基于低碳理念的园林植物景观设计研究
——以济南市城区典型绿地为例

于超群,齐海鹰,张广进,孟 丽

(山东城市建设职业学院,山东 济南250014)

基于低碳理念的园林植物景观设计研究
——以济南市城区典型绿地为例

于超群,齐海鹰,张广进,孟 丽

(山东城市建设职业学院,山东 济南250014)

选定济南市城区不同类型的典型园林绿地,参考林业碳汇的方法,采用生物量计测方法对选定样地内植物群落净碳储量进行定量化分析,从植物种类和特性、植物景观结构、群落结构、植物景观形式、植物规格和种植密度等方面进行碳汇效应评价,从而得出了一些可用于指导济南市城市建设低碳高效绿地的建议,为建设低碳园林城市绿化建设提供参考。

低碳;植物景观;配置模式

城市园林绿地是城市内自然的碳汇,在实现低碳城市方面起着不可或缺的作用,与其他人工碳汇方式相比较,园林绿地内的植物是唯一不需要消耗能量的方法,通过对植物合理配置,可增加植物碳汇储量,减少城市二氧化碳的总体排放量,达到节能减排的效果,因此建设低碳园林是构建低碳城市的核心之一。

本文选定济南市城区不同类型的典型园林绿地,分析园林植物的低碳作用与功能,从植物种类和特性、植物景观结构、群落结构、植物景观形式、植物规格和种植密度等方面进行碳汇效应评价,探讨如何在城市园林绿地设计阶段增加植物群落碳汇能力,探索适应于低碳城市化发展的城市园林植物景观设计的方法与建设模式。

1 研究内容与方法

选取济南市建成区内典型绿地类型:公园绿地、居住区绿地、城市广场、道路绿地和单位附属绿地为样地,在样地内选取标准样方,对样方内植物进行测量,记录树木名称、胸(地)径、树高和冠幅。

1.1 研究内容

1.1.1 样地净碳储量测算

对样方内每株植物进行检测,记录树木名称、胸径、树高和冠幅,获得每块样地的详实数据,利用现有数学模型和材积表计算单位面积的生物量,按生物量法来测算样方内的碳储量,并推算整个样地的净碳储量。

1.1.2 碳汇能力分析

在计算样方植物碳储量的基础上,对样方内主要树种的平均胸径、树高、冠幅等大小状况,园林植物群落结构,园林植物景观结构,植物种类特性,植物种植密度等方面进行分析,总结出影响城市绿地单位面积碳汇能力影响因素。

1.1.3 构建适合济南现状的低碳园林植物景观设计模式及建设途径

通过数据计算与分析,得出样地内各类园林植物的长期碳汇效益,并进行排序比较,选出碳汇效益排名靠前的植物,以此为基础作为济南市低碳城市园林树木名,推导适应于济南市区的低碳园林景观植物群落种植模式。

1.2 研究方法

1.2.1 调研方法

①样方法

根据济南市区典型绿地类型,选取公园绿地、居住区绿地、城市广场、道路绿地和单位附属绿地为样地。在样地内选取25m×25m的标准样方,对于道路绿地,选择标准段样方,即25m为一段,宽度为道路绿地的自然宽度。

②每木检尺法

对样方内的每株植物进行检测,记录树木名称、胸(地)径、树高和冠幅,获得每块样方内植物的数据。

1.2.2 数据处理方法

①碳储量计算

本课题研究中碳计量方法借鉴了林业系统森林生物量计量方法。

分类型森林生态系统碳计量公式如下所示[1]:

其中:Ci——第i类型的植物浄碳储量/kg;

Ni——第i类型植物株数

Wi——植物单株生物量/kg;

CFi——植物平均含碳量/%;

其中CFi值在不同植物间变化不大,为简便起见,采用IPCC缺省值(0.50)计。

②地上生物量计算

植物的生物量由于研究限制不能采用收获法获得,因此通过对样方内的每棵树木进行检测,记录植物名称、胸径、树高和冠幅,利用现有数学模型和材积表计算植物地上生物量,具体公式为:

其中:W——植物单株生物量/kg;

V——植物单株材积量/m3

WDj——平均木材密度/kg/m3

BEFvj——生物量扩展因子

其中WDj∗BEFvj可用生物量转换与扩展因子BCEF(直接将材积转换为地上生物量的转换参数)代替。

植物的材积量根据中华人民共和国国家标准——GB4814－84原木材积表中二元材积法计算。

平均木材密度根据中国主要木材树种的木材密度表查得乔木为0.440t/m3,生物量扩展因子采用IPCC参考值。

表1 IPCC生物量扩展因子(BEF)参考值

灌木(下层木):

本项目不能采用收获法来获取灌木的生物量,通过测量灌木的冠幅面积和株高,并通过灌丛体积——生物量的回归方程来确定其生物量。灌木层生物量模型,单株生物量[2]

其中:W——植物生物量/kg

D——地径/cm

H——高度/m。按每平方米4株计算其生物量。

其他:

