基于低碳理念的園林植物景觀設計研究
——以濟南市城區典型綠地為例

于超群,齊海鷹,張廣進,孟 麗

(山東城市建設職業學院,山東 濟南250014)

基于低碳理念的園林植物景觀設計研究
——以濟南市城區典型綠地為例

于超群,齊海鷹,張廣進,孟 麗

(山東城市建設職業學院,山東 濟南250014)

選定濟南市城區不同類型的典型園林綠地,參考林業碳匯的方法,采用生物量計測方法對選定樣地內植物群落凈碳儲量進行定量化分析,從植物種類和特性、植物景觀結構、群落結構、植物景觀形式、植物規格和種植密度等方面進行碳匯效應評價,從而得出了一些可用于指導濟南市城市建設低碳高效綠地的建議,為建設低碳園林城市綠化建設提供參考。

低碳;植物景觀;配置模式

城市園林綠地是城市內自然的碳匯,在實現低碳城市方面起著不可或缺的作用,與其他人工碳匯方式相比較,園林綠地內的植物是唯一不需要消耗能量的方法,通過對植物合理配置,可增加植物碳匯儲量,減少城市二氧化碳的總體排放量,達到節能減排的效果,因此建設低碳園林是構建低碳城市的核心之一。

本文選定濟南市城區不同類型的典型園林綠地,分析園林植物的低碳作用與功能,從植物種類和特性、植物景觀結構、群落結構、植物景觀形式、植物規格和種植密度等方面進行碳匯效應評價,探討如何在城市園林綠地設計階段增加植物群落碳匯能力,探索適應于低碳城市化發展的城市園林植物景觀設計的方法與建設模式。

1 研究內容與方法

選取濟南市建成區內典型綠地類型:公園綠地、居住區綠地、城市廣場、道路綠地和單位附屬綠地為樣地,在樣地內選取標準樣方,對樣方內植物進行測量,記錄樹木名稱、胸(地)徑、樹高和冠幅。

1.1 研究內容

1.1.1 樣地凈碳儲量測算

對樣方內每株植物進行檢測,記錄樹木名稱、胸徑、樹高和冠幅,獲得每塊樣地的詳實數據,利用現有數學模型和材積表計算單位面積的生物量,按生物量法來測算樣方內的碳儲量,并推算整個樣地的凈碳儲量。

1.1.2 碳匯能力分析

在計算樣方植物碳儲量的基礎上,對樣方內主要樹種的平均胸徑、樹高、冠幅等大小狀況,園林植物群落結構,園林植物景觀結構,植物種類特性,植物種植密度等方面進行分析,總結出影響城市綠地單位面積碳匯能力影響因素。

1.1.3 構建適合濟南現狀的低碳園林植物景觀設計模式及建設途徑

通過數據計算與分析,得出樣地內各類園林植物的長期碳匯效益,并進行排序比較,選出碳匯效益排名靠前的植物,以此為基礎作為濟南市低碳城市園林樹木名,推導適應于濟南市區的低碳園林景觀植物群落種植模式。

1.2 研究方法

1.2.1 調研方法

①樣方法

根據濟南市區典型綠地類型,選取公園綠地、居住區綠地、城市廣場、道路綠地和單位附屬綠地為樣地。在樣地內選取25m×25m的標準樣方,對于道路綠地,選擇標準段樣方,即25m為一段,寬度為道路綠地的自然寬度。

②每木檢尺法

對樣方內的每株植物進行檢測,記錄樹木名稱、胸(地)徑、樹高和冠幅,獲得每塊樣方內植物的數據。

1.2.2 數據處理方法

①碳儲量計算

本課題研究中碳計量方法借鑒了林業系統森林生物量計量方法。

分類型森林生態系統碳計量公式如下所示[1]:

其中:Ci——第i類型的植物浄碳儲量/kg;

Ni——第i類型植物株數

Wi——植物單株生物量/kg;

CFi——植物平均含碳量/%;

其中CFi值在不同植物間變化不大,為簡便起見,采用IPCC缺省值(0.50)計。

②地上生物量計算

植物的生物量由于研究限制不能采用收獲法獲得,因此通過對樣方內的每棵樹木進行檢測,記錄植物名稱、胸徑、樹高和冠幅,利用現有數學模型和材積表計算植物地上生物量,具體公式為:

其中:W——植物單株生物量/kg;

V——植物單株材積量/m3

WDj——平均木材密度/kg/m3

BEFvj——生物量擴展因子

其中WDj?BEFvj可用生物量轉換與擴展因子BCEF(直接將材積轉換為地上生物量的轉換參數)代替。

植物的材積量根據中華人民共和國國家標準——GB4814－84原木材積表中二元材積法計算。

平均木材密度根據中國主要木材樹種的木材密度表查得喬木為0.440t/m3,生物量擴展因子采用IPCC參考值。

表1 IPCC生物量擴展因子(BEF)參考值

灌木(下層木):

本項目不能采用收獲法來獲取灌木的生物量,通過測量灌木的冠幅面積和株高,并通過灌叢體積——生物量的回歸方程來確定其生物量。灌木層生物量模型,單株生物量[2]

其中:W——植物生物量/kg

D——地徑/cm

H——高度/m。按每平方米4株計算其生物量。

其他:

包括宿根花卉、月季、竹子、攀援植物、綠籬色塊,由于缺乏相應的計算方程,參考王迪生研究的相關植物平均單株生物量[3]。

③地下生物量

地下生物量采用根冠比法計算。研究發現地下生物量與地上生物量的比率為0.18～0.30,平均值0.26。這一比率值沒有隨著緯度、土壤結構和樹木種類的變化而發生明顯變化。本研究也采用根冠比0.26來計算地下生物量[4]。

2 結果與分析

2.1 植物固碳效益比較分析

根據測量所得結果,對所有調研樣地內相同植物品種規格大小與平均碳儲量取平均值,可得每個樹種的碳匯效應排名,排名靠前的樹種,其碳匯效應越高。具體排序見表2、表3。

表2 喬木類平均凈碳儲量排序表

表3 灌木類平均凈碳儲量排序表

續表3

根據結果可知,就單株植物而言,平均凈碳儲量排名前5名的喬木是毛白楊、旱柳、懸鈴木、刺槐和皂莢,灌木分別是石榴、海桐、丁香、紫荊、桃。以植物生物量的大小來推算植物的碳匯能力,排名靠前的幾種喬木都是濟南本地樹種,且排名靠前的4種毛白楊、旱柳、元鈴木、刺槐屬于速生樹種,因此生物量生長速度明顯強于其他樹種,凈碳儲量也高于其他樹種。

平均單株凈碳儲量排名前20名喬木內只有雪松、側柏兩種常綠喬木,且側柏排名僅在第20位。其他常綠喬木排名都比較靠后,灌木類僅有海桐一種常綠類型。這是由于常綠植物生長速度較慢,除雪松以外其他的常綠植物,如側柏、龍柏、云杉、油松等,尤其是針葉樹,體量均比落葉類植物小,因此出現這樣的結果。

根據計算結果,植物規格越大,其碳匯效應越高,但是從長遠考慮,隨著植物樹齡大,生長速度減緩,長期碳匯能力也隨之減弱而規格相對較小如胸徑在8～10cm的苗木,生長速度快,生長量大,長期碳匯效應高于成年苗木。故此,園林綠化工程種植設計中,不建議選用過多苗木規格偏大的喬灌木,“準古樹名木類”單株應嚴禁使用。

2.2 樣地固碳效益比較分析

樣地的平均單位面積凈碳儲量能夠真實地反映該地塊的植物碳匯效應,根據上一節計算結果,對所測樣地的平均凈碳儲量進行排序,可以顯示樣地的碳匯效應的高低。

每塊樣地的凈碳儲量排序具體見表4。

表4 不同樣地平均碳儲量對比

通過對5個樣地的平均單位面積凈碳儲量對比發現,山東師范大學的最高,為20.475t/ha,泉城廣場最低,為3.126t/ha。從不同方面分析以上排序結果,總結對樣地碳匯效應產生重大影響的因素如下。

