以碳收支為基礎的低碳生態新區控規編制探索——以山東省巨野北部新區控規為例

張 萍

1 概述

1.1 低碳生態新區規劃的發展趨勢分析

隨著生態文明的大力推進，低碳生態新區①① 這方面，國內影響較大的實例是已開工建設的天津中新生態城和河北唐山曹妃甸生態城。如《上海市控制性詳細規劃技術準則》（2011年7月）、《江蘇省控制性詳細規劃編制導則》（2012年1月修訂）均增加“低碳生態的內容”。往往成為地方發展的目標之一。對于低碳生態新區規劃建設的討論大多集中在宏觀的概念（總體規劃層面）和微觀的生態技術層面（綠色建筑技術層面）。而對于控規，目前討論的大多是在傳統控規編制的基礎上，加入低碳生態的相關內容②《美國清潔能源與安全法案（ACES）》（2009年6月通過），明確指出：設置碳排放總量控制限額，與2005年水平相比，到2020年全球變暖污染將逐步削減至17%，2030年削減至42%，2050年削減至83%。。借助計量學，從“低碳、生態”的本義出發，綜合多學科形成規劃的前置條件和過程要求，為規劃的合理性和可實施性提供充分依據，顯得迫切和必要。在這方面，環境學、生態學等提供了許多新的啟發和思路。其中，基于學科交叉的應用，從碳收支方面進行控規編制的討論是一個嶄新的方向，也是本文展開討論的基本視角。

1.2 碳收支的基本概念闡釋

1.2.1 碳源和碳匯

碳源是指向大氣中釋放溫室氣體（主要為CO2）的過程、活動或機制。本文特指規劃期限內規劃范圍內“能源相關碳源、人類呼吸碳源、土壤呼吸碳源”3類。

碳匯是指從大氣中清除溫室氣體（主要為CO2）的過程、活動或機制。本文特指規劃期限內規劃范圍內綠地所吸收的溫室氣體數量。

1.2.2 碳收支

碳收支計算包括兩種計算方法。第一個是凈碳量，就是碳源減去碳匯，所得到的凈碳量

表1 碳收支平衡的四種情況

表2 不同固碳地（生態綠地）的平均碳吸收率

資料來源：葉祖達，2011。表示大氣中溫室氣體的凈變化量。當凈碳量為正時，表示大氣中的溫室氣體增加了；為負時，表示大氣中的溫室氣體減少了；為零時，表示實現了碳收支的平衡。第二個是碳吸收率（固碳比），就是碳匯除以碳源的比值，代表的是碳吸收率的情況。只有接近碳收支平衡的系統才是穩定和可持續發展的系統。世界各國關于低碳減排，根據自身具體的情況，均有各自的規定——如美國③注釋歐洲議會2008年12月批準“歐盟能源氣候一攬子計劃”。該計劃提出：到2020年將溫室氣體排放量在1990年的基礎上至少減少20%，將可再生清潔能源占總能源消、歐盟④耗的比例提高到20%，將煤、石油、天然氣等化石能源的消費量在1990年的基礎上減少20%。2011年3月8日，歐盟發表了《在2050年實現低碳經濟路線圖》。根據這一“路線圖”，至2050年，歐盟的碳排放量將在1990年的基礎上減少80%。、中國⑤中國政府在2009年11月25日宣布了控制溫室氣體排放的行動目標，到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%到45%。（表1）。