包括宿根花卉、月季、竹子、攀援植物、绿篱色块,由于缺乏相应的计算方程,参考王迪生研究的相关植物平均单株生物量[3]。

③地下生物量

地下生物量采用根冠比法计算。研究发现地下生物量与地上生物量的比率为0.18～0.30,平均值0.26。这一比率值没有随着纬度、土壤结构和树木种类的变化而发生明显变化。本研究也采用根冠比0.26来计算地下生物量[4]。

2 结果与分析

2.1 植物固碳效益比较分析

根据测量所得结果,对所有调研样地内相同植物品种规格大小与平均碳储量取平均值,可得每个树种的碳汇效应排名,排名靠前的树种,其碳汇效应越高。具体排序见表2、表3。

表2 乔木类平均净碳储量排序表

表3 灌木类平均净碳储量排序表

续表3

根据结果可知,就单株植物而言,平均净碳储量排名前5名的乔木是毛白杨、旱柳、悬铃木、刺槐和皂荚,灌木分别是石榴、海桐、丁香、紫荆、桃。以植物生物量的大小来推算植物的碳汇能力,排名靠前的几种乔木都是济南本地树种,且排名靠前的4种毛白杨、旱柳、元铃木、刺槐属于速生树种,因此生物量生长速度明显强于其他树种,净碳储量也高于其他树种。

平均单株净碳储量排名前20名乔木内只有雪松、侧柏两种常绿乔木,且侧柏排名仅在第20位。其他常绿乔木排名都比较靠后,灌木类仅有海桐一种常绿类型。这是由于常绿植物生长速度较慢,除雪松以外其他的常绿植物,如侧柏、龙柏、云杉、油松等,尤其是针叶树,体量均比落叶类植物小,因此出现这样的结果。

根据计算结果,植物规格越大,其碳汇效应越高,但是从长远考虑,随着植物树龄大,生长速度减缓,长期碳汇能力也随之减弱而规格相对较小如胸径在8～10cm的苗木,生长速度快,生长量大,长期碳汇效应高于成年苗木。故此,园林绿化工程种植设计中,不建议选用过多苗木规格偏大的乔灌木,“准古树名木类”单株应严禁使用。

2.2 样地固碳效益比较分析

样地的平均单位面积净碳储量能够真实地反映该地块的植物碳汇效应,根据上一节计算结果,对所测样地的平均净碳储量进行排序,可以显示样地的碳汇效应的高低。

每块样地的净碳储量排序具体见表4。

表4 不同样地平均碳储量对比

通过对5个样地的平均单位面积净碳储量对比发现,山东师范大学的最高,为20.475t/ha,泉城广场最低,为3.126t/ha。从不同方面分析以上排序结果,总结对样地碳汇效应产生重大影响的因素如下。

①样地的高大乔木比

山东师范大学校园绿地面积并不大,而且植物种类也不算丰富,但是其单位面积平均碳储量却是最高的,这与其校园内多是体量高大的乔木有较大的关系,调研样方内共81株乔木,21株灌木,乔木比例近80%,而且校园内乔木中多是胸径在8cm以上,甚至15cm以上的高大乔木,增大了校园内的碳储量。

图1 样地植物规格与碳储量关系

上图是样地乔木平均规格与平均单位面积净碳储量的关系分析图,从图中可看出,样地乔木规格的大小与净碳储量基本成正比关系,只有名士豪庭的乔木规格比泉城广场的小,但是单位面积净碳储量要高,这主要是因为泉城广场调研的样方中,有几处都是没有乔木的,而且样地内都是常绿乔木,因此其单位面积净碳储量最低。

由此可见,样地高大乔木比例越高,乔木规格越大,其净碳储量越大,碳汇效应越高。

②样地绿地连续性

另外一个影响因素是样地的绿地连续性。分析泉城广场和名仕豪庭小区两个单位面积净碳储量靠后的样地,原因之一是由于两处样地的高大乔木数量较少,另一个原因是广场的铺装面积较大,绿地面积小,而且多是分割成块的绿地,而名士豪庭小区的绿地率达到40%,在居住区中排名较高,但是由于小区内绿地多被道路广场分隔,绿地不连续,因此也造成了单位面积碳储量偏低。

③植物群落层次结构

经十东路道路绿地的单位面积净碳储量在5个样地中排名第2,这主要是由于样地的植物群落层次丰富。经十东路的道路绿地植物数量是最多的,栽植密度较大,而且植物群落的层次丰富,呈现大中小乔木搭配灌木、花卉、草坪地被的复合式结构,大大提升了绿地的碳储量。

2.3 植物群落固碳效益比较分析

表5 不同植物群落碳汇效益效应分析

续表5

对排序前10的植物群落进行分析,总结归纳出植物群落碳汇效应产生影响的重要因素。

①高大乔木层

排名前5的植物群落均配置了数量较多的高大乔木,而排名靠后的3个植物群落均位于泉城广场。分析排名靠后的群落,其共同特点是均未栽植高大乔木,只配置了花灌木或修剪整形的球类、地被植物。可见在以生物量计算为特征的净碳储量计算上,乔木的影响远大于灌木。

