基于低碳理念的景觀全生命周期碳源和碳匯量化探究
——以天津仕林苑居住區(qū)為例

冀媛媛 (意)羅杰威 王 婷 梁雪陽(yáng)

1 景觀全生命周期碳源和碳匯的相關(guān)概念及研究

1.1 景觀全生命周期

全生命周期評(píng)估是在產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，從原料的取得、制造、使用與廢棄等階段，評(píng)估其產(chǎn)生的環(huán)境沖擊[1]。全生命周期評(píng)估自1990年起就已經(jīng)被用于建筑部門，并且成為評(píng)價(jià)建筑環(huán)境影響的一種重要工具[2]。景觀營(yíng)造作為人類重要的建造活動(dòng)，與建筑建造具有相似性。參照建筑的建造活動(dòng)，可以將景觀全生命周期分為景觀材料的生產(chǎn)、建造、日常使用和維護(hù)及廢棄拆除4個(gè)階段[3-5]。

1.2 景觀全生命周期的碳源

聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約指出，碳源是指向大氣中排放溫室氣體或者有排放溫室氣體前兆的過(guò)程或活動(dòng)[6]。在景觀全生命周期的范疇內(nèi)，景觀中碳源主要包含景觀材料生產(chǎn)、建造、日常使用維護(hù)和更新及拆除4個(gè)階段。

1.3 景觀全生命周期的碳匯

碳匯是指移除大氣中溫室氣體的任一過(guò)程、活動(dòng)或機(jī)制[6]。在景觀全生命周期的范疇內(nèi)，景觀中的碳匯主要來(lái)源于景觀綠色植物固碳、利用廢棄材料和再生能源等活動(dòng)產(chǎn)生的碳匯。

2 景觀的全生命周期碳源和碳匯的量化比較模型

2.1 景觀全生命周期碳源量化計(jì)算模型

1)研究范疇與內(nèi)容。

研究的內(nèi)容上，采用簡(jiǎn)化的生命周期評(píng)估方法，主要以景觀材料生產(chǎn)、建造、日常使用維護(hù)、更新及拆除4個(gè)階段的碳排放量作為研究對(duì)象。景觀設(shè)計(jì)、人員施工和植物前期養(yǎng)護(hù)等方面所產(chǎn)生的碳排放，不在研究范疇內(nèi)，暫且忽略不計(jì)。

2)碳源量化計(jì)算模型。

景觀全生命周期中的碳源CCO2＝景觀材料生產(chǎn)Cm＋景觀建造Cc＋景觀日常使用維護(hù)Co＋景觀更新及拆除Cd，即：

CCO2＝Cm＋Cc＋Co＋Cd

式中，Cm代表景觀材料CO2排放量；Cc代表景觀建造過(guò)程及材料運(yùn)輸中的CO2排放量；Co代表景觀日常維護(hù)階段的碳源；Cd代表景觀更新和拆除階段的碳源。

2.2 景觀全生命周期碳匯量化計(jì)算模型

1)研究范疇與內(nèi)容。

關(guān)于景觀全生命周期中碳源的計(jì)算，其全生命周期研究時(shí)間段可以借鑒景觀中植物的生命周期年限50年作為研究界限[7]。

2)碳匯量化計(jì)算模型。

景觀全生命周期中的碳匯CSCO2＝景觀綠色植物的碳匯Cs1＋景觀間接碳匯Cs2

即：CSCO2＝Cs1＋Cs2

式中，Cs1代表景觀中植物的直接碳匯；Cs2代表景觀中其他元素的間接碳匯。

2.3 景觀的全生命周期碳源和碳匯的量化比較

根據(jù)上述關(guān)于碳源和碳匯的計(jì)算模型，在景觀50年全生命周期中，碳源和碳匯的差額代表該景觀中的碳收支平衡狀況，是檢驗(yàn)景觀生態(tài)性的一個(gè)重要指標(biāo)。如果景觀在其全生命周期內(nèi)，碳源多于碳匯，那么說(shuō)明建成后的景觀在某種程度上對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了影響。因此，景觀全生命周期中碳源和碳匯的收支平衡狀況，即CCO2＜CSCO2是低碳景觀營(yíng)造的重要檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

3 景觀全生命周期碳源和碳匯量化實(shí)例研究

3.1 天津仕林苑居住區(qū)基本概況

天津仕林苑小區(qū)位于梅江東、地鐵一號(hào)線雙林站旁，項(xiàng)目所處區(qū)域周邊交通路網(wǎng)發(fā)達(dá)，生活便利。仕林苑高層景觀區(qū)景觀面積為20 256m2，其中硬質(zhì)景觀面積為7 874m2，軟質(zhì)景觀面積為12 382m2。

