全 文 ：城市住宅区碳源汇的空间分异规律、影响机制
及管理对策———以关中地区为例*
魏书威1,2 摇 魏书精3**摇 王雅梅2 摇 文正敏3
( 1西安建筑科技大学建筑学院, 西安 710055; 2兰州理工大学设计艺术学院, 兰州 730050; 3桂林理工大学土木与建筑工程学
院, 广西桂林 541004)
摘摇 要摇 城市住宅区作为城市生态系统重要的组成单元,其碳源汇对城市生态系统碳循环和
碳平衡产生重要影响.本文采取案例分析、文献查阅、问卷调查等多种方法,获取关中地区城
市住宅区 CO2排放(碳源)与吸收(碳汇)数据,并分析其来源及空间分布情况.结果表明: 关
中地区住宅区建材生产和改造更新过程 CO2排放量最大;且建材类的 CO2排放量远大于日常
生活资料,仅有 40% ~52%碳排放发生在住宅区,其余发生在外围,呈现出碳源距离的空间波
动性、成分的空间差异性以及圈层与分区分布.仅有 9% ~ 17%的碳排放可在住宅区内被吸
收,外部空间被动承担大量碳汇功能,并显现为分层递变和空间分异.最后提出了碳源、碳汇
空间管理技术和干预对策.
关键词摇 城市住宅区摇 城市生态系统摇 碳源汇摇 空间规律摇 碳管理
文章编号摇 1001-9332(2014)03-0863-12摇 中图分类号摇 Q146; TU984. 12摇 文献标识码摇 A
Spatial distribution, mechanism and management strategies of carbon source and sink of ur鄄
ban residential area: A case in Guanzhong Region, China. WEI Shu鄄wei1. 2, WEI Shu鄄jing3,
WANG Ya鄄mei2, WEN Zheng鄄min3 ( 1School of Architecture, Xi爷an University of Architecture Tech鄄
nology, Xi爷an 710055, China; 2School of Design Art, Lanzhou University of Technology, Lanzhou
730050, China; 3College of Civil and Architecture Engineering, Guilin University of Technology,
Guilin 541004, Guangxi, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(3): 863-874.
Abstract: Urban residential area is an important component of urban ecosystem. Its carbon process
will have an important impact on carbon cycle and carbon balance of urban ecosystem. In this pa鄄
per, the data of CO2 emission and absorption in Guanzhong area were collected by case ana鄄lysis,
literature consulting and questionnaires and surveys to analyze its sources and the spatial distribution
characteristics. The results showed that building materials production and renovation of residential
area had the most CO2 emission, and building materials had much larger CO2 emission compared
with everyday means of subsistence. Only 40% -52% of total carbon emission occurred within the
residential area, while the rest was in the peripheral area. The spatial distance variation of carbon
source, the spatial differences of carbon component and the spatial distribution by spheres and zon鄄
ing were observed. As for CO2 absorption, only 9% -17% CO2 emission could be absorbed in the
residential area, and the others had to be imposed to the outer space, showing hierarchical grading
rules and spatial variation. Some space management techniques and intervention measures were put
forward.
Key words: urban residential area; urban ecosystem; carbon source and sink; spatial regularity;
carbon management.
*国家自然科学基金项目(51208244)、国家重点基础研究发展计划项目(2011CB403203)、国家科技支撑计划项目(2011BAD37B0104)、林业公
益性行业科研专项(201004003鄄6)、科研启动项目(002401003421)和霍英东基金基础项目(131029)资助.
**通讯作者. E鄄mail: weishujing2003@ 163. com
2013鄄08鄄19 收稿,2013鄄12鄄30 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 3 月摇 第 25 卷摇 第 3 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2014, 25(3): 863-874
摇 摇 城市是人类活动对地理环境影响最深刻的地
方,亦是引起温室效应并引发气候变化的主要区域,
其对全球生态环境的影响已受到国际社会的普遍关
注[1] .住宅区作为城市生态系统重要的组成单元,
其碳源汇过程对碳循环和碳平衡将产生重要影响,
对未来气候变化的响应更是人们关注的重点[2] . 目
前,我国正处于快速城市化进程中,城市建设尤其是
住宅区建设,是造成我国近期碳排放高的原因之一,
其碳源汇过程直接影响人们的工作和生活质量[3] .
2009 年,国务院常务会议已经决定把 2020 年单位
GDP的 CO2排放量比 2005 年减少 40% ~ 50%作为
减排目标;“十二五冶规划则明确了控制工业、建筑
等温室气体排放,以及推进低碳试点示范等目标;
2010 年初,全国工商联房地产商会先后发布了《绿
色低碳住区评估体系》 [4]、《中国绿色低碳住区减碳
技术评估框架体系(讨论稿)》 [4];2011 年,住建部、
财政部、国家发改委联合发布了《绿色低碳重点小
城镇建设评价指标(试行)》 [5] .可见,低碳城乡建设
已成为低碳发展国家行动的重要内容,而低碳住宅
区则成为低碳城乡建设的突破点[4,6] .
