居住区树种碳汇效益测算及环境优化提升—以南京市丁家庄为例

祝月茹，李青青，祝遵凌

（南京林业大学 a.艺术设计学院；b.金埔研究院；c.数字化创新设计研究中心，江苏 南京 210037）

碳中和、碳达峰是全球范围内关注的焦点问题。在城市绿地系统中，居住区绿地作为社会环境的重要组成部分，是生态建设的重要内容[1]，维护居住区的生态环境平衡也可以在减缓温室效应方面发挥关键作用[2]。Yang等[3]指出碳增汇的重点途径是强调城市生态环境和绿地范围的建设和保护。Cai等[4]研究认为在中国城市内CO2的排放占比更高，达到85%；Zhou等[5]认为城市对整个社会的生态效益、经济效益发展日益重要。因此，城市作为人类文明可持续发展的核心部分，节能减排增汇势在必行，李辉等[6]、吴紫琪[7]、冀媛媛等[8]分别从城市绿地固碳效应、植物碳汇能力、碳排放与碳汇比较等角度研究景观绿地设计与居住区碳汇的相互作用，王韶晗等[9]基于生态系统服务功能对国家湿地公园的景观质量进行评价。

近年来，中国城镇化的飞速发展使新型城镇化的住房问题，应保障城市低收入群体，关注以新就业的大学生、进城务工人员为代表的弱势群体的住房需求[10]。董昕构建的人口迁移决策模型，表明了保障性住房对城镇化的进程有很好的促进作用[11]。国新办也明确指出，加快建立以公租房、保障住房和共有产权住房为主体的住房保障体系[12]。王晶[13]基于生活圈对保障性住房进行规划研究，强调通过共建共享增加社区活力，但其具体措施一般遵循固定范式，并不能解决不同层级的实际问题。闫辉等[14]研究指出在加大力度建设保障房的住房条件的同时还应重视舒适的居住环境，改善住房品质，提升居民生活满意度。从景观公平性的角度出发，绿色空间是居民健康生活的重要组成部分，在低碳城市营建和绿色高质量发展的要求下，本研究将研究重点放在居住区绿地植物的固碳效益统计上，在单棵植物和植物组团的形式方面提出可行性建议。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

江苏省南京市位于长江下游地区（31°14′～32°37′N，118°22′～119°14′E），东西距50～70 km，南北距150 km。亚热带季风气候，雨量充沛，年平均气温15.4 ℃，年平均降水量1 106 mm，全市林木覆盖率 26.4%，建成区绿化覆盖率45%[15]。本研究选择的丁家庄保障性居住区位于南京市主城区边缘且规模较大，总用地85 hm2，规划总建筑面积约168 hm2，人口集中，代表着南京最新的保障性住房发展趋势，其中房屋入住人口复杂多样且房屋属性不同，使得样本更有研究意义。调研地点选自丁家庄保障性住房“歌舞升平”四园的其中两园，建成时间早，且后期居住区周围逐渐增加商业中心、优等综合性医院、中小学、公交地铁等公共设施，相较于丁家庄二期保障房项目作为南京“首批海绵城市试点片区之一”荣获各项大奖，研究区域的总面积约为24.82 hm2，楼层大多数在20～30层，部分楼栋为33层，住户达到1万户，约3.5万人。但在居住区现有的植物组团设计、建成铺装、植被缓冲带等方面还有一定的提升空间，比较已有的设计基础，本研究结合碳汇效益量化结果进行居住区环境的优化更新。

1.2 数据来源与研究方法

1.2.1 数据来源

结合大数据划分具体调研范围，燕舞园与燕歌园的地理位置如图1所示。

图1 燕舞园与燕歌园卫星图Fig.1 Satellite image of Yanwu garden and Yange garden

通过实地调研对燕舞园、燕歌园各个住区的发展总体情况观察、记录，对住区内植物种类、树高、胸径、距建筑物的距离等进行测量，为后期结合碳汇效益的环境提升策略的提出奠定基础（表1）。总结调研结果时选取树种的各项数据平均值，所用工具为OPTI-LOGIC（400LH）红外线测高仪、胸径卷尺和皮尺等。

