-
碳汇研究是全球气候变化研究的重要课题，具有学科交叉性强、研究领域及研究方法多样化的特点。城市绿地中植物通过光合作用固碳，有助于缓解二氧化碳浓度增加对气候和环境带来的负面影响。根据《城市绿地分类标准》CJJ/T85-2017，城市绿地的范围可以限定为城市建设用地之内的公园绿地、防护绿地、广场绿地、附属绿地[1]。对绿地碳汇的研究通常包括植物和土壤两方面，其中城市绿地土壤受人为因素影响碳汇能力不明显，因此城市绿地碳汇主要体现为植物碳汇。
国内对绿地碳汇的相关研究多从绿地碳汇核算和评估、国内外绿地碳汇研究侧重点对比等方面展开综述研究[2-5]。现有的综述研究普遍关注城市非建设用地范围的森林碳汇而忽视复杂城市环境中的绿地碳汇，或关注城市生态系统整体固碳服务能力而未强调城市绿地作为城市自然碳汇的重要性。为展现城市绿地碳汇研究的脉络，本文选取CNKI数据库，围绕城市绿地中的植物碳汇，梳理相关研究在不同阶段研究焦点的转变和发展趋势，提出城市绿地碳汇研究的建议。
-
基于CNKI 数据库，以检索式“（‘城市’或‘都市’）并且（‘绿地’或‘绿色空间’）并且（‘碳汇’或‘低碳’）”对期刊文献进行检索，由于对城市绿地碳汇的研究仍处于起步阶段，核心期刊发文量仅83篇，且非核心期刊文献在推动该方面研究的发展过程中也具有重要意义，因此将来源类别设定为所有学术期刊，精确匹配检索结果，初步检索时发现有关城市绿地碳汇的研究在2009年以前发文量仅2篇，且与研究内容相关度不高，故将时间跨度设置为2009—2022年3月，获得488条检索文献。去除期刊寄语、刊讯、会议报告等非学术类文献，结合学科领域和文献主题进一步人工筛选，得到自2009年以来有效的期刊文献431篇，以“RefWorks”格式导出，导入文献计量软件进行可视化分析。
-
CiteSpace和VOSviewer同为文献计量可视化工具，可以快速处理数据并通过图像展示数据之间的关联性。CiteSpace运用的聚类算法主要利用名词性术语来探测学科的研究热点，在文献关键词和主题词共现分析和领域转折变化分析方面具有优势，而VOSviewer的聚类算法是选取高频关键词代表领域的研究热点，在共现聚类网络、分析节点密度和关联度时可以更加直观地反映各个对象之间的联系，与CiteSpace结合可以形成补充对照[6]。研究通过关键词共现图谱，结合学术期刊的研究主题和研究内容，分析城市绿地碳汇相关的研究热点。
-
从图1发文量来看，有关城市绿地碳汇的研究从21世纪初开始出现，从2009年开始增长，在2011年发文量达到较高水平后，2012年到2017年期间发文量维持在较高水平，2018年开始发文量逐渐下降，2020年较前两年有所增长。仅从发文量趋势分析原因是国内对城市绿地碳汇的研究很大程度上会受政策背景的影响，2009年起，低碳经济、低碳交通、低碳城市等一系列低碳理念引发了学者对城市绿地碳汇能力的关注，发文量明显增加，随后研究热度逐渐降低，在2020年9月第七十五届联合国大会上，我国提出争取二氧化碳排放在2030年前达到峰值、在2060年前实现碳中和的目标，使得围绕城市绿地碳汇的文献再次增加。
Figure 1. Trends in the number of published articles
-
根据图2、图3所示CiteSpace时间线视图和VOSviewer标签视图聚类中关键词节点的文献内容及出现和趋冷的时间，统计与之相关的研究成果在各年份的发表数量。如图4所示，二者在聚类内容和时间分布上具有高度一致性，结合发文量变化趋势及原因，对聚类进行人工合并和时段划分。
Figure 2. Citespace keyword timeline view
Figure 3. VOSviewer overlay visualization
Figure 4. Number of published articles with different research focus
2014年以前，城市绿地碳汇相关的研究受低碳理念和相关政策的影响开始发展，低碳理念、低碳城市、城市规划的研究内容均与低碳理念相关，视为绿地碳汇能力探索阶段；2014年至2019年间，碳氧平衡、碳排放与生态城市的建设高度相关，视为绿地碳汇发展实践阶段；2020年至今，在“双碳”目标的背景下，海绵城市与低碳相结合为绿地碳汇能力的提升提供实践路径，与生态环境质量的提升密切相关，视为绿地碳汇效能优化阶段。综上，本文基于城市绿地碳汇相关研究的发文量变化趋势，结合研究内容及焦点的转变，将城市绿地碳汇研究分为3个阶段，从理论方法、影响因素、效益评价3方面综述各阶段的研究进展。
-