分析“山师－3”和“山师－5”两处植物群落两处均由15棵乔木构成,前者无下层灌木,后者有几棵灌木,植物总量多于前者。但是前者的碳汇效应排名在第2,而后者在第23。究其原因,主要是前者的乔木规格比较大,平均胸径和树高分别为9.75cm、16.13m,而后者的平均胸径和树高仅为5.50cm、7.08m,差距明显。可见高大乔木的种类、规格对碳储量的影响大于数量的影响。

②植物群落层次

分析排名第1的“经十东路－3”植物群落可见,该植物群落以悬铃木和雪松两种高大乔木为骨干树种,搭配鸡爪槭等灌木;排名第2的“山师－3”植物群落由悬铃木和国槐构成骨干树种,搭配毛白杨,植物规格均较大,但是缺少灌木层。可见,尽管灌木的单株碳储量低于乔木,但在植物配置中仍以乔灌草复层种植更有助于生态效益的发挥。

按排序先后继续分析各植物群落组成,发现排名靠前的植物群落大多层次丰富,一般由高大乔木、中小乔木、灌木构成。其中,山东师范大学校园内“山师－1”与“山师－2”两处计算结果差距较大。“山师－1”、“山师－2”均是以雪松为骨干树种。由于分支枝点较低,雪松不易与其他植物形成复合式群落层次,而前者的排名之所以远高于后者,在于后者基本除雪松构成高大乔木层外,中层只零星点缀了几棵西府海棠和丁香;而前者除雪松外,另有毛白杨共同构成高大乔木层,中层配置了白皮松、油松、刺柏等中小乔木,加上白玉兰、紫叶李、海棠等灌木,共同形成了丰富的植物群落层次。两个群落的对比进一步印证了多层次植物群落碳储量较高的事实。

另外,“泉城公园－5”与“泉城公园－2”相比,前者排名第7,后者排名第30。两者均以银杏为主骨干树种,前者除银杏外,有合欢与其共同构成高大乔木层,中层为油松和白皮松,下层植物有山茱萸、大叶黄杨,故碳储量较高。后者除银杏外,另有一株皂荚与其共同构成高大乔木层,但缺少中下层植物,因此排名远低于前者。

③骨干树种的碳汇效应

分析排名靠前的几个植物群落可以看出,其主干树种以悬铃木、毛白杨、国槐、刺槐、雪柳等为主。这几种植物的单株植物净碳储量均排名靠前。由此可见,植物群落主干树种的碳汇效应高,则该植物群落必定具有较高的碳汇效应,这是一种简单的积聚效应。

④栽植密度

分析排序结果及各植物群落构成可见,另外一个影响植物群落的碳汇效应的因素即栽植密度,植物规格相近的情况下,植物栽植密度越大,其碳汇效应越高。

以“经十东路－5”和“经十东路－6”两处植物群落为例,其植物的平均规格大小相近,但是“经十东路－5”植物群落的栽植密度在11.04株/100m2,而“经十东路－6”植物群落的栽植密度只有3.2株/100m2,两者的碳汇效应排名也是差距很大,分别为第12名和第21名。

再如“经十东路－1”和“泉城广场－2”两处植物群落内的植物规格也十分接近,前者栽植密度在37.44株/100m2,碳汇效应排名第3,后者栽植密度3.52株/100m2,排名第14。

3 结论与讨论

3.1 结论

通过植物的净碳储量测定分析,就单株植物而言,平均净碳储量排名前五名的乔木是毛白杨、旱柳、悬铃木、刺槐和元宝枫,灌木分别是石榴、海桐、丁香、紫荆、红花檵木。

植物的平均胸径、树高对绿地的固炭效益高低起到决定性的作用,而且随着植物群落层次的增多,固炭效益明显增高:复层植物群落＞双层植物群落＞单层植物群落。

植物群落的栽植密度也可影响绿地碳汇效应的高低。植物群落的碳汇效益随着群落密度的增大而增大,按从高到低排序为高密度植物群落＞中密度植物群落＞低密度植物群落。

3.2 讨论

建设低碳、高效的城市园林绿地,可以从植物树种、群落结构、配置模式等方面着手,选择固碳能力强的植物种类作为骨干树种,营造植物密度合理的多层次植物群落结构。

本次研究主要针对济南市区不同类型的城市园林绿地碳汇能力对比研究,进一步研究可进行深化,比如具体到某几种植物配置的植物群落的碳汇研究,或着对不同植物每年的碳汇效应进行跟踪研究,以确定不同类型的城市绿地的长期碳汇效应。

[1]李怒云,吕佳.林业碳汇计算[M].北京:中国林业出版社,2009.

[2]袁位高,江波,等.浙江省重点公益林生物量模型研究[J].浙江林业科技,2009,3:1－5.

[3]王迪生.基于生物量计测的北京城区园林绿地净碳储量研究[D].北京:北京林业大学,2010.

[4]邱希阳.基于低碳理念下的城市绿地设计研究[D].杭州:浙江农林大学,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