如何科學(xué)測量城市碳匯？

目前國內(nèi)外關(guān)于綠色空間碳匯的研究多集中于大尺度區(qū)域中的陸地森林、土壤的碳匯動態(tài)，或是物種層面樹種的碳固定生物量等，而對于市域綠色空間的生態(tài)系統(tǒng)碳匯評價(jià)及其與綠色空間規(guī)劃建設(shè)的相關(guān)性探索較少。在城鄉(xiāng)規(guī)劃中，綠地作為唯一承載碳匯功能的用地空間，對未來我國城市綠色發(fā)展及實(shí)現(xiàn)碳中和有著不可代替的作用。

近年來，相關(guān)學(xué)者對城市綠地碳匯的計(jì)量監(jiān)測已開展了許多研究，但總體上仍主要參照森林碳匯的計(jì)量監(jiān)測方法，缺乏專門針對城市綠地的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.樣地清查法

樣地清查法是通過建立典型樣地對植被及土壤碳儲量進(jìn)行實(shí)測，并結(jié)合連續(xù)觀測來獲取一定時(shí)期內(nèi)碳儲量的變化情況。該方法通常在推算出生物量后乘以含碳系數(shù)來求得碳儲量，主要包括平均生物量法、生物量轉(zhuǎn)換因子法和模型測算法。

平均生物量法是基于實(shí)測樣地的平均生物量與該類型綠地面積來求取綠地生物量的方法。其中，采用標(biāo)準(zhǔn)木解析法直接測量生物量準(zhǔn)確度高，在實(shí)際應(yīng)用中，通常基于標(biāo)準(zhǔn)木解析法得到的高精度實(shí)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建胸徑（樹高）—生物量回歸方程（如異速生長方程）進(jìn)行樹木生物量的估測。

生物量轉(zhuǎn)換因子法是根據(jù)蓄積量與生物量的比值關(guān)系，基于資源清查數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中林分的總蓄積量得到生物量，被廣泛用于區(qū)域乃至國家尺度上植被生物量、碳儲量及其動態(tài)變化的評估。

模型測算法是基于樣地實(shí)測的樹木信息，模擬樹木生長或直接建立樹木模型，通過輸入植被信息或通過遙感影像識別植被，從而對碳匯量進(jìn)行估算，常用的模型包括CITYgreen、i-Tree、ThePathfinder、NTBC、InVEST等。

2.同化量法

同化量法即通過測定植物葉片光合生理指標(biāo)，如凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度等，計(jì)算植被凈同化總量、凈固碳量，結(jié)合葉面積、綠量等結(jié)構(gòu)參數(shù)得到植物固碳量，常用于在小尺度上評價(jià)不同植物固碳能力強(qiáng)弱、篩選高碳匯物種、分析植物光合作用影響因子等。

相關(guān)學(xué)者基于同化量法就城市綠地物種碳匯能力開展了許多研究，為不同地區(qū)高碳匯樹種選擇提供了參考。利用同化量法測定不同尺度，如葉片、植物單株、單位面積的固碳能力，結(jié)合植被生理參數(shù)（葉面積、綠量、冠層結(jié)構(gòu)等）、綠地面積等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)綠地尺度固碳量的測算。

雖然利用同化量法實(shí)現(xiàn)城市綠地碳匯監(jiān)測的研究已經(jīng)開展了許多，但該方法存在一定的不確定性，如溫度、降水等環(huán)境因子對光合速率的影響，相同樹種不同生長階段的光合速率差異，葉片尺度的固碳量推算到整株甚至綠地尺度等都會引起不確定性，從而影響碳匯監(jiān)測結(jié)果。

3.微氣象法

微氣象法通過測量近地層湍流狀況和被測氣體的濃度，從而獲得該氣體的通量值。該方法以小氣候特征監(jiān)測為基礎(chǔ)，可直接對綠地與大氣之間的CO2通量進(jìn)行連續(xù)、動態(tài)的觀測，廣泛應(yīng)用于碳通量變化及其環(huán)境響應(yīng)機(jī)理的研究。

