城市林地的綜合節(jié)能效應

張曉理

（杭州行政學院 經(jīng)濟學教研部，杭州 310008）

人類社會建立在自然生態(tài)的基礎之上，城市林地、森林作為生態(tài)系統(tǒng)的支柱，不僅抑制熱島效應，而且促進城市人口和建筑的合理布局，為低碳交通方式創(chuàng)造條件。城市林地還有利于規(guī)?；猛寥罒崮埽⑽{有機垃圾促進自身生長,加速生態(tài)城市形成。運用地租等調(diào)節(jié)杠桿確保城市森林和濕地到位，以實現(xiàn)多重節(jié)能效應。

1 城市林地抑制熱島效應的節(jié)能作用

“城市熱島效應”特指人為因素導致城市氣溫相對外圍偏高的現(xiàn)象。城市高密度聚集建筑、道路等基礎設施，一方面排斥原有綠地，削弱綠色植被對陽光的反射、吸收，并蒸騰水分，以調(diào)節(jié)氣溫的功能，加劇大氣下墊面的熱容量，致使地表氣溫上升。另一方面，各種熱能在城市中集中排放，其中，汽車尾氣形成的有毒氣溶膠也具有保溫作用，卻得不到林地吸附清除。城市熱島效應的增溫幅度一般在1～6℃。我國南方、長江流域、華北平原等地，隨著城市規(guī)模擴大夏季城市熱島效應趨近增溫幅度的上線，因此廣泛開啟空調(diào)，進一步加劇熱島效應。以南京為例，南京城區(qū)地表溫度明顯高于郊區(qū),通過對比分析發(fā)現(xiàn)，城區(qū)平均地表溫度比城市邊緣和遠郊區(qū)分別高出3.5℃和5.7℃。又如西安市城區(qū)地表溫度顯著高于郊區(qū)地表溫度。城市地表溫度與土地利用類型密切相關。

化解熱島效應必須恢復城市生態(tài)系統(tǒng)。城市森林、濕地作為生態(tài)系統(tǒng)的支柱能夠有效地平抑氣溫變化。森林能改變空氣下墊面物理性狀，調(diào)節(jié)大氣和水循環(huán)，緩解熱島效應；同時又是光合作用吸收二氧化碳能力最強，生物量最大，生物多樣性最豐富的生態(tài)系統(tǒng)。1962年，美國政府首先使用“城市森林”一詞。城市森林以城市內(nèi)及城市周圍的林帶、片林為主要特征，如防護林、水源涵養(yǎng)林、風景林、生產(chǎn)林地及城市所依托的郊區(qū)森林等。此外，濕地也具有影響地表氣溫，并作為綠“腎”，擁有過濾水體，調(diào)節(jié)水循環(huán)，積淀有機碳匯的巨大能力。通過森林、濕地調(diào)節(jié)能有效削弱熱島效應，減少空調(diào)能耗。

我國城市原有的建設方式很少為城市森林濕地預留發(fā)展空間。近30年來，上海中心城區(qū)受熱島效應的影響，平均氣溫比郊區(qū)高出1.5～2.5℃。規(guī)模大、布局合理的城市園林綠地，可以在高溫的建筑組群之間交錯形成連續(xù)的低溫地帶，將集中型熱島緩解為多中心型熱島，起到良好的降溫作用。如面積23 hm2的延安中路綠地的原址是全市熱島效應最突出的地區(qū)之一，2000年一期工程7.4萬m2綠地建成后，據(jù)市氣象局對7、8、9三個月的氣溫測定，同比白天平均溫度下降0.6℃，晚上平均下降1℃多[1]。隨后的十多年中上海城建面積迅速擴大，用林地抑制熱島效應更加急迫。即使是林地小而散的廣州市，城市森林降溫也能達到晴天2.37℃，雨天2.0℃，增加空氣濕度11%，盡管林地呈帶網(wǎng)片點結(jié)構(gòu)，也使得連續(xù)集中的熱島效應被切割為窄小的斷續(xù)分布，降低紫外線指數(shù)日平均為2.23，降低輻射量熱值日平均為6.10 MJ/m2，舒適天數(shù)增加36.36%，較舒適天數(shù)增加28.57%，而稍不舒適天數(shù)減少8.38%，稍悶熱天數(shù)減少21.42%，悶熱天數(shù)減少67%[2]。林地面積擴大，削減熱島效應的作用更加明顯。此外，城市濕地的抑制升溫作用超過林地，以南京為例，城鎮(zhèn)建設用地與水體的表面溫度最大相差14℃[3]。由此表明：地表比輻射率與地表真實溫度有密切關系,表明地表覆蓋類型在地表熱量分布中起重要作用[4]。