一般来说,建筑用能和碳排放量占国家碳排放
总量的比例相当高(约三分之一).作为城市的重要
功能单元和组成因子,住宅区数量多、建设量大,并
具有布局分散、类型多样及情感依附等特征,是低碳
城市建设的关键影响因子和重要载体. 为了有效地
实施引导、管理和规范住宅区建设,一些国家明确地
把应对气候变化的碳排放问题放到低碳住宅区建设
的突出位置,正在努力将住宅区碳排放碳吸收纳入
管理体系,通过建立统一的预测、计算和评价标准,
实施碳排放审计,实现低碳住宅区目标[7] . 因此,探
究住宅区生命周期内的碳活动路径及规律,分析其
空间格局及相互关联性,对低碳住宅区建设与管理
工作具有基础性、先导性作用. 受到气候条件、经济
水平、生活习惯、技术条件等因素影响,在住宅区建
设及运行的不同时段,其碳源结构、排放强度、作用
路径等均不相同,其碳汇结构、吸收能力、减碳对策
等亦有所不同[7-8] .可见,从空间格局维度深入研究
住宅区碳过程,揭示在其全生命周期中碳源碳汇空
间运动规律及影响机理,可为有针对性地制定控碳、
减碳对策以及碳减排增汇效应提供理论基础与参考
依据.同时,加强气候变暖背景下城市住宅区碳源碳
汇过程对城市生态系统碳循环的影响研究,加深城
市住宅区碳源碳汇过程对碳循环影响的认识,对提
高城市生态系统可持续管理的水平、建设生态低碳
城市、以更有效的方式干预城市生态系统碳平衡具
有重要意义.为此,本文采取案例分析、文献查阅、问
卷调查等多种方法,获取关中地区城市住宅区 CO2
排放(碳源)与吸收(碳汇)数据,分析了碳源碳汇数
据的空间分布情况,揭示住宅区碳运动的空间轨迹
及其分异规律和变化趋势,并提出了碳源碳汇空间
管理技术和规划干预对策.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
关中地区位于陕西中部,包括西安、咸阳、渭南、
宝鸡和铜川 5 市,古称八百里秦川,东西长 400 km、
南北宽 30 ~ 80 km,西窄东宽,总面积 5郾 55 伊 104
km2,平均海拔 520 m. 地处暖温带大陆性季风气候
区,属半湿润半干旱气候.年均气温 12 ~ 13. 6 益,春
秋气温升降急骤,夏有伏旱,秋多连阴雨. 年降雨量
604 mm,年无霜期 204 d,昼夜温差大,年日照时数
达 2616 h.关中地区属于中国 7 个主建筑气候分区
的寒冷地区,其住宅区碳排放和碳吸收具有寒冷地
区的典型特征,是我国学者研究该气候区低碳城乡
的代表性地区.
1郾 2摇 研究说明
1郾 2郾 1 住宅区全生命周期摇 关于住宅区全生命周期
的时间长度问题,国内外学者存在异议.国外学者多
参照建筑寿命理论,认为可达 150 ~ 300 年;而国内
学者则多综合考虑住宅用地使用年限(70 年)、民用
住宅建筑权属年限(70 年)、住宅建筑设计使用年限
(50 年)等,认为住宅区生命计算周期以 50 ~ 70 年
为宜[8] .笔者结合我国的实际,确定按 70 年研究住
宅区生命周期.
关于住宅区生命周期阶段划分问题,国内外学
者根据不同的研究目的和研究内容持有不同观点.
主要有 4 类划分方法:1)三阶段论,即物化阶段、使
用阶段和拆除处置阶段;2)四阶段论玉:建材准备、
建造施工、建筑使用和维护、建筑拆卸阶段;3)四阶
段论域:生产、建设、使用、结束阶段;4)五阶段论:
加工、建设、使用、改造、废弃(含循环利用)阶段.前
3 种方法为传统消耗型住宅区生命周期理论,最后
一种方法则适应可持续发展要求,在生命周期中加
入了循环利用的概念,从另一个角度降低了碳排放
(图 1) [9-11] .笔者秉承循环型生命周期理念,把住宅
区生命周期划分为建材准备、建造施工、建筑使用、
改造更新、拆除废弃(含循环利用)5 个阶段,各阶段
的生命活动内容如表 1 所示.
468 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 1摇 可持续、可循环的建筑生命周期阶段划分
Fig. 1摇 Division of sustainable and recyclable building life cycle.
表 1摇 建筑生命周期划分表
Table 1摇 Division of building life cycle
序摇 号
Number
阶段
Stage
生命活动内容
Content of life activity
备 注
Note
1 建材准备阶段
Building materials preparation stage
建材生产部分
Building materials production
可再利用建筑材料、可再循环建材 Recycled con鄄
struction materials and recycled building materials
建材运输部分
Building materials transportation
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 -
2 建造施工阶段 主体施工部分 Main construction 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 -
Building construction stage 装修施工部分 Decoration construction 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 -
3 建筑使用阶段 日常使用部分 Daily use 日常废弃物循环利用 Daily waste recycling
Building use stage 日常修缮部分 Daily repair 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 -
4 改造更新阶段
Renovation stage
整体大修翻新
Overhaul renovation
部分废弃物制成新型建材 Part of the waste manu鄄
facturing become new building materials
5 拆除废弃阶段
Demolition waste phase
废弃物处理及原料循环利用
Waste disposal and recycling
废弃物再利用、循环利用 Waste reuse and recy鄄
cling
1郾 2郾 2 边界界定摇 住宅区碳源汇的空间过程与城市
风场、交通系统、管网系统等密切相关. 城市风场的
结构、类型及风的时空变化规律,影响住宅区温室气
体的扩散;而城市的交通系统、排水系统则通过地面
或管道输送,促进碳源汇的空间运动.城市排水系统
所含碳的形态主要为液体碳,在输送和处理过程中
将直接产生 CH4、N2O、CO2等,但 IPCC、世界各国以
及我国学者均认为这是生物成因所致,不纳入清单,
仅对处置过程中能源消耗间接产生的 CO2进行估
算,而间接碳排放仅占总量的 1 / 6 ~ 1 / 5.此外,还有
城市的垃圾运输及处理亦伴随少量碳输送及碳排
放,但其在城市总碳排放的比重不及 0. 3% ,若分摊
至各住宅区单元则更少. 因此,本次研究为便于计
算,暂不考虑垃圾清运、污水排放对碳源汇空间的影
响,主要考虑住宅区生命周期内各种消耗物料的运
输距离来研究其碳源空间分布规律,而在碳汇空间
方面则主要考虑城市风场以及植被、土壤、水体等因
素对住宅区碳吸收的空间影响.
1郾 3摇 案例选取及数据调研
充分考虑关中地区各类住宅区的代表性,本文
选取代表中高端住宅区的大型居住区———西安市紫
薇田园都市,代表示范性经济适用房的小区———宝
鸡市兰宝小区,以及一般居住区———渭南市海兴鄄锦
绣花园和咸阳市枫林花园. 这 4 个住宅区均为
2004—2007 年间建成,在当地均具有较高的认可
度,且施工图、竣工图、物业管理等相关资料较翔实,
5683 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 魏书威等: 城市住宅区碳源汇的空间分异规律、影响机制及管理对策———以关中地区为例摇 摇
能较好地进行统计分析和比较研究.
