低碳园林相关理论研究的现状与思考

杨阳 赵红红

20世纪以来，人类面临着气候变化和能源危机带来的诸多生存环境问题，而“低碳”成为全球应对危机的研究热点。“低碳园林”亦成为风景园林行业广泛应用的概念，频频出现在各类期刊文献和实践案例中。但是纵观现有文献及研究，发现学界对该概念界定含糊，研究深度严重滞后于实践中的应用和传播，阻碍了实质性问题研究的进展。因此，有必要对近年来国内外学界低碳园林相关研究的缘起和脉络进行梳理和总结，分析当前研究现状存在的问题，并思考有效的研究方向。

1 低碳园林研究的缘起与动因

“低碳”的概念最早源于2003年英国能源白皮书《我们能源的未来：创建低碳经济》中提出的“低碳经济”[1]。2007年IPCC发表了最近的第四次报告，其中明确指出“当前气候变暖的原因90%以上的可能性是由人类活动造成的”[2]。在此时代背景下，“低碳”理念在全球范围内迅速推广，从“低碳经济”、“低碳生活”，到致力于低碳发展的“低碳城市”等。

低碳城市是未来城市的发展模式之一，是遏制气候变化的重要选择。目前低碳城市建设在全球范围内广泛展开，伦敦、东京、纽约等世界级城市先后提出低碳城市建设目标并制定相关规划或行动计划[3]。中国政府积极应对，明确生态文明建设为重点的可持续发展之路，中国科学院可持续发展战略研究组在其《2009年中国可持续发展战略报告》中，正式提出了中国低碳城市的发展战略设想。至今我国已确定了6个省区低碳试点，36个低碳试点城市，全国范围内掀起了低碳热潮。

低碳城市建设目标下，传统的规划建设思维向着应对气候变化的规划理论与方法创新转变，各领域学者在探索低碳建设策略上做了大量研究工作，其中涉及城市园林绿地碳汇功能的重要性。林姚宇等[4]总结了C40成员低碳城市建设的5种低碳实践模式，指出城市绿地和各类生态要素的保护是强化区域碳汇的基础。诸大建[5]指出在经济过程的出口环节，要通过植树造林、保护湿地等增加地球的绿色面积，吸收经济活动所排放的二氧化碳。叶祖达[6]针对推动低碳城市发展，提出利用城乡生态绿地空间的碳贮存量增加而产生减排效果，将生态绿地空间系统进行分类建立城乡区域生态绿地空间碳汇功能评估方法。陈飞[7]等以上海为实证，认为在加强绿化措施增加自然碳汇能力上，上海今后应进一步增加街头绿化、公园、沿江、道路绿化建设，沿城市周边设置防风林，保护现有沼泽地，从整个城市范围内做到生态平衡。龚兆先[8]等提出合理进行城市空间规划与设计是自然调节城市热气候的一种途径。骆高远[9]还提出改善城市气候的城市“屋顶花园”绿地设计。风景园林在低碳城市建设中的作用，除了碳汇作用，还体现在建筑、交通方面的应用，这些学科间的低碳建设研究推动着风景园林与低碳的理论研究和实践工作。

此外，风景园林是处理人类与自然间关系的学科，其发展同社会环境密切关联。18世纪的工业革命后，为应对全球城市化加速带来一系列的环境问题，人类提出了可持续发展目标，环境的可持续发展是可持续发展总体战略的重要组成，也是经济、社会可持续发展的基础和保障[10]。风景园林的理论实践也在生态园林、节约型园林、低成本园林、可持续景观等思路基础上不断发展。城市园林绿地是实现现代城市生态和碳汇功能的主要途径，同时需切实减少园林绿化工程实践中的能源消耗，在此背景下对风景园林的可持续发展提出量化的新要求。

综上所述，基于时代背景、国情国策、学科交叉、自身发展等需求的推动，促使低碳园林相关研究应运而生，成为本学科研究的热门课题。

2 低碳园林的概念、内涵及研究历程

2.1 低碳园林相关概念内涵

国外相关研究概念为“the Carbon Landscape”，可译为“碳景观”，最早由新西兰景观设计师克雷格﹒波考克（Craig Pocock）于2007年提出，意在研究风景园林项目潜在的碳值。他指出，设计师正被园林产物表象的绿色和可持续性所误导，存在错误的环境自信，并对其自身14年来从事的园林景观项目所消耗CO2成本进行估算，结果显示一般设计师使用材料产生的二氧化碳远超出其种植植物能吸收的碳量。

