城市蓝绿空间的碳汇研究热点与趋势分析

武静 蒋卓利 吴晓露

21世纪以来，随着经济快速发展，中国已成为世界上碳排放量最大的国家[1]，2012年，中国的年碳排放量已超过美国、欧盟国家和英国的总和。2019年，中国的年碳排放量占全球年碳排放量的28%[2-4]。2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会上提出中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中”[5]。事实上，中国城市的碳排量占全国总碳排量的85%，截至2020年10月，中国仍有86.3%的城市碳排放量在持续增加，城市碳排放问题已成为目前中国亟待解决的重大问题[6-7]。

1992年，《联合国气候变化框架公约》（United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC）首 次 定 义 碳 汇（carbon sink）[8]：从大气中清除CO2的过程、活动或机制，即各种载体（森林、植被、水体、土壤、湿地等）通过其生态原理，吸收、储存和固定CO2的过程、活动或机制，当其固碳量大于排放量时，该过程称为碳汇[9-10]。城市蓝绿空间（urban blue-green space, UBGS）是一个由自然和半自然区域组成的战略性生态规划网络，通常包括城市水域和植被，是城市绿地（森林、城市公园、居住区绿地等）和城市水体（河流、湖泊、湿地、小溪等）的统称[11]，为城市范围内提供广泛的生态系统服务[12-13]。中国自然资源部于2019年在《自然资源部关于全面开展国土空间规划工作的通知》（自然资发[2019] 87号）中提出市级国土空间规划的审查要点中包含“城市开发边界内，城市结构性绿地、水体等开敞空间的控制范围和均衡分布要求”，也从城市规划层面定义了城市蓝绿空间[14]。近年的研究表明，蓝色空间是巨大碳库，尤其是湿地、河流、湖泊和沼泽等，其中湿地虽仅占全球陆地表面的5%～8%，但其土壤碳储量占全球陆地土壤碳储量的20%～30%[15-16]；绿色空间则是碳汇量最大的贡献者[17]，其产生的碳汇可以抵消28%～37%的CO2排放量[18-19]，对实现碳中和具有不可忽视的促进作用。作为城市中稀缺的自然资源，城市蓝绿空间被认为具有突出碳汇潜力，并能增加城市碳汇效能，能在城市碳减排中发挥重要作用[20]。

综上，城市蓝绿空间对城市增汇减排具有显著现实意义与实践价值，但目前关于城市蓝绿空间的碳汇效能尚待进一步挖掘与研究。目前关于城市蓝绿空间的研究主要以关注其可达性[21]、公平性[22]、健康效应[23]、气候调节能力[24]为主，聚焦城市蓝绿空间的碳汇效能的研究则较少，且相关研究多将蓝色空间、绿色空间作为独立对象开展研究，缺乏对城市蓝绿空间作为碳汇系统进行综合统筹的研究[10,25]。因此，尽早探明国内外城市蓝绿空间碳汇研究的现状和局限，提升城市蓝绿空间的增汇减排能力是亟待开展的重要研究问题。笔者系统梳理并总结中外文城市蓝绿空间的碳汇研究在发文量变化、合作网络方面的特征以及研究内容，探讨其研究的热点与趋势，以期为未来中国实现“双碳”目标提供理论支撑和现实依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

笔者选取中国知网（CNKI）与Web of Science数据库检索中外文期刊相关文献。中文期刊文献数据来源于文献覆盖率最高的中国知网的中国学术期刊网络出版总库，以“城市蓝绿空间”“城市蓝色空间”“城市绿色空间”“城市绿地”和“碳汇”为主题词；以“碳汇”首次被定义的年份作为时间起点，选取“1992—2021年”为文献发表时间进行初步检索；文献类型限定为“学术期刊”，共检索到74篇期刊文献。进一步扩展城市蓝绿空间的典型类型作为替换词，包括“公园”“河流”“湖泊”“湿地”“森林”[25-27]，并增加限定词“城市”进行检索，同时选取“碳汇”研究所主要包含的“固碳”和“碳储存”作为扩展主题词[28-29]，进行精确检索，共检索到581篇文献，通过逐条阅读，人工剔除卷首语、新闻报道、会议资讯等不相关条目，最终确定中文文献373篇。