3.2 天津仕林苑居住區(qū)碳源

在針對(duì)仕林苑居住區(qū)的研究中，根據(jù)前文所述景觀碳源量化計(jì)算模型，碳源主要來(lái)源于景觀材料生產(chǎn)、建造、日常使用維護(hù)和更新及拆除階段。

3.2.1 景觀材料階段的碳源

景觀材料產(chǎn)生的碳源是景觀全生命周期碳源的主要來(lái)源。景觀材料的碳排放主要包含材料的提取，以及在工廠中制造、加工和組立等生產(chǎn)過(guò)程。仕林苑居住區(qū)中的景觀材料主要用于硬質(zhì)鋪裝及景觀小品的構(gòu)造，居住區(qū)主要使用建材11種，根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和計(jì)算公式，最終得出該小區(qū)景觀材料CO2排放總量為1 156t，表1為該小區(qū)景觀材料使用列表及CO2總排放量。

表1 仕林苑居住區(qū)景觀材料產(chǎn)生的碳排放

表2 仕林苑居住區(qū)植物材料運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放

表3 仕林苑居住區(qū)景觀材料運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放

3.2.2 景觀建造階段的碳源

按照景觀建造的不同階段，碳排放的來(lái)源主要包含2個(gè)部分：一部分為景觀建造過(guò)程中所有景觀材料運(yùn)輸過(guò)程產(chǎn)生的碳源，包含景觀中的各種植物材料和建造材料；另一部分為建造過(guò)程中施工機(jī)械所產(chǎn)生的碳源。

1)景觀材料運(yùn)輸產(chǎn)生的碳源。

(1)植物材料運(yùn)輸產(chǎn)生的碳源。

仕林苑小區(qū)高層區(qū)中應(yīng)用的植物材料均從薊縣苗圃運(yùn)輸。按照《重卡功率升級(jí)的經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素及環(huán)境影響因素》中分析的調(diào)研報(bào)告[10]，在苗木運(yùn)輸中，12m車長(zhǎng)的卡車百公里油耗設(shè)定為40.00L，8m車長(zhǎng)的卡車百公里油耗設(shè)定為34.00L。同時(shí)，在大喬木的裝車和卸車過(guò)程中，喬木胸徑在15cm左右，需要使用汽車式起重機(jī)，汽車式起重機(jī)在調(diào)研中的平均油耗為23L/h[11]，按照后文中在計(jì)算植物固碳時(shí)匯總的植物苗木表，將植物材料運(yùn)輸中產(chǎn)生的這兩部分碳源進(jìn)行匯總(表2)。

(2)建筑材料運(yùn)輸產(chǎn)生的碳源。

仕林苑小區(qū)高層區(qū)建造中所用建筑材料，一部分來(lái)自山東，一部分來(lái)自天津市周邊。在材料運(yùn)輸中，混凝土、白灰、水泥砂漿、碎石和瀝青混凝土采買自天津市周邊區(qū)域，主要的石材等采買自山東地區(qū)。運(yùn)送卡車的百公里油耗參照上文中關(guān)于重卡的3種油耗分類數(shù)據(jù)，各種材料的運(yùn)輸量以實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)為主。將主要建筑材料運(yùn)輸量的碳排放量總結(jié)如表3所示。

2)景觀建造產(chǎn)生的碳源。

仕林苑小區(qū)建造施工過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放主要為使用機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的CO2排放，在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，一些手動(dòng)的機(jī)械或能耗數(shù)量小的機(jī)械沒(méi)有在統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

3.2.3 景觀維護(hù)的碳源

景觀日常維護(hù)階段的碳源，一部分來(lái)自景觀中各種設(shè)施使用過(guò)程中的電力和化石能源，如景觀中的路燈、動(dòng)態(tài)水景和電瓶車等消耗的能源；另一部分來(lái)自景觀中綠地的養(yǎng)護(hù)與管理，如植物的修剪、灌溉和施肥等方面。因此，仕林苑景觀的維護(hù)一部分為各種設(shè)施使用過(guò)程中的電力和化石能源所產(chǎn)生的CO2；另一部分為景觀中綠地養(yǎng)護(hù)與管理產(chǎn)生的CO2。

1)居住區(qū)景觀植物養(yǎng)護(hù)碳排放。

表4 仕林苑居住區(qū)施工所用主要機(jī)械產(chǎn)生的碳排放

表5 仕林苑居住區(qū)養(yǎng)護(hù)能源消耗CO2排放表

表6 仕林苑居住區(qū)燈具CO2排放表

表7 仕林苑居住區(qū)景觀更新階段碳排放

在實(shí)際調(diào)研中，采訪了仕林苑小區(qū)高層區(qū)的相關(guān)負(fù)責(zé)人，將其植物養(yǎng)護(hù)中消耗的能源進(jìn)行列表(表5)。