我国“低碳园林”相关理论研究尚处于探索阶段，概念名词叫法不一，主要还有“低碳式风景园林”、“低碳风景园林”、“低碳景观”。王贞、万敏曾试界定为：在风景园林的规划设计、材料与设备制造、施工建造与日常管理以及使用的整个生命周期内，尽量减少化石能源的使用，提高能效、降低二氧化碳排放量，形成以低能耗、低污染为特征的“绿色”风景园林[11]。另外，王绍增教授则通过分析“低碳”的发展历程和逻辑，认为低碳一词容易导致多种误解，不是论证充分的科学结论，因而不构成严格的科学概念[12]。现在，行业内还没有公认的概念定义。

对于低碳园林的深层内涵，李先军进行了剖析，认为低碳式风景园林必须是资源节约型园林、环境友好型园林、生态文明背景下的新体现[13]。暨低碳园林是低碳经济时代出现的一个新理念，是一种可持续发展的园林模式[14]。

2.2 低碳园林理论研究历程

低碳园林相关研究源于低碳时代背景及学科发展的推动，随着碳作为人类活动强度的衡量标准，各行各业开始探索如何更低碳排放的研究。

克雷格·波考克开启了碳景观学术研究的篇章，并致力于园林项目各阶段的碳循环和降低能源消耗方法研究。随后，大量研究学者开始专注于城市园林绿地的碳足迹研究，颠覆了园林就代表着绿色低碳的片面观点。

我国首次关注低碳园林源于《中国园林》2008年3月刊中，刘晓明教授撰写了第75期国际风景园林设计师联合会IFLA通讯，其中介绍了克雷格·波考克学者在大会上主题为《碳景观：管理风景园林设计中的碳作用》[15]的报告。《中国园林》2010年第六期将主题设为“低碳与风景园林”，首次汇集了学科内诸多学者关于低碳与风景园林这一新主题的观点讨论，2011第一期继续 “低碳的实践与研究” 的主题。2012年中国建筑工业出版社出版了涂秋风所著的《低碳与城市园林》[16]，成为第一部较为系统从城市园林行业角度阐述与低碳关系的书籍。

根据现有文献，2010年以来风景园林学术刊物陆续刊登了不少有关低碳园林的文章，高校研究者也对此进行了广泛关注。笔者2013年4月10日在CNKI中以“主题”检索“低碳”并含“园林”的期刊文献，可见446条结果，相关学位论文发表20篇，对2010年至2013年间低碳园林相关论文数量的年度分布进行了统计（图1）。

1 2010-2013年间CNKI“低碳园林”相关论文数据统计

3 低碳园林相关理论研究进展

3.1 园林绿地的碳足迹研究

“足迹”是一种常用来描述人类对自然资源占用情况量化研究的方式[17]。碳足迹是对人类直接或间接活动产生或者一个产品整个生命周期积累的二氧化碳排放量的测量[18]。

克雷格·波考克[19]总结出碳循环主要涉及园林项目中的4个阶段：设计、施工、管理、更新。该结论也成为诸多学者进行延伸扩展研究的低碳园林核心方向。迈克尔·W·斯托巴赫（Michael W. Strohbach）[20]等运用生命周期评价方法（LCA）对城市园林绿地的碳足迹进行研究，研究结果表明，城市园林绿地的碳足迹受设计及其产生的管理方式影响重大，而树木的生长率和死亡率影响最大。殷利华[21]等相对较深入地探讨了园林绿化施工阶段碳足迹的计算思路，分析了绿化施工中碳足迹主要体现在园林施工企业的施工材料取得、运输、设备利用、植物栽种及措施、人员作业、工程竣工各环节中直接或间接产生的CO2总量。有学者选取芝加哥西北部的两座绿化差异较大的住宅区景观绿地进行了碳储存和年际碳通量的量化研究，指出两处绿地的主要净碳排放来自基础维护即绿地的后期管理[22]。卡梅隆（Cameron）[23]等对私人花园碳平衡的研究中也指出，园林植物和土壤中碳储存的有效性很大程度上取决于设计，其中管理方面所使用的水、农药、化肥等非可持续能源可能导致花园成为温室气体的过度排放源。

