国内外城乡绿色空间碳汇研究进展与展望_王振坤.pdf

研究/Research115国内外城乡绿色空间碳汇研究进展与展望王振坤 董心悦 邵明 姚朋*摘要：【目的】城乡绿色空间是国土空间中发挥碳汇功能的重要空间载体。明确其碳汇相关研究进展，对优化城乡绿色空间格局、提升碳汇效能具有重要意义。【方法】以城乡绿色空间碳汇为主题，从相关理论、研究对象、研究内容、计量监测方法 4 个方面梳理研究进展，总结国内外研究异同与热点领域，并归纳时段特征。【结果】研究发现，国内外相关研究在上述 4 个方面上大体呈现相近趋势，但 2010 年以后在研究内容方面各有侧重；相关研究热点集中在碳汇计量与评估、碳汇响应机制探究与绿色空间优化实践等领域。【结论】将研究进展划分为城乡绿色空间碳汇研究萌芽期（2003 年以前）、聚焦城乡绿色空间本体要素的碳汇研究初期（20032010年）、面向低碳城市与多领域协同的碳汇研究发展期（20102020年）、面向“双碳”目标的碳汇研究新时期（2020 年至今）4 个阶段，并对中国未来城乡绿色空间碳汇研究方向提出展望。关键词：风景园林；城乡绿色空间；碳汇；碳中和；低碳城市；计量监测基金项目：北京市自然科学基金“碳中和视角下北京市平原地区绿色空间情景模拟与格局优化研究”（编号 8222022）；北京林业大学科技创新计划项目“北京林业大学杰出青年人才培育项目-姚朋”（编号2019JQ03010）；北京林业大学热点追踪项目“京津冀地区区域绿地与碳汇效能的多尺度权衡协同评估及模拟优化研究”（编号 2022BLRD08）；中央高校基本科研业务费专项资金“京津冀城市群绿色空间碳效能的空间溢出效应评估及优化研究”（编号 BLX202111）Beijing Landscape Architecture Journal Periodical Office Co.,Ltd.Published by Landscape Architecture Journal.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license.中图分类号：TU986.2文献标识码：A文章编号：1673-1530(2023)02-0115-08DOI：10.12409/j.fjyl.202207310459收稿日期：2022-07-31修回日期：2022-12-09开放科学（资源服务）标识码（OSID）王振坤，董心悦，邵明，姚朋.国内外城乡绿色空间碳汇研究进展与展望 J.风景园林，2023，30（2）：115-122.1992 年联合国大会讨论通过的联合国气候变化框架公约（United Nations Framework Convention on Climate Change,UNFCCC）将 CO2从大气中清除的过程、活动或机制定义为碳汇（carbon sink），将 CO2释放到大气中的过程、活动或机制定义为碳源（carbon source）1。长期以来，研究者更多从碳源角度出发，探索通过优化能源与产业结构，改进绿色发展方式，从而逐步减少碳排放的途径；然而从碳汇角度出发，对碳固定与存储的有关研究起步较晚，但该类研究在应对环境与气候变化问题方面具有重大潜力。城乡绿色空间（urban and rural green space）作为城乡发挥碳汇功能的重要空间载体，在固碳释氧、降温增湿、缓解城市热岛效应、加强社会低碳宣传等方面具有重要作用，也是打破城乡二元经济社会结构、推动区域生态协同发展的重要着力点。相关研究表明，中国森林生态系统的净生态系统生产力介于1.75.9 t C hm-2 a-1之间2，而滨海盐沼湿地亦可达 1.92.3 t C hm-2 a-13，可见城乡绿色空间在发挥碳汇功能过程中扮演着重要角色。然而，以往关于城乡绿色空间碳汇的研究多集中在生态学、环境科学等学科，风景园林视角下对该领域的研究相对不足。