景观全生命周期日常使用和维护阶段碳排放影响因素研究

冀媛媛 罗杰威

景观全生命周期日常使用和维护阶段碳排放影响因素研究

冀媛媛 罗杰威

景观在使用和维护阶段会产生大量的碳排放，这是景观全生命周期碳排放的主要来源之一。景观日常使用和维护阶段的碳排放，一部分来自景观各种设施使用过程中的电力和化石能源，一部分来自景观中绿地的养护与管理产生的碳排放。因此，景观日常使用和维护阶段碳排放主要受能源资源、水资源、化肥的使用量的影响。以景观全生命周期碳排放为研究基础，针对景观全生命周期中日常使用和维护阶段碳排放的相关影响因素进行分析，从而为可持续景观和低碳景观的营造提供更多的理论依据。

可持续景观；低碳景观；碳排放；全生命周期评估；园林管理；园林养护

修回日期：2016-04-12

1 景观全生命周期碳排放研究

1.1 景观全生命周期

全生命周期评估是在产品的生产过程中，从摇篮到坟墓（Cadle to Grave）从原料的取得、制造、使用与废弃等阶段，评估其产生的环境冲击[1]。现阶段，其作为一种评价方法，主要被用来衡量某一过程或产品（货物或服务）在其从原材料到被废弃的过程中造成的环境负荷[2]。

全生命周期评估1990年起就已经被用于建筑部门，并且成为了评价建筑环境影响的一种重要工具[3]。由于建筑的整体建造过程复杂，因此现阶段建筑全生命周期评估体系多为简化后的评估体系。建筑物的全生命周期包括以下几个阶段：建筑材料的生产阶段、建造阶段、日常使用和维护阶段及废弃拆除四个阶段[4-6]。景观作为人类建造活动之一，与建筑建造具有相似性，所以参照于建筑的建造活动，也可以将景观全生命周期分为景观材料的生产阶段、建造阶段、日常使用和维护阶段及废弃拆除4个阶段。

Paolo Vincenzo Genovese, who was born in 1968 in Italy, is Ph.D. and also the professor in Tianjin University. He focuses in a large study of sustainable architecture and eco-village construction. (Tianjin 300072)

1.2 景观全生命周期碳排研究

目前，纵观人类的发展对于地球环境所造成的破坏，最主要的影响就是温室气体的排放引起全球变暖，在所有的温室气体中，化石燃料燃烧所产生的CO2在温室气体中所占比例最大，约占整个温室气体排放的82.9%[7]，因此，很多的对于环境负荷的量化指标都以CO2的排放量为量化指标。同样对于景观，以CO2的排放量作为量化指标也具有重要意义。

工业产品的全生命周期CO2排放量的定义为：将产品在经过制造、搬运、使用阶段直至废弃的“一生（生命周期）”中排放的所有温室气体量换算成CO2量，即为生命周期CO2排放量[8]。借鉴工业产品全生命周期CO2排放和景观全生命周期的阶段分类，关于景观的全生命周期CO2排放量可以定义为：在景观材料的生产、建造阶段、日常使用及维护阶段和废弃拆除阶段中排放的CO2量，即为景观全生命周期的CO2排放量。

2 景观日常使用和维护阶段碳排放

在景观全生命周期碳排放研究中，景观日常使用和维护阶段是景观全生命周期碳排放的主要来源之一。景观日常使用和维护阶段的碳排放与景观材料生产和施工建造阶段碳排放不同，景观材料生产和施工建造阶段碳排放为一次性碳排放，不会二次产生，而景观日常使用和维护阶段为持续性碳排放，只要景观不被拆除，就需要对其进行使用和维护。

景观日常使用和维护阶段的碳排放，一部分来自景观各种设施使用过程中的电力和化石能源，如景观中的路灯、动态水景、电瓶车等消耗的能源所产生的碳排放；另一部分来自景观中绿地的养护与管理产生的碳排放。在景观中，植物养护是非常重要的一项内容。植物的养护主要包括植物修剪、灌溉和施肥三个部分，这三个部分也是景观日常维护过程中CO2的主要来源。

3 景观日常使用和维护阶段碳排放计算公式及影响因素分析

3.1 景观日常使用和维护阶段碳排放计算公式

景观在日常使用和维护中所产生的CO2排放量，主要是日常维护使用中各种能源资源、水资源、化肥等CO2排放量，参照于相关学者的研究成果[5][9-10]，景观日常维护阶段CO2排放量可以用下述公式表示：