外文文献数据来源于Web of Science核心数据库，为使研究结果具有可比性，选取与中国知网文献库相同的检索方式，以“urban blue-green space”“urban green space”“urban blue space”和“carbon sink”“carbon sequestration”“carbon storage”作 为 主 题词，采用与中文文献检索同样的方式拓展代表城市蓝绿空间的主题词“park”“river”“lake”“wetland”“forests”，同样增加限定词“urban”“cities”“city”，文献类型以“article”作为筛选条件，语言仅限英文，文献发表时间选取“1992—2021年”，共检索到812篇文献，对检索结果逐条阅读，整理并删除不相关条目，最终获取外文文献421篇。

1.2 研究方法

本研究采用文献计量方法，运用CiteSpace 5.8 R3版本软件与文献计量在线分析平台对中外文期刊中关于城市蓝绿空间碳汇研究的文献进行可视化分析[30]，在CiteSpace软件中设置时间跨度为1992—2021年，主要运用关键词共现、机构共现、关键词聚类及关键词时间线可视化等功能，生成可视化图谱，进而深入发掘中外文文献城市蓝绿空间的碳汇研究概况、研究热点及其发展趋势。

2 研究概况

2.1 发文量逐步增长

1）中文文献发文量趋势。1992—2009年，中文文献中关于城市蓝绿空间碳汇领域的研究逐渐起步，但整体年发文量较低，均在10篇以下。2010年，该领域中文文献的年发文量猛增至2009年的3.4倍，并于2011年达到第一个峰值。2012—2021年，相关中文文献年发文量呈波动变化，年均发文量28篇（图1）。

1 1992—2021年城市蓝绿空间的碳汇研究发文量对比图（统计时间：2022年9月20日）Comparison of the numbers of published papers regarding the research on carbon sink of urban blue-green space from 1992 to 2021 (statistics time: September 20, 2022)

2）外文文献发文量趋势。城市蓝绿空间碳汇研究的外文文献年发文量总体呈现逐年稳定上升的趋势。1992—2011年，外文文献年发文量逐年递增，但年均发文量仅2.5篇。2011—2020年，该领域年发文量迅速增长，年均发文量为31篇，虽然相较2014年，2015年的发文量下降了16.7%，但2016年发文量增至2015年的1.5倍，反超中文文献2016年发文量，2021年年发文量增至91篇，达到了峰值，是中文文献年发文量的2.8倍。

总体来看，城市蓝绿空间碳汇研究的中外文文献数量都呈现增长态势，其中外文文献年发文量增长趋势明显且较稳定；中文文献年发文量则呈现前期增长迅猛、后期波动变化的状态。

2.2 中国机构在国际合作网络中表现突出

国际层面上，中国在该领域合作网络中表现突出。目前，已逐步形成以中国和美国为核心的国家合作网络（图2）。在此背景下，中国科学院和美国林业局在国际机构合作网络中占据核心地位，且中国科学院的中心性是美国林业局的2倍多（表1）。其中中国科学院的研究以城市蓝绿空间碳汇的驱动因素为主要议题，美国林业局则重点关注城市森林和植被的碳储存量评估、变化及预测。

2 城市蓝绿空间的碳汇研究的国家合作网络图谱（统计时间：2022年9月20日）Map of international cooperation network regarding the research on carbon sink of urban blue-green space(statistics time: September 20, 2022)

表1 城市蓝绿空间的碳汇研究发文量前五的科研机构Tab. 1 Top 5 scientific research institutions in the number of published papers regarding the research on carbon sink of urban blue-green space