因此，本研究从风景园林视角出发，讨论城市建设用地内公园绿地、广场用地、防护绿地、附属绿地等绿色空间类型，以及城市建设用地外各类区域绿地、林地等在内的城乡绿色空间的碳汇研究进展，归纳不同时段特征并总结国内外研究热点与异同，以期为中国未来城乡绿色空间碳汇研究提供借鉴和参考。1 国内外城乡绿色空间碳汇研究概况分别以 Web of Science（WoS）核心合集数据库和中国知网（CNKI）为检索平台进行检索，数据收集时间为 2022 年 10 月。首先以“green space/绿色空间+carbon sink/碳汇”为关键词进行全文检索并进行共现分析，再分别从中英文文献共现频数最高的 20 个词汇中筛选出“绿色空间”“绿地”“景观”“风景园林”“碳汇”“固碳”“碳储”7 个与主题直接 相关的词汇进行交叉检索。从 WoS 检索结果中筛选出环境科学、生态学、林学等相关学科的期刊论文 7 321 篇；从 CNKI 检索结果中筛除学位论文、刊首语、报道等非相关文献，得到期刊论文 2 807 篇，将上述论文作为本研究的中英文文献数据源。利 用 Citespace 5.8.R3 软 件 对 国 内 外 文献数据进行去重处理，并分别进行关键词突现性分析。排名前 30 的突现词包括“ecosystem”“boreal forest”“低碳经济”“指标体系”等，根据其属性特征可归纳为相关理论、研究对象、研究内容、计量监测方法 4 个方面。分别以这 4 个方面的突现词为关键词，在上述数据源中检索并进行文献计量学分析发现：在相关理论方面，碳循环理论、低碳经济理论和碳足迹理论与城乡绿色空间关联较密切；在研究对象方面，可根据城乡绿色空间的类型与空间尺度、生态系统的类型与结构层次进行划分；在研究内容方面，国内外已经开展碳汇计量与评估、增汇导向下绿色空间优化等领域的探讨；在计量监测方法方面，已探索出同化量法、微气象法、遥感模型法等诸多方法；另外，政府间国际组织、116Landscape Architecture2023/02各国政府及研究机构是参与城乡绿色空间碳汇研究与应用的重要行为主体（图 1）。风景园林视角下城乡绿色空间碳汇研究始于 20 世纪末，其中，英文文献检索结果最早为 2003 年4，中文文献最早为 1994 年5，2010 年前国内外年发文量均处于较低水平。国外年发文量自 2010 年以来增长趋势显著，在 2021 年有较大增幅。2010 年以前国外文献的高频关键词有“ecosystem”“balance”“net primary production”等；2010 年以来，“urban forest”“trade off”“resilience”等逐渐成为高频词。可见城乡绿色空间碳汇研究逐渐向经济等领域拓展。相比之下，国内年发文量自 2010 年大幅增加后趋势总体平稳，2020 年以来增长趋势明显。其中，2010 年之前的研究聚焦“城市绿地”“生态效益”等方面；2010 年后，关于“低碳城市”“城市园林”“空间规划”的研究逐渐增多；2020 年以来，“碳中和”等成为高频词。可见中文文献在概念解析与应用实践方面已有较多探索。1.1 相关理论1979 年，国 际 环 境 问 题 科 学 委 员 会（Scientific Commitee on Problems of Environment,SCOPE）发布了SCOPE13：全球碳循环（The Global Carbon Cycle:SCOPE13），系统梳理了碳元素在自然界中的循环过程。研究者通过构建碳循环相关模型，测度或模拟城乡绿色空间的碳汇效能，不断丰富碳循环理论的内涵6。2003 年英国政府发布能源白皮书我们未来的能源：创建低碳经济（Our Energy Future,Creating a Low Carbon Economy），首次提出低碳经济理论，在经济性、功能性、生态性等方面对城乡绿色空间做出建设要求。基于此，研究者通过构建低碳城市评价指标体系，对城乡绿色空间低碳发展提出合理化建议7。