按照規劃要求，基準年為2012年，近期到2015年，中期到2020年，遠期到2030年。

1.3 研究范圍界定

1.3.1 對象的空間界定

本文以規劃的山東省菏澤市巨野縣北部新區為研究對象，進行規劃期限內的碳收支計算。

由于氣體具有流動性和擴散性，規劃對象和周邊環境之間不可避免地存在著氣體交換，為使問題簡化以獲得具有普遍性的評價方法和結論，本文只考慮規劃范圍內的碳收支。

1.3.2 對象的時間界定

2 關于碳收支的國內外研究綜述

2.1 國外關于碳收支的研究

國外對碳收支的研究始于20世紀70年代。歐美國家在對碳收支的計算、認證，碳交易等方面已經形成領先的研究成果，尤其是在碳收支（碳源、碳匯）時間、空間雙重格局的連續觀測、定量計算等方面形成強大的數據平臺，能從宏觀到微觀進行研究的深化和應用反饋。其中，1997年12月《京都議定書》的誕生更是刺激歐美各國在該方面加大科技投入力度。特別是美國，在碳收支計算方面已經研發若干先進軟件系統，能有效進行高精度計算，在規劃實踐中已取得了不錯的效果⑦如加州能源理事會開發的I—PLACE3s軟件，是美國金郡為本地規劃方案的可持續性開發的一款主要評價交通影響的空間分析工具，其運算主要基于金郡的交通規劃基礎數據，包括整個金郡范圍內交通二氧化碳排放量與土地利用屬性(居住密度、容積率、路網密度、土地混合利用程度、公服設施可達性等)的回歸關系分析數據庫(TheLawrenceFrank,ZO10)。而美國城市和區域規劃咨詢公司CriterionPlanners開發的Index軟件，主要進行建筑、交通以及市政基礎設施的碳排放影響評估，其建筑碳排放的評估方法基于當地典型建筑能耗的能耗數據庫計算，交通碳排放量從密度、道路連通度、交通可達性等屬性特征出發進行計算(PatrickM.Condonetal.2009)。。

2.2 國內關于碳收支的研究

國內關于碳收支的研究始于20世紀80年代中后期，在最近10年的發展最為迅速。該方面一直以來是地理學、氣象學、植物學、衛星遙感、林業學、環境學等研究的重點對象之一⑧如中國科學院2001年即啟動知識創新工程重大研究項“ 中國陸地和近海生態系統碳收支研究”，搭建了良好的研究平臺。，其進展已從最初的基礎科學問題研究進入到服務于實際的探索新階段，并且從單一的碳收支評價發展到多種復雜的碳循環過程綜合研究。其中，典型課題為2011年中國科學院的“應對氣候變化的碳收支認證及相關問題”戰略性先導科技專項⑨該先導科技專項的重點定位在研究我國陸地碳收支系統的定量認證、碳增匯潛力與速率評估、增匯技術與措施選擇、生態工程固碳效果評價、增匯技術的試驗示范等重大科學技術問題。。

從2009年開始，規劃學界開始把碳收支作為技術手段引入到規劃中?；谀壳皵祿娅@取的困難性，其主要用于粗略的模擬評價⑩IPCC提出“生態系統碳增匯效果認證體系必須滿足可計量、可驗證和可核查”3大要求。 這大多需要連續性數據，而我國在這方面僅僅處于起步階段，目前難以滿足相關要求。。一方面，把碳收支作為低碳的決策工具，用于宏觀尺度的規劃決策評價，如葉祖達利用碳收支對低碳城市規劃的討論：《碳排放量評估方法在低碳城市規劃之應用》（2009）、《建立低碳城市規劃工具——城鄉生態綠地空間碳匯功能評估模型》（2011）、《碳匯功能承載力在低碳生態城鎮體系規劃的應用》（2011）。另一方面，是針對規劃不同的情境方案進行碳收支評價，如邱紅等《碳排放評估方法在城市設計中的應用》（2011）一文主要針對中微觀尺度城市設計項目提出碳排放評估方法等。然而，關于碳收支的評價理論基礎尚需進一步梳理，評價方法的定量化有待完善，評價模型有待改進。

3 以碳收支為基礎的低碳生態新區控規編制方法探討

立足于對“低碳、生態”的本義理解，著力于“低碳生態新區”的規劃建設，秉承多學科交叉合作的原則（包括“環境學的風環境、水環境、氣象、熱環境、能源等專業；生態學的生態景觀學、生態植物學等；地理信息學；城市規劃學”等），筆者對“以碳收支為基礎的低碳生態新區控規編制”進行總結，將其核心流程概括為“ 三個一”：一大要求（生態安全）前置、一大校核（碳收支）應用、一個行動（地塊生態指標控制）落實?注釋篇幅所限，本文主要討論“一大校核（碳收支）應用”，對其余兩部分內容則不展開討論。。