Co：代表景观日常使用及维护阶段的CO2排放量；

Oi：使用及维护过程中所用第 i 种能源总质量，kg；

β0：排放因子，即消耗单位质量能源所排放的CO2，kg/kg；

Ow：使用及维护过程中所用水资源总质量，kg；

βw：排放因子，即消耗单位质量水资源所排放的CO2，kg/kg；

Of：使用及维护过程中所用肥料总质量，kg；

βf：排放因子，即消耗单位质量肥料所排放的CO2，kg/kg；

在此公式中，我们可以看到关于景观日常使用和维护阶段碳排放量主要来自景观中各种设施使用过程中的电力和化石能源消耗产生的碳排放和景观绿地的养护与管理中消耗的水资源和化肥资源所产生的碳排放。因此，景观日常使用维护阶段的碳排放如上述公式所示，主要受能源资源、水资源、化肥的使用量的影响。

3.2 景观日常使用和维护阶段碳排放计算公式影响因素分析

3.2.1 减少景观中能源使用量

景观的日常使用和维护过程中，电能的使用主要包括各种照明设备（如路灯、广场灯、草坪灯等）、动态水景、公园电动大门和电瓶车等服务设施的电力消耗。在电力能源消耗中，以照明设备的数量最多，持续时间最长，用电量占据的比例最高[11]。景观中需要大量的照明灯具，美国曾经做过统计，路灯所消耗的电能，可以通过升级原有路灯的照明装置而获得减少，通过替换原有的照明灯具为更有效的照明灯具时，其节约的能源等同于美国进口的石油总量[12]。所以，现价段景观中特别值得推广的是LED灯，普通的照明灯具因为发热量大，很多电能都转化为了热能而产生浪费，LED灯因其发热量小的特点，可尽可能地把电能转化为光能，利用率高。同时，因为低发热率，LED灯的损耗相对较小，其普遍寿命是普通灯具的10-20倍。新加坡曾经对其某公园的停车场路灯提升改造，将原有的普通照明全部换位LED照明，节约了14 235kwh的能源与将近2 500美金的电费(表1)。因此，提升改进景观中原有的设备是减少景观能源消耗的重要途径。同时，在景观中开发利用各种可循环再生的绿色新能源，也是景观中减少能源消耗的有效途径，太阳能、风能等都是目前在景观中具有代表性的可再生能源。

表1 新加坡某公园停车场照明比较表Tab.1 Comparison on common lights and Led lights in Singapore park

除了上述的关于景观日常运营电力资源消耗所产生的碳排放外，植物修剪产生的CO2也是景观中能源使用量的重要来源。在很多国家和地区，植物修剪是景观维护预算的主要组成部分。植物修剪为植物生长发育提供了一条最佳途径，通过整形修剪能调节植物结构，恢复植物生机，促进生长平衡。在植物修剪中，常用的园林机械有草坪机、绿篱机、油锯、鼓风机等机械。由于这些园林机械在使用中需要耗油耗能，所以，植物修剪中的CO2主要来自这些机械的能耗产生的排放。

在植物修剪中，因为草坪经常需要修剪，其能耗是养护中主要来源之一。单独就美国而言，在没有计算修剪机、鼓风机和小型链锯等设备的能源消耗，其每年将消耗8亿加仑①的汽油仅仅用于割草设备[13]。根据美国环境保护署（EPA，Environment Protection Agency）的统计表明，美国植物修剪方面的耗能占到了美国温室气体排放的5%，一辆割草机在一定的工作时间内的温室气体排放与8辆汽车以55英里（约88.5km）的速度行驶相同的时间所释放的温室气体相同（图1）[14]。

在我国，也面临着同样的问题，很多城市居住区、城市绿地都建有大面积的草坪，因为草坪一次性的成本投入较树木低，铺设速度快，1hm2的草坪可以一夜铺就，所以草坪成为了很多追求快速达到绿化效果的唯一选择。但是草坪在耗能方面比树木要高很多，草坪的修剪频率很高，以我国北方常用的冷季型草为例，在夏季，冷季型草坪进入休眠，一般2至3周修剪一次，但在秋、春两季由于生长茂盛，冷季型草需要经常的修剪，至少一周一次。而且现阶段，我们在草坪种类的选择上，单纯的从草坪品种的奇特和造型角度出发，而没有考虑到景观中的养护问题。在调研中发现，天津的一些公园绿地草坪建设开始应用剪股颖草坪草类型，这个草坪种类一般是被广泛应用于高尔夫球场果岭球道、足球场等运动场的绿化草种，对养护的要求极高，在其生长旺盛期，为了保证草层不生长过密，基部叶片会因通风透气不良而变黄枯死的问题发生，需要每天都进行修剪。剪股颖草种的种植效果好，触感好，但是其高频率的修剪带来的是高额的碳排放和对环境无法衡量的破坏。