本研究调取各住宅区当年施工、竣工资料,并对
当年设计单位、施工单位以及现行物业管理单位进
行走访、座谈,具体内容包括:材料来源、施工技术、
垃圾处理、景观建设、日常运营以及大修等方面(表
2).住宅区案例调查结果显示,关中地区不同规模
等级住宅区的乔木、灌木从移植到能较好发挥温室
气体吸附能力的平均时间在 5 ~ 6 年;而草坪则 1 ~
1. 5 年即可长成.从建材生产地及运输距离来看,建
造阶段水泥、红砖、砂石等主要建材供应距离在 200
km以内,个别施工单位从周边郊县郊区的相关建材
生产企业就近、就地取材,运输距离缩短至 30 km以
内,可很好地降低运输过程的化石燃料消耗;由于钢
材相对运输成本较低,施工企业多从陕钢(含龙钢、
汉钢)以及酒钢、洛钢等几家规模较大的钢铁企业
采购,平均运输距离在 250 km 以上,个别达到 1000
km,但运输次数少,运输过程碳源可控.住宅区在日
常维护阶段,居民多选择郊区、郊县中小型建材企业
的产品,建材供应距离绝大部分在 30 km 以
内[12-17] .建造阶段的建材供应地主要指水泥供应
地,主要由蓝田县白鹿水泥厂、西安红旗水泥厂、礼
泉县水泥厂、兴平县水泥厂、宝鸡水泥公司、陕西尧
柏水泥等 8 家水泥生产企业供应水泥;钢材主要由
陕钢集团、洛钢集团、酒钢集团等公司提供,距离项
目地在 250 ~ 1100 km.
在废弃物处理方面,建筑垃圾填埋场(地)一般
距项目地 8. 50 ~ 13. 50 km,而生活垃圾填埋场则距
住宅区较近,与前者相比平均缩短 2. 28 km,亦有建
筑垃圾、生活垃圾合用填埋场的情况.在交通出行方
面,户均小车拥有量 0. 62 辆,相对于其他 3 个住宅
区而言,紫薇田园都市属于中高档社区,其私家车拥
有量比其他住宅区高. 用气、用电量统计结果表明,
相比经济适用性住宅区,中高档小区的日常耗能高
15% ~20% [12-17] .
1郾 4摇 住宅区碳源调查计算
考虑到住宅区碳排放消耗数据较易获取,且现
有计算系数、计算方法的可获得性均较易,故采取
“资料计算分析为主、实地测试为辅助冶的案例调研
方法进行碳源调查计算. 其中,实际物料、能源等消
耗数据来源于实地调研、施工资料整理、物业统计资
料整理,并结合西安市、宝鸡市、渭南市、咸阳市的统
计年鉴 ( 2012 年 ) [14-17]、 《中国城市统计年鉴
2012》 [12]、《中国能源统计年鉴 2012》 [13]等相关统
计数据进行调整.各种能源标准煤当量依据中国节
能产业网(www. zgjncy. com)公布的能源折算系数计
算 .标准能源消耗数据分别依据城镇燃气设计规范
表 2摇 关中地区 4 个城市住宅区基本情况调查表
Table 2摇 Basic questionnaire of four urban residential areas of four cities in Guanzhong area
项目
Item
住宅区名称 Name of residential areas
紫薇田园都市
Ziwei garden
枫林花园
Fenglin garden
兰宝小区
Lanbao community
海兴鄄锦绣花园
Haixing鄄Jinxiu garden
所在位置 Location A B C D
建成时间 Completion time 2004 2005 2007 2006
占地面积 Coverage area (hm2) 146. 70 2. 28 13. 33 3. 04
建筑面积 Construction area (104 m2) 180 4 22 6. 8
户数 Household number 13500 380 2000 600
绿地率 Green rate (% ) 45 32 36 30
建筑密度 Building density (% ) HD: 31. 2,VD: 12. 5 23. 6 28. 4 26. 0
未被建筑压占土地 Land without occupied by
building (hm2)
66. 00 0. 73 4. 80 0. 91
绿化覆盖率 Green coverage rate (% ) 52. 1 38. 2 41. 7 40. 5
乔木长成时间 Time for trees to grow up (a) 5 ~ 6 5 ~ 6 5 ~ 7 4 ~ 5
建造阶段建材供应距离 Distance of building mate鄄
rials supply during construction (km)
80 ~ 200 18 ~ 31 15 ~ 30 200
更新改造阶段建材供应距离 Distance of building
materials supply during renovation (km)
18 ~ 31 15 ~ 30 15 ~ 30 18 ~ 31
建筑垃圾处理地 Construction waste disposal (km) 13. 50 8. 50 9. 19 10. 54
生活垃圾处理地 Life garbage disposal (km) 10. 22 8. 50 7. 10 6. 80
私家车拥有量 Private car ownership 9084 235 1191 367
年用电总量 Total electricity yearly (104 kWh) 2000. 70 51. 30 280. 20 74. 34
年用气总量 Total gas yearly (104 m3) 234. 90 6. 38 32. 64 10. 01
年用水总量 Total water yearly (104 t) 295. 65 6. 99 38. 98 12. 02
A:西安市南郊西沣一级公路西侧 Xifeng first class road in Xi爷an City; B:咸阳市文林路Wenlin road in Xianyang City; C:宝鸡市金台区陈仓大道 Chen鄄
cang road in Baoji City; D:渭南市华山大街22号Huashan street 22 in Weinan City. HD:高层区High鄄rise District; VD:别墅区 Villa District.