城市林地綜合效益顯著。目前，建筑運行能耗已占我國總能耗的1/3，主要為城市空調(diào)能耗，如果依托森林、濕地削弱城市熱島效應，使空調(diào)使用時間減少1/3左右，全國總能耗即可減少大約1/15，節(jié)能作用顯著。森林、濕地不僅優(yōu)化小氣候，而且維護了生物多樣性，調(diào)節(jié)生態(tài)平衡。城市森林還美化城市景觀，增強環(huán)境自凈能力，維護居民健康。聯(lián)合國開發(fā)署2002年報告稱,中國每年因空氣污染而導致的支氣管病人多達1500多萬。另據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計,我國有1/3的城市人口呼吸被污染的空氣,全國每年有200萬人死于癌癥,而重污染地區(qū)死于肺癌的人數(shù)比空氣良好的地區(qū)高4.7～8.8倍。城市森林是城市生態(tài)系統(tǒng)中具有自凈功能的重要組成部分[5]。

2 城市林地調(diào)節(jié)交通節(jié)能

城市形態(tài)格局的優(yōu)化是實現(xiàn)低碳交通的前提，這一問題未受到高度重視。傳統(tǒng)的城市發(fā)展依賴于“攤大餅”式圈層擴張，由于中心區(qū)是穿城的交通捷徑，因此，城市每向外拓展一圈，中心區(qū)的交通壓力便逐級攀上新的等級。從理論上講，中心區(qū)交通增量比城市半徑擴大高一個數(shù)量級。隨著城區(qū)拓展，交通增量勢必超過道路容量而不斷翻番，隨著城區(qū)不斷攤開，即便有更多的中心土地（地價最高的土地）被迫用于交通道路，道路也會擁堵，成為交通瓶頸，諸塞通行。因此，減少交通壓力，提高交通效率，降低運輸能耗有待控制城市規(guī)模；同時調(diào)整城區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成非均衡的交通需求，以利低碳交通方式減壓。

城市林地的擠壓作用使得人口和建筑形成非均衡分布，為低碳交通奠定了基礎。軌道交通與非機動交通的協(xié)同是實現(xiàn)低碳交通的關鍵。低碳交通實質(zhì)是以非機動交通實現(xiàn)近距離的自由度，再憑借軌道交通遠距離高效溝通，形成同城效應。軌道交通容量大，快捷，人均碳排量極低；非機動交通幾乎沒有排碳量。實現(xiàn)兩者協(xié)同的前提在于人口及建筑的非均衡布局。人口相對集中的高密度組團有利于減少機動交通。城市林地或森林把原先均衡分布的人口擠壓至密度更高的集中區(qū)域，并通過林地控制范圍。限制其擴張，有助于非機動交通溝通，替代原有需要長距離聯(lián)系的機動交通。不同的集中區(qū)之間主要依賴軌道交通，軌道交通的高效打破中心城區(qū)“有限性”的局限，在更大的地域中實現(xiàn)相互緊密銜接，并使“差異性”得到組合。這一模式的延伸是從城市“攤大餅”擴張轉(zhuǎn)變?yōu)椤凹骸笔桨l(fā)展。由此可見，林地的擠壓作用形成人口的非均衡布局，一同被擠掉的還有以汽車為代表的大量占地、耗油、排污的高碳交通方式。