3 研究热点与趋势

3.1 研究热点分析

从城市蓝绿空间碳汇研究相关文献的关键词共现分析，可以看出该领域的研究热点与前沿[30]。本研究使用CiteSpace软件进行关键词可视化分析，参数选取时间切片长度为1，以LLR算法进行聚类计算，分别获得中外文文献关键词聚类的前10位，再对关键词聚类进一步整合，中文文献关键词聚类形成低碳城市、城市绿地碳汇和碳汇效益3个热点集群，外文文献关键词聚类形成碳汇量估算、碳汇管理和碳汇影响机制3个热点集群（表2）。

表2 中外文文献关键词聚类分类表Tab. 2 Keywords clustering and classification of Chinese and foreign-language literature

3.1.1 中文文献研究热点分析

1）低碳城市。在低碳城市相关理念及规划引导下，从城市规划学和风景园林学的角度切入，低碳城市热点集群的研究内容以低碳园林营造、低碳环境建设、城市空间布局等低碳城市建设策略与评价的定性研究为主[31-32]，相对欠缺对实测碳汇效能的定量研究。在研究尺度上，不仅囊括宏观尺度的低碳城市规划，例如城市绿地系统优化[33]、绿道网络构建[34]、湿地生态系统调控[35]等，同时也聚焦于中微观尺度的低碳园林设计，如景观植物配置[36]和城市开放空间设计[37]等。

2）城市绿地碳汇。城市蓝绿空间碳汇的研究对象及涵盖范围主要聚焦于城市绿地和城市森林。城市绿地碳汇的传统估算方法主要有样地勘测法、同化量法、微气象学法等[38]，随着“3S”技术的不断发展与广泛运用，学者 们 运 用GIS技 术[39]与CITYgreen模 型[40]、iTree模型和InVEST[38]模型等构建多样碳汇量估算方法，进而从绿地空间布局[41]、绿地系统结构[42]及绿地植被配置[43]等方面提出多尺度的优化策略和规划指导方针。

3）碳汇效益。该热点集群表明城市蓝绿空间碳汇的相关研究多聚焦于城市蓝绿空间增汇减碳、固碳释氧及碳储存等碳汇效益。学者们多运用实地调研法、数学模型预测等方法来量化城市蓝色空间及绿色空间的碳储量，探究其固碳释氧潜力和生态效益评估机制[35,44-45]。仅少部分学者关注到城市蓝绿空间耦合效应并开展碳汇相关研究。研究尺度从城市、城市辐射区逐渐扩大到国土尺度[46-48]，更具有广泛的现实意义。

3.1.2 外文文献研究热点分析

1）碳汇量估算。随着研究数据和方法日益的多元化和先进化，生态学、资源环境科学和城乡规划学等多学科交叉特征显著，探索多样数据和方法来测量生物量并估算城市蓝绿空间的碳汇量成为外文文献的研究热点。学者们多以生物量回归方程结合iTree模型[49]、NPP数据[50]、GIS数据[51]和地面激光扫描（terrestrial laser scanning, TLS）数据[52]等，从宏观尺度上估算全球、国家及省市等不同范围内的城市蓝绿空间碳储量；从中微观尺度上量化城市蓝绿空间内微生物群落的全生命周期生物量[53-54]，进而优化城市蓝绿空间布局和指导规划发展方向。

2）碳汇管理。基于现实需求和政策导向的双重驱动，城市的碳汇管理研究受到广泛关注。通过有效的森林管理是提升森林碳储存的重要手段，学者提出多种管理策略来提高城市森林的碳储量，例如在退化和废弃的土地上植树造林[55]、促进生物多样性[56]、构建绿色基础设施设计框架[57]等。在研究方法上，学者们多通过多源数据的测算开展研究，如利用Landsat土地利用与土地覆被（land use and land cover, LULC）数据[58]、增量增长（incremental growth）估算方法[59]、Sentinel-2光谱数据[60]、森林清单法[61]和GIS数据[62]等评估碳储量和可视化人工植被的时空分布情况，为制定生态和环境政策从而有效管理城市生态系统的碳储量提供依据。