城市化进程带来了环境问题，低碳相关的概念应运而生。“低碳试点城市”的推出促进城市碳汇相关研究的发展，其中绿地植物的碳汇能力是缓解气候变化和改善城市生态环境的关键[7]。在低碳理念的引导下，学者开始对城市绿地碳汇能力进行探索。
（1）理论方法
理论方法以实现低碳城市为目标，将低碳理念引入到城市绿地生态设计中，探讨低碳型城市绿地系统的规划和优化策略，推动碳汇理论的发展[8,9]。低碳理念的理论背景以生态学、循环经济、人居环境科学等宏观理论为基础理论，包括植物群落营造、材料循环利用等具体理论和雨水收集利用、生态修复等技术方法。
在具体理论方面，较多学者提出需要改善植物群落结构、选用适生树种以提高绿地绿量、增加绿地碳汇[10,11]，同时提倡在城市绿地建造过程中使用低碳、耐久性好的材料，合理利用材料资源和可再生能源[12]。在技术方法方面，将雨水收集处理作为绿地用水的补充水源，达到节约水资源的效果[13]，生态修复技术主要是对破碎的绿地环境进行有效防治，保证绿地生态功能可以良性运行[14]。
（2）影响因素
学者多关注植物、水体、土壤等绿地构成要素对碳汇能力的影响，由于植物的碳汇潜力远高于其他要素，因此关注重点在于植物对城市绿地碳汇的影响[15]。不同植物种类、群落结构、养护管理方式的绿地会对城市绿地碳汇能力产生显著影响[16]。多数情况下，乔木的碳汇能力高于草本和藤本，复层群落式植物群落的碳汇能力高于单一结构的植物群落，老树和成年树本身储存的碳量高, 而幼树则每年吸收的碳多，经济树种和乡土树种的配置比重提高会增加绿地的碳汇能力，抗性强、可粗放管理的树种可以降低养护管理成本以减少碳排[17]。
此外，学者也开始通过对城市绿地植物碳汇量进行测算，以深入研究典型树种固碳释氧能力，为城市绿地树种的合理配置提供参考依据，发现植物个体的固碳释氧能力与植物个体自身的叶面积、冠幅、地区环境等因素相关，多数研究结论有一定特殊性[18,19]。
（3）效益评价
此阶段对绿地碳汇的评估多归属于城市绿地生态服务功能价值评估，以绿地固碳量、碳储量等直接的评价内容为主，即对绿地进行分类，参照前人研究得出的碳清除系数，分别得到各类绿地的碳汇量，初步建立粗略的碳汇功能评估模型，评价内容缺乏全面性、精细度和创新性，难以准确衡量绿地碳汇效益[20-22]。
效益评价多集中于对植物固碳能力的评价，即通过测定常见植物叶面积指数、光合速率数据，得出植物的固碳释氧量[23]。在园林绿地中会从规划设计、施工组织与管理、园林绿地现状、管理与维护等方面探讨低碳园林绿地评价的指标及标准，包括植物、水体、材料、废弃物利用等方面的指标评价，评价维度多元，但在指标的具体内涵和评分细则等方面没有深入解释[24]。
城市绿地碳汇的相关研究虽然逐渐兴起，短期内成为低碳城市研究和城市绿地研究的热点问题。理论方法在现有理论和技术方法的基础上有所发展，影响因素和效益评价方面重点揭示植物对绿地碳汇效益的贡献。此阶段研究明确绿地具有固碳释氧的价值，但在理论方法和效益评价方面研究进展缓慢。
-
低碳生态城市的建设提倡绿地采取多元低碳措施和绿地系统采取合理布局以提升绿地碳汇能力，其建设也推动了绿地碳汇的实践发展，提升绿地碳汇能力的具体策略和措施受到关注，对绿地的碳源碳汇特征、碳汇功能评估模型进行分析也间接促进了碳汇相关实践的发展。
（1）理论方法
城市绿地碳汇的相关理论有所发展，但相较森林生态系统碳汇研究还缺乏系统的理论方法。学者围绕绿地碳汇的内涵，提出相关的概念和理论论述，例如将城市绿色碳汇定义为人类活动影响下,城市范围内的绿色植物通过光合作用，吸收大气中的CO2并固定在植被与土壤当中[23]，且园林绿地的碳汇不同于森林，可以包括水体、土壤、材料、能源等多方面的增汇减排方式[25,26]。
城市绿地碳汇相关的理论方法研究开始学习森林碳汇、城市碳汇相关的研究方法和结论。例如借鉴样地清查法、模型预测法等森林植物碳汇量估算方法进行城市绿地碳汇量的测定，在城市绿地系统规划层面也常运用“三源绿地”等理论优化城市绿地格局，提高绿地碳汇能力[27,28]。
（2）影响因素
对影响因素的研究延续上一阶段对植物等影响因素的关注，聚焦包括树木规格、树木种类、栽植密度等在内的植物群落因子，有学者测定分析特定城市常见植物在某季节的固碳释氧能力[29,30]。
城市绿地面积受城市建设发展的约束，提高绿地的碳汇需要对城市绿地系统进行存量优化，以达到直接增汇、间接减排的目的[31,32]，多数研究表明绿地系统的形态结构、连续性及均衡布局会对碳汇效益产生影响，可以从空间层面探讨绿地的低碳化方法，将碳汇资源连成网络，以实现城市的低碳发展，但不同城市的地理位置、气候、城市结构和城市规模等因素不同, 具有鲜明的地域性特点，因而此时的研究强调具体城市的绿地系统或碳源、碳汇的时空格局对城市碳汇能力的影响[33,34]。
（3）效益评价