代表性方法是渦度協(xié)方差法，可以直接、連續(xù)、準(zhǔn)確地觀測綠地的碳匯能力，但該方法對下墊面的要求很高。

有研究表明，在復(fù)雜地形和大氣不穩(wěn)定地點(diǎn)測定的生態(tài)系統(tǒng)碳吸收與其他方法的結(jié)果差別高達(dá)80%～100%；同時(shí)，渦度協(xié)方差法是點(diǎn)尺度觀測方法，在某個(gè)站點(diǎn)得到的結(jié)果難以外推至其他站點(diǎn)。

對于空間異質(zhì)性較高的城市區(qū)域及城市綠地而言，須考慮城市綠地下墊面是否均勻，觀測輻射范圍、通量塔或移動通量站布設(shè)等問題，從而進(jìn)一步開展基于渦度相關(guān)城市綠地碳源/匯動態(tài)監(jiān)測。

4.遙感估算法

遙感技術(shù)具有快速、實(shí)時(shí)、大范圍獲取數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，應(yīng)用分析遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，或以遙感影像為數(shù)據(jù)源結(jié)合實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)、驅(qū)動模型是實(shí)現(xiàn)碳儲量、碳循環(huán)、碳源/匯監(jiān)測的有效方法。目前，碳匯動態(tài)監(jiān)測相關(guān)遙感衛(wèi)星及數(shù)據(jù)產(chǎn)品經(jīng)過長足發(fā)展，已具有良好的應(yīng)用潛力[31]。基于遙感技術(shù)開展碳匯估算，主要有兩種方法：反演估算、模型模擬。

通過遙感反演方法開展碳匯估算是對遙感影像數(shù)據(jù)和實(shí)測碳儲量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，建立兩者的擬合方程，進(jìn)而獲取城市綠地碳儲量的時(shí)空分布及動態(tài)。城市綠地的空間分布格局及其功能需求相對復(fù)雜，決定其生物量的環(huán)境因子和生物因子多種多樣，在這種情況下，單一遙感信息很難準(zhǔn)確反映生物量的變化。基于多源遙感信息，如不同影像的波段灰度值、植被指數(shù)、紋理信息等進(jìn)行變量篩選與擬合，可以實(shí)現(xiàn)城市綠地碳儲量、碳動態(tài)的估算。

通過模型模擬開展城市綠地碳匯監(jiān)測，主要有參數(shù)模型和過程模型。

參數(shù)模型也稱為半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停丛谑占礁黝愊嚓P(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)驗(yàn)公式來求解碳通量大小，如常用的光能利用模型CASA。許多學(xué)者已經(jīng)基于CASA模型和遙感影像數(shù)據(jù)對城市綠地生態(tài)系統(tǒng)NPP、固碳量等進(jìn)行了估算。過程模型是以森林生態(tài)系統(tǒng)生理生態(tài)過程為基礎(chǔ)，從機(jī)理上模擬植被光合作用、蒸騰作用和呼吸作用，以及它們與環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換過程，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及其對氣候環(huán)境變化和對人為干擾響應(yīng)過程的模擬，主要有TEM模型、CENTURY模型、BIOME-BGC模型、BEPS模型等。

過程模型基于生理生態(tài)機(jī)理建模，在碳循環(huán)等模擬中具有明顯優(yōu)勢，在森林碳循環(huán)、碳源/匯動態(tài)的研究中已被廣泛采用。然而，由于模型本身的復(fù)雜性和不確定性、驅(qū)動數(shù)據(jù)的多樣性、遙感數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化以及適用于大尺度模擬的局限性，基于過程模型的城市綠地碳源/匯研究較少。

盡管有許多方法被用于監(jiān)測或估算城市綠地碳匯能力，但多數(shù)仍參照森林碳匯的計(jì)量監(jiān)測方法，缺乏專門針對城市綠地碳匯的監(jiān)測技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)。

而城市綠地相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)多集中于綠地分類、植物配置、養(yǎng)護(hù)管理及設(shè)計(jì)規(guī)范等方面，如《城市綠地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50420-2007）、《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T85-2017）、《城市綠地植物配置技術(shù)規(guī)范》（DB13/T2574-2017）、《城市綠地養(yǎng)護(hù)管理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（DB3301/T0286-2019）等。