3）碳汇影响机制。越来越多的学者们认识到碳封存和碳固定是应对全球气候变暖问题的重要途径。外文文献中，学者们主要围绕土壤碳储存[63]、生境质量[64]、城市树种及其生长周期[65]、生物多样性[54]等方面，从城乡规划学和生态学的角度，分析土地利用变化、气候变化对城市蓝绿空间碳汇的影响机制。此外，探明城市蓝绿空间的碳储量、生态系统服务的时空异质性等与城市土地利用管理的动态发展关系[66-67]也是研究重点，这为城市蓝绿空间规划布局向生态可持续的方向发展提供了更科学的依据。对比中外文文献研究热点发现，城市蓝绿空间碳汇研究多学科交叉特征显著，外文文献研究以城乡规划学、生态学和资源环境科学为主导，中文文献研究主要以风景园林学、城乡规划学和生态学学科为主。中文文献研究侧重于理论架构和评估体系的建立，外文文献研究更致力于方法探索和实操应用，并开展了城市蓝绿空间与碳汇之间动态关系的研究。从研究尺度上来看，中外文文献的相关研究都涵盖了宏观至中微观尺度的研究，中文文献多聚焦于宏观及中小尺度的静态研究，外文文献则更关注宏观及微观尺度的动态研究，但前者在研究维度上有进一步拓展的空间。值得一提的是，城市绿色空间碳汇效能是学者们共同关注的热点，而对城市蓝绿空间系统碳汇的综合研究仍稍显单薄。

3.2 研究趋势分析

对比中外文文献前20的高频关键词（表3），可见中外学者以城市森林、植被为研究对象开展了丰富的研究，固碳释氧、碳储存等生态效益也是研究重点，但受国家政策和风景园林学科发展的影响，中文文献中涌现出低碳、低碳城市、低碳园林和风景园林等关键词，并逐渐转向定量化价值评估。外文文献则一直侧重于城市化、气候变化、土地利用变化等动态纵向研究，渐渐形成生态学、城乡规划学、资源与环境科学主导的学科格局。从高频关键词首次出现的年份来看，中文文献的高频关键词集中出现在2008—2011年，外文文献的高频关键词则集中出现在2002—2007年。

表3 中外文文献前20高频关键词及其首次出现年份Tab. 3 Top 20 high frequency keywords and year of first appearance thereof in Chinese and foreignlanguage literature

3.2.1 中文文献研究趋势分析

1）演变分析。通过对中文文献关键词时间线图谱①进行分析，可以发现，中文文献研究内容始于1998年对城市绿色空间碳汇及其生态效益的探讨，紧扣时政热点，呈现先发散后聚焦的势态，研究类型以理论研究为主，定量研究和方法研究也开始萌芽，随着学科的发展，2011年风景园林学科的主导地位也逐渐显现，但整体研究维度和尺度较为单一。

“城市绿地”作为中文文献的关键词最早出现在1998年《广州城市绿地系统碳的贮存、分布及其在碳氧平衡中的作用》中，该研究首次提出了城市绿地对城市碳氧平衡的作用。此后，中文文献在城市蓝绿空间的碳汇研究领域围绕城市绿色空间初步展开，同时碳汇作为一种生态效应也受到了广泛的关注，出现了“园林绿地”“生态效应”和“城市森林”3个核心关键词，初步形成了城市蓝绿空间碳汇研究的雏形与框架。2007 年后，中文文献在该领域的关键词数量呈现爆发式增长，研究方向逐渐分散，关键词由单一化转变为多样化。研究方向逐渐分散，关键词由单一化转变为多样化的发展趋势。2008年，由于中国低碳生活、低碳经济等理念的提出，“低碳城市”“低碳”等关键词陆续涌现，学者们围绕该方向开展了理论型的研究[68-69]。2011年，风景园林学科被确定为一级学科，至此在城市蓝绿空间碳汇研究领域，风景园林学科地位愈加凸显，中国学者以风景园林学科为主导开展了园林设计、低碳设计等研究[70-71]，随着量化研究的普及，结合计算机科学与技术、生态学等学科，开展了低碳树种选择、城市蓝绿空间碳汇量估算、景观绩效估算、生态系统服务价值评估等定量研究[44,48]。研究尺度也渐渐聚焦到中小型蓝绿空间和植被尺度上[72-73]。2016年后，随着研究的进一步深入，为进一步提升研究结果的准确性，少量学者开始对定量化研究方法、科学化评估模型进行探究[74-75]。2020年，中国提出“双碳”目标，研究内容重新聚焦，学者们围绕城市蓝绿空间碳汇和城市碳排之间的动态关系开展初步研究，但整体来看长时序的纵向研究仍有待进一步深入。