碳足迹理论衍生于 Wackernagel 和 Rees 提出的“生态足迹”8，碳足迹是指某一产品或活动在全生命周期内直接及间接排放温室气体的总量9。Larsen 等提出了多种碳足迹清单10，另有学者开始关注城乡绿色空间在规划设计、施工养护等过程中的碳排放11，在实践应用方面做出一定探索。从碳元素循环过程的碳循环理论，到低碳理念参与经济、社会多领域建设的低碳经济理论，再到事物全生命周期碳源碳汇的碳足迹理论9，城乡绿色空间碳汇相关理论的研究视野已经从聚焦碳汇本体扩展为多领域、全周期的研究，其内涵与外延仍在不断丰富与扩展。1.2 研究对象国外学者在 2010 年以前已经开展了对绿色空间中植被、土壤等要素的碳汇计量监测研究12；2010 年以来，研究者更加关注城市绿地、林地等绿色空间的生态系统服务功能13，研究对象从绿色空间要素转向绿色空间整体。在中国，研究对象同样具有要素城市区域的演变特征。早期研究更多关注城乡绿色空间中植被与土壤14等要素的碳汇效能；2010 年以来，研究者针对城市建设用地内公园绿地15、防护绿地16，以及建设用地外区域绿地17等不同类型绿色空间的碳汇效能进行了诸多研究；而伴随着区域一体化的发展，研究对象扩展到绿色空间群体与系统层面，以京津冀城市群为代表的区域尺度城乡绿色空间被纳入研究范畴18。总体上看，城乡绿色空间碳汇研究对象已经涵盖从植株到区域的不同空间尺度，包含森林、草地、农田、城市等多种生态系统类型，涉及公园绿地、防护绿地等城市建设用地内外不同的绿色空间类型，并囊括了从植物器官到植物个体、从群落到生态系统的多个结构层次，其总体研究框架趋于完善（图 1）。1.3 研究内容提升绿色空间碳汇能力、应对气候变化问题是城乡绿色空间碳汇研究的一贯主题。其中，国外研究在多尺度城乡绿色空间的碳汇计量监测与生态系统服务评估等方面具有突出进展19；国内研究受低碳园林20、区域生态协同发展21、碳中和22等相关政策与理1 城乡绿色空间碳汇研究示意图Schematic diagram of the research on carbon sink in urban and rural green space1研究/Research117念影响较大，在政策解析与实证分析方面较为突出，具有明显的阶段性特征。具体来看，国内外研究内容均集中在 4 个方面。1）在相关政策与理论研究方面，国内外学者结合气候变化背景与碳中和相关政策演进，对风景园林的学科定位与应对策略进行梳理。其中，国外研究聚焦林业政策影响下森林等生态系统的碳汇效能23；国内研究更多在辨析低碳园林概念及其与低碳城市关系的基础上探讨低碳园林的发展策略19，特别是自中国2020 年明确“双碳”目标以来，对于城乡绿色空间碳汇能力建设任务与路径的探讨进一步深入，为绿色空间的低碳设计提供了理论指导。2）在碳汇计量与评估方面，相关研究从聚焦单一生态要素碳汇能力评估，发展到面向绿色空间全要素碳汇的综合评估，具体包括对城乡绿色空间固碳和碳储的计量监测以及对低碳园林、低碳城市的综合评价。从碳汇计量结果来看，不同类型绿色空间的碳汇能力具有显著差异24，但受人为活动的影响，其碳汇效能仍具有不确定性21。在市域及区域层面，研究者利用城市群 RI-AER-FTIE 低碳规划模型25、InVEST 模型26等，对绿色空间碳汇特征进行评价，进而提出针对性的绿色空间优化策略与碳收支横向补偿方案。3）在碳汇响应机制方面，宏观层面的研究更多关注绿色空间的数量与空间格局17对碳汇效能的影响机理，还拓展到探究土地利用方式、人口规模、经济发展程度27等经济社会因素对碳汇的驱动机制；在微观层面，不同类型绿色空间在总体规模、分布格局、几何形态、植物配置以及场地使用等方面存在较大差异，通过固碳增汇、降温减排和绿色慢行 3 个途径对绿色空间的碳汇效能产生重要影响22。4）在以增汇为导向的城乡绿色空间优化途径方面，相关研究着眼于宏观系统构建与微观个体增效 2 个维度，从增量与提质 2 个途径为绿色空间提出优化策略。在