碳中和专辑｜上海城市绿色空间碳汇评估及提升策略

 

导 读

城市绿色空间能够固碳释氧，并有效缓解热岛效应，减少城市耗能，是实现碳达峰、碳中和的重要阵地。文章以上海市为例，对构成上海市绿色空间的林地、公园绿地、耕地、湿地及水域等类型进行碳汇功能剖析。上海市城市绿色空间中林地碳汇占比最高，其次为沿海滩涂，近20年总碳汇量表现为下降趋势。从规划和建设实施两个层面提出具体提升绿色空间碳汇的措施，探讨具有高密度人居环境特征的超大城市绿色空间碳汇功能及优化提升策略。

本文引用信息

荆贝贝，杜 安.上海城市绿色空间碳汇评估及提升策略[J].中国国土资源经济,2022，35（4）:64-72.

---

 

0 引言

伴随城镇化进程出现的化石燃料滥用及土地利用方式剧变，使得大量温室气体排入大气中，主要有CO2、CH4、O3等，致使气候系统各圈层都出现了前所未有的变化。据统计，化石燃料的排放占碳排放来源的86%。气候变化对人类生存和发展造成严重威胁，为解决全球气候变化问题，1988年联合国成立了政府间气候变化专门委员会(IPCC)。2020年9月23日，中国政府向国际社会作出力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的郑重承诺；2021年全国两会上，碳达峰、碳中和首次被写入政府工作报告。根据 IPCC报告，为确保至2100年地表平均温度增幅控制在2℃内，全球在2030年的温室气体排放水平应缩减1.5×1010t；如果将地表平均温度增幅控制在1.5℃内，则减排任务加重，碳汇的需求空间进一步扩大。到2030年，我国陆地森林、草原、湿地等生态系统的最大技术减排潜力约为每年3.6×109tCO2，农业生态系统最大技术减排潜力约为6.67×108tCO2。自然碳汇是未来我国应对碳中和最有效且最经济的措施之一。

自然碳汇包括原生自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统中的绿色空间，而城市绿色空间是市域范围内唯一的直接碳汇要素。城市绿色空间这一概念源于1877年英国国家健康协会首次提出的“城市开放空间”，而后在19世纪末演化为“城市开放绿色空间”。绿色空间概念的诞生是为了与城市灰色空间进行区分。绿色空间在为居民提供游憩休闲空间的同时也为生物提供了栖息的场所。随着对绿色空间生态功能认知的不断深入，绿色空间的概念不再仅限于狭义上的传统绿地，而是指由园林绿地、城市森林、立体空间绿化、都市农田和水域湿地等构成的绿色网络系统。城市绿色空间作为城市开敞空间体系的重要组成部分和构建城市绿色基础设施的重要元素，在维护城市可持续发展方面发挥着极为重要的作用。

城市绿色空间是一种城市复合生态系统，具有显著的生态服务功能，能够固碳释氧，并有效缓解热岛效应，减少城市耗能，是实现碳达峰、碳中和的重要载体。目前国内外关于绿色空间碳汇的研究多集中于大尺度区域中的陆地森林、土壤的碳汇动态，或是物种层面树种的碳固定生物量等，而对于市域绿色空间的生态系统碳汇评价及其与绿色空间规划建设的相关性探索较少。在城乡规划中，绿色空间作为唯一承载碳汇功能的用地空间，对未来我国绿色发展及实现碳中和有着不可代替的作用。本文以上海市为例，分别剖析林地、公园绿地、湿地（包括沿海滩涂和其他湿地）、水域及耕地（包括水稻田和水浇地）、立体绿化空间五大类型的绿色空间碳汇功能，并从各绿色空间类型、要素层面剖析问题，提出优化策略，为“双碳”目标下城市绿色空间的规划布局、建设管理提供参考。