2）突变词分析。突变词是指在某一时期使用频次骤增的关键词，表示这个关键词在该时间段受到研究人员的高度重视[30]。中文文献的突变词有3个，分别是“城市森林”“低碳”和“价值评估”，出现时间间隔6～7年，但热点持续性较好。第一个突变词“城市森林”出现于2004年，持续到2010年，持续时间长，表明在较长一段时间里，中文文献相关研究聚焦在城市森林领域。受国家政策的引导，在2011—2015年，“低碳”受到广泛关注，成为研究焦点。自2017年开始，定量化研究开始起步，对固碳、碳汇的“价值评估”成为中国学者们关注的前沿问题。

3.2.2 外文文献研究趋势分析

1）演变分析。对外文文献关键词时间线图谱进行分析发现，外文文献关于城市蓝绿空间碳汇的研究方向丰富，整体聚焦且稳定，在生态学基础上，融入城乡规划学、资源与环境科学的学科知识，开展一系列定量研究和实验研究。随着研究深入和多学科交叉发展，方法类研究渐渐占据主导地位，同时研究尺度也从小尺度和微观尺度扩展到区域宏观层面，并逐步向动态化和多维度的研究转变。

1996年，外文文献研究逐步出现“climate change”“vegetation”这两大关键词，可见，早在1996年气候变化这一国际问题就备受关注，外文文献研究聚焦于城市森林树种、植被碳汇效益在缓解气候变化的作用机制[76]，为城市蓝绿空间碳汇研究发展打下稳定基础；1999—2012年，外文文献开始转向动态化且多维度的研究，在生态学的主导下，持续聚焦于植被、树种、湿地植物等小尺度研究[77]的同时，也对微生物群落、生物量这类微观尺度[78-79]开展了定量研究和实验研究，更加全面地探讨碳汇、碳储存、碳固存等生态系统服务过程的动态机制。2005年后，随着计算机科学与技术、城乡规划学、资源与环境科学等学科的融入，一批方法类研究成果涌现，包括生物量计算方法的更新及碳汇模拟模型的建立等[78,80-81]，为提升研究的准确性和科学性提供了有力的保障。2012年后，“city”“urbanization”等与城市、城市化相关的关键词涌现，可见研究尺度扩展到宏观的区域层面，不少学者围绕宏观尺度的湿地、河流、绿地开展研究，并开始探究城市化对蓝绿空间碳汇的影响机制[82-84]，2016年后，外文文献中城市蓝绿空间碳汇研究领域的研究热点趋于稳定，并延续动态化发展态势，关注城市蓝绿空间格局、碳汇变化趋势等长时序的纵向研究。

2）突变词分析。外文文献相关研究在过去30年间出现过3个突现词“sequestration”“tree”“water”，且 均 集 中 出 现 在2013—2015年，表明其发展较为稳定。2013年“sequestration”短暂突现，说明捕获、固定和储存CO2的生态过程和机制成为关注重点。2015年“tree”和“water”两词同时突现，表示树木植被和各类蓝色空间的碳汇成为研究热点。

