碳中和目标下的风景园林规划设计策略

李倞 吴佳鸣 汪文清

近年来，极端气候状况频发，引起全球对气候变化问题的普遍关注[1-4]。中国“双碳”目标的提出[5]引发国内各行业的广泛回应，风景园林也不例外。归纳起来，风景园林应对气候变化主要包括2种方式[6]：一方面是提升城市韧性，增强城市对气候变化影响的适应能力；另一方面则是减少碳排放量和发挥碳汇功能，减缓全球气候变暖进程。在国家碳中和目标下，后者无疑将成为风景园林行业发展的新机遇。

风景园林在适应气候变化的规划设计领域已经开展了一定的研究[1,7-9]，但针对风景园林在减源、增汇方面的研究还相对较少。低碳园林是以往研究的主要内容，钟乐等[10]、赵彩君等[11]、王贞等[12]主要针对风景园林低碳营造的相关原则和实践开展研究；周慕云[13]、王迪生[14]、谢军飞等[15]主要借鉴林学相关方法对园林绿地碳汇和碳足迹计量进行初步探讨；玛莎·施瓦茨等[16]从宏观地理工程学视角对风景园林可采用的前沿探索性脱碳措施进行了介绍。总体而言，尚缺乏为实现碳中和目标，在风景园林实践中可以采用的措施和作用机理的系统研究。

通过检索，本研究以中文文献、英文文献、项目报告和设计案例作为研究数据源。中文文献在中国知网（CNKI）数据库以“主题=园林OR绿地AND（气候变化OR低碳OR碳汇OR碳中和）”为检索式进行检索，来源类别为所有学术期刊，检索时间跨度为2008—2021年，检索后对文献进行进一步筛选，剔除其中的非学术类文献，最终得到417篇相关文献；英文文献在Web of Science核心合集以“主题=Landscape OR parks OR garden OR green space AND（carbon neutrality OR carbon footprint OR carbon sequestration OR low carbon OR climate change）AND语言=英语”开展检索，检索时间跨度同上，剔除新闻、综合资讯等条目，最后经过人工筛选，剔除相关性不大的文献，共得到220篇文献。同时，综合Google浏览器搜索得到相关的30份项目报告和42个设计案例作为研究数据来源，对碳中和目标下的风景园林直接减源、增加碳汇和间接减源3方面功能开展研究（图1）。

图1 风景园林发挥“碳中和功能”的技术框架Technical framework for landscape architecture to perform the “carbon neutrality function”

1 园林绿地全生命周期的直接减源途径

在设计、建造和维护等阶段，需要针对园林绿地的全生命周期碳足迹采取措施，实现项目的长期节能减排（表1）。

表1 园林绿地直接减源策略Tab. 1 Strategies fo direct carbon source reduction through green space

1.1 设计阶段

设计应保障能源的高效利用。古代造园者提及的“相地合宜”“土方就地平衡”和“极尽自然之美，少费人事之功”在当今碳中和园林的建设中尤其适用。在建设中尊重场地原本地形地貌条件，能够有效提升资源利用率[3]。不同的设计要素具有不同的减源作用，通过被动式建筑设计实现通风采光[17-18]以及利用植被自身的绿化遮阴作用[19-20]和水体自身的降温增湿效能[21]，均能实现节能减排。此外，发展城市农业，借助可食用绿化和公共菜园等形式，能够减少食品运输产生的碳排放[11,22]。但需要注意的是，农业种植耗水量较大，在园林绿地中宜选择节水型的农作物和种植管理方式。

利用可再生能源也将促进直接减源。如太阳能热水、空气源热泵、地源热泵、风力涡轮机、太阳能电池[11]、生物能源[23]等技术应在风景园林中进行更广泛的示范和推广。此外，对可再生资源的循环利用，如多种类型的降水资源、城市中水等，能够减少对自来水供应的依赖[24]，有效减少碳排放[25]。在应用节约资源技术的同时，也需考虑清洁能源的负面影响，如生物质能源会降低部分农田的多样性，且生产过程需要消耗大量的水土资源[26]，导致额外的碳排。因此，设计师需要谨慎评估新能源的使用范围和可能带来的负面影响[27]。