此外，大量研究还表明植被并不是一个永久性的碳汇，生长过程中能固定大气中的碳并储存植被中，这部分碳最终因植被的死亡而释放，因此树木需要适当的种植和维护，以确保更长的生命周期，避免过快的碳释放[24]。

园林绿地的碳足迹需考虑整个生命过程，其施工、后期管理产生大量碳排放，甚至超过其碳汇量，树木的生长情况和枯竭后的处理也很大程度影响着绿地的碳汇效益。而园林绿地这些过程中的碳排放量跟前期设计有很大关联，因此，园林设计师在深入了解园林绿地碳足迹的基础上，需加强园林设计阶段的低碳意识，用尽可能少的资源为人类创造低消耗、低污染、可持续发展的美好生存环境。

3.2 低碳园林设计研究

低碳园林设计研究的核心目标就是考虑园林绿地整个生命过程和所有要素，降低各个阶段的碳消耗，提升绿地的碳汇效益。克雷格·波考克就积极鼓励研究新材料、制造技术、施工方法和管理维护的做法以降低能源消耗，开发计算每个景观项目各阶段的碳模型技术[25]。并指出景观设计师工作中最显著的碳消耗在于其设计项目中指定的材料，建议设计师联合起来利用其市场购买力量引导更加绿色可持续的材料市场[26]。他还向IFLA组织发起倡导“煤烟行动计划”——以C60煤烟分子为结构建立的IFLA气候行动计划图表，倡导全球风景园林设计师采取低碳行动[27]。

孟素维[28]等论述了低碳技术在园林地形的塑造、园林植物的选择与配置、园林建筑材料的选用、园林水体的建设与后期管理、园林中新能源的开发与利用等方面的应用。李树华[29]在低碳经济社会背景下提出了共生和循环的城市园林绿地建设基本思路。腾明君等[30]从生态学角度探讨了低碳园林的发展策略，提出了增加城市绿量、改善景观布局、选育应用功能性植物、建设近自然园林、综合利用水资源及引导居民参与园林建设等低碳园林规划建设的生态学途径。低碳概念在城市园林绿地中的应用体现在城市雨洪管理、构建城市的“冷岛”、城市湿地景观的营造、生产性景观的应用、引导绿色出行方式、低碳教育与展示基地[31]。

前文指出园林绿化并不是永久性的碳汇，园林绿化废弃物如枯枝落叶、树枝、草坪修剪物、杂草和残花等按照常规的处理方式不仅污染环境，且固定在植被中的碳又释放回空气中。对此研究者探讨了更环保、低碳的解决方案，如园林绿化废弃物生物质炭化技术[32]、上海静安区实行收集落叶枯枝做“春泥”的低碳项目[33-34]。

3.3 园林绿地的碳汇研究

《联合国气候变化框架公约》中将碳汇定义为从空气中清除二氧化碳的过程、活动、机制。主要是指森林吸收并储存二氧化碳的能力[35]。城市园林绿地不仅提供良好城市环境，绿地植物群落更能提供碳汇功能，在吸收部分温室气体排放、减缓气候变化方面起着非常关键和重要的作用[36-37]。园林绿地的碳汇功能不同于森林，但是对于城市而言，其固碳能力具有特别重要的意义，成为研究者广泛关注的重点。

3.3.1 城市绿地的碳汇效益研究

定量分析城市绿地的碳汇功能，是证明园林绿地维护城市碳平衡发挥生态效益的重要科学依据。奥尼尔·伯杰伦（Onil Bergeron）[38]等通过使用涡度相关技术对城市居住区和城郊区域的CO2通量进行为期2年的测验研究，证明了城郊地区因生物碳汇活动和较低人工碳排放相比城市居住区呈现较低碳排放。大卫·J·诺瓦克（David J. Nowak）等基于28个城市和6个州的城市绿化树木现场数据，测定单位树木覆盖的平均碳储存密度为7.69kg/m2，固碳密度为0.28kgC/m2。在此数据基础上，估算出美国总的城市绿化树木总碳储量为6.43亿t，每年的固碳量约为2560万t[39-40]。乔基恩（Hyun-Kil Jo）[41]曾对韩国中部3个城市能源消耗产生的碳排放，城市绿地的碳吸收和碳储存进行量化研究，利用消耗化石燃料的碳排放系数进行碳排放量估算，碳储存和碳吸收则主要针对木本植物进行生物量方程和径向生长速率的估算。在国内已有多个城市利用3S技术对城市绿地系统的固碳效益做出量化评价[42]。广州、东莞、肇庆及港澳等地先后建成CO2通量定位观测站，以开展珠三角地区的碳源汇定量评估研究。孙春健[43]等应用2009、2010年东莞植物园内的CO2通量定位观测数据，估算净生态系统CO2交换量和分析其季节特征，从固碳的角度量化分析了城市绿地的生态效益。周坚华[44]等提出了由遥感数据驱动，从估算植被地面生物量(AVB)和地面植被第一生产力(NPP)两个层面建立城镇绿地植被固碳量测算模型。陈莉[45]等基于深圳市1990、1995、2000、2005年4a的遥感影像，使用CITYGREEN模型对其城市绿地的固碳释氧价值进行了评估。

