基于低碳理念的景觀全生命周期碳源和碳匯量化探究
——以天津仕林苑居住區為例

冀媛媛 (意)羅杰威 王 婷 梁雪陽

1 景觀全生命周期碳源和碳匯的相關概念及研究

1.1 景觀全生命周期

全生命周期評估是在產品的生產過程中，從原料的取得、制造、使用與廢棄等階段，評估其產生的環境沖擊[1]。全生命周期評估自1990年起就已經被用于建筑部門，并且成為評價建筑環境影響的一種重要工具[2]。景觀營造作為人類重要的建造活動，與建筑建造具有相似性。參照建筑的建造活動，可以將景觀全生命周期分為景觀材料的生產、建造、日常使用和維護及廢棄拆除4個階段[3-5]。

1.2 景觀全生命周期的碳源

聯合國氣候變化框架公約指出，碳源是指向大氣中排放溫室氣體或者有排放溫室氣體前兆的過程或活動[6]。在景觀全生命周期的范疇內，景觀中碳源主要包含景觀材料生產、建造、日常使用維護和更新及拆除4個階段。

1.3 景觀全生命周期的碳匯

碳匯是指移除大氣中溫室氣體的任一過程、活動或機制[6]。在景觀全生命周期的范疇內，景觀中的碳匯主要來源于景觀綠色植物固碳、利用廢棄材料和再生能源等活動產生的碳匯。

2 景觀的全生命周期碳源和碳匯的量化比較模型

2.1 景觀全生命周期碳源量化計算模型

1)研究范疇與內容。

研究的內容上，采用簡化的生命周期評估方法，主要以景觀材料生產、建造、日常使用維護、更新及拆除4個階段的碳排放量作為研究對象。景觀設計、人員施工和植物前期養護等方面所產生的碳排放，不在研究范疇內，暫且忽略不計。

2)碳源量化計算模型。

景觀全生命周期中的碳源CCO2＝景觀材料生產Cm＋景觀建造Cc＋景觀日常使用維護Co＋景觀更新及拆除Cd，即：

CCO2＝Cm＋Cc＋Co＋Cd

式中，Cm代表景觀材料CO2排放量；Cc代表景觀建造過程及材料運輸中的CO2排放量；Co代表景觀日常維護階段的碳源；Cd代表景觀更新和拆除階段的碳源。

2.2 景觀全生命周期碳匯量化計算模型

1)研究范疇與內容。

關于景觀全生命周期中碳源的計算，其全生命周期研究時間段可以借鑒景觀中植物的生命周期年限50年作為研究界限[7]。

2)碳匯量化計算模型。

景觀全生命周期中的碳匯CSCO2＝景觀綠色植物的碳匯Cs1＋景觀間接碳匯Cs2

即：CSCO2＝Cs1＋Cs2

式中，Cs1代表景觀中植物的直接碳匯；Cs2代表景觀中其他元素的間接碳匯。

2.3 景觀的全生命周期碳源和碳匯的量化比較

根據上述關于碳源和碳匯的計算模型，在景觀50年全生命周期中，碳源和碳匯的差額代表該景觀中的碳收支平衡狀況，是檢驗景觀生態性的一個重要指標。如果景觀在其全生命周期內，碳源多于碳匯，那么說明建成后的景觀在某種程度上對生態環境造成了影響。因此，景觀全生命周期中碳源和碳匯的收支平衡狀況，即CCO2＜CSCO2是低碳景觀營造的重要檢驗標準。

3 景觀全生命周期碳源和碳匯量化實例研究

3.1 天津仕林苑居住區基本概況

天津仕林苑小區位于梅江東、地鐵一號線雙林站旁，項目所處區域周邊交通路網發達，生活便利。仕林苑高層景觀區景觀面積為20 256m2，其中硬質景觀面積為7 874m2，軟質景觀面積為12 382m2。

3.2 天津仕林苑居住區碳源

在針對仕林苑居住區的研究中，根據前文所述景觀碳源量化計算模型，碳源主要來源于景觀材料生產、建造、日常使用維護和更新及拆除階段。

3.2.1 景觀材料階段的碳源

景觀材料產生的碳源是景觀全生命周期碳源的主要來源。景觀材料的碳排放主要包含材料的提取，以及在工廠中制造、加工和組立等生產過程。仕林苑居住區中的景觀材料主要用于硬質鋪裝及景觀小品的構造，居住區主要使用建材11種，根據相關的統計數據和計算公式，最終得出該小區景觀材料CO2排放總量為1 156t，表1為該小區景觀材料使用列表及CO2總排放量。

表1 仕林苑居住區景觀材料產生的碳排放

表2 仕林苑居住區植物材料運輸產生的碳排放

表3 仕林苑居住區景觀材料運輸產生的碳排放

3.2.2 景觀建造階段的碳源

按照景觀建造的不同階段，碳排放的來源主要包含2個部分：一部分為景觀建造過程中所有景觀材料運輸過程產生的碳源，包含景觀中的各種植物材料和建造材料；另一部分為建造過程中施工機械所產生的碳源。