①樣地的高大喬木比

山東師范大學校園綠地面積并不大,而且植物種類也不算豐富,但是其單位面積平均碳儲量卻是最高的,這與其校園內多是體量高大的喬木有較大的關系,調研樣方內共81株喬木,21株灌木,喬木比例近80%,而且校園內喬木中多是胸徑在8cm以上,甚至15cm以上的高大喬木,增大了校園內的碳儲量。

圖1 樣地植物規格與碳儲量關系

上圖是樣地喬木平均規格與平均單位面積凈碳儲量的關系分析圖,從圖中可看出,樣地喬木規格的大小與凈碳儲量基本成正比關系,只有名士豪庭的喬木規格比泉城廣場的小,但是單位面積凈碳儲量要高,這主要是因為泉城廣場調研的樣方中,有幾處都是沒有喬木的,而且樣地內都是常綠喬木,因此其單位面積凈碳儲量最低。

由此可見,樣地高大喬木比例越高,喬木規格越大,其凈碳儲量越大,碳匯效應越高。

②樣地綠地連續性

另外一個影響因素是樣地的綠地連續性。分析泉城廣場和名仕豪庭小區兩個單位面積凈碳儲量靠后的樣地,原因之一是由于兩處樣地的高大喬木數量較少,另一個原因是廣場的鋪裝面積較大,綠地面積小,而且多是分割成塊的綠地,而名士豪庭小區的綠地率達到40%,在居住區中排名較高,但是由于小區內綠地多被道路廣場分隔,綠地不連續,因此也造成了單位面積碳儲量偏低。

③植物群落層次結構

經十東路道路綠地的單位面積凈碳儲量在5個樣地中排名第2,這主要是由于樣地的植物群落層次豐富。經十東路的道路綠地植物數量是最多的,栽植密度較大,而且植物群落的層次豐富,呈現大中小喬木搭配灌木、花卉、草坪地被的復合式結構,大大提升了綠地的碳儲量。

2.3 植物群落固碳效益比較分析

表5 不同植物群落碳匯效益效應分析

續表5

對排序前10的植物群落進行分析,總結歸納出植物群落碳匯效應產生影響的重要因素。

①高大喬木層

排名前5的植物群落均配置了數量較多的高大喬木,而排名靠后的3個植物群落均位于泉城廣場。分析排名靠后的群落,其共同特點是均未栽植高大喬木,只配置了花灌木或修剪整形的球類、地被植物?？梢娫谝陨锪坑嬎銥樘卣鞯膬籼純α坑嬎闵?喬木的影響遠大于灌木。

分析“山師－3”和“山師－5”兩處植物群落兩處均由15棵喬木構成,前者無下層灌木,后者有幾棵灌木,植物總量多于前者。但是前者的碳匯效應排名在第2,而后者在第23。究其原因,主要是前者的喬木規格比較大,平均胸徑和樹高分別為9.75cm、16.13m,而后者的平均胸徑和樹高僅為5.50cm、7.08m,差距明顯?？梢姼叽髥棠镜姆N類、規格對碳儲量的影響大于數量的影響。

②植物群落層次

分析排名第1的“經十東路－3”植物群落可見,該植物群落以懸鈴木和雪松兩種高大喬木為骨干樹種,搭配雞爪槭等灌木;排名第2的“山師－3”植物群落由懸鈴木和國槐構成骨干樹種,搭配毛白楊,植物規格均較大,但是缺少灌木層?？梢?盡管灌木的單株碳儲量低于喬木,但在植物配置中仍以喬灌草復層種植更有助于生態效益的發揮。

按排序先后繼續分析各植物群落組成,發現排名靠前的植物群落大多層次豐富,一般由高大喬木、中小喬木、灌木構成。其中,山東師范大學校園內“山師－1”與“山師－2”兩處計算結果差距較大。“山師－1”、“山師－2”均是以雪松為骨干樹種。由于分支枝點較低,雪松不易與其他植物形成復合式群落層次,而前者的排名之所以遠高于后者,在于后者基本除雪松構成高大喬木層外,中層只零星點綴了幾棵西府海棠和丁香;而前者除雪松外,另有毛白楊共同構成高大喬木層,中層配置了白皮松、油松、刺柏等中小喬木,加上白玉蘭、紫葉李、海棠等灌木,共同形成了豐富的植物群落層次。兩個群落的對比進一步印證了多層次植物群落碳儲量較高的事實。

