城市園林植被碳儲(chǔ)量研究

摘 要：在低碳經(jīng)濟(jì)研究進(jìn)程中，碳儲(chǔ)量對(duì)溫室氣體排放的抵消作用日益突顯。雖然世界各國(guó)對(duì)森林和土壤碳儲(chǔ)量進(jìn)行過(guò)較多研究且有所收獲，但針對(duì)城市園林植被碳儲(chǔ)量所開(kāi)展的研究只占1.27%，然而近年來(lái)該類(lèi)研究明顯升溫。文章采用直接收獲法、異速生長(zhǎng)方程法和生物量擴(kuò)展因子法，科學(xué)計(jì)量園林學(xué)校“江南大學(xué)”植被碳儲(chǔ)量，分析不同植被單株碳儲(chǔ)量狀況，為相關(guān)部門(mén)在同等美觀(guān)條件下選擇優(yōu)勢(shì)物種，制定園林策略提供參考。

關(guān)鍵詞：城市園林 碳儲(chǔ)量 計(jì)量方法 優(yōu)勢(shì)樹(shù)種

中圖分類(lèi)號(hào)：F290 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2015）11-018-03

一、城市園林植被碳儲(chǔ)量研究現(xiàn)狀

隨著《聯(lián)合國(guó)氣候變化公約》與《京都議定書(shū)》的簽署，中國(guó)一方面探索節(jié)能減排新途徑，另一方面規(guī)定了具體的減排指標(biāo)。研究過(guò)程中學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，森林在降低溫室氣體，吸收二氧化碳方面作用明顯。目前，全球城市化進(jìn)程正逐步加快，城市園林得以飛速發(fā)展，林業(yè)作為特殊的生態(tài)系統(tǒng)單元，具有巨大碳匯潛力。

發(fā)達(dá)國(guó)家是碳儲(chǔ)量研究的先行者，數(shù)十年觀(guān)測(cè)和監(jiān)測(cè)活動(dòng)中，長(zhǎng)期研究網(wǎng)絡(luò)和試驗(yàn)站被搭建起來(lái)。Pouyat（2002），Liski（2002）等大多針對(duì)城市森林和土壤碳儲(chǔ)量進(jìn)行深入研究。中國(guó)學(xué)者方精云（2001）采用改良的生物量換算因子法，研究出20世紀(jì)70年代碳儲(chǔ)量減少源于森林砍伐等人為作用，而近20來(lái)儲(chǔ)量的增加源于人工造林。魏文俊等（2007）對(duì)江西省森林植被喬木層進(jìn)行了研究，并總結(jié)出不同年齡，不同群落碳儲(chǔ)量和碳密度的分配規(guī)律。章明奎（2006）綜合分析土壤空間變異性，研究人為因素影響下的土壤有機(jī)貯存量和易氧化態(tài)碳。揣小偉（2011）等探討了土地利用變化對(duì)土壤碳儲(chǔ)量的影響，發(fā)現(xiàn)各地類(lèi)表層土壤有機(jī)碳密度均有所增加。此外，針對(duì)城市園林碳儲(chǔ)量方面，王迪生（2010），吳珊珊（2010）也分別對(duì)北京和合肥進(jìn)行研究，其采用的計(jì)量方法和所獲碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù)有較強(qiáng)的借鑒及推廣意義。日益完善的碳計(jì)量研究體系和日益提高的實(shí)踐水平，為深入探究城市園林碳儲(chǔ)量提供了可靠基礎(chǔ)。

雖然各類(lèi)研究有所成果，但局限性同樣顯而易見(jiàn)：首先，本文通過(guò)對(duì)1982年-2012年萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)上800余份相關(guān)碳儲(chǔ)量文獻(xiàn)進(jìn)行整合分析，發(fā)現(xiàn)49.31%研究了土壤碳儲(chǔ)量;34.84%研究了森林碳儲(chǔ)量;7.99%研究了草地;6.60%研究了農(nóng)田;只有1.27%近幾年開(kāi)始對(duì)園林碳儲(chǔ)量進(jìn)行研究。數(shù)據(jù)表明世界各國(guó)專(zhuān)門(mén)針對(duì)園林植被碳儲(chǔ)量所開(kāi)展的研究較少，但近年來(lái)該類(lèi)研究明顯增多，2011年，李海奎，雷淵才等就清查資料估算中國(guó)森林植被碳儲(chǔ)量，發(fā)現(xiàn)人工林碳儲(chǔ)量在中國(guó)喬木林碳儲(chǔ)量中比例超過(guò)15%，說(shuō)明園林碳儲(chǔ)量在地區(qū)碳計(jì)量中具有巨大潛力;其次，已有結(jié)論靜態(tài)而宏觀(guān)，不能因地制宜準(zhǔn)確和動(dòng)態(tài)反映城市園林植被碳儲(chǔ)量信息;第三，由于城市園林復(fù)雜，數(shù)據(jù)和資料的收集受限，不確定因素廣泛存在。此外，我國(guó)城市園林碳儲(chǔ)量研究起步較晚，林業(yè)和園林分別管理，加之園林工作者更加重視城市園林景觀(guān)綠化特性，增加了研究的難度。