1 研究进展综述

城市绿色空间是城市系统实现碳中和的空间载体，其空间布局的土地利用方式和自然资源要素的质量决定碳汇水平。关于全国和省域层面的绿地植被和湿地、农业碳估算一直受到关注。美国是最早开展植被碳储量研究的国家，Nowak1993年估算了全美的树木碳储量。近年来，我国也涌现出诸多碳汇方面的研究成果，如：国家和省域层面，方精云对我国1981—2000年间的陆地植被碳汇做出评估，提出重点关注森林规模的增加；刘国华等分析全国碳储量动态变化及对全球碳循环的影响；段晓男等在2008年对我国湿地固碳现状和潜力做出评价；陈罗烨等对我国1991—2011年的农业碳汇变化规律进行分析；吴家龙等提出碳中和目标下的国家层面和省级层面全域土地综合整地要求；李高阳等估算了河南省全省某时间尺度上森林碳汇能力。对市域层面的碳汇分析多集中于单一生态要素时间尺度或空间尺度的碳汇变化，更多关注植被碳汇的估算，应用最多的方法是基于样地清查法的平均生物量法，利用胸径或树高数据通过现有的生物量回归方程估算生物量。陈自新等对北京市8个区的5类绿地碳吸收量做出估算，指出乔木碳汇量最高；徐飞等分析上海市森林群落结构（郁闭度、胸径、密度等）对固碳能力的影响；马涛估算了2001—2008年上海市农业碳源碳汇现状并提出增加碳汇措施。对于片区层面，国内外专家学者关注不同类型城市绿地，基于树木生物量模型、光合速率法等手段，借助技术软件InVEST碳储量模块和i-tree等，进行数字化分析。综上，当前学界开展的国土-区域-城市多尺度碳汇研究多聚焦单一生态要素的碳汇能力评估，特别是植物个体或群落的碳生物量模型构建研究。对超大城市绿色空间开展全要素碳汇进行综合评估，进而剖析其困境挑战，并提出有针对性的提升策略方面，尚鲜有涉及。

2 上海城市绿色

空间碳汇功能总体评估

2.1 评估方法的建立

大尺度的城市绿色空间碳汇功能与土地利用类型密切相关，城市化进程导致绿色空间格局发生巨大变化，因而当前从时间尺度上研究绿色空间碳汇能力变化动态备受关注。为量化城市绿色空间的碳汇功能，确立科学性、可操作性的评价框架方法尤为重要。本文采用的评价方法主要参照IPCC国家温室气体清单指南，根据我国城乡规划体系的用地类型，城市绿色空间的碳汇（碳清除）载体指林地、公园绿地、湿地、水域和耕地中的水浇地，而水稻田生长过程中的无氧环境释放大量CH4，成为城市绿色空间的碳排放部分。绿色空间的碳清除/排放关系模型可修正为：

E=AD×EF (1)

式中，E为碳排放/清除量总量；AD为绿色空间土地利用面积；EF为各类土地利用类型的碳清除/排放因子或系数。

2.2 数据来源

林地、公园绿地、水域数据来源于《上海市生态空间专项规划（2018—2035）》，湿地和耕地数据来源于《上海市第三次全国国土调查主要数据公报》。数据在统计上存在一定程度的重叠，如林地和公园绿地面积存在重叠，可能是由于上海市绿化和市容管理局在统计森林资源数据时包含了部分公园绿地数据。

2.3 碳汇评估结果

根据碳清除/排放的评价方法，参照叶祖达提出的目前较为成熟的城乡绿地空间碳汇功能评估框架，参考相关文献筛选适合上海地区的不同土地利用类型的碳清除/排放因子或系数，最后计算得到绿色空间不同土地利用类型的碳汇总量（表1）。

根据上述生态空间碳排放/清除关系模型和计算方法，得到上海市绿色空间总碳清除量为3.3×105t，其中林地碳清除量占总量的71%左右，为碳汇最主要贡献类型；其次是沿海滩涂，约占22%；另外，公园绿地和水域及其他湿地对碳汇均有积极作用。因水稻田会释放CH4到大气中，从而导致耕地整体成为了绿色空间的碳源。