另外,“泉城公園－5”與“泉城公園－2”相比,前者排名第7,后者排名第30。兩者均以銀杏為主骨干樹種,前者除銀杏外,有合歡與其共同構成高大喬木層,中層為油松和白皮松,下層植物有山茱萸、大葉黃楊,故碳儲量較高。后者除銀杏外,另有一株皂莢與其共同構成高大喬木層,但缺少中下層植物,因此排名遠低于前者。

③骨干樹種的碳匯效應

分析排名靠前的幾個植物群落可以看出,其主干樹種以懸鈴木、毛白楊、國槐、刺槐、雪柳等為主。這幾種植物的單株植物凈碳儲量均排名靠前。由此可見,植物群落主干樹種的碳匯效應高,則該植物群落必定具有較高的碳匯效應,這是一種簡單的積聚效應。

④栽植密度

分析排序結果及各植物群落構成可見,另外一個影響植物群落的碳匯效應的因素即栽植密度,植物規格相近的情況下,植物栽植密度越大,其碳匯效應越高。

以“經十東路－5”和“經十東路－6”兩處植物群落為例,其植物的平均規格大小相近,但是“經十東路－5”植物群落的栽植密度在11.04株/100m2,而“經十東路－6”植物群落的栽植密度只有3.2株/100m2,兩者的碳匯效應排名也是差距很大,分別為第12名和第21名。

再如“經十東路－1”和“泉城廣場－2”兩處植物群落內的植物規格也十分接近,前者栽植密度在37.44株/100m2,碳匯效應排名第3,后者栽植密度3.52株/100m2,排名第14。

3 結論與討論

3.1 結論

通過植物的凈碳儲量測定分析,就單株植物而言,平均凈碳儲量排名前五名的喬木是毛白楊、旱柳、懸鈴木、刺槐和元寶楓,灌木分別是石榴、海桐、丁香、紫荊、紅花檵木。

植物的平均胸徑、樹高對綠地的固炭效益高低起到決定性的作用,而且隨著植物群落層次的增多,固炭效益明顯增高:復層植物群落＞雙層植物群落＞單層植物群落。

植物群落的栽植密度也可影響綠地碳匯效應的高低。植物群落的碳匯效益隨著群落密度的增大而增大,按從高到低排序為高密度植物群落＞中密度植物群落＞低密度植物群落。

3.2 討論

建設低碳、高效的城市園林綠地,可以從植物樹種、群落結構、配置模式等方面著手,選擇固碳能力強的植物種類作為骨干樹種,營造植物密度合理的多層次植物群落結構。

本次研究主要針對濟南市區不同類型的城市園林綠地碳匯能力對比研究,進一步研究可進行深化,比如具體到某幾種植物配置的植物群落的碳匯研究,或著對不同植物每年的碳匯效應進行跟蹤研究,以確定不同類型的城市綠地的長期碳匯效應。

[1]李怒云,呂佳.林業碳匯計算[M].北京:中國林業出版社,2009.

[2]袁位高,江波,等.浙江省重點公益林生物量模型研究[J].浙江林業科技,2009,3:1－5.

[3]王迪生.基于生物量計測的北京城區園林綠地凈碳儲量研究[D].北京:北京林業大學,2010.

[4]邱希陽.基于低碳理念下的城市綠地設計研究[D].杭州:浙江農林大學,2011.

Research on landscape plants design based on low carbon concept——A case study of typical green belts in Jinan city

YU Chao qun,QI Hai ying,ZHANG Guang jin,MENG Li
(Shandong Urban Construction Vocational College)

Selected different types of typical landscape in Jinan City,based on referring forestry carbon sink method,using biomass measurement method,quantitative analysis the net carbon reserves of the phytoecommunity in the sample plot,to evaluate the carbon sequestration capacity from the aspects of plant species and characteristics,landscape structure,community structure,plant lan dscape,plant size and plant density,.Suggestions to guide the low carbon efficient green space construction in Jinan were given to provide references for the construction of the low carbon urban green space in future.

low carbon;plant landscape;configuration mode

TU984.1

A

1002－2724(2016)05－0010－06

2016－05－10