基于低碳理念的景观全生命周期碳源和碳汇量化探究——以天津仕林苑居住区为例

冀媛媛 (意)罗杰威 王 婷 梁雪阳

1 景观全生命周期碳源和碳汇的相关概念及研究

1.1 景观全生命周期

全生命周期评估是在产品的生产过程中，从原料的取得、制造、使用与废弃等阶段，评估其产生的环境冲击[1]。全生命周期评估自1990年起就已经被用于建筑部门，并且成为评价建筑环境影响的一种重要工具[2]。景观营造作为人类重要的建造活动，与建筑建造具有相似性。参照建筑的建造活动，可以将景观全生命周期分为景观材料的生产、建造、日常使用和维护及废弃拆除4个阶段[3-5]。

1.2 景观全生命周期的碳源

联合国气候变化框架公约指出，碳源是指向大气中排放温室气体或者有排放温室气体前兆的过程或活动[6]。在景观全生命周期的范畴内，景观中碳源主要包含景观材料生产、建造、日常使用维护和更新及拆除4个阶段。

1.3 景观全生命周期的碳汇

碳汇是指移除大气中温室气体的任一过程、活动或机制[6]。在景观全生命周期的范畴内，景观中的碳汇主要来源于景观绿色植物固碳、利用废弃材料和再生能源等活动产生的碳汇。

2 景观的全生命周期碳源和碳汇的量化比较模型

2.1 景观全生命周期碳源量化计算模型

1)研究范畴与内容。

研究的内容上，采用简化的生命周期评估方法，主要以景观材料生产、建造、日常使用维护、更新及拆除4个阶段的碳排放量作为研究对象。景观设计、人员施工和植物前期养护等方面所产生的碳排放，不在研究范畴内，暂且忽略不计。

2)碳源量化计算模型。

景观全生命周期中的碳源CCO2＝景观材料生产Cm＋景观建造Cc＋景观日常使用维护Co＋景观更新及拆除Cd，即：

CCO2＝Cm＋Cc＋Co＋Cd

式中，Cm代表景观材料CO2排放量；Cc代表景观建造过程及材料运输中的CO2排放量；Co代表景观日常维护阶段的碳源；Cd代表景观更新和拆除阶段的碳源。

2.2 景观全生命周期碳汇量化计算模型

1)研究范畴与内容。

关于景观全生命周期中碳源的计算，其全生命周期研究时间段可以借鉴景观中植物的生命周期年限50年作为研究界限[7]。

2)碳汇量化计算模型。

景观全生命周期中的碳汇CSCO2＝景观绿色植物的碳汇Cs1＋景观间接碳汇Cs2

即：CSCO2＝Cs1＋Cs2

式中，Cs1代表景观中植物的直接碳汇；Cs2代表景观中其他元素的间接碳汇。

2.3 景观的全生命周期碳源和碳汇的量化比较

根据上述关于碳源和碳汇的计算模型，在景观50年全生命周期中，碳源和碳汇的差额代表该景观中的碳收支平衡状况，是检验景观生态性的一个重要指标。如果景观在其全生命周期内，碳源多于碳汇，那么说明建成后的景观在某种程度上对生态环境造成了影响。因此，景观全生命周期中碳源和碳汇的收支平衡状况，即CCO2＜CSCO2是低碳景观营造的重要检验标准。

3 景观全生命周期碳源和碳汇量化实例研究

3.1 天津仕林苑居住区基本概况

天津仕林苑小区位于梅江东、地铁一号线双林站旁，项目所处区域周边交通路网发达，生活便利。仕林苑高层景观区景观面积为20 256m2，其中硬质景观面积为7 874m2，软质景观面积为12 382m2。

3.2 天津仕林苑居住区碳源

在针对仕林苑居住区的研究中，根据前文所述景观碳源量化计算模型，碳源主要来源于景观材料生产、建造、日常使用维护和更新及拆除阶段。

3.2.1 景观材料阶段的碳源

景观材料产生的碳源是景观全生命周期碳源的主要来源。景观材料的碳排放主要包含材料的提取，以及在工厂中制造、加工和组立等生产过程。仕林苑居住区中的景观材料主要用于硬质铺装及景观小品的构造，居住区主要使用建材11种，根据相关的统计数据和计算公式，最终得出该小区景观材料CO2排放总量为1 156t，表1为该小区景观材料使用列表及CO2总排放量。

表1 仕林苑居住区景观材料产生的碳排放

表2 仕林苑居住区植物材料运输产生的碳排放

表3 仕林苑居住区景观材料运输产生的碳排放

3.2.2 景观建造阶段的碳源

按照景观建造的不同阶段，碳排放的来源主要包含2个部分：一部分为景观建造过程中所有景观材料运输过程产生的碳源，包含景观中的各种植物材料和建造材料；另一部分为建造过程中施工机械所产生的碳源。