除了大面积的草坪问题外，我国很多地方植物造景形式上都追求造型，人工式的植物造景到处可见。虽然不同形式和不同设计风格的景观能够让人耳目一新，取得良好的视觉效果，但是在造景中，我们也应该考虑到植物在养护中的成本，造型的植物景观为了保证造型效果，每隔一段时间就需要被修剪，因此这些植物的固碳效应比自然生长的植物低很多，同时强养护，也会产生大量能耗和碳排放。因此，倡导植物自然的种植生长方式，选择自然冠型的树种以减少修剪率，都是减少景观中修剪能耗的重要解决途径。

3.2.2 减少景观中灌溉用水量

植物是通过根系从土壤中吸收水分来满足自身生长的需求，但是如果土层中的水量较少，不能满足植物根系的吸收，或者枝叶的蒸腾作用过大的情况下，都应进行水分的补给，这种水分补给措施叫做灌概[15]。在植物养护管理中，灌溉用水也是碳排放的来源之一，而且这一部分的碳排放往往被人们所忽视。

植物灌溉需要消耗大量的水资源，美国在对其水资源进行统计时发现，美国的用水量已经为1950年的209%，而用于不可持续的景观的灌溉用水比居民用水的1/3还要多，全国范围内每天灌溉用水超过了70亿加仑的水资源[16]。水资源的大量消耗，也会对环境产生影响，因为水在生产到使用过程也会产生相应的碳排放量。目前，水的碳排放相对资料研究较少，但是在发达国家的水务管理部门和相关组织还是可以了解到水的碳排放量，例如美国的River Network组织和波特兰水务管理部门就发布了水足迹的相关计算工具。美国波特兰水务局每年会对其生产水的碳排放进行统计，其碳排放主要来自四个方面：一部分为电能，占有最大比例，用于地下水处理和泵站、照明及其它设施的运行；一部分为燃料，用于运输、重型机械和动力工具在使用方面的汽油、柴油等方面的消耗；一部分为天然气，用于加热；最后一部分为水务局的工作人员的需要乘坐飞机外出的能源消耗[17]。在波特兰水务局统计其在2012年产生10 885公吨②的CO2，相当于美国543位公民在一年全部的碳排放[18]。

表2 波特兰水务局2008—2012年单位百万加仑水的CO2排放量Tab.2 Portland Water Bureau CO2 emission per Million Gallons of Water, 2008—2012

表3 公园植物灌溉用水碳排放量统计Tab.3 The statistics of carbon emission during irrigate for the park

表4 常用化肥碳排放计算公式Tab.4 Carbon emission calculation formula of fertilizer

同时波特兰水务局也对其每年的总生产水量和碳排放量进行统计，下表所示（表2）为波特兰水务局在2008年—2012年每百万加仑的水生产时所排放的CO2量，波特兰水务局每吨水的CO2排放量都在0.3公吨CO2/百万加仑，换算为常用单位，其每吨水产生的CO2量为0.079kg CO2/t。

波特兰水务局每吨水的CO2排放量将其波特兰的水处理技术相对比较成熟，所以水资源的碳排放因子较低。而在我国，根据中国科技部发布的关于我国用水的碳排放量为0.3kg CO2/t[19]这个数值几乎是波特兰水务局的水足迹的4倍。水的碳足迹的差异将会对景观维护中CO2整体排放量产生影响。

为了更好的说明水资源的碳排放问题，我们以一个假设案例对于园林绿化用水中的碳排放进行分析，如果一个公园面积为1hm²，按照我的《公园设计规范》中的公园内部绿地的比例为65%[20]，绿地面积为6 500m²。我们根据《民用建筑节水标准》[21]中关于草坪绿化用水为0.5m3/m2.a，以我国科技部发布的0.3kg CO2/t的水的碳排放因子为基础对一年内6 500m²的绿地的CO2排放量进行计算，其水的CO2排放量为0.98t（表3）。这个数值可能并不惊人，在景观全生命周期碳排放中占的份额很小，可以忽略，但是当我们要养护上千公顷的绿地时，水的用量所带来的碳排放数值就不能够被忽视。