城市林地還影響了產(chǎn)業(yè)布局，減少再生產(chǎn)過程的交通量。在先前的城市“攤大餅”格局下，產(chǎn)業(yè)多元化群居，相互穿插阻隔延長交通距離，形成交通擁堵的局面。一旦城市森林介入，形成空間布局的擠壓及約束，產(chǎn)業(yè)布局便朝緊密再生產(chǎn)聯(lián)系的方向演繹，城市功能區(qū)和衛(wèi)星城市的專業(yè)化分工得到加強，有利于減少產(chǎn)業(yè)銜接的交通里程。與此同時，由于產(chǎn)業(yè)技術(shù)日益趨向交叉、邊沿、綜合趨勢，中心城市的服務功能也會得到相應提高，加強中心城市與衛(wèi)星城市之間的分工協(xié)作，以增強城市的競爭能力，使得低碳交通城市格局得到進一步穩(wěn)固。由此可見，城市森林或林地的擠壓作用形成產(chǎn)業(yè)的集聚減少了再生產(chǎn)物流。實際上，一些生產(chǎn)性服務的第三產(chǎn)業(yè)也可以脫離中心城市，進入衛(wèi)星城市，以極低的交通量支撐聯(lián)系極廣的產(chǎn)業(yè)服務。例如，服務外包、文化創(chuàng)意等產(chǎn)業(yè)。蘇州工業(yè)園的金融服務外包區(qū)，與外界溝通的渠道是多路互聯(lián)網(wǎng)。這些產(chǎn)業(yè)依靠非傳統(tǒng)溝通聯(lián)系，得以有效減少交通量，且能設置于中心城市外圍獨立運作，支撐城市集群化發(fā)展。

我國人地矛盾限制城區(qū)或城郊森林建設。以上海為例，早在“十五”規(guī)劃目標，市區(qū)人均公共綠地面積要達到7m2，需增加3000 hm2綠地，每年至少要完成800 hm2以上。但受到人口密度高、人均用地少的限制，生態(tài)綠地建設拓展困難。即便轉(zhuǎn)向郊區(qū)造林人地矛盾依舊難以化解。但是，世界上許多大城市都有城區(qū)林地，且在城郊布局大片森林，使城市鑲嵌在林地之中。波蘭首都華沙在近郊營造了超過67萬hm2的城市森林，人均占有綠地面積達77m2；莫斯科市郊周圍建有2000 km2的森林環(huán)帶；倫敦周圍約2400 km2的綠色生態(tài)保護圈。這些城市森林既改善了城市生態(tài)環(huán)境，又營造了都市景觀，還樹立了都市形象[6]。中國也需要森林對城市包裹和切割，以阻止城市“攤大餅”，并壓縮建成區(qū)形成非均衡分布，為低碳交通創(chuàng)造前提條件。

3 林地土壤熱能及有機垃圾轉(zhuǎn)化

低碳城市規(guī)劃的基礎是城市林地布局。根據(jù)城市地下水脈絡布局林地，促使林木茁壯生長。例如，浙江農(nóng)林大學校園規(guī)劃程序：首先按照地下水文脈規(guī)劃林地。然后在林地間隙中布局建筑。根據(jù)地下水脈絡布局林地，還能增加林地土壤恒定溫度的熱容量，使得林地土壤熱能具有建筑空調(diào)的可行價值，在林地中鋪設閉路循環(huán)水管，用很低的能耗實現(xiàn)建筑冬暖夏涼的雙向調(diào)節(jié)。

林地擴張使建筑用地擠壓至若干綜合功能區(qū)，有利于建筑節(jié)能。首先，林地的擠壓作用、城市森林的生態(tài)品質(zhì)和綜合功能區(qū)配套水平都會得到集聚，促使建筑容積率提高，有利于建筑節(jié)能減排。因為建筑整體規(guī)模增加，降低了單位體積平均擁有的外表散熱面，建筑的比表面下降可增強保溫性，減少對空調(diào)依賴及運行能耗。其次，在城市林地擴張的前提下，城市各功能區(qū)被森林包裹，以降低熱島效應，獲得清新空氣。此外，林地土壤便于鋪設地源熱泵管路，規(guī)模化利用土壤熱能，替代部分空調(diào)能耗。值得注意的是，城市林地還可以大規(guī)模吸納有機垃圾，促進林木生長。具體方法是，可降解塑料袋盛放有機垃圾，埋入林地厭氧發(fā)酵，緩慢釋放養(yǎng)料。該方法能夠大幅度減少垃圾處理費用，使樹木的生長速度翻倍。按照生態(tài)城市大致情況，林地占城市面積一半，大致可以吸納1/3的有機垃圾。有機垃圾作為碳源，由此轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)分促進樹木生長，提升吸收二氧化碳的碳匯能力。除了生態(tài)效應，經(jīng)濟效益也十分可觀。以杭州為例，2011年僅清運垃圾的費用為16億元，如果減少1/3有機垃圾，相應提高對應的其他垃圾資源化程度，相當于垃圾總量減少1/3多，節(jié)約費用5億元左右，其中部分用于有機垃圾還林，還能使樹木生長加快一倍，對二氧化碳和其他污濁空氣的吸納能力翻倍，且降低熱島效應，減少空調(diào)能耗。