與碳匯相關(guān)性較強(qiáng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多集中在林業(yè)領(lǐng)域，國際上主要有IPCC編制的《關(guān)于土地利用、土地利用變化和林業(yè)方面的優(yōu)良做法指南》，國內(nèi)主要有國家林業(yè)和草原局、自然資源部的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及上海、北京、黑龍江、山東、廣東、廣西的地方標(biāo)準(zhǔn)，如《林業(yè)碳匯計(jì)量監(jiān)測術(shù)語》（LY/T3253-2021）、《造林項(xiàng)目碳匯計(jì)量監(jiān)測指南》（LY/T2253-2014）、《林業(yè)碳匯計(jì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》（DB11/T953-2013）、《城市森林碳匯調(diào)查及數(shù)據(jù)采集技術(shù)規(guī)范》（DB31/T1232-2020）等。

對于如何準(zhǔn)確、定量估算城市綠地碳匯的總量、組分和分布，尚沒有制定統(tǒng)一有效的計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和實(shí)施范式。

上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院的張桂蓮團(tuán)隊(duì)提出了專門針對城市尺度的綠地碳匯計(jì)量監(jiān)測思路和框架，可以作為借鑒。

首先，根據(jù)中國城市綠地的內(nèi)涵、類型和結(jié)構(gòu)功能特征，結(jié)合城市綠地分類，進(jìn)行網(wǎng)格化布點(diǎn)，確定基于公園綠地、防護(hù)綠地、廣場用地、附屬綠地和區(qū)域綠地5大類型的抽樣面積及監(jiān)測樣地。

其次，對樣地組成進(jìn)行分類解譯與實(shí)地調(diào)查，主要分為喬木層、灌木層、地被層、土壤和水體5類，開展不同分層的碳庫調(diào)查與參數(shù)測定，構(gòu)建生物量關(guān)系模型。

最后，根據(jù)尺度轉(zhuǎn)換技術(shù)，獲得不同樣地、不同綠地類型的單位面積碳儲量，實(shí)現(xiàn)城市綠地碳儲量和碳匯量的估算。

城市綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮減排和增匯功能的重要載體。截至2020年，我國已建成城市綠地面積為331.2萬公頃。到2025年，全國城市建成區(qū)綠化覆蓋率將超過43%。

7月，國內(nèi)首個(gè)《城市綠地碳匯項(xiàng)目方法學(xué)》通過專家評審，該方法學(xué)填補(bǔ)了實(shí)施減排增匯技術(shù)的城市綠地碳匯項(xiàng)目方法學(xué)的空白，具有創(chuàng)新性和引領(lǐng)性，有望為市政園林行業(yè)構(gòu)建出全新的“碳匯”價(jià)值鏈，提高城市生態(tài)產(chǎn)品附加值。

上海等一些省區(qū)市的園林主管部門已經(jīng)開始著手挖掘城市綠地的碳匯價(jià)值，并啟動對城市綠地的碳儲量和碳匯量資源摸底調(diào)查。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部近日表示，今年將推動全國建設(shè)不少于1000個(gè)城市“口袋公園”，每個(gè)省、自治區(qū)、直轄市要力爭在年內(nèi)建成不少于40個(gè)“口袋公園”，新疆、西藏等地可結(jié)合實(shí)際確定建設(shè)計(jì)劃，從而為群眾提供更多方便可達(dá)、管理規(guī)范的公園綠化活動場地。

在對城市綠地碳匯的計(jì)量監(jiān)測的基礎(chǔ)上，如何合理布局，科學(xué)發(fā)展城市碳匯，實(shí)現(xiàn)綠地碳匯的高質(zhì)量發(fā)展，是當(dāng)前的重要命題。

1.林地

面對林地增量困境，提質(zhì)增效是實(shí)現(xiàn)林地增匯的有效途徑，需要通過加大森林撫育、修復(fù)退化林地，來提高城市森林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和碳匯水平。

結(jié)合實(shí)施疏伐、林相結(jié)構(gòu)調(diào)整等措施，提高林分質(zhì)量，確保森林健康生長，從群落結(jié)構(gòu)角度提升碳匯水平。

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對比選擇高碳匯能力樹種，闊葉樹的固碳能力普遍大于針葉樹種，如女貞、香樟、臭椿、楓楊等。

