浅析城市公园绿地碳汇绩效
1 前言
随着城市的快速化发展，城市中碳排放量逐渐增加，全球变暖等生态问题接踵而至，严重影响着城市生态环境及人类健康，并且限制城市的社会经济发展。为缓解温室气体所造成的各种城市问题，碳循环中碳汇的研究成为一个重要的课题。如何合理规划绿地布局，优化种植设计，提高城市公园绿地碳汇绩效是亟待解决的问题。本文通过对首尔城市公园的减碳和规划策略的分析，总结出提高公园碳减排效果的规划策略。（图1）。
图1 城市低碳公园
（图片来源：网络）
2 城市公园绿地碳汇概述
2.1 城市公园绿地碳汇
碳汇是指从大气中去除二氧化碳的过程、活动或机制。碳汇对降低大气中温室气体浓度、减缓全球气候变暖现象具有十分重要的作用（图2）。
城市公园绿地碳汇指的是城市公园绿地植物通过光合作用吸收大气中的CO２并将其固定在植被和土壤中，从而减少大气中CO２浓度的过程。城市中的碳一般指城市居民生产生活所产生的CO２，因此城市公园绿地碳汇功能主要指城市公园绿地吸收并固定城市居民生产生活所产生的CO２的功能[1]，且城市公园绿地中园林植物和土壤具有主要的碳汇功能，可见对植被和土壤碳汇绩效研究的重要性。
图2 城市绿地中碳汇及碳源的来源途径
（作者自绘）
2.2 碳汇绩效
碳汇绩效指植物进行光合作用时吸收大气中二氧化碳的同时所产生相应的成效（图3），其本质是植物在本身生化过程中消耗二氧化碳而随之带来的社会经济等方面的效益[2]。
图3 碳汇绩效的过程
（图片来源：网络）
3 首尔城市公园的减碳和规划策略
3.1 研究内容
3.1.1 研究对象确定
该研究采用随机抽样调查法，对首尔市1：1000比例的航拍照片随机选择了38个城市公园作为样本研究园区（图4）。根据《韩国城市公园与绿地法》的规定，选择的城市公园是邻里公园和儿童公园（图5），公园通达性较强，市民可以日常使用[3]。
图4 研究对象选取（改绘自Carbon reduction and planning strategies for urban parks in Seoul）
图5 韩国首尔的城市公园
（图片来源：网络）
3.1.2 研究园内植被调查与分析
首先对所选研究公园的所有树木进行实地调查，利用调查数据分析了树木的胸径分布、单位面积密度、单位面积覆盖率、树种重要度等结构特征（图6），同时用于估计每个公园树木的碳储存和吸收量。
其次对潜在的种植空间进行调查，以期通过对种植空间的分析来更加精确的估算碳排放量。这种潜在的种植空间仅包括可渗透区域，在该区域上可以种植株高为3米或以上、冠幅为2米或以上的树木，且不会干扰各种公用设施。
图6 树木胸径分布的调查
（图片来源：网络）
3.1.3 研究园内植被碳储存和吸收量的估算
本研究通过使用为不同树木开发的定量模型及相关计算公式估算出公园树木的碳储存量和吸收量。对于没有定量模型的特定物种，将相同属或组的模型替换为平均碳估算值。根据调查的公园面积、树木胸径和植被覆盖率等调研数据，估算出每单位公园面积，每单位基础面积和每单位树冠覆盖量的平均碳储存量和吸收量及城市中整个公园区的总碳存储量和吸收量。进而得出城市公园中的树木每年可抵消的碳排放量，探索城市公园树木吸收碳的经济价值。
3.2 研究结果与讨论
3.2.1 土地覆被类型
研究公园的不透水人行道和设施用地面积与乔木和灌木种植区面积相似，约为公园总面积的一半。
调查结果显示，公园的土地覆被类型比率平均为49.6±2.4%的乔木和灌木种植区，47.0±2.5%人行道和设施用地，以及3.4±0.8%地被种植区和裸露的土壤。
研究发现加拿大多伦多公园的不透水区域面积约为10%。与估算值相比，研究公园的人行道和设施用地的覆盖面积则要高出5倍。这些大面积的不透水区域和没有特定用途的草地可能会限制一个被认为适合植树的区域，减少公园的碳抵消作用。因此，不透水区域的人行道和没有特定用途的大型草丛被认为可用于植树的区域，并能降低公园碳抵消的作用（图7）。
图7 不透水区域的人行道和没有特定用途的大型草丛
（图片来源：网络）
3.2.2 种植结构
研究公园的树木种类构成相对多样化，但在垂直种植结构中，单层种植结构的占比较大。