因此，现阶段，为了节约水资源，改变原有的地面漫灌、人工洒水或水车浇灌等传统的灌溉方式，大力推广节水灌溉，是减少景观养护中灌溉用水碳排放的有效途径。节水灌溉方式主要包括灌溉区中的滴灌、微喷灌、涌泉灌和树木根部灌溉等不同的微灌方式，通过不同灌溉方式的组合，将其纳入同一个灌溉系统，使不同种类不同高度的植物得到充分合理的灌水，以更先进的方式提高城市绿地养护质量。例如，新加坡曾经对其公园的灌溉花费进行了统计比较，具体内容见下图（图2），普通灌溉方式一年的花费为3 252.15美金，安装有节水装置后灌溉的花费为1 536.65美金，通过这个计算我们可以看到安装节水装置后，水资源的费用节约了52.7%[22]。

3.2.3 减少景观施肥量

施肥是通过人工补充养分来提高土壤肥力，可供给树木生长充分的营养，并改良土壤性质，提高土壤温度，改善土壤结构，提高透水、通气和保水性能，有利于树木根系生长[23]。施肥是景观日常维护中的另一个重要环节，同时也是日常维护中的碳排放重要来源之一。

美国最大的果汁品牌纯果乐（Tropicana），果汁制造商发现每半加仑盒装的果汁，将会产生3.75lbs③的CO2排放量，而其中35%的碳排放来自于施肥[14]。我国学者萧箫、杨学军在针对上海市45个主要公园绿化养护的调研中，得出化肥和农药的CO2排放量占整个公园养护CO2排放量的30.41%[24]。同时，萧箫和杨学军还在其研究中针对常用的肥料尿素、复合肥料和有机肥等给出了相关计算公式，由于肥料运输过程复杂涉及多个部门，研究中假设所有肥料的运输距离为100km油耗为20 L柴油，计算公式如下[25-27]（表4）：

除了施肥的碳排放外，在植物的养护中，各种农药杀虫剂的使用相对于其它能耗物质的消耗量少，且农药品类繁多，所以，在计算碳排放公式时，没有将其计算在内，但是在我国学者张令玉的研究中，对农药碳排放进行了估算，即合成1t化学农药排放CO2为7.73t[28]。

由此分析可见，化学肥料和化学农药的高能耗、高污染、高排放，会对环境造成影响。尤其是农药，1t的农药的CO2排放量为7.73t，所以在景观养护中，选择抗逆性强的树种，以减少病死率、减少养护强度与化肥和农药的施用，同时施肥中，尽可能采取植物废弃物生产的有机肥，或者污泥，还有鱼类附加品等，从而减少景观日常维护中的CO2排放量。

4 减少景观日常和维护阶段碳排放的重要意义

通过上述关于景观日常使用和维护阶段的碳排放影响因素分析，我们可以看到景观日常使用和维护阶段会产生大量的碳排放，景观日常使用和维护阶段的CO2的排放量由于其不是一次性碳源，其在景观全生命周期中占有重要比重。韩国国立江原大学的学者亨金乔（Hyun-Kil Jo）曾经计算了韩国中部三个城市每年的绿地养护碳排放量为37.0-264.9t/hm2/yr而每年城市树木的固碳量却只有4.7 t/hm2/yr-7.2 t/hm2/yr[29]。德国学者喜多巴赫（Strohbach）等2012年的研究成果表明，德国莱比锡城市绿带在低死亡率和中等速度的生长情况下，碳排放54%来自乔木修剪整形，24%来自草坪管理[30]。上述两位学者的研究成果，由于养护方式等因素和碳排放来源比例不同，上述两个结论无法进行比较，但是，通过研究成果我们可以看到景观在日常使用和维护阶段其生成的碳排放量不容忽视。