668 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
(GB 50028—2006) [18]、城市给水工程规划规范
(GB 50282—98 ) [19] 和 城 市 电 力 规 划 规 范
(GB 50293—1999) [20]规定的能源消耗指标数据计
算.在实际能源消耗排放量的计算过程中,考虑到各
小区档次,其耗能指标在全市平均水平的基础上微
调(-20% ~ 30% )进行计算. 同时,各类物料、能源
与 CO2之间的折算率参考文献[13,21]确定为:1 t
水泥=0. 38 t CO2、1 t 石灰 = 0. 75 t CO2、1 t 玻璃 =
0郾 14 t CO2、1 t 陶瓷 = 0. 03 t CO2、1 t 钢铁 = 1郾 38 t
CO2、1 t铝=1郾 31 t CO2、1 kWh电=0. 86 kg CO2、1 m3
天然气=1郾 885 kg CO2、1 t水=生产耗电+处理耗电=
(0. 29+0. 36) kWh·m3 =(0. 25+0郾 31) kg CO2 =0. 56
kg CO2、1 L 汽油 = 3. 5 ~ 4. 1 kg CO2、1 t 木浆纸 =
1. 5 ~2. 0 t CO2;建材总排放量按主材用量的转换系
数(1. 1 ~1. 2)推算;生活总排放量按主要生活用品量
的转换系数(1. 1 ~ 1. 3)推算[12-17,22-24] .最后,计算或
推测出关中地区 4 个住宅区的 CO2排放量,计算结
果见表 3.
1郾 5摇 住宅区碳汇调查计算
考虑到住宅区碳吸收计算的难度,特别是计算
结果的误差,本研究采取案例分析和问卷调查两种
方法,结合现有的基础数据和研究成果,采取“资料
计算分析为主、问卷调查为辅,实地测试为补充冶的
研究方法,分别从数量和比率两个角度研究碳汇情
况,并应用 SPSS 16. 0 统计分析软件,对调查结果进
行了统计分析[10,25] .
1郾 5郾 1 案例分析计算———碳汇数量调查 在城市绿化
碳量计算方面,英国 Manchester 大学的 Whitford[26]
避开了微气象测定法(涡相关法)和生物量清算法
等方法的复杂性,在总结研究 Rowntree 和 Nowak[27]
对美国芝加哥城市绿化生物量与植被碳储量和呼吸
量关系的基础上,提出了通过估算树冠单位面积来
表 3摇 关中地区城市住宅区 CO2 排放情况调查统计表
Table 3摇 CO2 emissions questionnaire of four urban residential areas of four cities in Guanzhong area (104 t)
项目
Item
住宅区名称 Name of settlement
紫薇田园
都市
Ziwei
garden
枫林花园
Fenglin
garden
兰宝小区
Lanbao
community
海兴鄄
锦绣花园
Haixing鄄
Jinxiu garden
备摇 注
Note
全生命周期 CO2总量
CO2 quantum of total life cycle
504. 00 10. 40 55. 00 19. 72 汇总值
Summary value
生命周期划分
Division of lifecycle
建材准备阶段
Building materials preparation stage
66. 02 1. 27 7. 43 2. 82 计算值
Calculated value
建造施工阶段
Building construction stage
3. 02 0. 07 0. 39 0. 16 计算值
Calculated value
建筑使用阶段
Building use stage
414. 29 8. 57 42. 30 15. 18 估算值
Estimated value
改造更新阶段
Renovation stage
1. 01 0. 02 0. 11 0. 06 估算值
Estimated value
拆除废弃阶段
Demolition waste phase
19. 66 0. 47 4. 79 1. 50 估算值
Estimated value
空间圈层划分
Division of space
envelops
住宅区用地红线范围内
Within the scope of residential land
237. 98 4. 52 22. 18 9. 79 推算值
Reckoned value
住宅区用地外围 1 km圈层以内
Residential land peripheral within 1 km circle
53. 42 0. 86 5. 32 2. 26 推算值
Reckoned value
住宅区用地外围 1 ~ 3 km圈层以内
Residential land peripheral within 1鄄3 km circle
46. 58 1. 00 5. 18 1. 77 推算值
Reckoned value
住宅区用地外围 3 km圈层以外
Residential land peripheral outside outer 3 km circle
166. 02 4. 01 22. 32 5. 90 推算值
Reckoned value
空间分区划分
Division of
建材准备阶段
Building materials
住宅建筑
Residential buildings
60. 74 9. 78 51. 98 18. 24 计算值
Calculated value
spatial鄄partition preparation 地下车库
Underground garage
4. 42 0. 52 2. 37 0. 93 计算值
Calculated value
配套公建
Matching public buildings
0. 86 0. 10 0. 66 0. 55 计算值
Calculated value
家庭能耗
Home energy consumption
385. 29 8. 10 40. 40 13. 77 推算值
Reckoned value
建筑使用阶段
Building use
商业能耗
Commercial energy consumption
20. 71 0. 35 1. 27 1. 06 推算值
Reckoned value
phase 地下车库等能耗
Underground garage and
other energy consumption
8. 29 0. 12 0. 63 0. 35 推算值
Reckoned value
7683 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 魏书威等: 城市住宅区碳源汇的空间分异规律、影响机制及管理对策———以关中地区为例摇 摇
表 4摇 关中地区城市住宅区 CO2 吸收情况统计表
Table 4摇 CO2 sequestration questionnaire of four urban residential areas of four cities in Guanzhong area ( t)
项目
Item
住宅区名称 Name of residential area
紫薇田
园都市
Ziwei
garden
枫林花园
Fenglin
garden
兰宝小区
Lanbao
community
海兴鄄
锦绣花园
Haixing鄄
Jinxiu garden
备摇 注
Note
住宅区用地红线内
Within the red line of
绿化碳汇
Green carbon
A 36. 55 0. 30 2. 13 0. 39 计算值
Calculated value
residential land sequestration B 134. 03 1. 09 7. 79 1. 44 计算值
Calculated value
C 9381. 76 76. 19 545. 46 100. 82 计算值
Calculated value
土壤碳汇
Soil carbon
A 2643. 30 29. 26 192. 24 36. 53 计算值
Calculated value
sequestration B 9692. 10 107. 30 704. 88 133. 93 计算值
Calculated value
C 678447. 00 7510. 89 49341. 60 9374. 90 计算值
Calculated value
合 计
Total
C 687828. 76 7587. 08 49887. 06 9475. 73 计算值
Calculated value
住宅区用地外围 1 km圈层以内
Residential land peripheral within 1 km circle
C 833036. 29 9030. 45 70252. 45 22941. 79 估算值
Estimated value
住宅区用地外围 1 ~ 3 km圈层以内
Residential land peripheral within 1-3 km circle
C 765130. 27 20172. 50 96554. 80 62191. 65 估算值
Estimated value
用地 3 km范围内总计
Total within 3 km range
C 2285995. 33 36790. 03 216694. 30 94609. 17 估算值
Estimated value
A: 年均碳储量 Annual carbon storage; B: 年均 CO2吸收量 Annual CO2 absorption; C: 全生命周期 CO2吸收量 CO2 absorption of full life cycle.