根据已有研究数据，2004—2008年上海市绿地、林地、湖泊和农业碳汇能力为3.9×106t，2010年上海市林地、绿地、农田和滩涂碳汇能力为2.3×106t，基于上海市第二次全国土地利用调查数据统计估算上海市生态空间碳汇能力为1.7×106t，通过上述数据对比发现，2006—2021年上海市绿色空间碳汇能力整体呈下降趋势（图1），可能的原因有以下三点：①采用的标准、数据来源口径和清除/排放因子或系数不一致；②与近几十年来上海围垦促淤造地有关，其中，1949—2007年上海圈围滩涂面积达1.01×105hm2，2010年至今上海沿海滩涂面积约减少90%，而作为主要碳汇来源之一的林地面积近20年来仅增加了约20%；③本文考虑了上海市水稻田的碳排放问题，水稻田面积约占耕地总量的75%，水稻田CH4排放是重要的碳排放源。

图1 2006—2021年上海市绿色空间碳汇量变化趋势[32-35]

 

3 不同类型绿色

空间碳汇功能剖析

3.1 林地碳汇

基于上海市林地碳汇水平估算， 2017年上海市林地总碳储量为2.34×105t，2007年上海市区的城市森林总碳储量为6256t，固碳率最大的是女贞群落。对比发现，上海城市林地碳储量表现为上升趋势，这可能是由于对生态环境的重视而增加了森林面积。截至2020年底，上海市森林覆盖率达到18.49%，而对标国内外典型城市，上海市森林资源总量依然不足。对比国内外其他城市（表2），上海城市森林平均碳密度较高，但整体碳储量小于北京和杭州两市。上海市城市森林碳储量主要集中在常绿阔叶林中，其次为落叶阔叶林，分别占比47%～63%和21%～33%，碳密度表现为常绿针叶林＜落叶阔叶林＜常绿阔叶林＜落叶针叶林。此外，森林群落结构因子也影响固碳能力，目前上海城市森林约有60%的群落平均郁闭度小于0.6，低郁闭度制约着固碳率和碳密度。木本多为中幼林，且种植密度较高，冠幅较小，影响树木生物量累积，进而阻碍森林碳密度升高。在层次结构上，群落密度＞300株/hm2时，复层林的碳密度高于单层林。上海市城市森林表现出单种优势，多为纯林，在森林碳密度上表现为混交林大于纯林。根据国内一些城市植被碳储量数据，从2×104t到1.174×107t，差异巨大，这可能与地区气候条件、样地选择、调查时间、生物量模型、估算方法等都有关系。

3.2 公园绿地碳汇

上海市现状公园绿地年碳储量为2.12×105t，根据2013—2014年对全市各类型绿地碳储量估算数据，对比六大绿地类型，公园绿地的植被碳密度最大，其次为附属绿地，道路绿地最小，公园绿地碳储量范围为9.6～103.26t，变化差异较大。上海市公园绿地总量在不断提升，园林绿化功能不断完善，但长期制约绿地空间发展的限制性因素依旧困扰着城市绿地可持续发展。和国内外发达城市相比（表3），上海市城市绿地从规模总量到人均占有量仍有差距，并且不同城区间分布不均衡、差异大，呈现出建设发展中的规模困境。同时，规模增长与结构完善都导向对用地的需求，但上海市因城市建设用地有限、郊区农用地转用受限，难以平衡用地需求，呈现用地困境，一定程度上制约着城市绿色空间碳汇的提升。

作为绿色空间要素的土壤碳库是陆地生态系统最大的碳库，其碳储存能力约是植被碳库的3倍或大气碳库的2倍，土壤碳储量的变化会影响碳循环过程，目前土壤碳汇循环研究领域备受关注。根据1987—2007年上海市土壤碳储量数据统计，土壤碳储量在20年间呈现减少趋势，且均值在城乡梯度上从郊区向中心城区递减，与建设用地面积呈负相关。利用上海第二次土壤普查信息、2004—2005年耕地地力资料和2009年现状实测数据，比较三个时期上海土壤有机碳的变化特征，结果显示土壤有机碳库碳储量在逐渐降低，这可能与农用地转为林地、种植业结构调整、耕作方式变化、凋落物清理导致的碳含量变化有关。比较不同土地类型的土壤有机碳密度，发现公园绿地碳密度高于农业用地和交通用地。对比国内外典型城市土壤有机碳库密度（土壤采样深度均为1～100cm），上海城市用地碳密度略高于北京，远低于杭州及国外大型城市（表4），这可能与气候条件、人类活动干扰及养护、政府绿化政策、土地利用方式等因素有关。改善土壤利用和管理，提高土壤碳汇水平是未来上海市做好碳中和工作的重要路径。