表1 各区域内植物组团搭配Table 1 Plant grouping in each region

燕舞园与燕歌园的植物配置以及整体结构与周边保障房相似，种类丰富，居住区内栽植各类乔灌木种植，出现频次最多的乔木多为香樟Cinnamomumcamphora、栾树Koelreuteria paniculata、紫叶李Prunuscerasifera、鸡爪槭Acer palmatumThunb、琴丝竹Bambusamultiplex、樱花Cerasusyedoensis、玉兰Magnoliadenudata等，灌木主要以石楠PhotiniaserrulataLindl、黄杨Euonymusjaponicus、南天竹Nandinadomestica、红花檵木Loropetalumchinense、八角金盘Fatsia japonica为主，草本植物种类较少，大多是沿阶草Ophiopogonbodinieri，少量景天SedumL.、白花三叶草TrifoliumrepensL.等其他草本植物。

1.2.2 研究方法

采用美国农业部林务局的NTBC（National tree benefit calculator）模型，是以i-tree为基础，简化后的一款计算单棵树木效益的计算器，输入调研数据可得到相应结果（图2）。NTBC 通过实地测量取得树木的高度、胸径和冠幅等数据，估算单棵树木的地上生物量，将地上生物量换算为固碳量，进而对研究对象的年碳汇效益进行估算。该模型中的年固碳量实际上是研究对象以生物量形式储存碳的年增量[16]。本研究区域南京市濒江近海，属亚热带季风气候，故选取模型中气候最为相似的Coastal plain亚热带气候区作为树木生长气候条件。通过对丁家庄保障性居住区进行场地调研，参考城市碳汇效益估算的相关文献测算植物胸径、冠幅、光照、距建筑物的距离、生长状况等数据，并且将调研结果通过大数据计算得到可以量化的具体数值。

图2 NTBC操作方法示意Fig.2 Schematic diagram of the NTBC operation method

2 结果与分析

2.1 调查结果

2.1.1 燕舞园

对燕舞园中区、南区的树种碳汇相关数据进行实地调研，基于NTBC（国家树木效益计算器），得出居住区内乔灌木平均单棵植物的碳汇能力（表2）。

表2 燕舞园乔、灌木的碳汇效益Table 2 Carbon sink benefits of trees and shrubs in Yanwu garden

通过对燕舞园乔木生长状况的实地调研，统计居住区内多数乔木情况，并取平均值输入NTBC估算系统计算植物的碳汇效益。结果表明，植物的胸径大小与碳汇能力没有明显的正负相关性，平均胸径20～30 cm之间大乔木的CO2吸收量排序为香樟＞栾树＞鹅掌楸＞朴树，平均胸径10～20 cm之间中乔木的CO2吸收量排序为无患子＞玉兰＞枫香＞桂花＞紫叶李＞枇杷＞鸡爪槭，平均胸径0～10 cm之间小乔木的CO2吸收量排序为樱花＞杨梅＞蜡梅＞琴丝竹。灌木的年CO2吸收量排序为海桐＞女贞＞洒金桃叶珊瑚＞锦绣杜鹃＞紫藤＞黄杨＞石楠＞含笑。从20年的长远碳汇效益角度看，香樟、栾树、鹅掌楸、无患子、荷花木兰属于小区现有乔木树种排名前五位，锦绣杜鹃、黄杨、海桐是灌木树种的前三名。

