森林城市低碳发展机理与问题研究

孙云浩，程南洋，沈文星

(南京林业大学 经济管理学院，南京 210037)

1 引言

习近平主席在第七十五届联合国大会上宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，力争2030年前CO2排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。2020年中央经济工作会议将“开展大规模国土绿化行动，提升生态系统碳汇能力”作为“碳达峰、碳中和”的内容纳入了我国“十四五”开局之年的经济工作重点任务。

蒋有绪等从森林城市和低碳城市的关系方面进行阐述，认为建设森林城市是与低碳发展相辅相成的战略行动[1]。其中城市森林具有巨大的固碳减排潜力。Teo等人综合分析了全球城市森林固碳潜力，发现适合更新造林的土地面积为10.9±2.8百万hm2(占所有城市面积的17.6%)，这将每年抵消82.4±25.7百万t的CO2排放，并且在被分析的城市中，有 1 189 个城市有可能通过重新造林来抵消其城市碳排放的25%[2]。张颖等对北京城市森林碳汇潜力预测发现，通过扩大绿化覆盖率，2018—2030年北京年均碳汇量可达到147.84万t[3]。同时森林生态文化及绿色经济对森林城市低碳发展也有着积极影响。本文在梳理森林城市固碳减排影响机理的基础上，阐明城市森林网络对低碳发展的关键作用，并引出完善城市森林网络所面临的问题，进而提出解决措施。进一步发挥森林城市的固碳减排功能，顺应了碳中和背景下森林城市以降低碳浓度，减缓温室效应为主的发展趋势。

2 森林城市固碳减排作用机理

森林城市是指以森林植被为主的城市生态系统[4]。通过“让木成林，让林成网”的方式，实现山水路林相连通的城市生态整体，同时功能上不单突显景观效应，更强调森林生态系统的多效益发挥。在森林城市的发展中，城市森林网络对固碳减排发挥着关键作用，同时生态文化与绿色经济也在相互影响下促进碳排放的下降，具体如图1所示。

2.1 城市森林生态网络

城市森林网络是森林城市固碳减排的基础。提高市郊绿化覆盖率能发挥城市森林的直接固碳作用和间接减排作用。

树木通过其固碳机理将碳储存在它们的树干、根和枝。早在1993年Nowak等人对美国加州奥克兰市城市森林(21%树木覆盖率)的分析显示其城市树木碳储水平达到11 t/hm2[5]。随后在2002年根据美国10个城市的树木覆盖数据，估计美国城市树木储存了7亿t碳，年碳固存量为22.8 t[6]。2019年Ren等人针对城市森林的时空格局变化及其地上碳储量的研究也证明了丰富的森林网络带来的固碳量能抵消更多的城市碳排放[7]。城市湿地和公园的土壤储碳能力也相当可观，土壤中保留的有机质能直接吸收CO2转化为有机碳从而抵销碳排放。城市湿地公园的有机碳储量高于热带湿林和热带干林[8]。

城市森林网络间接减排作用。增加城市树冠覆盖，发挥降低空气污染物浓度和减少碳排放的协同作用。一项关于全球变暖指数的研究表明按100年计算每降低1单位的NO2相当于降低298单位的CO2[9]，Nowak对美国55个城市的研究发现，美国城市树木每年的空气污染(O3，PM10，NO2，SO2，CO)清除总量约为7.11×105t，空气净化总效应显著[10]，还可以调节城市温度，缓解城市热岛效应。提高城市绿化和增加隔离林带建设能够改变风速、阻挡太阳辐射以降低地表温度，树木也会将水蒸气蒸发到空气中，从而使空气降温[11]。同时也间接减少碳排放，北京城市绿地在夏季吸收的热量相当于每年减少电厂排放2.43×105t CO2[12]。城区地面停车场绿化，减少停放车辆排放的废气。城市森林生态廊道建设，加强廊道与节点的联系，可以拓展景观连接度，提高生物迁徙效率，进而保障了生物多样性[13]。而高生物多样性是保护地球氧循环、实现碳氧平衡的关键[14]。