3.3 耕地碳汇

基于现状估算，上海市耕地中水浇地为碳汇部分，年碳储量为1.7×104t；水稻田为碳源部分，估算得出年释放量为8.4×104t。上海市耕地整体表现为碳排放源，可能与大面积的水稻田分布有关。有研究表明，1990—2009年上海市农田碳吸收量减少了37.89%，平均每年减少2.48%，主要表现为粮食作物和经济作物的碳吸收量大幅降低，与种植结构变化，瓜果、蔬菜种植增加有关。根据《上海统计年鉴》统计的1990—2009年上海市耕地规模数据，由于城市开发导致大量农用地被占用，耕地规模整体呈下降趋势。由此可见，严守耕地保护红线，优化种植结构，改善单一水稻田种植方式，如种植经济作物的水浇地、水稻种养模式的水田等，加强碳汇部分耕地土壤质量建设，推广低碳友好型农业种植技术的措施，是上海市提升农业增汇水平的有效路径。

3.4 湿地及水域碳汇

湿地仅占地球陆地面积的4%～6%，但碳储量占陆地土壤有机碳库的18%～30%，为全球生态系统最大的碳库。经估算，上海市现状湿地年碳储量共约1×105t，其中，沿海滩涂湿地碳储量约占72.1%。沿海滩涂湿地作为海岸带蓝碳系统，具有极大的固碳速率，本文中的滩涂湿地主要为盐沼湿地，其固碳率仅低于红树林湿地。据统计，2011年上海市沿海滩涂碳储量约为7.217×105t，内陆湖泊和河流约为0.24×104t，合计湿地碳储量为7.24×105t。对比2011年数据，现状滩涂湿地碳储量下降了约86%，这与滩涂围垦、鱼塘养殖等人为活动导致滩涂湿地面积下降有极大关系。另外，互花米草作为我国东部海岸地带的恶性入侵物种，严重危害生态系统平衡，上海地区互花米草群落约占滩涂植被的22.1%。九段沙盐沼湿地互花米草群落的地上固碳能力虽大于芦苇群落，但其土壤固碳水平仅为芦苇的1/2，芦苇群落的碳储存能力整体高于互花米草；崇明岛崇西林泽湿地的净碳吸收能力大于滩涂芦苇湿地，若在上海滩涂中高潮位营建林泽湿地，估算上海沿海滩涂湿地碳储量增加约7.8×105t。经估算，上海市现状水域碳储量为4.1×104t，比2011年的碳储量有所增加，这可能与近年逐步开展的主要河道水环境整治、水生态修复、全力消除断头河增加水面率等工作有关。但目前水环境仍然面临较大压力，大量村沟宅河仍然有待恢复，河湖也远未达到生态健康的目标，离水域实现碳汇提升的功能仍有较大差距。

3.5 立体空间绿化

据统计，上海市7×106m2的屋面绿化可使夏季减少碳排放8.72×104t，碳排放强度减少12.46kg/m2。上海市于2012年将立体绿化示范首次纳入建筑节能项目扶持范围，降低建筑碳排放强度。上海市立体绿化总量取得良好成效，在《上海市立体绿化专项规划》的导引下，该市立体绿化“一核、二轴、三环、四线、多面”的总体布局和结构框架已具雏形。2019年底的立体绿化总量较2015年增长66.2%，但目前其碳储量还未估测。

4 上海城市绿色

空间碳汇提升策略

 