3.1 一大要求前置: 生態安全要求前置

先對規劃范圍進行生態敏感性（利用GIS技術完成，也可結合遙感分析技術完成）分析，然后依據“生態安全格局”要求，進行空間組織，形成生態型的土地使用框架。首先，明確生態基底（生態綠地、水系）；然后，明確生態廊道（道路骨架、綠廊、通風廊道）；最后，組織生態斑塊（城市功能組團），形成土地使用框架。

3.2 一大校核（碳收支）應用

3.2.1 碳收支計算校核

（1）第一步，對規劃范圍內的碳源（碳排放）和碳匯（碳吸收）進行現狀情況計算。

① 采取排放系數法，進行碳源的現狀計算

碳排放包括直接排放和間接排放兩種情況，需分別進行計算。為了簡化計算，一般將CO2的排放來源分為來自“能源相關碳源、人類呼吸碳源、土壤呼吸碳源”3類。一般來說，鑒于數據獲取的困難性，碳源計算采用較多的是排放系數法?對碳源的計算方法較多。目前，對碳源的測算主要采用3種方法：實測法、物料衡算法和排放系數法。這三種方法各有所長，互為補充。。

a.能源相關碳排放

式中：C—碳排放量，Mt；Ci—i種燃料使用量，kg，m3；Ei—燃料凈發熱值，燃料低位發熱值，kJ/kg，kJ/m3；βi—排放因子，kg/TJ。

b.人口呼吸碳排放

式中：B—人口呼吸排放量，Mt；P—人口總數；βi—排放因子；Bi—每人每天呼吸的碳釋放量，0.9kg/(人·天)。

c.土壤碳排放

式中：S—土壤呼吸碳排放量，Mt；Ai—植被面積；Vi—相應植被的土壤平均呼吸速率；βi—排放因子；δ—C元素轉化成CO2系數，3.67；ρ—非根系呼吸占土壤總呼吸量，0.55。

② 采取碳吸收系數法，進行碳匯的現狀計算

在規劃范圍內吸收CO2的陸地生態系統包括森林、農田、草地、濕地等不同植被為主構成的生態系統（表2）。

Q吸=Ai×Bi

式中：Q吸—CO2的吸收量，單位為t·a-1；Ai——不同固碳地的面積，單位為hm2；Bi——不同固碳地的平均碳吸收率，單位為t·hm-2·a-1。

（2）第二步，對規劃范圍內依據規劃方案進行碳源（碳排放）和碳匯（碳吸收）計算。

① 依據規劃方案，采取排放系數法，計算規劃后的碳源（碳排放）情況。

根據規劃范圍的建設用地總量和人口規模（該數值隨最終方案應進行校正——即逼近法的運用）計算其中建設用地的碳排放（C1，建設用地的碳排放），并對非建設用地的碳排放（C2，非建設用地的碳排放）也進行計算，得出規劃范圍內的碳排放總值（C = C1+ C2）。

② 依據規劃方案，計算規劃范圍內規劃后的碳匯（碳吸收）情況。

③ 對碳收支進行計算，以凈碳值和固碳比判斷規劃方案的碳收支平衡狀態。

3.2.2 依據校核結果，運用生態策略對方案進行修正（減少碳排、增加碳匯）

（1）減少碳排——按照低碳生態要求，全面落實生態營城策略（尤其是能源、公交）

從碳源著手，優化能源結構、使用再生資源、大力減少私人機動車的使用等，切實減少碳排放（該措施為控規確定資源使用的各種量化生態控制要求提供重要依據）。按照我國政府控制溫室氣體排放的行動目標“到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%到45%”的可操作經驗推算，近期減少為原來的80%（即減排20%），遠期減少為原來的60%（即減排40%）。

（2）增加碳匯（包括調整綠化種植結構、增加城市綠地面積）

首先，通過調整綠化種植結構提高單位城市綠地的碳匯能力；其次，根據計算，增加相應的城市綠地面積。

① 提出生態綠地的生態系統控制指標，提高城市綠地的單位碳匯能力，為地塊的生態控制提供依據。

根據相關研究，喬木、灌木的碳匯量分別為草坪的4倍和2倍，充分說明了綠化喬木和灌木在碳匯功能方面的優越性。為此，依據相關研究提出城市綠地種植結構的生態要求——明確規定喬木的種植要求：3株喬木/100m2（換算成喬木的綠地單位覆蓋率約為30%）。根據計算，達到3株喬木/100m2后的城市綠地單位碳匯能力可提升150%—200%。本文取高值，即單位城市綠地的碳匯能力提升200%。改善種植結構后（強制規定喬木的種植比例），城市綠地年碳匯量的計算如下：