计算植被碳储量( t·hm-2 )和呼吸量( t·hm-2 ·
a-1)的简单计算式. 即:碳储量 = 1. 063 伊绿化覆盖
率;碳呼吸量=8. 275伊10-3伊绿化覆盖率.
在农作物碳储量方面,根据方精云等[28]的研究
结果:农作物生物量=(1-谷物含水量) 伊谷物产量 /
经济系数;农作物碳储量=农作物生物量伊0. 45.
根据《植物生产概论》,本文中的大豆、小麦和
水稻的含水率分别为 20% 、15. 4%和 14. 06% ,大
豆、小麦和水稻的经济系数分别为 25% 、25% 和
40% .根据以上算式得出农作物的生物量.然后用农
作物的生物量乘以作物碳储量系数(0. 45)得出农
作物的碳储量[24,29-36] .
土壤碳量的计算公式[37]为:土壤碳量=土类总
面积伊土壤平均深度伊土壤平均容重伊平均有机碳含量.
根据 1982—1985 年关中地区西安、咸阳、宝鸡
等地的土壤调查资料,计算出 1 m 深土壤的平均容
重(约 1500 t·hm-2)和平均有机质含量(2. 35% ~
2郾 98% .本文取 2. 67% [28,29-36]).
为了简化计算,且考虑住宅区内植被、土壤、人
体的碳呼吸量较小,本文不计入这 3 类碳源[38-39] .
在住宅区内部,主要考虑绿化碳量和土壤碳量;在住
宅区外围,由于紫薇田园都市和兰宝小区周边 3 km
范围内有农林用地,适当考虑农作物碳量.根据调研
数据,结合以上计算公式和相关系数,经计算及估
测,得出关中地区 4 个住宅区的碳汇情况,计算结果
见表 4.
1郾 5郾 2 问卷调查统计———碳汇结构调查摇 在调查问
卷设计时,重点考虑建材构成、建材运输距离、施工
技术、植被生长速度及绿化组合、土壤碳汇、住宅区
更新过程中的资源循环利用等问题,并结合相关领
域专家思维模式和专业语言习惯,制定问卷材料,采
取现场发放、邮寄传真、电邮表格及登门造访等形式
完成问卷调查工作[22,40] . 选取建筑设计、土木及工
程管理、物业管理、林学、生态学、建材制造等领域的
55 位专家进行问卷调查(对其中 11 位专家开展登
门访谈),回收 48 份有效问卷.通过统计分析,得出
对关中地区住宅区碳吸收水平随空间变化规律的感
知性和经验性数据.专家一致认为,住宅区用地红线
范围内碳汇量有限,且在生命周期的不同阶段碳汇
空间分异具有明显差异(表 5).
摇 摇 采用 SPSS 16. 0 软件进行统计分析. 利用单因
素方差分析(one鄄way ANOVA)植被类型对土壤碳储
量和固碳量的影响.采用 Pearson分析气候因子与土
壤年均固碳量的相关关系,用偏相关分析控制降水
量之后其他气候因子与土壤年均固碳量的关系. 用
Duncan法进行差异显著性分析(琢=0. 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 碳源空间分异规律及其影响因素
2郾 1郾 1 碳源距离的空间波动性 摇 从图2可以看出,
868 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 5摇 住宅区碳汇率空间分异情况调查表
Table 5摇 Spatial variation of carbon exchange rates questionnaire of urban residential area (%)
生命周期划分
Division of
life cycle
生命活动内容
Active content
用地红线
范围内淤
Within the
scope of
residential
land
用地外围于
1 km圈层以内
Residential
land peripheral
within 1 km
circle
用地外围
1 ~3 km
圈层以内盂
Residential
land peripheral
within 1-3 km
circle
阶段总体
碳汇率
Phased overall
carbon
absorption
rate
备摇 注
Note
建材准备阶段
Building materials
建材生产部分
Building materials production
0. 8 ~ 1. 5 4. 1 ~ 8. 8 23. 4 ~ 34. 5 29 ~ 44 专家间接经验值差距较大
There are larger gap on indi鄄
rect experience between differ鄄
ent experts
preparation stage 建材运输部分
Building materials transportation
3. 5 ~ 8. 8 64. 2 ~ 76. 8 5. 7 ~ 10. 5 75 ~ 95
建造施工阶段
Building construction
主体施工部分
Main construction
0. 2 ~ 0. 8 7. 5 ~ 15. 5 24. 2 ~ 32. 0 32 ~ 48
stage 装修施工部分
Decoration construction
1. 2 ~ 7. 5 7. 2 ~ 13. 6 21. 0 ~ 30. 5 31 ~ 50
建筑使用阶段
Building use stage
日常使用部分
Daily use
8. 5 ~ 15. 9 6. 1 ~ 10. 7 11. 6 ~ 20. 3 27 ~ 43 专家间接经验值、意象感知
均相对一致
There are relatively consistent
understanding between differ鄄
ent experts
日常修缮部分
Daily repair
8. 5 ~ 15. 9 6. 1 ~ 10. 7 11. 6 ~ 20. 3 27 ~ 43
改造更新阶段
Transform update stage
整体大修翻新
Overhaul renovation
3. 4 ~ 7. 6 4. 3 ~ 7. 2 18. 3 ~ 28. 1 26 ~ 42
拆除废弃阶段
Demolition waste phase
废弃物处理及原料循环利用
Waste disposal and recycling
15. 5 ~ 25. 4 4. 5 ~ 9. 5 13. 2 ~ 18. 4 34 ~ 41 若循环利用不充分,该部分
碳汇率极低,为 5% ~11%
This part of the carbon ex鄄
change rate is extremely low if
inadequate recycling
总计 Total 12. 1 ~ 17. 8 8. 0 ~ 16. 0 18. 9 ~ 28. 4 31 ~ 45
淤用地红线范围指建材生产厂区用地红线、对外交通用地红线、住宅区用地红线 Land red line referred to the production of building materials facto鄄
ry land red line, red line of outbound traffic land, and red line of residential land; 于用地外围指用地红线范围以外 Peripheral land referred to the land
beyond the red line; 盂半径 3 km范围约 30 km2,大致为关中地区中等城市的建成区面积 Radius of 3 km range was about 30 km2, roughly the built
area of medium鄄sized cities in Guanzhong Region.