在设计阶段，不论是新建项目还是更新改造项目，都应在前期确保设计的科学性和决策的合理性，避免因追求风格化和表面化，开展不必要的建设和更新[12]。利用碳足迹计算器增强风景园林在碳排、碳汇相关数据获取、可视化、定量分析等方面的能力[28]，能够帮助设计师精准决策。目前，应用较广的碳计算工具主要包括分析植物碳汇能力的i-Tree[29]、针对风景园林项目的Pathfinder[6]（图2）和以建筑为主体的东南大学东禾建筑碳排放计算分析软件[30]等。

图2 Pathfinder碳计算工具[6]Pathfinder Carbon Calculator[6]

1.2 建造阶段

园林绿地材料是建造阶段碳排放的重要影响因素，不同的建材、构造之间的碳排量有明显差异。使用场地本身的材料对减少碳排的影响十分显著。例如，卢旺达保护性农业研究学校在建造过程中的材料获取和加工均在当地完成，96%的材料在境内采购，使得整体项目的碳排放量低于全球标准的44%[31]。除此之外，选择低碳环保材料也十分重要。一方面可以通过使用高反射率的涂料和保温材料，以及叶片具有较高反射率的植物[32]，减少热量吸收，降低环境维持能耗；另一方面可以尽量选择木材、碎石、软性铺装等低碳环保材料。此外，新型的现代智能材料也具有诸多减碳优势，如光纤维智能混凝土，由骨料和玻璃纤维共同组成，可以吸收太阳能，减少混凝土建筑外部保温材料的使用[3]，减少室内环境维护的能耗；重型木结构可替代钢铁和混凝土，其生产过程利用的是可再生资源，具有较高的减排效益[16]。

对于物流和施工过程的减碳同样不容忽视。2020年中国移动源环境管理年报表明，我国交通运输行业二氧化碳排放量占道路交通排放量的84.1%，合理组织运输工具、减少运输过程扬尘、错峰分段运输将有效减少运输过程的碳排[33]。此外，在园林工程中，通过更合理的施工人员调配和各项工程流程的优化，同时采用模块化的建造单元[34]，能够提高建造效率，提高资源循环利用效率。

1.3 维护阶段

在维护减源方面，植物的移植、灌溉、施肥措施所产生的碳排放较大，其中灌溉导致的碳排最高[35]。绿地灌溉的主要碳排来自水车油耗，而非自来水[36]。因此，在维护过程中，宜使用节水措施，尽可能就近取水，并建议优先选择节水耐旱型的乡土植物，尽量减少化学肥料使用和不必要的移植[37]。另外，尽可能选择粗放的植物管理方式，这种方式不仅能够降低养护过程中的碳排，还能够提升植物群落的生物多样性，促进其稳定发展，提高植物碳汇能力[38]。此外，还可以建立智慧园林绿化综合监管平台（图3），优化管理流程，提高维护效率，减少碳排。例如，实时动态采集绿化管养人员和车辆的位置，对其进行合理调配；也可以运用物联网技术，在绿地中安装传感设备，动态获取绿地环境的指标数据，提高养护效率[39-40]。

图3 Cartegraph智能公园管理软件Cartegraph Park Management Software

2 提升园林绿地要素碳汇能力的途径

城市园林绿地可以通过光合作用将大气中的CO2吸收并固定在植被与土壤当中，主要包括植物碳汇、土壤碳汇和水体碳汇3种类型[41]（表2）。

表2 园林绿地碳汇提升策略Tab. 2 Strategies for carbon sink increase through green space

2.1 植物碳汇

生物多样性高的植物群落有益于提高自身碳汇[42]，同时也能提高土壤的碳汇能力。绿地面积、植物组成结构、竖向层次结构、群落密度等因素[43]都会影响植物碳汇。不同类型的植物碳汇能力差异较大[44]，设计中优先选择乡土植物，可获得更高的碳汇效率[45]，同时也能够减少维护成本[43]。通常情况下，乔木碳汇能力远高于灌木、草本和藤本；深根性植物的碳汇能力更强；幼中龄植物生长快，碳汇能力强，但达到成熟期后碳汇能力减弱。由此，打造复层-异龄-混交的立体植物群落[43]，并引导群落自然演替，将有效保障植物碳汇的稳定性[38,46]。例如，天津南翠屏公园通过塑造近自然的植物群落结构，植物群落的单位碳储量增加了近3倍[47]。

在植物利用方面，可以通过绿色屋顶、垂直绿化和增加地被植物等方式，实现减排增汇[38,48-49]。当植物死亡后，会释放大量的碳[50]，因此合理保留并利用植物废弃物，也将有效管理场地中的碳元素，如将其作为建材、生物炭[51]，或埋在小丘中[52]，都能够实现长期储碳。