此外，许多学者还对城市内具体绿地类型的碳汇效益进行了深入研究。李巍[46]对北京奥林匹克森林公园规划方案进行了碳储量研究，表明整个研究区域的树木每年碳固定量是234.43万t，碳储量是1.15万t，一年内可节省经济价值达70.55万元。王忠君[47]采用CI-100冠层分析仪直接测定各植物的叶面积指数，并结合林业二类清查数据得出各植被水平分布面积测算出植物园绿量，再利用Li-6400便携式光合测定仪进行光合生理生态指标的测定，对福州植物园植被的固碳释氧效应进行量化研究。章银柯[48]等以杭州西湖风景区为研究对象，选取建于不同年代、以植物景观为主、且具有代表性的15个典型绿地作为样地进行了长期固碳量的测定和分析，从植物的不同生长时期碳储量能力测定的独特角度探讨低碳城市园林绿化建设的意义和发展思路。

3.3.2 园林绿化的碳汇能力研究

研究表明城市园林绿地中发挥碳汇效益的主要是绿化部分的土壤和植物。其中，土壤作为给植物提供营养和支撑的基质，是相对长时间内的碳汇部分，在碳循环中起着非常重要的作用，因此绿化用地在城市土地利用所占比例非常重要[49-50]。据研究，绿化中的不同植物不同树龄其碳汇能力也存在较大差异。乔基恩[51]在对庭院花园的碳储量研究中指出，其中土壤（600mm深度）占83%，树木和灌木占16%，草及草本植物只占0.6%。乔木的碳储量在城市地上植被碳库中占95%以上，草本植物较弱[52]。有研究指出吸收碳最多的是寿命长、中等速度生长的大树，法国梧桐由于寿命长，树冠大，是最具成本效益的品种[53]。国外学者通过对城市绿化树木中苗圃树木和新移植树木进行测验，得出不同品种小乔木根的平均固碳量：胸径3.8-6.4cm为0.3-1.0kg，胸径14.0cm-19.7cm则超过10.4kg。胸径不到6.4cm的树平均总碳储量范围为1.7-3.6kg，胸径超过14.0cm的为54.5kg[54]。针对土壤和植被、地上和地下部分碳储存的碳差异，有学者研究The MoBiLE-DNDC模型——带有测量树木生长死亡的三维例程和基础生理过程的模型，已经被验证适用于各类纯林带的碳通量摹拟，覆盖了针叶、阔叶常绿和落叶及各年龄段树种[55]。

国内对具体植物固碳释氧能力方面的文献研究也较多，得出了一些结论：不同绿地类型固碳释氧能力顺序依次为:乔木林、乔灌林、灌木林、乔草林[56]，乔灌草型、灌草型和草坪型[57]；同一植物不同季节固碳释氧能力存在差异，一般为夏季＞秋季＞春季[58]；气孔导度、叶片温度、胞间CO2浓度等是影响光合速率的主要因子[59]。还有许多学者对不同树种固碳释氧能力的差异性进行了分析研究[60-63]。也有学者提出，目前大部分研究者从光合作用角度来研究植物碳效应的方法存在偏差，相对微观的光合作用研究不能代表植物整个生命周期内的碳汇能力，影响其总碳汇效益的因素还很多[64]。

4 对低碳园林相关理论研究现状的思考

4.1 研究现状的总结

纵观国内外现有相关文献研究，短短10年内，国内外学者对低碳园林进行了积极的探讨。从国内外研究差异来看：国外最早提出概念并探讨园林项目的碳足迹，多集中通过量化研究验证园林绿地的碳汇能力及影响碳足迹的因子，但研究缺乏广度和文献数量；国内相关研究稍晚研究热情高，基于低碳理念，对低碳园林概念、特征、内容方法等进行了广泛讨论，但是多定性研究，从文章占总数比例来看基于量化研究得出的创新性结论较少。