城市集群化和城區(qū)多中心促進城市或城區(qū)與自然的交融。正是森林、綠地、濕地對城市的切割、包圍，才使城市擁有完善的生態(tài)功能，使城市形態(tài)朝多中心和集群化演化，有利于削弱熱島效應，并為低碳交通伏筆，此外林地擴大還便于地源熱泵和有機垃圾資源化利用，加快生態(tài)城市建設。因此，城市規(guī)劃應打破均衡布局理念，使人口和建筑相對集中，形成功能匹配的城市綜合體，同時加大林地布局比例。城市森林一方面壓縮城區(qū)，同時提高入住吸引力，以提高建筑區(qū)容積率及人口的進一步集聚。規(guī)劃確保軌道交通先行，促使人口和建筑向沿線站點集中，留出林地拓展的空間。在人地矛盾尖銳的條件下，提高城市林地比例需要多管齊下，把城市林地、建筑、交通能耗，以及有機垃圾資源化利用等納入碳交易系統(tǒng)，用經(jīng)濟手段促使城市林地發(fā)展。

4 城市林地拓展及降低能耗的調(diào)控

拓展城市林地以降低能耗的調(diào)控需解決：城市林地覆被率的調(diào)控目標；化解林地與城市土地緊缺的矛盾；地租杠桿介入及利益調(diào)節(jié)。

城市林地覆被率的調(diào)控目標可分為最低目標和較高水平的努力標準。美國1972年通過的《城市森林法》明確提出，城市平均森林覆蓋率要達到27%，商業(yè)區(qū)樹冠覆蓋度要達到15%，郊區(qū)森林覆蓋率要達到50%。美國的行政要求可以視作城市森林覆被率的底線。我國氣候及氣溫變化幅度，城市人口壓力均超過美國，加劇城市熱島效應，平衡氣溫變化的城市林地占比也應該超過美國。按照維持人體呼吸和城市其他排碳量均攤計算，城市人均林地面積需要20～30 m2。若按照上海城市人口1500萬計算，需要300～450 km2林地面積才能維持城市大氣二氧化碳平衡[7]。而上海建成區(qū)面積僅有860.2 km2，由此可見，建成區(qū)擁有一半森林才能實現(xiàn)城市自身碳源—碳匯平衡，消除人為產(chǎn)生的二氧化碳溫室氣體，因此，城市林地覆被率達到50%可以視作低碳城市的正常標準。實際上，我國許多城市森林覆被率達到或超過這一水準。例如，吉林省白山市地處長白山腹地，境內(nèi)森林覆蓋率高達83%；森林覆蓋率超過50%的還有浙江麗水（79.1%），龍巖（78.6%），安徽黃山市（75.3%），福建南平（74.7%），江西贛州市（74.2%），廣東河源（72.8%），浙江衢州（70.9%），廣東梅州（71%）等。這些城市貼近自然，人口壓力較小，而一般城市卻遠遠低于要求。如何在大中型城市增加林地是降低城市能耗亟待解決的問題。

中國土地短缺，大城市地價高昂，增加城市林地且不擴張城市占地水平，需要進行差異化的人口布局調(diào)整和林分結(jié)構(gòu)改造。唯有差異化的布局才能通過人口相對集中，為城市林地拓展預留空間；而林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化使得有限的林地更有效地抑制熱島效應。有關研究表明，城市林地抑制城市升溫也具有規(guī)模效應，例如，對哈爾濱的研究表明：增加10%的綠地,輻射溫度將降低2℃左右。當綠地面積大于5 hm2時，地表輻射溫度呈明顯下降趨勢，此時地表輻射溫度值由綠地面積與綠地覆蓋率共同決定[6]。林分結(jié)構(gòu)也是重要影響因素，樹種多元化，樹齡時間長消除熱島效應作用就越好。三亞的研究顯示：不同森林類型的地表溫度有著顯著差異，有林地平均地表溫度比無林地低0.7℃，天然林平均地表溫度比人工林低2.2℃[7]。因此，喬木灌木結(jié)合，選用水杉等高大可密植樹種降溫效果突出。

