技术应用实现园林废弃物处理的良性经济推动。
4.   倡导减少园林工程中的硬质景观以及其他高碳排放人工部品的应用,增加自然元素、材料的使用,倡导实施节约型园林,避免过度装饰。
5.   通过绿色教育,倡导绿色生活,通过林荫路增加户外活动,推广鼓励绿色出行,通过营造优美人居,通过低碳生活达到减排效果。
6.   根据叶面折算比例,研究立体绿化全寿命周期在净化空气、增湿释氧、降温节能、延长建材寿命、提供居民活动空间等方面产生的综合经济价值。
7.   探讨立体绿化与清洁能源利用的复合应用方法,在不降低绿化面积的情况下尽可能多的使用、利用清洁能源降低化石能源的使用。(如下图)。

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结合了太阳能发电的屋顶绿化
综上所述,由于城市园林绿化及其包含的城市立体绿化(屋顶绿化、垂直绿化、桥梁绿化等)具有不可替代的众多生态价值和意义(制氧功能,滞尘功能,蒸腾降温功能、保护生态多样性功能等),仅在“碳”评价体系下,以碳汇数值来评价城市园林绿化是不公平的,在通用的“价值”评价体系下将城市园林绿化的“生态”价值和“碳汇”价值进行了阐述、比较,将两种评价体系拉通,发现其“生态”价值远远大于其“碳汇”价值。因此,不能因为双碳目标而弱化生态目标。在“双碳”目标下,做好低碳型城市园林绿化、城市立体绿化依然是我们的工作重心。


[1] 2021中国碳中和与清洁空气协同路径,贺克斌
[2]碳中和的生态学透视, 方精云
[3]1981-2000年中国陆地植被碳汇的估算,方精云
[4]中国草地植被生物量及其空间分布格局,方精云
[5]湿地固碳功能与潜力,宋洪涛,世界林业研究
[6]中国湿地生态系统固碳现状和潜力,欧阳志云生态学报
[7]绿色生态城区评价标准,GB/T51255-2017
[8]上海城市园林绿化群落结构特征与固碳能力研究,徐飞
[9] 1990-2010年北京城市园林树木碳储量与固碳量研究,谢军飞
[10] Microbial production ofrecalcitrantdissolved organic matter: long-termcarbon storage in the globalocean, Nianzhi Jiao, Gerhard J. Herndl, Dennis A. Hansell, Ronald Benner
[11]城市绿地系统的空气净化效应研究,邹晓东
[12]杭州市城市绿地固碳释氧价值量评估,武文婷
[13]《经济日报》2015年1月27日
[14]浅谈园林绿地雨水利用途径及措施,徐桂娟
[15]浅谈城市绿化景观的美学意义,曾作福
[16]屋顶绿化的滞尘效应研究,韩丽莉
[17]室内植物墙与空气治理,王珂
[18] Ecological design for climate mitigation in contemporary urbanliving,Marco Schimdt, UN Berlin
[19]半地下建筑顶板不同覆土厚度绿化的生态效益研究,孙宏彦,谢军飞
[20]屋顶绿化节能降耗的定量研究,赵定国
[21]中国“双碳”战略纲要,仇保兴,2021(线上报告)
[22] The value of a tree, T MDas,Indian Biologist Vol. XI, No. 1-2, pp 73.79, 1979
[23] Revaluation of services of a tree in 2012, T. M. DAS

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