2)居住區(qū)各種設(shè)施使用過(guò)程的碳排放。

仕林苑中植物的養(yǎng)護(hù)所產(chǎn)生的碳排放是其景觀使用維護(hù)階段的一部分，還有一部分來(lái)自各種設(shè)施使用過(guò)程中的電力和化石能源的消耗，如景觀中的路燈、動(dòng)態(tài)水景和電瓶車消耗等。在仕林苑高層居住區(qū)中，主要能源消耗為居住區(qū)中的路燈和動(dòng)態(tài)水景，路燈的開(kāi)放時(shí)間為夏季20：00—7：00，冬季17：00—7：00，按照華北電網(wǎng)給出的1kW/h電力的CO2排放系數(shù)為0.780 2kg，即780.2g/(kW·h)[14]，居住區(qū)中各種燈具的能耗計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

3.2.4 景觀更新和拆除的碳源

該居住區(qū)為新建小區(qū)，景觀拆除階段的碳排放值不在此次研究范疇內(nèi)。參照萬(wàn)科物業(yè)管理部門關(guān)于其他小區(qū)景觀更新的經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)數(shù)據(jù)，仕林苑的景觀更新為5年一次，景觀更新主要包括更新部分破壞的鋪裝及沒(méi)有成活的喬灌木。因此，景觀更新的碳源來(lái)自更新材料本身的碳排放和材料運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放，仕林苑更新中的CO2排放量估算如表7所示。

3.3 仕林苑居住區(qū)景觀全生命周期中的碳匯

植物的碳匯是居住區(qū)景觀中碳匯的主要來(lái)源，在計(jì)算這一部分碳匯時(shí)，借鑒中國(guó)學(xué)者陳自新等提出的不同單位葉面積計(jì)算方程和單位葉面積CO2吸收量[15]，對(duì)居住區(qū)的植物碳匯量進(jìn)行概算。通過(guò)計(jì)算，仕林苑居住區(qū)一年的植物固碳量為55 622.00kg，約為55.62t(表8)。

4 景觀全生命周期碳源和碳匯量化實(shí)例比較

4.1 居住區(qū)景觀不同年限中各階段碳源構(gòu)成分析

上文對(duì)仕林苑居住區(qū)景觀各個(gè)階段的碳源進(jìn)行了計(jì)算，景觀材料的碳源為1 156 188.00kg，景觀施工建造的碳源為91 210.80kg，景觀維護(hù)階段的碳源為14 976.28kg，景觀更新階段的碳源為10 063.00kg。在上述各個(gè)階段中，景觀材料階段碳排放占有重要比重，景觀維護(hù)和更新階段的碳源并不是一次碳源，隨著居住區(qū)年限的增長(zhǎng)，其數(shù)量也在不斷增加?；谥参锏纳L(zhǎng)年標(biāo)準(zhǔn)，將居住區(qū)景觀全生命周期設(shè)置為50年。

通過(guò)計(jì)算，在景觀全生命周期達(dá)到50年時(shí)，景觀中的CO2的排放量為2 096 828.00kg，景觀材料的碳排放量為1 156 118.00kg，仍接近于景觀全生命中總碳排放量的55%。而隨著景觀使用年限的增長(zhǎng)，景觀維護(hù)中的碳排放量也在不斷增加，在50年時(shí)的排放量為748 814.00kg，占全生命周期中總碳排放量的35.7%。景觀建造和景觀更新階段的碳排放量相對(duì)較少，因此，景觀材料和景觀維護(hù)中的碳源是景觀能否達(dá)到低碳的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

表8 天津仕林苑居住區(qū)主要苗木碳匯量

4.2 居住區(qū)景觀全生命周期碳源和碳匯比較分析

仕林苑居住區(qū)中的碳匯主要來(lái)源于植物，固碳量為55 622.00kg/年，居住區(qū)中的碳源在不同的使用年限下有所不同。因此，我們將不同使用年限下的居住區(qū)景觀的碳源和碳匯進(jìn)行比較(圖1)。

通過(guò)上述比較可以看出，仕林苑居住區(qū)景觀的碳源和碳匯在使用前20年中，居住區(qū)景觀建設(shè)及維護(hù)中的碳源量大于植物的固碳量，當(dāng)?shù)搅说?0年使用年限時(shí)，植物的固碳量基本與碳排放量相互平衡，在第50年的使用年限中，植物固碳量超過(guò)碳排放量，固碳量為684t，居住區(qū)景觀的生態(tài)效益呈現(xiàn)為正向的生態(tài)效益。