景观日常使用和维护阶段产生的大量的碳排放主要来源于能源资源、水资源、化肥的使用量的影响，但是，究其本源，景观日常使用和维护阶段产生的碳排放一部分与设计阶段景观设计师的方案有关，一部分与景观养护人员的管理养护水平有关。如果，当设计师在做种植设计时，选择耐干旱，容易养护、适应性强的植物，同时减少草坪的使用量，选择太阳能等新能源的相关照明设施，那么，在养护中，养护管理人员自然可以减少化肥农药的使用量、景观植物的修剪维护和能源的消耗。同时，景观养护管理人员如果具有较好生态的养护意识，采用合理的灌溉方式，在施肥中，尽可能采取植物废弃物生产的有机肥，保证植物的正常生长，同样也可以减少能源资源、水资源、化肥的使用量。所以，减少景观日常养护和维护阶段的碳排放，并非只是局限在景观日常养护和维护阶段的碳排放，而应让所有的园林工作者都具有营建低碳景观相关意识，唯有如此，低碳景观的理念才能得到贯彻与实施。

5 小结

景观日常使用和维护阶段的碳排放是我们在景观全生命周期碳排放计算时重要的一环，景观日常使用和维护阶段的碳排放主要来自景观中各种设施使用过程中的电力和化石能源和景观中绿地养护与管理产生的碳排放。文章针对景观中日常使用和维护阶段的主要碳排放的影响因素进行了相关分析，希望与此相关的园林工作者给予更多的重视与关注，唯此可持续景观与低碳景观的概念才能在实际中得到贯彻与实施。

注释：

①1加仑=3.785升

②公吨为美国单位，单位换算为1公吨（ton）= 907.2kg（美）③1Lbs=0.4532kg

④3770、411.37、205.68和77.27分别指合成 尿素、碳酸一铵、碳酸二铵、有机肥所排放的CO2千克数

⑤2.73指耗用1L柴油排放 CO2量为2.73kg

⑥图表来源：表1引自The Building and Construction Authority. BCA GREEN MARK[EB/OL].(2010-07-01)[2015-12-11].http://www.ba.gov.sg/GreenMark/green_mark_ criteria.html；表2引自Portland Water Bureau. Carbon Footprint Report Calendar 2012[EB/OL].(2013-07-01)[2015-12-11].http://www.portlandoregon.gov/water/article/pdf；表3来源为作者自绘总结；表4引自萧箫, 陈彤, 郑中华,等. 上海公园绿化养护碳排放量计算研究. 上海交通大学学报(农业科学版), 2013, (01): 67～71；图1为作者自绘；图2引自The Building and Construction Authority. BCA GREEN MARK[EB/OL].(2010-07-01)[2015-12-11].http:// www.bca.gov.sg/GreenMark/green_mark_criteria.html

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Research on the Carbon Emission from the Daily Use and Maintenance on the Basis of Life Cycle of Landscape Architecture

JI Yuan-yuan Paolo Vincenzo Genovese

Landscape architecture generated a large amount of CO2emissions in daily use and during maintenance phase that basically originated from two parts. One part of CO2emission was from the expenses of power resource consumption consumed in keeping the daily operation of landscape, and the other part was from the maintenance and management of the green space in the landscape architecture. The CO2emission which produced in the process of daily maintenance of landscape architecture was mainly the various energies, resources, water resources, fertilizers that were used in daily maintenance. On the basis of carbon emission of life cycle, the paper focused on researching the key influence factors to CO2emission in daily use and maintenance phase of landscape architecture. Through the analysis on factors, we worked out the theory and approach for low carbon and sustainable landscape architecture construction.

Sustainable Landscape; Low-carbon Landscape; Carbon Emission; Life Cycle Evaluation; Garden Management; Landscape Maintenance

天津市艺术科学规划项目：基于可持续发展理念下的天津市生态景观设计与标准研究（D14012）

TU986

A

1673-1530（2016）09-0121-06

10.14085/j.fjyl.2016.09.0121.06

2015-12-08

冀媛媛/1983年生/女/博士/天津农学院实验师/研究方向为可持续景观的发展及传统乡土聚落景观（天津300072）

JI Yuan-yuan, who was born in 1983，is Ph.D. in Tianjin Agricultural University and she majored in the development of sustainable landscape architecture and traditional village landscape. (Tianjin 300072)

罗杰威/1968年生/男/博士/天津大学建筑学院博士生导师/研究方向为可持续建筑、生态村（天津 300072）

Fund Item: Art Science Planning Funds of Tianjin: Research of the Design and Evaluation System of Tianjin Ecology Landscape Architecture Based on the Sustainable Idea (D14012)