通過林地、生態(tài)廊道、郊野公園建設(shè)，改造現(xiàn)狀單一純林，采用近自然林群落模式，優(yōu)先使用鄉(xiāng)土樹種和地帶性樹種，重視珍貴樹種的應(yīng)用，按照喬、灌、草復(fù)層群落結(jié)構(gòu)配置，促使林下幼苗更新，誘導(dǎo)現(xiàn)有群落向復(fù)層-異齡-混交的群落模式發(fā)育，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少后期養(yǎng)護(hù)管理，進(jìn)而提高群落的碳密度。

2.公園綠地

對公園綠地植物群落開展人工干預(yù)和動態(tài)調(diào)控是存量綠地改造提升、實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益的重點(diǎn)，主要關(guān)注三點(diǎn)：一是中心城區(qū)綠地人工群落及自生植物物種組成、群落類型及多樣性特征；二是存量綠地植物群落最適密度的動態(tài)調(diào)控策略；三是可持續(xù)碳固存的種植設(shè)計(jì)指標(biāo)和適應(yīng)性種植設(shè)計(jì)策略。

研究表明，森林凋落物的分解對土壤碳庫有巨大的貢獻(xiàn)，直接或間接影響土壤碳庫有機(jī)碳的含量。公園綠地、防護(hù)綠地、區(qū)域綠地應(yīng)減少枯枝落葉等凋落物的清理。加大土壤修復(fù)力度，解決土壤鹽堿化、肥力低下、重金屬污染及農(nóng)業(yè)面源污染等問題，同時(shí)減少水土流失、土地退化面積，提高土壤碳匯水平。此外，還應(yīng)加強(qiáng)土壤碳匯監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，構(gòu)建土壤碳匯補(bǔ)償體系，依靠多種激勵(lì)政策推動實(shí)現(xiàn)碳中和愿景目標(biāo)。

3. 耕地

一是落實(shí)城市生態(tài)空間規(guī)劃，劃定永久基本農(nóng)田，保護(hù)耕地；二是通過干濕交替間歇灌溉、推廣節(jié)水抗旱品種實(shí)現(xiàn)節(jié)水，推行水稻種養(yǎng)模式，如稻蝦種植、稻魚種植；三是改變耕作方式，推行免耕、少耕或間作的方式，降低對土壤的翻耕侵蝕，同時(shí)鼓勵(lì)秸稈還田等生態(tài)施肥措施，使有機(jī)肥和無機(jī)肥合理搭配，培育土壤肥力，提高農(nóng)業(yè)碳匯水平。

4.濕地及水域

重點(diǎn)加強(qiáng)城市沿海灘涂濕地的保護(hù)和修復(fù)，科學(xué)合理適度圍墾，減少人類活動的干擾破壞，增加灘涂鹽沼如蘆葦、堿蓬、海三棱藨草等藍(lán)碳的比重；針對退化受損的海岸帶，采用人工干預(yù)及自然演替的生態(tài)工程手法，運(yùn)用潮汐調(diào)控、海灘養(yǎng)護(hù)、基底修復(fù)、生態(tài)岸線優(yōu)化等技術(shù)，提高碳匯水平。

嚴(yán)格控制入侵物種互花米草的規(guī)模，恢復(fù)健康的低潮海域、光灘、中高潮位鹽沼濕地的群落序列，恢復(fù)其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的完整性；加快制定藍(lán)碳監(jiān)測、評估的標(biāo)準(zhǔn)體系，出臺相關(guān)政策法規(guī)。

5.立體空間綠化

立體空間綠化可以降低建筑能耗強(qiáng)度，提高城市空間綠視率和綠化覆蓋率，緩解熱島效應(yīng)，增強(qiáng)碳匯水平。

增質(zhì)提效，提高碳匯水平是今后關(guān)注的重要方向。特別是保證新建公共建筑的屋頂綠化面積大于建筑占地面積的30%。同時(shí)重點(diǎn)關(guān)注“綠化、彩化、珍貴化、效益化”四化效益提升。

^{參考資料：}

^{1.張桂蓮,邢璐琪,張浪,仲啟鋮,易揚(yáng).城市綠地碳匯計(jì)量監(jiān)測方法研究進(jìn)展[J].園林,2022,39(1):4-949}

^{2.荊貝貝,杜安.上海城市綠色空間碳匯評估及提升策略[J].中國國土資源經(jīng)濟(jì),2022,35(4):64-72}