5 居住區(qū)景觀減少碳源和增加碳匯的可行性分析

5.1 居住區(qū)景觀減少碳源可行性分析

根據(jù)實(shí)際調(diào)研，居住區(qū)景觀碳源主要來(lái)自景觀材料和景觀維護(hù)中的碳源，而景觀建造和更新階段的碳排量在全生命周期中所占的比例很小。因此，在減少居住區(qū)景觀碳源的可行性分析方面，主要從景觀材料和景觀維護(hù)2個(gè)方面進(jìn)行分析。

5.1.1 減少居住區(qū)景觀材料碳源可行性分析

1)在《新加坡公園評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》《可持續(xù)的基址倡議》等相關(guān)景觀材料標(biāo)準(zhǔn)中[16-17]，都提到了景觀材料中應(yīng)有20%～30%可以再次回收利用的成分。景觀材料的回收再利用是降低景觀材料碳排放的重要途徑。在仕林苑居住區(qū)材料中，如果材料都含有25%可再次回收利用的成分，整體材料的碳排放將減少289 047.00kg。

2)在選擇材料時(shí)，應(yīng)了解相關(guān)材料的碳排放因子，盡可能地選擇生產(chǎn)工藝較高、碳排放較低的材料。如同種水泥產(chǎn)品，新型生產(chǎn)方式和傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的碳排放量差距最大可以到50%[18]。

3)選擇當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?，材料為?dāng)?shù)厣a(chǎn)，可減少運(yùn)輸中的距離，從而減少建造過(guò)程中的碳排放。

5.1.2 減少居住區(qū)景觀維護(hù)的碳源可行性分析

1)該居住區(qū)原有的灌溉方式為漫灌。在其他管理不變的情況下，節(jié)水的灌溉方式比普通漫灌節(jié)水52%[19]。居住區(qū)綠化灌溉用水全年的消耗量為9 905t，根據(jù)水的CO2排放量，將產(chǎn)生2 971.50kgCO2。在改變灌溉方式后，將節(jié)約5 150t用水量，減少CO2排放量為1 545.00kg。

2)居住區(qū)中的照明設(shè)施為日常維護(hù)中碳源的主要來(lái)源，改變?cè)写蠊β实恼彰髟O(shè)施為L(zhǎng)ed光源5W的照明設(shè)施，相比原來(lái)的照明方式節(jié)約電能為70%。耗電量由原有的13 056度變?yōu)? 651度，同時(shí)，碳排放由10 184.00kg變?yōu)? 068.00kg。

3)減少化肥使用量，將落葉等生物廢棄物進(jìn)行回收，經(jīng)過(guò)處理，可以變成土壤改良劑和綠化有機(jī)肥，從而減少肥料使用量，也減少生物垃圾外運(yùn)量。在其他管理不變的情況下，通過(guò)調(diào)研，肥料的使用量將減少30%。

5.2 居住區(qū)景觀增加碳匯可行性分析

居住區(qū)碳匯的增加量主要來(lái)自居住區(qū)所種植植物的固碳，在植物固碳方面，植物的固碳量與植物的胸徑、冠幅及種類有密切關(guān)系，在同樣條件下，應(yīng)選擇固碳量強(qiáng)的植物為骨干樹(shù)種。另外，在仕林苑居住區(qū)中，增加多年生草本植物來(lái)代替原有的草坪，也是增加固碳量的方法，因?yàn)椴萜罕旧砉烫剂枯^低，而且需要經(jīng)常修剪，固碳量可以忽略不計(jì)。而地被植物和多年生草本植物不用修剪，且固碳量也比草坪要高，例如我國(guó)學(xué)者針對(duì)草本植物鳶尾研究發(fā)現(xiàn)，其每平方米土地的固碳量為26.05g/(m2·d)[20]。

6 結(jié)語(yǔ)

居住區(qū)綠地是城市綠地的重要組成部分，與人們的生活密切相關(guān)。在傳統(tǒng)的認(rèn)知下，所有的景觀建設(shè)都是正向的活動(dòng)，會(huì)立刻產(chǎn)生積極的生態(tài)效應(yīng)，而不會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。但是景觀建設(shè)如同其他人類活動(dòng)一樣，在其全生命周期中也會(huì)產(chǎn)生大量的CO2。研究以天津仕林苑居住區(qū)為例，通過(guò)對(duì)景觀中全生命周期的碳源和碳匯進(jìn)行比較研究，得到居住區(qū)景觀在建設(shè)初期存在碳源和碳匯不平衡的結(jié)果，而景觀材料階段和景觀維護(hù)階段的碳源是居住區(qū)碳源的主要來(lái)源。因此，在居住區(qū)景觀建設(shè)中，如何減少碳源量，使居住區(qū)能夠發(fā)揮最大的生態(tài)效益，是低碳景觀建設(shè)的關(guān)鍵。

圖1 居住區(qū)景觀全生命周期碳源碳匯比較(作者繪)