由于主要建材的生产地多远离城区,故在建材耗用
量大的建材准备阶段和改造更新阶段,住宅区的碳
源空间距离最远,甚至远远超出城郊而延伸至 250
km外的建材生产地,从而出现了“双波峰冶的距离
波动空间.而在建造施工、建筑使用、拆除废弃 3 个
阶段,碳源主要发生在城市外围的污水处理厂、电
厂、垃圾填埋场以及住宅区用地内部,其距用地中心
距离多在 15 km 范围内,电厂(关中地区主要为火
电)距用地略远,但基本控制在55 km范围以内.故
图 2摇 住宅区碳源距离住宅区中心的“双波峰冶波动图
Fig. 2 摇 The “ double peaks冶 fluctuation diagram of distance
from residential area carbon source to the residential center.
A: 建材生产 Building materials production; B: 建造施工 Building con鄄
struction; C: 建筑使用 Building use; D: 改造更新 Transform update;
E: 拆除废弃 Demolition waste.
后 3 个阶段的碳源空间振幅较小,总体处于平波
状态.
2郾 1郾 2 碳源成分的空间差异性 摇 从图 3 可以看出,
住宅区碳源构成具有多样性,主要包括建材碳源、能
源碳源、生活碳源、自然碳源 4 大类. 各类碳源距住
宅区中心的距离具有明显的差异. 建材类碳源地
(主要指各类建材的生产地)距住宅区中心的距离
为(205. 67依31. 93) km,能源类碳源地(主要指北方
的火电厂及油气等化石燃料消费地)距住宅区中心
的距离为(55. 46依12. 49) km,生活类碳源地(主要
图 3摇 住宅区碳源成分的空间距离分异
Fig. 3摇 Spatial distance differences of carbon component in ur鄄
ban residential area.
9683 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 魏书威等: 城市住宅区碳源汇的空间分异规律、影响机制及管理对策———以关中地区为例摇 摇
指食物生产地、垃圾处理地等)距住宅区中心的距
离为(55. 46依12. 49) km,自然类碳源地(主要指住
宅区内部以及周边的植被、土壤、水体、人体等产生
的碳源)主要发生在用地范围内,其距住宅区中心
的距离为(3. 15依1. 21) km.
2郾 1郾 3 碳源空间距离与住宅区档次的关系摇 受住宅
区品质、居民消费层次等因素影响,碳源地随住宅区
档次抬升而出现偏离住宅区中心的现象.调研发现,
万科、绿地、中海等开发商开发的高端楼盘,受其材
料采购惯性及住宅区品质优先理念的影响,在开发
万科金域曲江、中海国际社区等高端住宅区过程中,
他们倾向于远距离甚至超远距离批量采购优质建
材,这与不少中小型开发商在开发低端楼盘时选择
就地、就近采购材料形成明显差异. 同时,不少中高
端业主在购买生活用品时更倾向于外地、外国品牌
以及“越境果蔬冶、“反季果蔬冶等,这亦明显拉长了
货物运输距离,延展了碳源排放空间[33-34] .
2郾 1郾 4 碳源空间的圈层与分区分布结构摇 调查统计
数据表明,这 4 个住宅区的碳排放均呈现出围绕住
宅区中心圈层分布的特征.总体来看,在全生命周期
内,住宅区用地红线内的碳排放量占总量的 40% ~
52% ,住宅区用地外围 1 km 圈层以内占 8% ~
12% ,住宅区用地外围 1 ~ 3 km 圈层约占 10% ,其
余碳源则发生在住宅区用地外围 3 km圈层以外,在
29% ~41% .可见,住宅区碳源有 50% ~ 60%发生
在用地红线以外,特别是 3 km以外的建材、能源、食
品、日用品等生产供应基地.
住宅区碳排放随着时间推移呈现出空间分区的
明显特征.在建材准备阶段,住宅建筑板块碳排放量
最大,占该阶段总量的 90%以上,且占据全生命周
期总量的 12%左右;在建筑使用阶段,家庭能耗板
块的碳排放量最大,占该阶段总量的 90. 5%以上,
且已占据全生命周期总量的 69%以上. 可见,重点
控制这两个板块的碳排放,对于平衡住宅区碳源结
构、推进全生命周期的节能减排具有决定性意义.
2郾 2摇 碳汇空间分异规律及其影响因素
2郾 2郾 1 碳汇空间分层递变规律 摇 用地空间、紧邻空
间、关联空间、外部空间是城市碳汇的 4 类空间类
型.其中,用地空间指各地块用地红线内部,是住宅
区碳汇的重点建设空间;紧邻空间定为用地外围 1
km范围内,主要考虑中型公共服务设施、综合公园
以及油气站点等的服务半径一般不超过 1 km,该圈
层是居民日常活动最紧密亦是最频繁的区域;关联
空间大致为紧邻空间以外、用地中心 3 km范围所围
合的区域,基本在城市特大型综合公园(或生态绿
地)、特大型商娱设施、特大型公共服务设施的服务
半径内[35] .