通过调查结果估算得知，研究公园的树木密度平均为4.1±0.3棵/ 100平方米，略低于加拿大多伦多公园的5.0棵树/100平方米。种植树木的基础面积平均为13111311.8±86.6 cm2 / 100 平方米，树木的胸径平均为18.1±0.6厘米（图8），其中，树木的平均胸径比意大利公园的小约60%。乔木和灌木的覆盖率平均为50.9±1.8%。据报道，美国、加拿大和意大利的一些公园的树木覆盖率在49 - 57%之间，与此相比，研究公园的树木覆盖率(不包括灌木)相近或低17.5%。
图8 研究公园的树木胸径分布
（改绘自Carbon reduction and planning strategies for urban parks in Seoul）
研究区内的乔灌木物种总数为148种，物种构成相对多样化。重要性排名前10位的物种包括：赤松、红松、雪梨、紫杉、掌叶槭、紫杉杜鹃、银杏、山松和水杉。这些是主要的景观物种，在韩国的其他城市中通常也表现出相对较高的优势。
研究公园的垂直种植结构显示，单层种植结构占总种植面积的51.5%，乔灌草重叠的多层种植结构占48.5%。其中，在总单层种植结构面积中，只种植草本植物的面积占48.4%，所占比例较高。结果得出，单层的种植结构可能不利于增加单位面积的碳储存量和吸收量。
3.2.3 碳储存量和吸收量
具有快速生长、较高密度、较大尺寸的树木且植被结构多层的公园的碳储存和碳吸收相较于具有缓慢生长、较低密度、较小尺寸的树木和单层结构的公园更大（图9）。
图9 具有快速生长、较高密度、较大尺寸的树木且植被结构多层的公园
（图片来源：网络）
种植树木的单位覆盖面积碳储存量平均为7.4±0.4 千克/平方米/年，单位覆盖面积的碳吸收量平均为0.7±0.0千克/平方米/年。以美国为例，研究公园中单位覆盖面积的平均碳吸收量超过了他们对整个城市的估计。这一结果可能与研究公园中树木生长状态、种植密度等有着很大的关系。
根据研究公园单位面积的碳储存和吸收估计值，发现首尔所有城市公园(不包括城市自然公园和公墓公园)种植的树木总共能够储存222.3千吨碳，每年能够吸收20.2千吨碳。当应用154.3升/年的汽油消耗量和0.57千克/升的碳排放系数时，该市的人均汽油消耗量碳排放量为88.0千克/年。城市公园中的树木在每年抵消约占城市总人口2.3%的汽油消耗导致的碳排放方面发挥了重要作用。据报告，碳捕获和储存的成本约为351美元/吨。基于这一成本，估算出首尔所有城市公园树木吸收碳的经济价值约为每年710万美元，相当于城市公园年度维护预算的15.1%。
3.3 规划策略
3.3.1 扩大植被种植面积
由于大草丛和不透水区域的分布、单层结构以及小树的生长因素，研究公园作为碳吸收源的作用受到限制。而城市公园是可用于增强碳减排效果的关键资源，因为它们在绿地面积有限的城市中具有很高的植树潜力，此外，公园树木还可以提供其他不同的生态系统服务，如减少空气污染、改善小气候、拦截降雨等。因此，在没有树木的草丛和空旷地区可以通过种植树木来提高公园的碳吸收能力。
3.3.2 设计复合型植物种植群落
结果表明，研究公园的单位树木种植面积的碳储存量和吸收量高于整个城市的估计值，首尔所有城市公园种植的树木在抵消约占城市总人口2.3%的汽油消耗导致的碳排放方面发挥了重要作用。故建议加强多层和群集种植技术，设计复合型植物种植群落（图10），尽可能避免种植较小、生长速度较慢的树木，可以更有效地增加城市公园树木密度及单位面积的固碳量。
图10 复合型植物种植群落
（图片来源：网络）
3.3.3 制定与土地利用和种植策略相关的公园条例
根据城市碳源和碳汇现状综合分析，合理增加城市绿地面积，科学优化城市绿地布局，才能使城市成为碳氧平衡的低碳城市[3]。此外，建议种植冠幅及胸径较大的树木，而不是生长速度较快的小树。要把低碳公园作为主题公园之一，就必须制定一项规定上述土地用途和种植策略的公园条例（图11）。
图11 低碳主题公园
（图片来源：网络）
4 结语
城市公园绿地作为城市生态系统中的重要组成部分，在调节碳循环、减缓大气中二氧化碳浓度发挥着至关重要的作用。城市公园为绿化种植提供了广阔的空间，并具有减少碳排放和其他生态服务的巨大潜力[4]。该研究量化了韩国首尔城市公园的碳储存和吸收量，开创了获取每单位公园面积、基础面积和树木覆盖率的碳估计值的指标，探索了城市公园的实用规划策略，并根据详细的实际调查结果提出公园规划的未来方向。在规划设计中，尽可能的使城市公园绿地通过合理的布局方式，最大限度的发挥其碳汇效益，有效的降低大气中的二氧化碳浓度，从根本上解决温室气体造成的环境问题，在一定程度上缓解城市发展与生态环境之间的矛盾。