需要注意的是，碳汇效益高的植物景观可能也会造成养护阶段的高碳排放，过于强调营造植物多样性[53]、高密度的植物景观[54]和立体绿化[55]等设计措施，会在一定程度上增加需水量和养护投入。同时，植物废弃物再利用的处理流程较复杂，可能会带来较高的碳排量[56]。

2.2 土壤碳汇

土壤碳储量高出植被碳储量数倍[57]，是园林绿地固碳的主要途径。然而目前较多的碳汇研究主要关注园林植物和水体[10-12,43]，土壤碳汇仍具有较大探索空间，需要引起更多的重视。

城市绿地建造时间的长短对土壤碳储量有较大的影响。一般来说，建造时间越长、群落郁闭度越高，林下土壤环境越有利于土壤碳储量增加[43]。提高土壤碳汇能力一方面需增加有机物的输入，另一方面需要降低土壤碳的分解[58]。前者可通过在土壤中添加生物炭[59]、垃圾污泥等城市废弃物、植物废弃物堆肥的方式，增加微生物固碳量。另外，还可以选择透水、透气性好的铺装材料促进碳元素进入土壤[60]。例如，华盛顿国家广场的草坪所用土壤选择了粗砂混合的方式，60%的砂石用于抵抗压实，40%的有机物用于维持草皮健康生长[61]，有效提升了土壤和植物的碳汇能力。此外，还可以通过人为恢复红树林湿地[62]、草地、森林[63]等生态系统，以及增加地被植物等方法，减少土壤有机质的分解和流失，保存土壤碳储量。

除此之外，土壤碳汇能力也受到植被类型的影响。研究表明，农田中适当的绿篱景观能够有效保护土壤碳储量[64]。混植多年生草本也能提高土壤碳储量，暖季型草和豆类植物的加入可以使土壤的固碳效益增加193%和522%[65]。同时，园林绿地还可以作为固碳装置和固碳措施的承载空间。例如，在园林绿地中安装直接空气碳捕获装置，将空气中的CO2泵入地下岩层，经过化学转化，完成长期固碳；还可以在土壤中增加硅酸盐岩石材料（如橄榄石或菱锰矿），这些岩石材料在遇水时可与CO2发生反应，捕获CO2，加速自然风化固碳进程[16]（图4）。

2.3 水体碳汇

由于矿物质会造成水体富营养化，影响碳汇能力，保持水体清洁是碳汇的基本条件[60]。生物滞留池、透水铺装、浅沟[66]、初雨弃流池[67]等收集方式能够防止雨水被污染，提升水体碳汇能力。健康水生境营造对水体碳汇来说更有意义。改善水下土壤、水生植物和浮游生物、岸线的生态功能，都能够提高水中及岸边带的生物多样性并且清洁水体[60]。此外，湿地具有较高的碳汇价值[68]，湿地中的水体、植物、土壤均会影响其碳汇能力[69]。其中，雨水花园作为一种特殊的人工湿地类型，其固碳量几乎可以全部抵消其建造过程中的碳足迹[70]，应用价值高。需要注意的是，宜谨慎选择湿地花园的应用地点[71]，并妥善处理其中的水生杂草和池底淤泥，否则碳汇效益将被减弱[72]。

3 提升园林绿地间接减源作用的途径

园林绿地除了可以发挥直接的减源和碳汇功能以外，还可以发挥一系列间接减源的功能（表3），后者的效益巨大，但在相关研究和实践中往往被忽视。

表3 园林绿地间接减源策略Tab. 3 Strategies for indirect carbon source reduction through green space

3.1 强化低碳活动宣传与政策扶持

园林绿地作为改变居民生活方式的重要媒介，可以发挥出一系列社会引导效益，让更广泛的城市居民投入减碳行动。值得注意的是，居民的低碳意识才是缓解气候问题的关键。参与式设计能有效减少人员和建设、维护的碳足迹，还有助于激发社区参与度，构建具有生产力的社区，从而实现社区的自我服务，甚至服务其他社区[73]。结合园林绿地开展多元、直观和有吸引力的展览宣传，能有效帮助构建低碳社会[74-75]。例如，天津低碳创意花园展，通过举办以低碳创意生活为主题的展览，利用废弃材料实现园内7个节点的低碳化更新。节点更新后的平均减碳量达53%[47]，同时扩大了低碳理念的影响力和传播力[76]。此外，还可以建设低碳主题公园，建立公园低碳行为体系，创造更生动的科普体验。例如，北京温榆河公园纳入低碳行为地图，结合特色景点，让公众收集“碳积分”并用于兑换园内服务，以达到科普宣传目的[77]。