从研究内容来看多集中在园林碳足迹、低碳园林设计及园林碳汇3方面，从研究内容成果来看：园林绿地的碳足迹具有隐形性，主要集中在施工及养护管理过程，且受设计阶段影响大，由于考虑因素多，较难展开实验研究，现有研究较少；低碳园林设计多定性探讨，有助于指导园林项目的低碳实践，但是缺少实证及数据支撑，对实践的检验评价力度不够；园林绿地碳汇方面有较好的研究基础，量化研究方法可借鉴多，但是缺少理论总结，同时需加强基于低碳生态城市建设的园林绿地空间规划应用研究。

总体而言，低碳园林的概念传播广泛，而学术界对其概念内涵、适用范围、研究方法等理解和研究尚处于探索阶段，没有形成统一观点，低碳园林理论未成体系，学术研究滞后于其传播和应用。因此，亟待再总结和梳理研究现有成果基础上，思考现状问题并对进一步研究方向进行展望。

4.2 研究现状问题的思考

综上所述，低碳园林相关研究基础薄弱、散乱，核心问题在于理论系统研究的缺失，无法抓住问题的根源，缺乏统筹全局的理论来指导实践，从而影响实践的有效性。从建构理论体系出发，笔者以为，现阶段研究问题存在的最大障碍是概念内涵的模糊和研究范围的不确切：

（1）概念之准确定义的缺失

概念名词的定义和理解是一切命题研究的根本，现行有关“低碳园林”概念的理解参照“低碳经济”、“低碳城市”，仅从能源消耗、碳排放角度考虑。侧重于风景园林整个生命周期中涉及到碳排放的部分，而忽略了风景园林本质属性与碳的辩证关系。即风景园林不同于经济、城市、建筑、工业等由人工主导，其属性是一个包含“自然”和“人工”两部分交叉的综合体，也就是说，风景园林既有“碳汇”部分，又存在“碳源”①（图2）。例如城市综合性公园或风景区，其碳汇效益占主导，用总碳量来衡量则是负碳②，完全符合低碳标准，那么这类园林类型就不对应有关“低碳园林”定义下的研究范围。因此，“低”与“碳”的构词，不能完全涵盖风景园林与碳的关系，需进一步剖析，寻找准确的概念定义。

（2）概念定义范围与实际研究范围不统一，导致概念理解混乱

首先，现行定义侧重风景园林整个生命周期更低的碳排放，但其低碳的衡量标准难以定量。这主要由于相比城市中建筑、交通、工业领域的高碳属性，风景园林存在许多隐形能耗。这点易被忽视而常被大量设计师甚至学者误解，将绿色、自然的景观就冠以低碳甚至负碳，在没有数据的基础上夸大园林绿地的碳汇效益，忽视了其碳排放。其次，从整个学术论文研究内容来看，园林植物的碳汇效益亦是低碳园林理论范畴和低碳城市建设碳汇方向的重点研究内容，而现行概念定义范围不完全对应实际研究内容范围，导致现阶段研究的盲目和混乱。

因此，研究低碳园林当以理解风景园林与碳之间的关系内涵为前提，明确理论框架和研究范围。城市生态绿地系统是低碳生态城市碳平衡的重要保障，低碳概念不论是目前还是未来一段时间仍将是园林领域研究的热点，进一步的研究建议从以下2方面发展：

（1）明确相关概念内涵和范围。应该立足于低碳城市建设，以城市范围内的园林绿地类型为对象，从碳源和碳汇两个层面进行诠释和定义。

（2）构建综合性碳效应定量研究方法。

加强其他学科领域有关“碳”的测算方法借鉴总结，结合风景园林自身特点，区分园林绿地类型及园林工程阶段，建立园林绿地的碳汇效益及碳足迹的定量研究方法体系，进一步完善理论以实现指导实践的有效性。

注释：

①碳源与碳汇是两个相对的概念，即碳源是指自然界中向大气释放碳的母体（即产生二氧化碳之源），碳汇是指自然界中碳的寄存体（吸收并储存二氧化碳的能力）。

②负碳来源于“负碳经济”，主要指能“吸纳”并消除自身经济活动中产生的全部二氧化碳，还额外消耗二氧化碳的过程。

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