过去评价指标的定量评估只体现在个别树种的碳汇能力评价，现阶段学者开始探索构建绿地低碳生态综合评价体系，绿地碳汇评价指标也从围绕影响因素的单一指标转向对能反映绿地碳汇效益的综合性指标的探究，例如在碳汇效益评价中创造性地设置人均碳汇碳源比、绿色碳汇毛密度等指标[35,15]。评价内容开始拓展到对绿地全生命周期碳汇效益的评估和指标的合理性的验证，在原有指标体系的基础上，将指标分为碳汇性指标、节能性指标、服务性指标三类，细化各指标的描述、计算方法、等级划分、量化赋值，并应用于居住区附属绿地的评价研究中，总结绿地现存问题，提出绿地低碳生态发展的优化策略[36-38]。
城市绿地碳汇效益评估关注更宏观的城市绿地系统布局，为有针对性地提高绿地碳汇能力提供理论和实践依据。研究将低碳城市理念融入城市绿道网络规划与建设中，建立适宜于低碳城市的绿道要素评价指标体系，明确地传达出可控、量化的绿道规划方法，从空间层面探讨绿道规划的低碳化方法[39]。
-
“碳达峰、碳中和”目标的确立使得对城市绿地碳汇的研究从城市碳平衡的视角出发，通过理论研究和实践应用探究绿地增汇减排策略，以充分发挥绿地在减缓和适应气候变化、加快生态文明建设方面的作用。
（1）理论方法
理论方法在此阶段有更加广泛的开放性，并在技术的支撑下扩大了研究范围、增加了研究深度。在理论方面继续学习森林碳汇和城市碳汇相关的研究思路，但并未提出较为成熟的新理论。在方法上针对城市多类型、多尺度的绿地为研究对象探讨绿地植物配置优化策略及绿地布局和绿地系统的空间结构的优化方案。在树种筛选和配置上除选择固碳量较大的树种外，可以适当增加乔木栽植密度和乔灌草复层、针阔叶混交的植物群落，打造低碳可呼吸式的绿地[40,41]。在空间结构上，城市中心地带增加连接城市块状绿地的绿带，提升绿色空间复合生态功能，城市边缘地区建立外围固碳屏障，发掘边缘绿色空间土地利用的邻近生态效应[42,43]。
“3S”等技术结合数学模型促进碳汇计量体系科学化、精确化，提出了专门针对城市尺度的绿地碳汇计量监测思路和框架。通过综合考虑前人对绿地碳汇量的估算方法，对不同类型绿地进行抽样监测，开展不同分层的碳库调查与参数测定，构建生物量关系模型，进而获得不同类型绿地的单位面积碳储量，以实现城市绿地碳储量和碳汇量的估算 [44]。
（2）影响因素
对城市绿地碳汇影响因素方面的研究热度逐渐趋冷，开始关注城市绿地植物群落动态变化等对绿地碳汇量产生的影响，探索城市环境中植物群落变化与发展的规律、预测发展趋势，指导城市绿地植物选择与配置、养护管理与绿地结构优化[45,46]。
随着“双碳”战略目标的提出，绿色基础设施、城市更新等多元的研究内容也会对绿地碳汇的研究产生间接影响，如在绿色基础设施方面的相关研究中指出，城市绿色基础设施的完善有利于碳汇绿地体系的构建，而设施在运行过程中的绿化固碳、建筑节能等过程会增加碳汇，并且在较大尺度上，绿色基础设施可以实现“氧源绿地-碳源绿地-近源绿地”的碳汇存储体系构建以增加城市碳汇能力[47-49]。
（3）效益评价
对城市绿地碳汇能力的效益评估在较为成熟的碳汇评价体系的基础上，以优化绿地碳汇能力为前提继续完善。在宏观层面，从多维度、系统化的视角衡量城市不同类型绿地的碳汇功能及其在影响碳中和方面的价值，从规划层面和建设实施层面提出不同类型绿地的碳汇提升策略[50]，在微观层面，围绕绿地植物群落进行全生命周期的碳收支评估，以降低全生命周期各类因素产生的碳排放并优化植物的固碳能力[51]。在时间维度上对绿地碳汇能力动态变化进行评估，从变化发展的角度审视绿地的碳汇服务效能，发现城市绿地整体的碳汇能力变化与城市绿地发展趋势有关 [52]。
目前对城市绿地碳汇的研究较为成熟，研究焦点转变为绿地碳汇理论方法的验证与实践，对绿地进行全方面的效益评价，进而提出绿地碳汇能力的优化策略和路径，希望绿地碳汇能发挥社会、经济和生态等多方面的效益。
-
本文将城市绿地碳汇的研究划分为3个阶段，从理论方法、影响因素、效益评价3个方面总结归纳各阶段研究焦点及不同时期研究焦点的转变，并提出未来城市绿地碳汇的发展方向。
-
城市绿地碳汇理论方法的发展历程体现了城市绿地碳汇的理论研究受到基础理论技术的启发，继而汲取其他领域的研究结论进行逐渐探索的过程。城市绿地碳汇的理论研究多从森林碳汇相关理论方法演化而来，在研究和应用方面有所欠缺。
在未来的研究中应基于现有研究，拓展理论方法研究的广度和深度，构建更加综合的研究方法和框架，促使城市绿地碳汇相关理论科学化和体系化，有助于绿地在增汇方面的实践探索。在理论方面，城市绿地的碳汇功能受到广泛认可，而绿地碳汇对城市增汇减排所起的作用仍需要进一步探索，对于城市绿地的概念定义、适用范围还没有明确统一的解释，相关理论内涵需要结合城市规划和森林碳汇的相关研究进阐明[16]。在方法上需要考虑到城市绿地破碎化和复杂性，对森林碳汇相关的方法进行调整。