虽然各生命阶段的碳汇空间递变的速率、幅度、
方向等存在明显差异,但总体上仍呈现出主动碳汇
少、被动碳汇多、总体碳汇弱的特征(图 4).案例、问
卷、访谈等调查均表明,关中地区城市住宅区用地空
间的碳汇能力低,在 9% ~ 17% ,特别是在建材准备
和建造施工阶段更低,显现出碳汇主动性不足.而用
地外部的紧邻、关联等空间圈层则被动地承担了大
量碳汇任务,给外围空间造成很大环境负荷,其碳汇
率在 26% ~38% .此外,尚有 54%以上的碳排放需
要通过城市(或厂矿区)外围的农林绿地、河湖水
系、土壤等得以固化、转化,且有部分碳最终无法在
城域内消除而进入大气环流.
2郾 2郾 2 碳汇空间阶段分异规律摇 除“空间分层递变
规律冶外,调查数据统计亦表现出了碳汇空间阶段
分异规律.在用地空间内,建筑使用、拆除废弃阶段
的碳汇率相对较高,分别达到 8. 5% ~ 15. 9% 和
15郾 5% ~25. 4% ,其他 3 个生命阶段则较低.在用地
外围 1 km 圈层的空间内,建材运输部分碳汇率极
高,建造施工、建筑使用阶段的碳汇率居中,建材生
产、整体大修、废物处理等部分的碳汇率最低,表明
在住宅区外围的碳吸收能力总体较稳定,而在城市
外围生产、运输及废物处理部分的碳汇水平波动较
大.在 1 ~ 3 km的外围圈层空间内,建筑运输部分的
环境负荷明显减小,建材生产、主体施工、装修施工
以及整体大修等碳排放迅速而激烈部分的环境负荷
则明显外移,表现出碳排放速率与碳汇不同时间阶
图 4摇 住宅区碳汇空间分层变化趋势
Fig. 4摇 Change trend of spatial layering about residential carbon
absorption.
玉: 紫薇田园都市 Ziwei garden; 域: 枫林花园 Fenglin garden; 芋:
兰宝小区 Lanbao community; 郁: 海兴鄄锦绣花园 Haixing鄄Jinxiu gar鄄
den.
078 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
段迁移速率呈正相关关系. 这与文献[28,35 -36,
38-39]的研究结果相同.
3摇 基于碳源汇空间分异规律的碳管理对策
3郾 1摇 规划方案碳评价
继规划方案的经济性评价、生态性评价、环境影
响评价及交通影响评价等之后,规划方案碳评价日
益引起业界关注,并被认为是从源头实现低碳建设、
低碳发展的根本路径[28,38-39] . 因此,针对住宅区碳
过程的空间规律及其形成机制,制定碳空间考量指
标和管控对策,具有必要性和紧迫性.本文从管控碳
源、引导碳汇、促进碳平衡等层面,探索基于“空间
绩效冶的低碳型住宅区指标和规划方法,提出空间
管理技术和规划干预对策.
3郾 2摇 规划方案碳评价的空间考量
3郾 2郾 1 优化用地布局、对接城市碳汇通道 摇 考虑到
北方地区园林植被的林分密度较低、林分结构较简
单,且住宅区内湿地景观缺乏等因素,住宅区单位面
积绿地的碳汇能力总体弱于南方,为南方住宅区的
78% ~90% .为此,应提高绿地比例,可按照 40% ~
45%的标准规范新建住宅区,且面积不小于 400 m2
的公共绿地占比不低于 75% ,并确保至少 2 / 5 的绿
地面积能常年受到日照,以更好地发挥光合作用的
固碳效应.
在住宅区布局结构上,应关注绿化通道、通风廊
道、生态廊道等带状空间的营造,特别是要结合风向
及外围农林用地处理好住宅区内部廊道与城市廊道
(包括绿廊、水道、山脉、交通廊道等)的接驳关系.
关中平原是一个静风频率高、静风污染较重的地区,
全年主导偏东风,次导风向偏西风. 因此,住宅区带
状绿化空间的布局应与主导风向或次导风向平行
(或臆30毅的锐角),且与城市各类廊道呈嵌入式衔
接.这样,住宅区内外的碳汇通道衔接顺畅,借助城
市的绿道、蓝道、风道、生态廊道等,可使住宅区外溢
的碳排放尽快得以稀释或吸收[38] .
3郾 2郾 2 扩大本地采购、缩小对外部空间的影响 摇 建
材采购、食物消费、能源消费等尽量实现本地化,能
最大限度地节能减排,减轻外部环境负荷,减轻碳源
碳汇的“空间异位冶. 研究表明,住宅建筑的建材消
耗及建筑使用过程的家庭能耗这两大板块是全生命
周期内碳排放的重头戏,同时亦是住宅区碳源外部
性的主要排放因子,是决定住宅区碳排放空间的核
心要素. 研究发现,建材本地化可降低环境负荷
0郾 8% ~2郾 1% ,食物、日用品本地化可降低 0郾 5% ~
1郾 4% ;同时,本地化也在很大程度上实现了住宅区
全生命过程碳排放的可控性,降低了碳平衡的管控
难度[38-39] .
3郾 2郾 3 鼓励错位施工、打散碳排空间摇 针对“碳排放
速率与碳汇空间迁移速率呈正相关关系冶的研究结
果,提出“生产错位冶、“生活错位冶两个对策,以打
散、肢解碳排放空间,并减缓碳排强度、疏散碳源布
点,给碳汇过程留出更多的时间和接触面,从而促进
各碳汇空间以更好地替换、弥合碳源空间. 其中,生
产错位主要指在建筑施工、装修施工等过程中,从整
个城市的层面,错位安排施工时间、分散安排施工节
点,特别是在新区开发中,尽量避免集中、连片同时
开工建设,以适应碳汇的缓慢性、分散性特征;同时
注重生活错位,包括出行错位、工作错位等,减缓大
规模集中出行压力,规划具有可选择性的多种出行
通道、错开工作空间及上下班时间等,以增加碳汇空
间接触面并缓解瞬时环境压力[41] .