综上，中外文文献在城市蓝绿空间碳汇领域的研究趋势存在以下异同：1）学科发展上，多学科交叉研究已逐渐成为主流，中文文献中风景园林学的地位在该领域愈加重要，外文文献则在生态学的基础上，逐渐融入城乡规划学、资源环境科学的知识；2）研究类型上，中文文献多以理论研究为主，外文文献则多以实验研究和定量研究为主，但随着研究进展，中外文文献都开始关注应用方法类的研究；3）研究尺度上，中文文献研究渐渐聚焦于中小尺度的城市蓝绿空间，外文文献研究则一直聚焦于微观生物尺度和宏观区域尺度；4）研究维度上，中文文献研究多以单一静态研究为主，外文文献则强调多维度动态研究；5）研究方向上，总体研究方向都呈现多元化、丰富化的发展趋势，但中文文献研究关注点较为分散，外文文献则较为聚焦。

4 结论与展望

1992—2021年，国内外学者在城市蓝绿空间碳汇研究领域开展了多尺度、跨学科的研究，中国科研机构在国际合作网络中担任重要角色，但中文文献在该领域的发文量发展态势较波动，导致整体研究维度较局限且多为静态研究。值得注意的是，城市绿色空间的碳汇研究已成为学者们共同关注的热点，然而统筹开展城市蓝绿空间系统碳汇的综合性研究仍不够深入。整体来看，中文文献研究侧重理论架构和评估体系的建立，外文文献研究则关注方法探索和实操应用，随着研究的深入，优化、构建模型等方法类研究已成为学者们共同关注的重点和难点。

中国目前面临着“碳中和”承诺带来的挑战和机遇，城市蓝绿空间通过发挥其碳汇效益来促进城市增汇减排，进一步为中国实现“双碳”目标提供理论支撑和现实依据，笔者根据相关研究梳理，就中国未来城市蓝绿空间碳汇领域的研究提出以下4个方面的建议。

1）鼓励跨机构、跨国的交流合作，不断完善国内城市蓝绿空间碳汇研究框架，形成稳定发展的研究格局，提升中国在城市蓝绿空间的碳汇研究领域的国际影响力。

2）促进多学科交叉，拓展城市蓝绿空间碳汇研究的维度。结合计算机科学与技术、数学等学科，运用新型的数据获取技术和科学精确的评估方法，实现研究维度由静态向动态的转变，形成横纵结合的研究格局。同时，在风景园林学科的引导下，注重人与自然的关系，在“双碳”目标下进行生物多样性、人类健康福祉等微观尺度研究也是未来的热点趋势。

3）统筹开展城市蓝绿空间系统的碳汇研究。宏观层面上，城市蓝、绿空间不是独立的个体，应该被视为一个不断交织、融合的空间系统，因此借助大数据技术、地理空间系统将海量的城市蓝绿空间信息整合，抽丝剥茧地梳理城市蓝绿空间碳汇的耦合效应和空间特征是未来的一大趋势，这对完善城市蓝绿空间系统的评估与管理体系具有重要意义。同时，在微观层面上，明确城市蓝绿空间设计中植物、微生物、设施及景观等各要素对增汇减排的效应也是未来的热点之一。

4）强化城市蓝绿空间碳汇计量、评价及优化模型方法的研究，指导城市蓝绿空间系统规划碳汇效益的提升。目前，由于受到遥感数据精度低、大面积清查困难以及生态过程复杂等问题的制约，城市蓝绿空间碳汇计量难以精细化发展，因此探明城市蓝绿空间碳汇量的影响因素及其影响机制，包括单株植物层面、植物群落层面、蓝绿空间布局及结构层面、其他环境层面，构架多尺度、高精度的碳汇计量、评价及优化模型是未来该领域的研究重点，能为进一步制定和优化城市蓝绿空间增汇减排方案提供科学的方法支撑。

注释(Note)：

① 读者可以扫描OSID码查阅中外文文献关键词时间线图谱。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

所有图表均由作者绘制，其中图2由文献计量在线分析平台生成。