4.1 规划层面

筑牢生态用地规模底线、合理优化绿色空间分布格局，是快速城市化背景下超大城市有效提升绿色空间各要素碳汇能力，充分发挥其碳中和综合效益的重要保障。当前上海市城镇化率已达88.10%，居全国首位，城乡生态用地增量困境日益凸显。因此，需要以低碳发展为导向，锚固绿色空间，加强国土空间用途管控，合理布局优化土地利用结构，严守生态保护红线，严控生态空间占用，稳定现有森林、绿地、农田、湿地水域、土壤的固碳作用，推进城乡建设和管理模式低碳转型。方精云提出基于生态系统碳汇的三优原则，首先应考虑的是最优的生态系统布局。依据《上海市生态空间专项规划（2021—2035年）》等，通过优化城市绿色空间格局巩固城市生态系统碳汇能力，减少碳排放强度。市域层面构建“双环、九廊、十区”生态结构，“双环”包括外环绿带和近郊绿环，“九廊”指九条作为城市生态系统基底和骨架的市域生态走廊，“十区”指以大面积农田为主的生态保育区，整体上提升森林覆盖率，守护基本农田，提升耕地质量，综合提高其碳汇功能。另外，通过改建或新增措施布局三大体系和两大网络，进而塑造韧性基底，完善城市绿地系统，着力构建生态廊道，优化景观生态格局。三大体系包括公园体系、森林体系和湿地体系，两大网络包括廊道网络和绿道网络。

《上海市生态空间专项规划（2021—2035）》提出2035年目标（表5），即在空间上，从控制建设用地扩张、改善用地结构布局、重点增加高碳汇林地、修复滩涂湿地等方面考虑增加碳汇，尤其注意提高蓝碳在碳汇中的比重，同时也要关注并减少滩涂盐沼入侵植物互花米草及河口富营养化增加的藻类碳汇等这类“蓝碳”的比重。同时，在保证未来耕地指标的基础上，降低低质量耕地的比例，将碳源部分的耕地适当退耕还林。在政策管理上，构建全域绿色空间碳源碳汇监测平台体系，协调多部门联合参与，实时获取动态变化信息，进而提高碳汇监测管理水平。

4.2 建设实施层面

4.2.1 林地

面对林地增量困境，提质增效是实现林地增汇的有效途径，需要通过加大森林抚育、修复退化林地，来提高上海市森林生态系统质量和碳汇水平。结合上海市生态公益林抚育成效监测样地经验，实施疏伐、林相结构调整等措施，提高林分质量，确保森林健康生长，从群落结构角度提升碳汇水平。城市森林的碳密度及固碳率与郁闭度呈正相关关系，目前上海城市森林约有60%的群落平均郁闭度小于0.6；树木平均胸径与固碳率呈负相关关系，同时树龄对森林碳储量的影响表现为：过熟林＜近熟林＜幼龄林＜中龄林，综合调控群落郁闭度、密度、树龄等因子，增加生物量，提高生态效益；另外，选择高碳汇能力树种，阔叶树的固碳能力普遍大于针叶树种，如女贞、香樟、臭椿、枫杨等，有研究表明珍贵树种较之速生树种具有更高的固碳效率。通过林地、生态廊道、郊野公园建设，改造现状单一纯林，采用近自然林群落模式，优先使用乡土树种和地带性树种，重视珍贵树种的应用，按照乔、灌、草复层群落结构配置，促使林下幼苗更新，诱导现有群落向复层-异龄-混交的群落模式发育，提高生态系统的稳定性，减少后期养护管理，进而提高群落的碳密度。

4.2.2 公园绿地

截至2020年底，上海市公园数量增加至406座，人均公园绿地面积增加到8.5m2。“十三五”期间上海市提升改造了一批街心花园、老旧公园，建成一批绿化特色街区。鉴于当前上海城市绿地空间已由增量发展期进入存量提质期，需聚焦上海超大城市高密度人居环境特征，关注城市绿化空间复合利用和功能布局优化整合，在生态优先前提下充分发挥综合效益。开展存量公园绿地提质增效工程。上海市一些建设年代较早的老公园，营建初期不合理的树种选择、初植密度、苗木规格和配置方案，以及缺乏科学适度的后期管养，是影响既有绿地植物群落健康稳定的重要原因，进而削弱其固碳能力。对公园绿地植物群落开展人工干预和动态调控是存量绿地改造提升、实现生态效益的重点，主要关注三点：一是中心城区绿地人工群落及自生植物物种组成、群落类型及多样性特征；二是存量绿地植物群落最适密度的动态调控策略；三是可持续碳固存的种植设计指标和适应性种植设计策略。