3郾 2郾 4 实施“空间管制冶、制定碳排管理措施 摇 针对
住宅区碳排放所呈现的空间圈层差异性和空间分区
差异性,提出碳源空间管制对策,并以此作为方案评
价和优化的考量因子.在空间圈层方面,应重点加强
对用地红线范围内和用地外围 3 km 圈层以外两个
圈层的控碳、降碳、减碳管理,可采取绿色建材、绿色
食物、绿色家电三位一体的管理措施,确保这 3 类使
用率逸50% ,并确保绿色建筑达标率逸30% ,这样对
占据总碳源 80%左右的内外两个圈层实现了节能
减排管控;同时,对用地红线范围以外 3 km 的“夹
心层冶,可实行内部配套、低碳出行、就近消费 3 大
措施,减少居民对外围的影响,降低住宅区碳活动的
外部性,从而实现对“紧邻空间冶、“关联空间冶的节
能减排.在空间分区方面,要重点管控住宅建筑的建
材及施工碳排和建筑使用过程的家庭能耗部分,应
采取绿色建材、绿色施工、低碳生活 3 大措施,从源
头控制能耗碳排放[4,42-44] .
3郾 2郾 5 实施“空间引导冶、明确碳汇引导措施 摇 针对
单位碳汇较小、立体碳汇缺失、内部碳汇过弱、内外
碳汇失衡等碳汇空间不足问题,笔者认为,应从 4 个
层面引导住宅区碳汇扩能.首先,应引进固碳释氧能
力强的园林植物品种,如垂柳、黄连木、杨梅、银杏、
栾树、无患子、乌冈栎等,使该类植物占住宅区乔、
灌、草数量的比重分别达到 70% 、60% 、50% ,并构
建乔灌草相互搭配的立体植物群落,确实提高单位
绿化的碳汇水平(逸2. 33 t CO2·hm-2·a-1).其次,
要从中庭绿化、场地绿化、立体绿化三方面出发,规
1783 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 魏书威等: 城市住宅区碳源汇的空间分异规律、影响机制及管理对策———以关中地区为例摇 摇
划预留并充分利用各类开敞空间、微小空间、边缘空
间、屋顶空间、墙体空间等,进行三维绿化,增加绿化
覆盖率,换取更多绿量,并延长建筑寿命.研究表明,
若立体绿化设计合理且利用充分,住宅区的碳汇水
平可以提高 0. 45% ~0. 81% .再次,应实行“全域碳
汇冶,即绿化碳汇、土壤碳汇、水景碳汇等全面兼顾,
特别是大力提高土壤碳汇水平,以增强住宅区内部
碳汇能力.考虑到土壤碳汇能力较大的特点,应注重
非硬化路面的建设,调节用地软硬比,建议结合软质
路面、透水路面、嵌草铺装地坪、生态停车场等设计,
降低住宅区内道路硬化率臆65% ,增加碳汇土壤面
积.最后,针对住宅区内外碳汇严重失衡的问题,在
规划方案中,除对单位面积绿化建设投资额度、单位
绿化的碳汇水平、用地软硬比、碳汇植物比、强制立
体绿化等作出明确规定外,还应在对外碳汇通道建
设、内部绿化均衡分布、空间分层绿化等方面给出具
体对策,以减少外部被动碳汇压力[6,45] .
4摇 研究展望
4郾 1摇 偏差分析———求同存异、服务需求
由于住宅区生命过程涉及时间长、范围广、内容
多,生命周期内碳活动突破住宅区用地范围,且始终
处于动态过程.同时,碳源碳汇水平受到经济水平、
生活习惯、技术条件等因素的叠加影响,具有明显的
时代性、模糊性和不确定性.因此,所获取的调研、访
谈资料具有一定的经验性和个人主观认知,亦出现
专家认知方面的巨大差距乃至完全相反的现象. 而
文献资料查阅亦同样出现对各阶段碳源碳汇总量、
强度、比重等数据描述的不一致性. 因此,笔者按照
“求同存异、服务需求冶的原则,探索性梳理出具有
代表性的数据,作为阶段研究成果,为学界尽快形成
规范化、格式化、定量化的“住宅区碳过程时空特
征冶数理关系抛砖引玉.
4郾 2摇 源头治理———管导结合、以导为主
住宅区方案是住宅区建设及运营管理的龙头,
低碳方案是低碳建设、低碳运营的统领.在科学探究
城市住宅区全生命周期内碳活动的空间机理并量化
分析其空间规律的基础上,在空间形态、功能单位、
比例关系等因子方面探索低碳化技术指标(或对策
路径),并形成强制性指标(如绿地率逸40% 、单位
绿化面积碳汇水平逸2. 33 t CO2·hm-2·a-1、绿色
建筑达标率逸30%等)与引导性指标(“全域碳汇冶
立体绿化、道路硬化率臆65% 、碳汇植物比逸60% 、
内外碳汇通道接驳、内部均衡绿化、空间分层绿化
等)相结合的技术体系,对住宅区规划设计方案实
行管制与引导相结合,以积极引导为主;设计与评价
相结合,对设计方案碳平衡性进行模拟分析,促使方
案碳评机制介入规划设计环节,促进方案的低碳
化[41,46-48] .
4郾 3摇 规划管理———规建管一体化、碳空间均等化
在做好住宅区规划编制管理以确保规划方案及
后续设计成果低碳性的同时,宜在规划审批管理、规
划实施管理以及日常运营管理等环节,全面落实低
碳住宅区理念,注重碳排放空间公平性、碳吸收空间
公平性以及碳源碳汇空间的均衡性. 探索住宅建筑
碳排放空间管控体系,避免大面积集中型爆发式的
建设活动,疏缓碳排放频率,并重点规制中高档住宅
区在规划及运营过程中碳排放行为,重点管制建材
能耗、家庭能耗部分;引导立体绿化、均衡绿化,发挥
土壤、水体的碳汇功能,建立 360毅的“全域碳汇模
式冶;探索住宅区(或社区)层面的碳交易机制,补偿
因碳源碳汇空间异位而产生的对外环境影响,实现
规划、建设和管理三位一体的低碳化模式,达到碳空
间分布的均等化与合理化.
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作者简介摇 魏书威,男,1981 年生,博士.主要从事城市生态
学与城市规划设计研究,发表论文 30 余篇. E鄄mail: weishu鄄
wei2003@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
478 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