2.1.2 燕歌园

对燕歌园东区、北区、南区的树种相关数据平均值进行实地调研，基于NTBC研究计算，分别得出居住区内乔灌木平均单棵植物的碳汇能力（表3）。

表3 燕歌园乔、灌木的碳汇效益Table 3 Carbon sink benefits of tree shrubs in Yange garden

通过对燕歌园乔木生长状况的实地调研，统计居住区内大多数乔木，并取平均值输入NTBC系统计算碳汇效益。结果表明，植物的胸径大小与碳汇能力没有明显的正负相关性，平均胸径大于30 cm的大乔木只有栾树，其年CO2吸收量为49.78 kg/株，平均胸径20～30 cm大乔木的CO2吸收量排序为香樟＞鹅掌楸＞楝树＞榉树＞凤凰木＞朴树，平均胸径10～20 cm中乔木的CO2吸收量排序为黑胡桃＞桂花＞鸡爪槭＞樱花，平均胸径0～10 cm小乔木的CO2吸收量排序为紫叶李＞杨梅＞山茶＞蜡梅＞琴丝竹。灌木的CO2吸收量排序为栀子＞海桐＞小蜡＞木槿＞女贞＞洒金桃叶珊瑚＞紫荆＞石楠＞锦绣杜鹃＞冬青＞黄杨＞山胡椒。从20年的长远碳汇效益角度看，香樟、栾树、黑胡桃、鹅掌楸、桂花属于小区现有乔木树种排名前五位，栀子、小蜡、海桐是灌木树种的前三名。

2.2 不同园区的乔灌木碳汇效益比较

研究显示，燕歌园的植物种类更加丰富。由于单棵树种的碳汇效益排序并无明显变化，且受环境影响产生的碳汇效益结果也相似，对2个小区内最大的公共绿地进行深入比较，燕舞园与燕歌园乔木配置的CO2吸收量如表4和表5所示。

表4 燕舞园公共区域的CO2吸收量估算Table 4 Estimation of CO2 uptake in the common area of Yanwu graden

表5 燕歌园公共区域的CO2吸收量估算Table 5 Estimation of CO2 absorption in the common area of Yange garden

对比公共区域的植物碳汇效益，燕歌园的年CO2吸收量超过燕舞园736.47 kg，20年CO2总吸收量超过燕舞园18 645.38 kg。从植物种类上看，燕舞园的主要树种较多，种类平均且每种数量较少，辅助树种如桂花、樱花、鸡爪槭的数量较多，它们单棵树木的碳汇效益中等，但没有发挥出碳汇优势树种的主导作用。燕歌园以栾树和香樟作为主要树种，搭配其他辅助树种，其中桂花的占比较高。燕歌园内的其他观赏树种碳汇功能较少，主要发挥植物的彩化作用，整体功能明确，且竖向设计也更加丰富。由表2～3可知，燕歌园的灌木种类更多，碳汇效益和去除空气污染量的能力都超过燕舞园的平均水平。从植物分布类型上看，燕舞园的树种分布平均，未能对不同植物吸收CO2的能力进行区分，而燕歌园采用“1+N”的植物组团形式，选取固碳优势树种搭配各类辅助树种，不仅满足了小区的视觉美观性，也诠释了很好的碳汇功能。

2.3 丁家庄保障房低碳社区评价分析

根据上述研究可以看出，碳汇效益排名较高的树种在对CO2的吸收、截留雨水和去除空气污染的能力方面都产生较大的作用。从低碳社区的角度出发，维持小区运营、生活、管理和服务方面的现有水平，基本碳排放不变，社区的低碳建设还可以依靠增加固碳能力较好的优势树种以改善小区的环境质量，增加植物对碳的吸收总量。依据SZDB/Z310—2018《低碳社区评价指南》，遵循“3D原则”—低耗能、低污染、低排放，减少碳源、增强碳汇，形成低碳发展模式的社区。居住区评价满分为100分，由低碳建设（33分）、低碳运营（25分）、低碳生活（22分）、低碳管理和服务（20分）四个部分组成，文章从低碳建设环节（图3），结合三级指标分析植物碳汇的促进作用。