研究表明，森林凋落物的分解对土壤碳库有巨大的贡献，直接或间接影响土壤碳库有机碳的含量。公园绿地、防护绿地、区域绿地应减少枯枝落叶等凋落物的清理。加大土壤修复力度，解决上海地区土壤盐碱化、肥力低下、重金属污染及农业面源污染等问题，同时减少水土流失、土地退化面积，提高土壤碳汇水平。此外，还应加强土壤碳汇监测网络建设，构建土壤碳汇补偿体系，依靠多种激励政策推动实现碳中和愿景目标。

4.2.3 耕地

一是落实城市生态空间规划，划定永久基本农田，保护耕地；二是通过干湿交替间歇灌溉、推广节水抗旱品种实现节水，推行水稻种养模式，如稻虾种植、稻鱼种植；三是改变耕作方式，推行免耕、少耕或间作的方式，降低对土壤的翻耕侵蚀，同时鼓励秸秆还田等生态施肥措施，使有机肥和无机肥合理搭配，培育土壤肥力，提高农业碳汇水平。

4.2.4 湿地及水域

重点加强上海市沿海滩涂湿地的保护和修复，科学合理适度围垦，减少人类活动的干扰破坏，增加滩涂盐沼如芦苇、碱蓬、海三棱藨草等蓝碳的比重；针对退化受损的海岸带，采用人工干预及自然演替的生态工程手法，运用潮汐调控、海滩养护、基底修复、生态岸线优化等技术，提高碳汇水平；加快崇明世界级生态岛建设，严格控制入侵物种互花米草的规模，恢复健康的低潮海域、光滩、中高潮位盐沼湿地的群落序列，恢复其生态系统结构与功能的完整性；加快制定蓝碳监测、评估的标准体系，出台相关政策法规。目前上海市正在实施的滨海湿地退化修复工程，主要有崇明东滩保护区互花米草生态控制与鸟类栖息地优化工程及崇明西沙湿地生态修复工程，“十四五”期间将重点在崇明北湖、南汇东滩开展滨海湿地保护与恢复重点工程项目。此外，积极开展城市水系的水环境和水生态系统的整治恢复工作，提高健康河流湖泊系统的碳汇水平，重点开展围绕太湖流域、淀山湖区域的长三角湿地保护一体化示范区建设等。

4.2.5 立体空间绿化

立体空间绿化可以降低建筑能耗强度，提高城市空间绿视率和绿化覆盖率，缓解热岛效应，增强碳汇水平。目前上海市立体绿化总量呈现良好态势，增质提效，提高碳汇水平是今后关注的重要方向。特别是保证新建公共建筑的屋顶绿化面积大于建筑占地面积的30%。同时重点关注“绿化、彩化、珍贵化、效益化”四化效益提升，实现2035年立体绿化面积＞1000hm2的目标。

 

5 结语

城市绿色空间是市域范围内唯一自然或半自然生态系统，对高密度城市空间实现碳汇功能具有重大的价值和潜力。本文仅从土地利用现状层面探讨上海市绿色空间的碳汇功能现状，尚未涉及碳源碳汇与土地利用变化之间的相应机理。由于获取绿色空间要素碳汇数据的有限性，还需加强碳汇监测的连续性和及时性；另外，绿色低碳城市的建设涉及建筑、工业、交通等多领域、多行业的紧密合作，还需从减少碳排放、优化能源结构、节能与提高能效、倡导绿色低碳生活方式等方面采取措施，同时完善相关政策法律，共同推动绿色低碳发展，助力实现碳达峰碳中和目标。

 

作者信息

荆贝贝（1990—），女，河南省郑州市人，上海市园林设计研究总院工程师，生态学理学硕士，主要从事生态规划、国土空间生态修复研究与实践。
 

---

本文由《中国国土资源经济》编辑部授权转发，如需转载，请联系编辑部授权！