当前，“双碳”目标下的园林绿地建设政策、规划设计、标准和奖惩制度都不够严谨和完善，导致效能不确定性增加。加强碳中和目标下的风景园林的政策研究，为中国碳中和园林的建设提供充足的保障，已经成为未来重要趋势。国外已经较早地展开了相关研究，如通过共同制定城市绿色基础设施计划来保障园林绿地碳汇能力，建立全国统一的城市绿色基础设施指南，设立国家城市绿色基础设施的相关基金等[78-79]。

3.2 完善城市绿地系统布局，构建低碳城市

将低碳理念引入规划阶段，开展以生态绿地空间为本位的低碳规划[80]，构建绿地与城市结构紧密融合的紧凑型城市。在慢行城市设计中可以构建完善的绿道系统，让绿地更好地发挥碳汇功能，同时促进微生物等生物流实现迁徙和能量交换[81]，还可以通过增设口袋公园，重新分配街道中的步行、骑行和社交活动的空间，活化城市街道标识系统等措施来提升慢行质量，优化慢行路线的可识别性、渗透性和安全性以提升慢行出行率，从而达到降低居民出行碳排放的目标。

构建碳中和理念的城市绿地系统需要对各种绿地进行合理规划。有利于空气流动的绿地系统布局，可以有效改善微气候，降低城市环境维持的能耗[2]。合理的绿地系统在白天能够利用盛行风向促进空气流通，在夜晚能够利用城市中流动的冷空气驱散积累的热量。此外，由于街旁绿地、公园绿地、道路绿地在不同条件下碳汇效益存在差异，设计师需要合理安排不同绿地的布局和连接关系，从而发挥更显著的碳汇功能[82]。在公园绿地的规划中应依据居民的出行行为和意向，使公园布局与出行意向相契合，提升低碳游憩出行率。在规划过程中，增加社区公园服务覆盖范围，对优化统筹绿地系统布局，强化碳汇效益有很大帮助[83]。

3.3 调节城市微气候，鼓励户外低碳生活

良好的微气候能够降低环境的能源消耗，增强户外环境吸引力，在间接减碳上发挥出特色优势[84-85]。公园的选址、朝向、铺装、水面和植物配置等情况都对绿地微气候有不同程度的影响[86-88]。在具体设计时，可以利用一定程度的绿化遮阴来降低地表热辐射吸收[89-91]。不仅如此，还可以引入多种水景装置，如池塘、喷泉、景观雾等，并调节乔木覆盖率、开敞空间数量和新增水面率等改善微气候，提高热舒适性[92]。与此同时，在一些服务半径较小的绿地中增设户外纳凉设施，为居民就近提供舒适便捷的户外休息空间。这些措施都能够鼓励居民参与户外活动，降低室内环境维护所产生的碳排。例如，美国得克萨斯州圣丹斯广场的沃思堡之心[93]，通过使用可调节的遮阳伞，有效地降低了中午的路面温度，而在凉爽的天气里，让阳光充分温暖地面，对周边居民产生了巨大的吸引力。

4 结语

通过对目前相关研究成果、研究报告和实践案例的系统梳理，本研究提出了园林绿地发挥“碳中和功能”55项主要技术措施和作用机理。由于规划设计策略属于基本的减源、增汇技术措施，设计师需要根据不同的设计条件进行创造性地使用，也可将不同措施叠加运用，实现更综合的碳中和效益。此外，不同的技术方法在不同的气候条件下产生的效能会存在显著差异，需根据实际情况选择具体措施。同时，也需要谨慎评估不同措施的负面影响，适度地进行应用。

随着碳中和研究的不断深入，相关学科研究成果将为风景园林实践提供更广泛和先进的技术支撑，规划设计策略也将得到进一步扩展。风景园林尤其应当发挥自身优势，将公园绿地作为先进技术展示和综合示范的平台，开发多类型的碳汇测量估算方法，并结合本土数据测量建立碳汇数据库，完成园林绿地监测和评估，开展更加精细化的减源、增汇技术措施研究，成为城市碳中和能力提升的空间载体和社会低碳生活引导的催化剂。