图3 低碳社区评价指南低碳建设结构Fig.3 Structure of low-carbon community evaluation indicators

从低碳社区评价指南的低碳建设部分可以看出，通过提升居住区的植物种类、改善小区环境质量、合理规划绿地布局，可以更加科学地设计规划居住区的绿地布局。在地面绿地和屋顶绿地的植物选择上，依据碳汇能力结果选择合适的树种，公共交通站点也可以选择合适的灌木，在人工铺设的透水性地面上，自然裸露地、公共绿地、植草砖都可以算作透水地面，对种植的草本植物也有一定的要求。目前小区的整体绿地规划水平距低碳社区的要求还有一定的差距，其中所需要的植物种类、个数都可依据NTBC进行定量估算，保障性居住区在低碳建设方面还应加大关注植物的节能效益、吸收CO2效益、改善空气质量效益等，从植物碳汇效益的角度对景观公平性的发展起到促进作用。

3 讨 论

通过实地调研分析，2个居住区的格局规划相似，并且都缺乏低碳相关的绿地系统规划。前期调研中，结合居民访谈，对居住区绿地系统的基本情况大致了解，通过居住区的植物分布情况对居住用地低碳规划的具体措施及管控要素进行展开分析，从整体与部分的角度规划居住区的发展策略。

3.1 优化树种选择，形成高固碳效益的特色优势树种

研究显示，香樟（81.13 kg/株）、栾树（49.78 kg/株）、无患子（43.50 kg/株）、黑胡桃（40.10 kg/株）的单株吸收CO2的能力较强（表6），樱花（13.97 kg/株）、山茶（9.11 kg/株）、杨梅（6.94 kg/株）、蜡梅（3.82 kg/株）、琴丝竹（1.55 kg/株）的单株吸收CO2的能力较弱。其中，燕舞园和燕歌园公共区域的桂花（24棵）、琴丝竹（80棵）数量占比较大，占总数的69.80%，CO2吸收总量为875.92 kg，占总量的31.75%，并无明显的乔木优势树种。因此，在居住区植物景观优化时需要进一步丰富植物种类，确保考虑到不同类型住区的人群个体差异，增加居住区植物的碳汇能力，丰富居住区的低碳景观。

建议选用1～2个树种为主体、其余树种辅助的栽植方式，且优势树种的数量远大于其他树种的数量，辅助树种间无固定搭配模式。例如，在选择植物景观营造的主体和骨架树种时，选择固碳能力强的园林树种[16]，如现有香樟、栾树、无患子这类高碳汇乔木，以其为中心搭配竖向设计。在居住区植物碳汇效益总量提升方面，可从增加固碳优势树种的比例，增加植被覆盖率，替换部分碳汇劣势树种，补全缺失树木四个方面进行优化。从植物自身的生态角度出发，补植高大乔木，通过合理的植物群落优化设计，增加绿量提升园林植物整体的碳汇功能。

3.2 改善植物配置，构建合理性与差异性协同的群落结构

选择高固碳效益的特色优势树种后，构建合理性与差异性协同的群落结构对促进植物之间整体的固碳能力也有重要作用。首先，在植物群落的垂直结构中，增加立体绿化，完善碳汇系统垂直格局，采用“乔—灌—草”的复层景观结构，使居住区内的竖向植物更加丰富。其次，控制植物群落的栽植密度，常绿落叶混交林比单纯的常绿林或落叶林具有更强的固碳能力[17]，栽植密度应控制在250～450株/hm2的范围内[18]，使得树木枝叶充分生长，将群落的固碳能力发挥到最大。基于树种选择和植物配置原则，需对丁家庄燕舞园和燕歌园现有植物进行重新组合搭配，从碳汇效益和居住区植物彩化角度，选择增加固碳能力更强、碳汇效益更高的色叶植物，如枫香、鸡爪槭、桂花、蜡梅。在这些基础上可以增加居住区内槐树的数量，如龙爪槐，其单株碳汇效益较高，占地面积较小，有很好的观赏性。在灌木的选择上，保留女贞、海桐、锦绣杜鹃、石楠这类大面积常见灌木，场地内的灌木如小蜡、木槿、桂花、栀子都有很好的观赏作用。草本植物的覆盖率为60%，多处公共空间内可以看到裸露的地皮，综合空间、美学、树种特性等因素，居住区内需补充草本植物，营造层次丰富的群落结构[18]。