1)景觀材料運輸產生的碳源。

(1)植物材料運輸產生的碳源。

仕林苑小區高層區中應用的植物材料均從薊縣苗圃運輸。按照《重卡功率升級的經濟驅動因素及環境影響因素》中分析的調研報告[10]，在苗木運輸中，12m車長的卡車百公里油耗設定為40.00L，8m車長的卡車百公里油耗設定為34.00L。同時，在大喬木的裝車和卸車過程中，喬木胸徑在15cm左右，需要使用汽車式起重機，汽車式起重機在調研中的平均油耗為23L/h[11]，按照后文中在計算植物固碳時匯總的植物苗木表，將植物材料運輸中產生的這兩部分碳源進行匯總(表2)。

(2)建筑材料運輸產生的碳源。

仕林苑小區高層區建造中所用建筑材料，一部分來自山東，一部分來自天津市周邊。在材料運輸中，混凝土、白灰、水泥砂漿、碎石和瀝青混凝土采買自天津市周邊區域，主要的石材等采買自山東地區。運送卡車的百公里油耗參照上文中關于重卡的3種油耗分類數據，各種材料的運輸量以實際調研數據為主。將主要建筑材料運輸量的碳排放量總結如表3所示。

2)景觀建造產生的碳源。

仕林苑小區建造施工過程中產生的碳排放主要為使用機械設備產生的CO2排放，在統計過程中，一些手動的機械或能耗數量小的機械沒有在統計范圍內，計算結果如表4所示。

3.2.3 景觀維護的碳源

景觀日常維護階段的碳源，一部分來自景觀中各種設施使用過程中的電力和化石能源，如景觀中的路燈、動態水景和電瓶車等消耗的能源；另一部分來自景觀中綠地的養護與管理，如植物的修剪、灌溉和施肥等方面。因此，仕林苑景觀的維護一部分為各種設施使用過程中的電力和化石能源所產生的CO2；另一部分為景觀中綠地養護與管理產生的CO2。

1)居住區景觀植物養護碳排放。

表4 仕林苑居住區施工所用主要機械產生的碳排放

表5 仕林苑居住區養護能源消耗CO2排放表

表6 仕林苑居住區燈具CO2排放表

表7 仕林苑居住區景觀更新階段碳排放

在實際調研中，采訪了仕林苑小區高層區的相關負責人，將其植物養護中消耗的能源進行列表(表5)。

2)居住區各種設施使用過程的碳排放。

仕林苑中植物的養護所產生的碳排放是其景觀使用維護階段的一部分，還有一部分來自各種設施使用過程中的電力和化石能源的消耗，如景觀中的路燈、動態水景和電瓶車消耗等。在仕林苑高層居住區中，主要能源消耗為居住區中的路燈和動態水景，路燈的開放時間為夏季20：00—7：00，冬季17：00—7：00，按照華北電網給出的1kW/h電力的CO2排放系數為0.780 2kg，即780.2g/(kW·h)[14]，居住區中各種燈具的能耗計算結果見表6。

3.2.4 景觀更新和拆除的碳源

該居住區為新建小區，景觀拆除階段的碳排放值不在此次研究范疇內。參照萬科物業管理部門關于其他小區景觀更新的經驗及相關數據，仕林苑的景觀更新為5年一次，景觀更新主要包括更新部分破壞的鋪裝及沒有成活的喬灌木。因此，景觀更新的碳源來自更新材料本身的碳排放和材料運輸過程中產生的碳排放，仕林苑更新中的CO2排放量估算如表7所示。

3.3 仕林苑居住區景觀全生命周期中的碳匯

植物的碳匯是居住區景觀中碳匯的主要來源，在計算這一部分碳匯時，借鑒中國學者陳自新等提出的不同單位葉面積計算方程和單位葉面積CO2吸收量[15]，對居住區的植物碳匯量進行概算。通過計算，仕林苑居住區一年的植物固碳量為55 622.00kg，約為55.62t(表8)。

4 景觀全生命周期碳源和碳匯量化實例比較

4.1 居住區景觀不同年限中各階段碳源構成分析

上文對仕林苑居住區景觀各個階段的碳源進行了計算，景觀材料的碳源為1 156 188.00kg，景觀施工建造的碳源為91 210.80kg，景觀維護階段的碳源為14 976.28kg，景觀更新階段的碳源為10 063.00kg。在上述各個階段中，景觀材料階段碳排放占有重要比重，景觀維護和更新階段的碳源并不是一次碳源，隨著居住區年限的增長，其數量也在不斷增加。基于植物的生長年標準，將居住區景觀全生命周期設置為50年。