式中，Sgr為城市綠地年碳匯量，kg/年，Ga為城市綠地面積，f%為城市綠地面積中喬灌草復層綠化面積占全部城市綠地面積的百分比，Cg1為當地植物單位土地面積年固碳量系數，Cg2為復層綠地單位面積固碳系數。

B其次，根據碳排放減少后的數值，明確固碳地（生態綠地）的增量，對其進行優化以減少后的碳排放量減去原規劃方案的碳匯量，得出差值，即

然后計算這部分差值需要建設用地范圍內的生態綠地增量△Ga（包括城市綠地、地塊綠地兩大部分）面積。再根據各地塊的生態控制指標要求，單獨計算出城市綠地增量△G（城市綠地應占到綠地總量的60%以上）。

其中，G為城市綠地；R為居住用地；A為公共管理與公共服務設施用地；B為商業服務業設施用地；M為工業用地——《城市用地分類與規劃建設用地標準》（2012年版）。

依據計算結果，對方案中城市綠地的用地規模、布局模式、生態控制進行深化調整。

3.2.3 依據修正后的方案，再次進行碳收支平衡狀態評估

對方案進行反饋修正（逼近法），結合控規的時序，達到碳收支平衡要求：近期（2015年）達到低碳良好要求，固碳比為60%；中期（2020年）達到從低碳良好向低碳優秀過渡的要求，建議固碳比為70%；遠期（2030年）達到低碳優秀要求，固碳比為80%。

3.3 一個行動（地塊生態指標控制）落實

從實施管理出發，以碳收支的修訂要求為依據，落實地塊生態控制細則，進行調控管理。

4 實證分析——山東省巨野北部新區的控規編制

4.1 規劃背景

巨野縣位于山東省菏澤市東部，是國家級煤礦——巨野煤礦的所在地，是魯南城市帶上的重要能源城市。北部新區是實現巨野中心城區中“北擴戰略”的重要載體?；貎却笠八畮?、老洙水為其提供了優良的生態條件。本次規劃的控制面積為17.5km2，建設用地約13km2。

4.2 研究范圍界定

4.2.1 對象的空間界定

本文以規劃的北部新區為研究對象，進行規劃期限內的碳收支計算。

由于氣體具有流動性和擴散性，規劃對象和周邊環境之間不可避免地存在著氣體交換，為使問題簡化以獲得具有普遍性的評價方法和結論，本文只考慮規劃范圍內的碳收支。

4.2.2 對象的時間界定

按照規劃要求，基準年為2012年，近期到2015年，中期到2020年，遠期到2030年。

4.3 基于碳收支的規劃方法

以建設“可實施的低碳生態新區”為出發點，本次規劃采取“碳收支平衡”的系統方法進行規劃編制。該方法主要包括兩大要點：第一，進行系統的碳收支計算。第二，對碳收支計算進行合理修正。

表3 巨野新區碳收支現狀情況（2012年）

表4 巨野新區常規發展模式下碳收支規劃情況（2030年）

首先，規劃對新區進行了系統的碳收支現狀計算。為簡化計算，只考慮不同規劃模式下的碳收支變化情況。依據IPCC（政府間氣候變化專門委員會）的相關研究及國家《綜合能耗計算通則》，結合巨野當地有關數據進行計算，得出現狀碳吸收率為9%。同時，對新區進行常規發展模式下的碳收支計算，得出此時新區的碳吸收率僅為2%。由此可見，碳排放能力大大增強，固碳能力減弱，碳收支不平衡嚴重加劇，需要進行合理修正（表3，表4）。

4.4 基于碳收支的“減少碳排、增加碳匯”規劃策略

4.4.1 減少碳排——按照低碳生態要求，全面落實生態營城策略

（1）能源生態策略的要點有：清潔能源的選用、可再生能源利用、優化能源負荷標準

首先，規劃方案針對前面計算提出的減排目標，提出能源的生態控制指標。據此，本次規劃優先選用天然氣作為新區主要能源種類，對可再生能源利用方面進行探索性規劃，劃分兩個能源利用分區，充分利用水源、地源熱泵技術，規劃建設兩處區域綠色能源站，敷設冷熱能源管線，同時鼓勵多種太陽能系統的使用（表5）。