2.2 森林生态文化与低碳理念

生态科普与森林城市主题宣传，建设生态科普场馆，开展“世界地球日”“湿地日”等宣传活动，可将生态理念融入到全民自然教育中。通过发放宣传资料、开展全名义务植树等多种方式让人们了解森林城市，通过碳汇、低碳行为等应对气候变化[15]，能激发广大市民建绿、爱绿、护绿意识，间接减少碳排放。

2.3 城市绿色经济发展

森林城市建设可以拉动绿色经济增长。李凯等人利用281个城市的面板数据评估了城市森林对经济发展的影响，研究表明城市森林建设可以显著提升地区经济，从而推动国家整体经济的良性发展[16]。在地区层面建立森林产业集群，依托环境规制下的市场激励机制，能够促进低碳产业发展。此外，生态环境改善可以吸引企业绿色投资，解决大量就业问题并带动高能耗产业转型。在个人层面，通过鼓励购买森林产品，推广绿色消费方式，使城市居民参与到森林城市低碳建设中来，降低空气污染与碳排放。

3 森林城市低碳建设模式

中国城市发展的结构和水平上存在显著差异[17]，因此，森林城市低碳建设模式各有特色。如表1所示。

表1 森林城市低碳建设模式分类

生态治理型建设模式。主要针对资源依赖和传统工业城市，这类城市产业结构以高耗能的第二产业为主，城市的人均碳排放与污染远高于全国平均水平。建设模式围绕城市森林网络对生态环境治理及其固碳减排作用开展。沈阳市曾被世界卫生组织列入全球十大重污染城市名单，2001年开始沈阳规划了“一带一山两环五楔”的森林网络布局，重视恢复城市生态的公益林建设[18]。截至到2017年沈阳市森林仅仅固碳释氧的生态价值就达到2.62亿元[19]，生态环境治理卓有成效。

产业支撑转型建设模式。主要针对具有独特地理、资源优势城市。建设模式以资源为依托，以低碳产业拉动绿色经济增长。张家界因旅游建市，拥有第一个国家森林公园，森林资源丰富。自2014年张家界市围绕“森林进城，兴林富民”的布局，培育绿色生态产业新业态，到2019年实现全市森林覆盖率70.99%，森林旅游综合收入366.5亿元，成就了张家界“绿水青山就是金山银山”的绿色发展[20]。

推动文明转型建设模式。主要针对人口规模大、经济发展水平高的城市。该类城市产业结构的低碳转型已基本完成，消费侧碳减排任务面临挑战较大，通过森林低碳文化，引导低碳消费和出行。杭州市的经济水平位居国内前列，在森林城市的建设中追求自然与人文相结合，把历史神韵、山水特色与生态文明融入其中，树立生态价值观[21]，延续经济发展与碳排放脱钩趋势，向着“生态文明大都市”迈进。

4 森林城市低碳发展中的问题与解决措施

城市森林网络在森林城市低碳发展中发挥着关键作用，各城市在更新造林面积、调整城市森林网络方面仍具有巨大潜力。而城市管理者为进一步扩大城市绿化率，提高城市森林质量(树木健康、年龄和物种多样性、种植位置)面临着许多问题，如城市空间有限[22]、管理不科学[23]等。同时，单一政府拨款的资金来源不足以给森林城市低碳发展提供资金支持，因此需要建立完善保障机制与解决措施。通过创新资金支持途径、智慧管理、垂直绿化等解决措施最大限度地发挥城市森林的固碳减排作用和生态效益，具体如图2所示。

图2 森林城市低碳发展问题与解决措施

4.1 资金支持

森林城市的建设是一项漫长的过程，维护已建设成果的成本也相当庞大。以政府为主体针对城市森林的生态补偿方式已经在中国多个城市积极展开，北京的生态林补偿从 1 607元/hm2到 2 051元/hm2不等[24]。多元化生态补偿标准，在协调多种生态效益中突出固碳减排功能，有利于高排放企业和其他经济活动主体参与到森林城市低碳建设之中。

美国城市木材废料每年的潜在价值在0.89～7.86亿美元，而凋落物营养价值估计为5.51亿美元。营造市场来利用城市树木的木材和树叶可以帮助增加管理收入，并可以创造生物质能源等环境产品[25]。