1)景观材料运输产生的碳源。

(1)植物材料运输产生的碳源。

仕林苑小区高层区中应用的植物材料均从蓟县苗圃运输。按照《重卡功率升级的经济驱动因素及环境影响因素》中分析的调研报告[10]，在苗木运输中，12m车长的卡车百公里油耗设定为40.00L，8m车长的卡车百公里油耗设定为34.00L。同时，在大乔木的装车和卸车过程中，乔木胸径在15cm左右，需要使用汽车式起重机，汽车式起重机在调研中的平均油耗为23L/h[11]，按照后文中在计算植物固碳时汇总的植物苗木表，将植物材料运输中产生的这两部分碳源进行汇总(表2)。

(2)建筑材料运输产生的碳源。

仕林苑小区高层区建造中所用建筑材料，一部分来自山东，一部分来自天津市周边。在材料运输中，混凝土、白灰、水泥砂浆、碎石和沥青混凝土采买自天津市周边区域，主要的石材等采买自山东地区。运送卡车的百公里油耗参照上文中关于重卡的3种油耗分类数据，各种材料的运输量以实际调研数据为主。将主要建筑材料运输量的碳排放量总结如表3所示。

2)景观建造产生的碳源。

仕林苑小区建造施工过程中产生的碳排放主要为使用机械设备产生的CO2排放，在统计过程中，一些手动的机械或能耗数量小的机械没有在统计范围内，计算结果如表4所示。

3.2.3 景观维护的碳源

景观日常维护阶段的碳源，一部分来自景观中各种设施使用过程中的电力和化石能源，如景观中的路灯、动态水景和电瓶车等消耗的能源；另一部分来自景观中绿地的养护与管理，如植物的修剪、灌溉和施肥等方面。因此，仕林苑景观的维护一部分为各种设施使用过程中的电力和化石能源所产生的CO2；另一部分为景观中绿地养护与管理产生的CO2。

1)居住区景观植物养护碳排放。

表4 仕林苑居住区施工所用主要机械产生的碳排放

表5 仕林苑居住区养护能源消耗CO2排放表

表6 仕林苑居住区灯具CO2排放表

表7 仕林苑居住区景观更新阶段碳排放

在实际调研中，采访了仕林苑小区高层区的相关负责人，将其植物养护中消耗的能源进行列表(表5)。

2)居住区各种设施使用过程的碳排放。

仕林苑中植物的养护所产生的碳排放是其景观使用维护阶段的一部分，还有一部分来自各种设施使用过程中的电力和化石能源的消耗，如景观中的路灯、动态水景和电瓶车消耗等。在仕林苑高层居住区中，主要能源消耗为居住区中的路灯和动态水景，路灯的开放时间为夏季20：00—7：00，冬季17：00—7：00，按照华北电网给出的1kW/h电力的CO2排放系数为0.780 2kg，即780.2g/(kW·h)[14]，居住区中各种灯具的能耗计算结果见表6。

3.2.4 景观更新和拆除的碳源

该居住区为新建小区，景观拆除阶段的碳排放值不在此次研究范畴内。参照万科物业管理部门关于其他小区景观更新的经验及相关数据，仕林苑的景观更新为5年一次，景观更新主要包括更新部分破坏的铺装及没有成活的乔灌木。因此，景观更新的碳源来自更新材料本身的碳排放和材料运输过程中产生的碳排放，仕林苑更新中的CO2排放量估算如表7所示。

3.3 仕林苑居住区景观全生命周期中的碳汇

植物的碳汇是居住区景观中碳汇的主要来源，在计算这一部分碳汇时，借鉴中国学者陈自新等提出的不同单位叶面积计算方程和单位叶面积CO2吸收量[15]，对居住区的植物碳汇量进行概算。通过计算，仕林苑居住区一年的植物固碳量为55 622.00kg，约为55.62t(表8)。

4 景观全生命周期碳源和碳汇量化实例比较

4.1 居住区景观不同年限中各阶段碳源构成分析

上文对仕林苑居住区景观各个阶段的碳源进行了计算，景观材料的碳源为1 156 188.00kg，景观施工建造的碳源为91 210.80kg，景观维护阶段的碳源为14 976.28kg，景观更新阶段的碳源为10 063.00kg。在上述各个阶段中，景观材料阶段碳排放占有重要比重，景观维护和更新阶段的碳源并不是一次碳源，随着居住区年限的增长，其数量也在不断增加。基于植物的生长年标准，将居住区景观全生命周期设置为50年。

通过计算，在景观全生命周期达到50年时，景观中的CO2的排放量为2 096 828.00kg，景观材料的碳排放量为1 156 118.00kg，仍接近于景观全生命中总碳排放量的55%。而随着景观使用年限的增长，景观维护中的碳排放量也在不断增加，在50年时的排放量为748 814.00kg，占全生命周期中总碳排放量的35.7%。景观建造和景观更新阶段的碳排放量相对较少，因此，景观材料和景观维护中的碳源是景观能否达到低碳的关键环节。

表8 天津仕林苑居住区主要苗木碳汇量

4.2 居住区景观全生命周期碳源和碳汇比较分析

仕林苑居住区中的碳汇主要来源于植物，固碳量为55 622.00kg/年，居住区中的碳源在不同的使用年限下有所不同。因此，我们将不同使用年限下的居住区景观的碳源和碳汇进行比较(图1)。

通过上述比较可以看出，仕林苑居住区景观的碳源和碳汇在使用前20年中，居住区景观建设及维护中的碳源量大于植物的固碳量，当到了第30年使用年限时，植物的固碳量基本与碳排放量相互平衡，在第50年的使用年限中，植物固碳量超过碳排放量，固碳量为684t，居住区景观的生态效益呈现为正向的生态效益。

5 居住区景观减少碳源和增加碳汇的可行性分析

5.1 居住区景观减少碳源可行性分析

根据实际调研，居住区景观碳源主要来自景观材料和景观维护中的碳源，而景观建造和更新阶段的碳排量在全生命周期中所占的比例很小。因此，在减少居住区景观碳源的可行性分析方面，主要从景观材料和景观维护2个方面进行分析。

5.1.1 减少居住区景观材料碳源可行性分析

1)在《新加坡公园评价标准》《可持续的基址倡议》等相关景观材料标准中[16-17]，都提到了景观材料中应有20%～30%可以再次回收利用的成分。景观材料的回收再利用是降低景观材料碳排放的重要途径。在仕林苑居住区材料中，如果材料都含有25%可再次回收利用的成分，整体材料的碳排放将减少289 047.00kg。

2)在选择材料时，应了解相关材料的碳排放因子，尽可能地选择生产工艺较高、碳排放较低的材料。如同种水泥产品，新型生产方式和传统生产方式的碳排放量差距最大可以到50%[18]。

3)选择当地建筑材料，材料为当地生产，可减少运输中的距离，从而减少建造过程中的碳排放。

5.1.2 减少居住区景观维护的碳源可行性分析

1)该居住区原有的灌溉方式为漫灌。在其他管理不变的情况下，节水的灌溉方式比普通漫灌节水52%[19]。居住区绿化灌溉用水全年的消耗量为9 905t，根据水的CO2排放量，将产生2 971.50kgCO2。在改变灌溉方式后，将节约5 150t用水量，减少CO2排放量为1 545.00kg。

2)居住区中的照明设施为日常维护中碳源的主要来源，改变原有大功率的照明设施为Led光源5W的照明设施，相比原来的照明方式节约电能为70%。耗电量由原有的13 056度变为2 651度，同时，碳排放由10 184.00kg变为2 068.00kg。

3)减少化肥使用量，将落叶等生物废弃物进行回收，经过处理，可以变成土壤改良剂和绿化有机肥，从而减少肥料使用量，也减少生物垃圾外运量。在其他管理不变的情况下，通过调研，肥料的使用量将减少30%。

5.2 居住区景观增加碳汇可行性分析

居住区碳汇的增加量主要来自居住区所种植植物的固碳，在植物固碳方面，植物的固碳量与植物的胸径、冠幅及种类有密切关系，在同样条件下，应选择固碳量强的植物为骨干树种。另外，在仕林苑居住区中，增加多年生草本植物来代替原有的草坪，也是增加固碳量的方法，因为草坪本身固碳量较低，而且需要经常修剪，固碳量可以忽略不计。而地被植物和多年生草本植物不用修剪，且固碳量也比草坪要高，例如我国学者针对草本植物鸢尾研究发现，其每平方米土地的固碳量为26.05g/(m2·d)[20]。

6 结语

居住区绿地是城市绿地的重要组成部分，与人们的生活密切相关。在传统的认知下，所有的景观建设都是正向的活动，会立刻产生积极的生态效应，而不会对环境造成负担。但是景观建设如同其他人类活动一样，在其全生命周期中也会产生大量的CO2。研究以天津仕林苑居住区为例，通过对景观中全生命周期的碳源和碳汇进行比较研究，得到居住区景观在建设初期存在碳源和碳汇不平衡的结果，而景观材料阶段和景观维护阶段的碳源是居住区碳源的主要来源。因此，在居住区景观建设中，如何减少碳源量，使居住区能够发挥最大的生态效益，是低碳景观建设的关键。

图1 居住区景观全生命周期碳源碳汇比较(作者绘)