通過計算，在景觀全生命周期達到50年時，景觀中的CO2的排放量為2 096 828.00kg，景觀材料的碳排放量為1 156 118.00kg，仍接近于景觀全生命中總碳排放量的55%。而隨著景觀使用年限的增長，景觀維護中的碳排放量也在不斷增加，在50年時的排放量為748 814.00kg，占全生命周期中總碳排放量的35.7%。景觀建造和景觀更新階段的碳排放量相對較少，因此，景觀材料和景觀維護中的碳源是景觀能否達到低碳的關鍵環節。

表8 天津仕林苑居住區主要苗木碳匯量

4.2 居住區景觀全生命周期碳源和碳匯比較分析

仕林苑居住區中的碳匯主要來源于植物，固碳量為55 622.00kg/年，居住區中的碳源在不同的使用年限下有所不同。因此，我們將不同使用年限下的居住區景觀的碳源和碳匯進行比較(圖1)。

通過上述比較可以看出，仕林苑居住區景觀的碳源和碳匯在使用前20年中，居住區景觀建設及維護中的碳源量大于植物的固碳量，當到了第30年使用年限時，植物的固碳量基本與碳排放量相互平衡，在第50年的使用年限中，植物固碳量超過碳排放量，固碳量為684t，居住區景觀的生態效益呈現為正向的生態效益。

5 居住區景觀減少碳源和增加碳匯的可行性分析

5.1 居住區景觀減少碳源可行性分析

根據實際調研，居住區景觀碳源主要來自景觀材料和景觀維護中的碳源，而景觀建造和更新階段的碳排量在全生命周期中所占的比例很小。因此，在減少居住區景觀碳源的可行性分析方面，主要從景觀材料和景觀維護2個方面進行分析。

5.1.1 減少居住區景觀材料碳源可行性分析

1)在《新加坡公園評價標準》《可持續的基址倡議》等相關景觀材料標準中[16-17]，都提到了景觀材料中應有20%～30%可以再次回收利用的成分。景觀材料的回收再利用是降低景觀材料碳排放的重要途徑。在仕林苑居住區材料中，如果材料都含有25%可再次回收利用的成分，整體材料的碳排放將減少289 047.00kg。

2)在選擇材料時，應了解相關材料的碳排放因子，盡可能地選擇生產工藝較高、碳排放較低的材料。如同種水泥產品，新型生產方式和傳統生產方式的碳排放量差距最大可以到50%[18]。

3)選擇當地建筑材料，材料為當地生產，可減少運輸中的距離，從而減少建造過程中的碳排放。

5.1.2 減少居住區景觀維護的碳源可行性分析

1)該居住區原有的灌溉方式為漫灌。在其他管理不變的情況下，節水的灌溉方式比普通漫灌節水52%[19]。居住區綠化灌溉用水全年的消耗量為9 905t，根據水的CO2排放量，將產生2 971.50kgCO2。在改變灌溉方式后，將節約5 150t用水量，減少CO2排放量為1 545.00kg。

2)居住區中的照明設施為日常維護中碳源的主要來源，改變原有大功率的照明設施為Led光源5W的照明設施，相比原來的照明方式節約電能為70%。耗電量由原有的13 056度變為2 651度，同時，碳排放由10 184.00kg變為2 068.00kg。

3)減少化肥使用量，將落葉等生物廢棄物進行回收，經過處理，可以變成土壤改良劑和綠化有機肥，從而減少肥料使用量，也減少生物垃圾外運量。在其他管理不變的情況下，通過調研，肥料的使用量將減少30%。

5.2 居住區景觀增加碳匯可行性分析

居住區碳匯的增加量主要來自居住區所種植植物的固碳，在植物固碳方面，植物的固碳量與植物的胸徑、冠幅及種類有密切關系，在同樣條件下，應選擇固碳量強的植物為骨干樹種。另外，在仕林苑居住區中，增加多年生草本植物來代替原有的草坪，也是增加固碳量的方法，因為草坪本身固碳量較低，而且需要經常修剪，固碳量可以忽略不計。而地被植物和多年生草本植物不用修剪，且固碳量也比草坪要高，例如我國學者針對草本植物鳶尾研究發現，其每平方米土地的固碳量為26.05g/(m2·d)[20]。

6 結語

居住區綠地是城市綠地的重要組成部分，與人們的生活密切相關。在傳統的認知下，所有的景觀建設都是正向的活動，會立刻產生積極的生態效應，而不會對環境造成負擔。但是景觀建設如同其他人類活動一樣，在其全生命周期中也會產生大量的CO2。研究以天津仕林苑居住區為例，通過對景觀中全生命周期的碳源和碳匯進行比較研究，得到居住區景觀在建設初期存在碳源和碳匯不平衡的結果，而景觀材料階段和景觀維護階段的碳源是居住區碳源的主要來源。因此，在居住區景觀建設中，如何減少碳源量，使居住區能夠發揮最大的生態效益，是低碳景觀建設的關鍵。

圖1 居住區景觀全生命周期碳源碳匯比較(作者繪)