4.4.2 增加碳匯（包括調整綠化種植結構、增加綠地面積）

（1）綠地規模的確定

本次規劃用地總面積為17.5km2，其中規劃范圍內城市建設用地控制為13.05km2，預測2030年巨野縣北部新區規劃人口控制為14萬人，人均城市建設用地91.5m2。本次規劃綠地與廣場用地（G類用地）面積333.54hm2，占城市建設用地的25.64%（表6）。

根據碳收支的計算方法，按照“2030年能源的碳排放為原來的60%、碳吸收率為80%、單位城市綠地（G類用地）匯碳能力提高200%，即1.66×2=3.32 tC/hm2/a”的標準進行計算，實際需要的城市綠地（G類用地）為420hm2。

從城市綠地的占比（25.64%）來看，已經滿足國家關于“綠地與廣場用地占建設總用地的10.0%—15.0%”的相關規定。同時，為平衡生態綠地和開發用地的關系，建議不再增加地面的綠化用地，而是從立體利用出發，提出可利用屋頂綠化的方法。該部分屋頂綠化面積為86.46hm2（420—333.54=86.46）。結合綠色建筑的要求，優先考慮將“公共管理與公共服務設施用地（129.93 hm2）”、“商業服務業設施用地（72.97hm2）”列為立體綠化的地塊，分別按照相應的建筑密度控制，得出這兩部分的屋頂綠化面積共計為55hm2。其次，考慮對部分“居住用地”進行立體綠化控制，該部分居住用地面積為（86.46-55）/20%=157.3hm2，即占總居住用地的30%（157.3/525.5=30%）。

為此，規劃提出對全部的“公共管理與公共服務設施用地（129.93hm2）”、“商業服務業設施用地（72.97hm2）進行立體綠化強制性規定，對30%的居住用地進行立體綠化強制性規定（表7）。

表5 能源及資源利用的生態指標控制（在控規中進行明確規定）

表6 生態綠地的面積現狀及規劃對比情況

表7 綠化的面積構成分析

表8 綠地的生態控制指標

表9 控規圖則中關于生態控制指標的內容

（2）綠地生態控制的確定

針對碳收支的具體情況，從提高碳匯出發，規劃中對綠地提出明確的生態控制要求：

① 對333.54hm2提出綠容率?注釋綠容率（Gv）的定義：也稱綠量容積率，指某規劃建設用地內，單位土地面積上植物的總綠量。綠容率與規劃建設發生了關聯，它不是衡量綠地本身的綠量大小，而是將地塊上的總綠量攤在某規劃建設用地上。它是聯系綠量、綠量率與生態城市規劃與建設的橋梁，更突出了綠色植物、綠量在生態建設中的作用。的要求，強制性明確綠地的種植結構比例，以提高碳匯能力（表8）。

② 對“公共管理與公共服務設施用地”、“商業服務業設施用地”提出“可利用屋頂綠化比例為100%”的立體綠化強制性規定；對“居住用地”提出“可利用屋頂綠化比例為30% ”的立體綠化強制性規定。上述要求結合綠色建筑的要求，在圖則中進行明確規定。

4.5 規劃實施與管理

規劃實施與管理建議創新：控規圖則中加入生態控制指標，并以《綠色建筑評價標準》為主要依據，按照碳收支的計算要求設定地塊生態控制指標，提出綠色建筑實施措施，對地塊的綠色建筑實施要求均作相應規定，并引入綠色建筑達標的獎勵機制，方便協調管理（表9）。

5 結語

本文結合巨野北部低碳生態新區的控制性詳細規劃編制，剖析了碳收支方法在低碳生態新區規劃中的具體應用?？梢哉f，碳收支這一方法由于其有效的低碳計量分析，使得在編制低碳生態新區規劃時，對低碳的情景預期有更清晰和更直觀的研判，從而為規劃編制的科學性和規劃的調控提供更加可靠的基礎。

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