本文以《造林項(xiàng)目與監(jiān)測(cè)指南》（IPCC2006）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)指南）為依據(jù)，結(jié)合城市園林植被的特點(diǎn)和現(xiàn)有理論，考慮城市園林管理和相關(guān)資料的欠缺，借鑒相關(guān)技術(shù)和方法，對(duì)園林學(xué)校江南大學(xué)進(jìn)行實(shí)地考察和深入研究，幫助相關(guān)部門(mén)獲得原始數(shù)據(jù)，驗(yàn)證、修正并補(bǔ)充在無(wú)錫地區(qū)的缺省值，選擇優(yōu)勢(shì)物種，制定合適的園林策略，推廣園林碳儲(chǔ)量計(jì)量方法，完善碳計(jì)量體系。

二、研究方法

（一）一般計(jì)量方法

根據(jù)《指南》，碳計(jì)量包括異速方程法和生物量擴(kuò)展因子法?？紤]到地區(qū)差異和數(shù)據(jù)缺失情況，通過(guò)直接收獲法可精準(zhǔn)、科學(xué)、可靠的獲得影響樹(shù)種物理特征的值。其中，優(yōu)先采用異速生長(zhǎng)方程法，如果沒(méi)有可用的生物量方程或所用方程與實(shí)際差別較大，應(yīng)采用生物量擴(kuò)展因子法。

測(cè)量碳儲(chǔ)量，首先要定義碳庫(kù)：

CPROJ，t=CPROJ，AB，t+CPROJ，BB，t+CPROJ，DW，t+CPROJ，L，t+CPROJ，SOC，t（公式1）

式中：CPROJ，t為第t年項(xiàng)目總碳儲(chǔ)量;CPROJ，AB，t為第t年碳庫(kù)中的地上生物量碳儲(chǔ)量;CPROJ，BB，t為第t年碳庫(kù)中的地下生物量碳儲(chǔ)量;CPROJ，DW，t為第t年碳庫(kù)中的枯落物碳儲(chǔ)量;CPROJ，L，t為第t年碳庫(kù)中的枯死木碳儲(chǔ)量;CPROJ，SOC，t為第t年碳庫(kù)中的土壤有機(jī)質(zhì)碳儲(chǔ)量;t為項(xiàng)目年份。

地上生物量和地下生物量在何種情況下都不能省略，考慮到江南大學(xué)園林環(huán)境存在人為管理和清理，所以枯落物，枯死木可忽略不計(jì);考慮到土壤碳儲(chǔ)量研究缺乏先進(jìn)儀器和技術(shù)支持，故本研究碳庫(kù)由植被地上生物量和植被地下生物量組成。

1.直接收獲法。由于江南大學(xué)植被數(shù)目大且分散，本研究以實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值作為平均標(biāo)準(zhǔn)木的值，以平均標(biāo)準(zhǔn)木的生物量作為相應(yīng)樹(shù)種的單株生物量，以單株生物量乘以相應(yīng)種類(lèi)的數(shù)量得到總碳儲(chǔ)量。

2.異速生長(zhǎng)方程法。該方法對(duì)有代表性的植物的胸徑、樹(shù)高、冠幅、活枝下高值等進(jìn)行測(cè)量，分層切割，測(cè)定各器官鮮重。同時(shí)采取少量各器官樣品，稱(chēng)取樣品鮮重。然后在≤70℃條件下烘干至恒重，計(jì)算樣品含水率，繼而測(cè)定各器官干重。單物量（B）胸徑（DBH）（一元）或胸徑（B）和樹(shù)高（H）（二元）的異速生長(zhǎng)方程。方程如下：

1nB=a1+a21n（DBH）（公式2）

或1nB=a1+a2In（DBH）+a3H（公式3）

式中：B為生物量（tDM.株-1）;DBH為胸徑（cm）;H為樹(shù)高（m）;a1-a3為參數(shù)。

3.生物量擴(kuò)展因子法。該方法是根據(jù)測(cè)定的樣地內(nèi)林木的胸徑（DBH）和樹(shù)高（H），利用一元或二元立木材積公式得到單株林木材積，然后利用樹(shù)干材積密度、生物量擴(kuò)展因子計(jì)算地上生物量，通過(guò)根-莖比，計(jì)算地下生物量，即：

地上生物量Tab=■Vi×Di×Ri×Ci×Ni （公式4）

地下生物量Tbb=■Vi×Di×Ri×Ci×Ni×R（公式5）

式中：i為樹(shù)木類(lèi)型;Tab為樹(shù)木地上碳儲(chǔ)量;Tbb為樹(shù)木地下碳儲(chǔ)量;Vi為i類(lèi)型樹(shù)干材積量;Di為樹(shù)干密度;Ri為生物量擴(kuò)展系數(shù);Ci為植物中C含量;Ni為i類(lèi)型樹(shù)木數(shù)量;R為根-莖比。

地上生物量與地下生物量之和可近似看做總碳儲(chǔ)量。

其中，樹(shù)木材積公式為：

Vi=g1.2（H+3）fэ（公式6）

式中：Vi為植被材積;H為樹(shù)高;g1.2為地上1.2米的樹(shù)干面積;fэ=0.44為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

（二）本文研究方法

本文通過(guò)抽樣調(diào)查，直接收獲兩個(gè)重要變量：樹(shù)高和胸徑值?？紤]到喬木物理參數(shù)受氣候和人為因素影響小，故采用異速生長(zhǎng)方程法進(jìn)行研究。參考關(guān)于灌木的碳計(jì)量方法發(fā)現(xiàn)，灌木所含碳儲(chǔ)量較低，國(guó)際上普遍將其作為一個(gè)整體，研究樹(shù)高和胸徑的平均值，而不是具體就某一種樹(shù)種來(lái)進(jìn)行研究，故灌木數(shù)據(jù)缺失較多;且其他文獻(xiàn)所研究的灌木大多不是園林灌木，樹(shù)高較江南大學(xué)灌木兩倍左右，與江南大學(xué)具體實(shí)際不符，故采用生物量擴(kuò)展因子法計(jì)算灌木碳儲(chǔ)量。

三、江南大學(xué)概況和植被數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

（一）江南大學(xué)概況

江南大學(xué)地處江蘇省無(wú)錫市（北緯31°7′至32°2′，東經(jīng)119°33′至120°38′）長(zhǎng)江三角洲平原腹地，屬亞熱帶濕潤(rùn)區(qū)，受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，氣候溫和，雨水充沛。學(xué)習(xí)占地3200畝，建筑面積100多萬(wàn)平方米，常綠闊葉林種植居多，主要樹(shù)種有香樟、櫸樹(shù)、杉樹(shù)等。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，江南大學(xué)共有植被209種，綜合考慮植被的典型性和多樣性，本文將植被分為11類(lèi)，選擇八處樹(shù)種分布較密集的區(qū)域，對(duì)部分植被抽樣調(diào)查。

（二）江南大學(xué)植被分類(lèi)

由于無(wú)錫市地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，適合常綠植被生長(zhǎng)，故園林結(jié)構(gòu)中，喬木種植株樹(shù)較多，占樣本65.59%;草坪和灌木種植面積較大，分別占樣本44.81%和50.03%?？紤]到部分樹(shù)木占總體比例較小;或受限于技術(shù)條件和當(dāng)下科研水平;或曾出現(xiàn)遷移現(xiàn)象，目前具體位置無(wú)法鎖定等原因，本文最終選擇占樣本比例較大的常綠喬、灌木，落葉喬、灌木進(jìn)行研究。

（三）江南大學(xué)植被胸徑與樹(shù)高值

對(duì)比相關(guān)數(shù)據(jù)，受限于樹(shù)齡和亞熱帶氣候特征，江南大學(xué)樹(shù)木胸徑樹(shù)高除木槿外，樹(shù)高、胸徑值普遍偏小。除香樟和合歡等少數(shù)喬木種植年份為30年以外，其余植物種植時(shí)間僅為15年。喬木高度集中在5～6米，灌木除夾竹桃、桂花等超過(guò)2米外，其他樹(shù)種樹(shù)高為1米左右，且常綠喬木樹(shù)高平均值高于落葉喬木，落葉灌木樹(shù)高平均值高于常綠灌木。喬木類(lèi)胸徑值在0.008～0.271范圍內(nèi)，然而，落葉喬木胸徑平均值普遍大于常綠喬木，灌木類(lèi)胸徑值小而平均。

四、江南大學(xué)不同類(lèi)型植被碳儲(chǔ)量

（一）江南大學(xué)不同類(lèi)型植被碳儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)

經(jīng)計(jì)量，江南大學(xué)常綠喬木、常綠灌木、落葉喬木、落葉灌木的總碳儲(chǔ)量分別為534.504t，120.834t，34.839t，40.070t，單株碳儲(chǔ)量平均值分別為0.041t/株，0.045t/株，0.0008t/m2，0.0013t/m2。常綠植被在江南大學(xué)生長(zhǎng)狀況較好，其中香樟適應(yīng)性較強(qiáng)，密度較大，生長(zhǎng)較快，在常綠喬木中碳儲(chǔ)量最大。落葉喬木單株碳儲(chǔ)量較大，且除垂柳和黃山欒樹(shù)外，其他落葉喬木單株碳儲(chǔ)量相對(duì)平均，其中杉木尤其是水杉在增匯方面作用較大。灌木碳儲(chǔ)量略小，就規(guī)律而言，常綠灌木碳儲(chǔ)量位于0.007t/m2～0.008 t/m2之間;落葉灌木碳儲(chǔ)量普遍超過(guò)0.01t/m2，其中，夾竹桃、桂花、石榴、木槿等碳匯潛力有待發(fā)掘。

（二）江南大學(xué)總碳儲(chǔ)量和單株碳儲(chǔ)量分析

對(duì)比其他研究發(fā)現(xiàn)，因受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，江南大學(xué)常綠樹(shù)種總碳匯量較大，且常綠喬木>落葉喬木>落葉灌木>常綠灌木，而其他地區(qū)因處于溫帶氣候區(qū)，落葉喬木>常綠喬木。不過(guò)喬木在增匯減排上發(fā)揮的效用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于灌木是一致的。此外，從單株生物量上看，落葉喬木>常綠喬木>常綠灌木>落葉灌木也與其他研究結(jié)論相同。

江南大學(xué)碳儲(chǔ)量平均值：常綠喬木>落葉喬木>落葉灌木>常綠灌木;常綠喬木碳儲(chǔ)量平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于落葉喬木。

五、結(jié)論

首先，通過(guò)對(duì)1982年-2012年800余份相關(guān)碳儲(chǔ)量文獻(xiàn)進(jìn)行整合分析，發(fā)現(xiàn)84.15%研究了森林和土壤碳儲(chǔ)量，只有1.27%對(duì)城市園林碳儲(chǔ)量進(jìn)行研究，但近年來(lái)該類(lèi)研究持續(xù)升溫，隨著城市化進(jìn)程的加快，城市園林碳儲(chǔ)量在發(fā)揮增匯減排作用方面具有巨大潛力。

其次，在江南大學(xué)園林結(jié)構(gòu)中，喬木數(shù)量較大，占11種類(lèi)型共209種植物中比例的65.59%;灌木面積較大，占比例的50.03%。且落葉喬木類(lèi)>常綠灌木類(lèi)>常綠喬木類(lèi)>落葉灌木類(lèi)。校區(qū)樹(shù)齡雖小，但隨著樹(shù)木的快速成長(zhǎng)，碳增量前景可觀(guān)。

第三，江南大學(xué)常綠喬木總碳儲(chǔ)量為534.504t，單株平均值為0.041t/株;落葉喬木總碳儲(chǔ)量為120.834t，單株平均值為0.045t/株;常綠灌木總碳儲(chǔ)量為34.839t，單株平均值為0.0008t/m2;落葉灌木總碳儲(chǔ)量為40.070t，單株平均值為0.0013t/m2。

第四，受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，常綠植被在無(wú)錫生長(zhǎng)狀況較好，因此總碳儲(chǔ)量常綠喬木>落葉喬木>落葉灌木>常綠灌木;又因?yàn)槁淙~喬木密度較大，故單株生物量落葉喬木>常綠喬木>常綠灌木>落葉灌木。

第五，水杉、香樟、雪松、池杉、垂柳、黃山欒樹(shù)、廣玉蘭、馬褂木、合歡、櫸樹(shù)碳儲(chǔ)量較大，在同等美觀(guān)條件下，多種植喬木，尤其是上述碳儲(chǔ)量排名前十的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，發(fā)揮碳匯的凈化作用。

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（作者單位：江南大學(xué)商學(xué)院 江蘇無(wú)錫 214122）

（作者簡(jiǎn)介：戴越，講師，博士，從事低碳經(jīng)濟(jì)及工業(yè)碳排放研究。）

（責(zé)編：賈偉）