欧美等国家也在积极探索城市森林的碳信用与碳汇项目寻求资金来源，其收益相当可观。Nowak估计美国城市森林每年可吸收22.8 t，相当于通过出售碳抵消物获得的4.6亿美元收入[6]。一项涉及全美地方政府调查的结果指出：城市和市政当局具有将碳交易纳入其城市林业项目的技术和管理能力且城市森林碳汇项目符合质量标准。因此，可以把城市林业碳汇项目纳入森林城市的建设体系，这部分资金将为森林城市低碳发展带来活力。

4.2 城市森林物种多样化

增加乡土树种使用，营造健康的城市森林。乡土树种适应本地区的自然环境，拥有抗逆性强、耐寒耐旱性强、栽培成本低、易于管理养护等特点。可采用乡土树种，通过就近苗木栽培、种植来完成城市景观建设和城市绿化工作[26]。

树种组合多样化。一项多国生态学家数年研究的结论表明每增加一个树种，总碳储量增加6.4%，树种丰富度带来的碳库存变化的影响力为28.5%[27]。自然植被组合适合于城市环境、有益于人体身心健康，能够改善当地生物多样性和人类福祉。

遵循地带性原则，实现生物多样化。学者对中国257个城市森林的物种调查研究表明，在物种水平上存在 2 640 种木本植物分类群，其中乔木 1 671种，灌木743种，藤本植物226种[28]，城市森林的物种库和不同树种碳汇能力数据可以为特定地区植物组合的多样性，提高固碳减排作用提供帮助。

4.3 森林城市智慧管理

森林城市与智慧城市相结合是智慧管理的有效手段。借助遥感技术(如激光雷达、高光谱图像)，评估树冠、土地覆盖类型和单株树木的物种结构，进而通过城市植被固碳数据分析区域碳循环变化。同时环境工具ENVI-MET、CFD可研究绿地降温效应，I-TREE软件可以量化城市森林固碳能力[29]，芯片可用于标记树木和生物监测，以及“虚拟化绿色区域”。墨尔本的城市森林可视化地图于2017年完成，通过图像和图表来体现树木的寿命和多样性，提高了公民对树木管理的意识[30]。智慧管理的目标是将人与城市森林及其诸多效益联系起来，便于决策，揭示城市森林健康和可持续性。

4.4 垂直绿化与屋顶绿化

城市土地资源稀缺垂直绿化与屋顶绿化可以增加空间，提高绿化覆盖率，发挥固碳减排作用，如无锡市绿色屋顶的年碳减排为9.35 kg/m2、日本屋顶绿化固碳量约为2.5 kg/m2，认为其节能潜力和生态效益巨大，投资回报时间短，值得大面积推广[31]。在推广中除技术层面瓶颈外，建筑屋顶多样化气候条件，绿植选择、基底模块布局以及建筑物损坏风险等，这些都是我们未来要解决的问题。

5 展望

未来森林城市低碳发展应实现城市森林二维平面向三维垂直延伸，在空间层面拓宽绿化覆盖率。使用多年生木本植物和多样化植物组合，科学预防火灾及树木病虫害的发生，发挥其日积月累的固碳效果，提升城市森林质量。进而全面增加森林城市固碳减排能力。通过多元化资金来源实现城市森林网络，绿色经济，森林生态文化三位一体发展。在区域层面围绕森林低碳城市群建设促进区域碳中和。

森林城市低碳建设需要创新和激励、干预监测和评估。将科学与政策联系起来，依据每个城市特定环境因素，包括气候、地理、当地偏好和城市发展情况设定自己的目标。通过建立定量评价模型，找出绿化建设的薄弱环节，从而有针对性、有计划地实施建设项目。同时可以把城市按照社区，街区划分单元，模块化建设方案。

最后需要促进政府和私营企业之间的合作关系来实现一个城市的森林固碳减排目标，创建综合的、多管辖的城市区域森林资源规划。鼓励对国际森林城市发展进行交流学习与比较研究，探讨其共同特点和问题，以深化森林城市发展模式，为推动中国实现碳中和做出贡献。