擴大城市林地存在內(nèi)外兩方面的利益調(diào)節(jié)機制。內(nèi)生性機制是林地擴大引發(fā)的利益調(diào)整，形成穩(wěn)定林地的保護機制。在保持城市占地的整體水平下，城市林地擴大的擠壓效應會提高人口密集區(qū)的地價，強制開發(fā)的容積率增加，提高土地使用效率，同時也為低碳交通和有機垃圾資源化利用伏筆。對于政府而言，地價水平尚不高的大中城市，因城市森林鋪墊而導致其他開發(fā)用地地價上漲，實質(zhì)是預先回籠今后土地上漲的級差地租，補償城市生態(tài)和節(jié)能建設；城市森林把交通需求擠壓至軌道交通站點附近，有利于提高交通效率，排斥機動交通及道路投入；林地吸納有機垃圾減少清運的財政支出。這些都提高地方政府參與林地建設是的利益博弈。外源性調(diào)節(jié)機制注重平抑城市熱島效應形成的外部性問題，具體涉及：出臺根據(jù)城市熱島效應收取中央政府轉(zhuǎn)移的階梯電價附加；探索與林地面積和林地土壤熱能利用掛鉤的城際間碳源與碳匯交易等。

土地價格還是調(diào)節(jié)交通效率及低碳交通的有效手段。我國人地矛盾尖銳，城市土地稀缺，交通用地不應行政劃撥粗放使用，助長機動交通對節(jié)能低碳交通方式的排斥。通過市場批租使土地真實成本顯性化，國家用道路批租費用發(fā)展軌道交通，抑制機動車增加，減少交通占地。同時采用道路地租等經(jīng)濟調(diào)節(jié)手段，以人均動態(tài)占道比衡量不同車輛的道路使用費，抑制私家車，引導公交、軌道和非機動交通發(fā)展。積極發(fā)展城市和城際軌道交通，科學利用高鐵，減輕中心城市的人口和產(chǎn)業(yè)壓力，抑制中心城市“攤大餅”擴張和地價上漲；依托軌道交通和高鐵進行城市集群內(nèi)部功能洗牌，促進產(chǎn)業(yè)緊湊型分工協(xié)作，減少交通量，提升競爭力。交通用地歸國家所有，調(diào)節(jié)交通的地租收益應收歸國有專項用于交通低碳化改造及測試林地建設，反之，國有資產(chǎn)流失同時助長低效高排放交通方式蔓延，破壞城市格局，抑制低碳交通，降低土地使用效率和產(chǎn)業(yè)競爭力?？梢姡煌ㄅc土地及城市林地密切關聯(lián)，交通方式與土地價格間存在內(nèi)在聯(lián)系，土地價格可以調(diào)節(jié)交通方式優(yōu)化，交通方式也可以影響城市地價水平。

為了穩(wěn)定城市林地，促進有機垃圾還林，應明晰林地產(chǎn)權(quán)，明確林地終極產(chǎn)權(quán)歸國家所有，防止地方政府侵權(quán)破壞，林地經(jīng)營權(quán)在公共服務領域競爭，收益主要為降低熱島效應、地源熱泵和有機垃圾資源化利用關聯(lián)的財政補貼，地方政府參與管理。

城市森林濕地具有降低能耗的多重作用，主要涉及削弱熱島效應、促進低碳交通、土壤熱能利用和有機垃圾還林。實現(xiàn)這些作用有待林地、水面改變城市形態(tài)和發(fā)展方式，即林地對城市的包圍封閉，避免“攤大餅”發(fā)展；森林濕地在 城市內(nèi)部的擠壓作用，形成人口與建筑的非均衡布局，以利產(chǎn)業(yè)重組、建筑節(jié)能、交通減碳，即軌道交通協(xié)同非機動交通排斥和替代能耗高的機動車輛；城市林地還吸納交通碳排放，增強碳匯能力，為有機垃圾變廢為寶、土壤熱能的資源化利用提供基礎性保障。拓展城市生態(tài)用地須啟用內(nèi)外兩種調(diào)節(jié)機制。內(nèi)在機制在于城市森林具有多樣化的綜合效益，發(fā)展城市林地本身兼有促進林木自身發(fā)展的內(nèi)在作用。外在機制涉及出臺與城市森林和熱島效應掛鉤經(jīng)濟調(diào)節(jié)政策。

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