3.3 增强场地活力，构建分区块塑造的低碳住区微环境

通过研究发现，丁家庄保障房中目前栽植的鸡爪槭、樱花等观赏性乔木，同样具有较高的CO2吸收能力，长势优秀的鸡爪槭年CO2吸收量为26.73 kg/株，樱花年CO2吸收量为19.15 kg/株。目前居住区内普遍采用“健身、休憩公共设施+各类植物组团”的绿地形式，如燕歌园北区这种面积较大的居住区，设有两块健身活动空间且设施功能相同。在未来规划中，应区分动静板块，选择其中环境更加幽静的公共空间铺设碎石小路，增设水体、假山这类氛围感营造要素，根据现有的绿地结构，采用“1+N”的规划形式，重新构建动静结合的居住区风貌。提高静区的植被覆盖率，营造居住区微环境，有助于增加多功能绿地丰富居民的感官体验[19]。

为解决保障房 “千房一面”的绿地风貌，居住区的空间美感还在于利用植物群落做到开合有度、收放自如，根据不同居住区的个性特色，采用“碳汇优势乔木-灌木”的植物组团，如“香樟+无患子+桂花-海桐”等，相似居住区力求互补，避免同质化。相同格局居住区内动静分区的植物配置也有所差别，动区分布健身设施和景观长廊，搭配开阔型的植物组团，在休憩座椅四周栽植遮阴乔木，形成自然阳光照射的敞开式公共空间，考虑到植物的碳汇能力，可以选择“香樟-海桐+石楠等”；静区以小凉亭为主，保留场地原有乔木的同时，增加小乔木和低矮灌木，形成一处相对隐蔽的乘凉、阅读空间，可以选择“桂花+鸡爪槭-栀子+女贞”等具有观赏性、芳香性的乔木、灌木种类。

3.4 不足与展望

本研究仅对丁家庄片区的2个小区的低碳景观进行调查研究，取得一些探索性的结论，为保障性居住区更好地从植物碳汇角度实现低碳化发展地提出优化策略。本研究存在的不足具体如下：

1）受植物长期变化的影响，本研究无法精确地计算植物碳汇效益，只能最大限度地从居住区的自然植物部分和居民生活习惯出发，提出针对性的优化策略应对未来的发展变化。因此，在未来研究中还可以借助其他仪器获得更加精确的结果，同时不断完善现有居住区的低碳综合评价体系。

2）本研究的调研手法较为传统，调研数据大多是人为测量所得，可能存在一定的模糊和误差。在未来的研究中，希望可以借助更加先进的调查手段进行全面的分析，如无人机等数字化方式，对现有结论进行修正和补充。

3）本研究采用的NTBC模型可以对树种结构和固碳效益价值进行量化分析，其计算结果的精确度较高，使景观规划设计更加“科学、客观”，为以后居住区树种的选择提供参考依据。但NTBC模型本身是基于国外当地的生态环境和原有树种的数据库，在植物的匹配上会有一定局限性，今后的研究应更新模型基础数据库，以便于更方便地运用在本土树种的效益评估模型中。

4 结 论

21世纪以来，我们一直面临可持续发展的挑战。通过推动低碳政策开展居住区植物景观优化是未来景观生态学在城市更新中的重要突破点[20]，以马斯洛需求理论为基础构建绿地景观服务研究理论体系，综合绿地景观格局，构建景观服务评估技术体系。结合现有的理论与方法，研究低碳化绿地景观与经济效益之间的关系。因此，增加居住区的碳汇效益，使其在城市生态建设中发挥最大的生态效益，是低碳住区、绿色居住区建设的关键。从减少碳源和增加碳汇两方面综合考虑居住区的更新改造，不仅可以丰富植物数据，还可以将低碳理念应用在整个景观设计周期中，有助于住区植物的碳汇效益的提高，对整个城市的绿色发展具有重大意义。