-
既有研究主要针对绿地植物单体和群落，后期逐渐转向对植物的针对性研究与绿地空间格局的研究。
未来提升绿地碳汇能力时，需要重视主要影响因子和绿地格局对碳汇的影响，研究表明在较干旱的地区，降水量会影响绿地地上植被碳储量，在较湿润的地区影响则较小，并且绿地碳汇量的变化往往会受到城市绿地体系规划和相关政策法规等外部因素的影响[53]。城市区域发展水平的差异也会影响绿地碳汇的差异，在城市中心区限制绿地碳汇量增加的影响因子主要是绿地面积，而在城市边缘区，植物群落的结构对绿地碳汇量增加起着重要作用[43]。因此需要考虑城市绿地的特殊性和主要影响因素对绿地碳汇的影响，有针对性地增加城市绿地碳汇效益并提高碳汇效率。
-
城市绿地碳汇效益评价从缺乏全面性、精确性和创新性逐步向量化和综合性的方向发展，并随着测算方法和技术的发展、增汇减排的需要逐渐丰富和优化指标的内涵。
为促进城市绿地持续高效地发挥碳汇效能，需要考虑不同类型、不同尺度的绿地功能属性差异，对效益评价的指标内涵、评价标准和等级划分进行调整，完善不同类型、不同尺度绿地全生命周期绿地碳汇评价体系[54]。由于城市绿地会受到多方因素干扰，因此有必要基于地域差异性长期对动态变化中的绿地碳汇能力进行追踪评价，可以通过搭建城市绿地碳汇监测平台进行长期的数据调查和收集，样地调查和卫星遥感数据相结合，建立城市绿地碳汇效益评价数据库，为绿地长期效益评估和优化管理提供依据*。
Review and Prospect of Domestic Urban Green Space Carbon Sink Research ——Based on CiteSpace and VOSviewer Analysis
doi: 10.12172/202208010001
- Received Date: 2022-08-01
- Available Online: 2023-03-04
- Publish Date: 2023-06-25
-
Key words:
- Urban green space /
- Carbon sink /
- Theoretical method /
- Influencing factors /
- Benefit evaluation
Abstract: By using the literature analysis software, 431 articles related to urban green space carbon sink research in CNKI database were quantitatively analyzed. The research of green space carbon sink could be divided into three research stages: the exploration stage of green space carbon sink function, the development and practice stage of green space carbon sink, and the optimization stage of green space carbon sink efficiency. The research progress at each stage was reviewed from three aspects: theoretical methods, influencing factors and benefit evaluation. Finally, three suggestions were put forward for the study of carbon sinks in urban green areas: building a systematic and comprehensive theoretical and methodological framework from a multidisciplinary perspective, clarifying the value of influencing factors with the goal of maximizing green space carbon sink benefits, and establishing a differentiated evaluation system for continuous dynamic monitoring.
DownLoad: