全 文 ：1997—2006 年中国城市建成区有机碳储量的估算*
朱摇 超摇 赵淑清**摇 周德成
(北京大学城市与环境学院, 地表过程分析与模拟教育部重点实验室, 北京 100871)
摘摇 要摇 随着城市区域碳排放的增加,城市碳循环在全球碳循环中的地位越来越重要,而城
市碳排放和碳储量的估算是城市碳循环研究的基础.本研究利用统计资料,参考国内外相关
研究成果,对 1997—2006 年中国城市建成区有机碳储量进行估算. 结果表明: 1997—2006
年,中国城市建成区总有机碳储量呈上升趋势,由 0. 13 ~ 0. 19 Pg C(平均值为 0. 16 Pg C)增
加到 0. 28 ~ 0. 41 Pg C(平均值为 0. 34 Pg C);建成区有机碳密度由 9. 86 ~ 14. 03 kg C·m-2
(平均值为 11. 95 kg C·m-2)增加到 10. 54 ~ 15. 54 kg C·m-2(平均值为 13. 04 kg C·m-2) .
建成区的有机碳主要储存在土壤中,其次是建筑物和绿地,居民有机体的碳储量可忽略不计.
1997 和 2006 年,土壤、建筑物、绿地和居民有机体在总碳库中的比例分别为 78% 、12% 、9% 、
1%和 73% 、16% 、10% 、1% .
关键词摇 城市建成区摇 有机碳储量摇 有机碳密度
文章编号摇 1001-9332(2012)05-1195-08摇 中图分类号摇 Q149摇 文献标识码摇 A
Organic carbon storage in urban built鄄up areas of China in 1997-2006. ZHU Chao, ZHAO
Shu鄄qing, ZHOU De鄄cheng (Ministry of Education Key Laboratory for Earth Surface Processes,
College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871, China) . 鄄Chin. J.
Appl. Ecol. ,2012,23(5): 1195-1202.
Abstract: With the increase of greenhouse gases emission in urban regions, urban carbon cycle
plays a more and more important role in global carbon cycle. To estimate urban carbon emission and
carbon storage is crucial for understanding urban carbon cycle. By using China爷s statistics data and
the results from recent publications, this paper estimated the organic carbon storage in China爷 s
urban built鄄up areas in 1997-2006. From 1997 to 2006, the total organic carbon storage in the
urban built鄄up areas increased from 0. 13-0. 19 Pg C (averagely 0. 16 Pg C) to 0. 28-0. 41 Pg C
(averagely 0. 34 Pg C), and the organic carbon density increased from 9. 86-14. 03 kg C·m-2
(averagely 11. 95 kg C·m-2) to 10. 54-15. 54 kg C·m-2(averagely 13. 04 kg C·m-2). The
total organic carbon storage in the urban built鄄up areas was mainly contributed by soils (78% in
1997 and 73% in 2006), followed by buildings (12% in 1997 and 16% in 2006) and green
spaces (9% in 1997 and 10% in 2006), while the carbon storage in resident bodies only accoun鄄
ted for less than 1% , which could be neglected.
Key words: built鄄up areas; organic carbon storage; organic carbon density.
*国家自然科学基金项目(41071050)和科技部气候变化研究国家
重大科学研究计划项目(2010CB50600)资助.
**通讯作者. E鄄mail: sqzhao@ urban. pku. edu. cn
2011鄄08鄄25 收稿,2012鄄02鄄24 接受.
摇 摇 全球城市面积仅占陆地面积的 2郾 4% [1],但快
速发生的城市化的影响却具有全球性.据统计,全球
78%的碳排放、60%的生活用水消耗以及 76%的工
业用木材消耗发生在城市[2] . 目前,世界范围内的
城市人口增长率是全球人口增长率的 3 倍[3],而城
市面积的增长速度远高于城市人口的增长速度[4],
随着城市面积和城市人口的进一步增加,城市化对
生态系统结构和功能的影响会越来越大[5] . 近年
来,城市化对区域碳循环的影响已成为研究热
点[5-9] .城市化一方面使城市人口、建筑物和机动车
辆增加,从而导致更多的碳排放,另一方面可以使城
市生态系统储存更多的碳[5,10] .因此,综合评估城市
化对碳循环的影响十分必要.目前,已有的研究侧重
于城市碳排放的研究[11-15],对城市碳储量的研究
较少.
西方发达国家如美国等已对全国城市碳储量进
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 5 月摇 第 23 卷摇 第 5 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, May 2012,23(5): 1195-1202
行了较全面的估算.例如,Nowak 和 Crane[16]研究表
明,美国城市森林碳储量为 0郾 7 Pg C,每年可固定碳
量为 0郾 022 Pg C;Pouyat 等[17]认为,美国城市土壤
总碳储量为 2郾 6 Pg C,土壤平均碳密度为 7郾 7
kg C·m-2;Churkina等[18]研究表明,美国城市总有
机碳储量为 18 Pg C,是美国陆地生态系统总碳储量
的 10% .中国学者目前仅对某些城市中绿地(如管
东生等[19]利用实测数据估算了广州建成区的绿地
碳储量;Peng 等[20]利用 Citygreen 模型对南京主城
区的绿地碳储量进行研究;Zhao 等[21]和 Ren 等[22]
分别对杭州和厦门城市森林碳储量进行研究)和土
壤(Xu等[23]对长江三角洲地区土壤碳储量的动态
变化进行了监测;张廷龙等[24]和史利江等[25]分别
对北京和上海不同土地利用方式下土壤碳特征进行
了分析)的碳储量进行研究,缺乏在全国尺度上对
城市碳储量的全面研究.本研究利用 1998—2007 年
的统计资料和文献中的数据,参考 Churkina 等[18]的
方法,对 1997—2006 年中国大陆(不含港澳台)地
级及以上城市建成区的有机碳储量进行全面评估,
并分析了有机碳储量的构成及年际变化,以期为城
市碳循环研究提供基础数据,为更合理的城市规划
提供理论依据.
1摇 数据与方法
本文选择中国大陆(不含港澳台)地级及以上
城市建成区为研究区. 建成区指城市行政区内已成
片开发建设、市政公用设施和公共设施基本具备的
区域[26],它是城市建设成果的缩影,对其进行研究
有助于把握城市发展的规律,可为制定未来的城市
发展战略提供依据[27] .
本研究关注的碳库主要为有机碳库,城市建成
区中的有机碳库可分为 2 种:天然碳库和人工碳库.
天然碳库包括土壤和植被,人工碳库包括建筑和家
具、衣物和有机体等[18] .
1郾 1摇 植被有机碳库
城市植被包括城市森林和城市草地,在中国较
常用的概念是城市园林绿地. 城市园林绿地(以下
简称绿地)指用作园林和绿化的各种绿地,包括公
共绿地、居住区绿地、单位附属绿地、防护绿地、生产
绿地、道路绿地和风景林地[26] . 植被有机碳库是绿
地中各种植物储存的有机碳量. 城市建成区绿地有
机碳储量(Cgreen)的估算公式如下:
Cgreen = AgreenCggreen (1)
式中:Agreen为建成区绿化覆盖面积(m2);Cggreen为绿
地碳密度(kg C·m- 2).
建成区绿化覆盖面积来自于《中国城市统计年
鉴》(1998—2007 年) [28],建成区绿地植被碳密度见
表 1.
1郾 2摇 土壤有机碳库
城市土壤是在地带性土壤背景上,在城市化过
程中受人类活动影响而形成的一种特殊土壤[29] .城
市中的土壤一般被绿地或不透水面覆盖,极少裸露.
因此,本研究将城市地表覆被类型分为绿地和不透
水面,二者下方土壤储存的有机碳量之和就是土壤
碳库的有机碳储量. 城市土壤有机碳储量(Csoil)的
估算公式如下:
Csoil =AgreenCsgreen+(Abuiltup-Agreen)Csimp (2)
式中:Abuiltup为建成区面积(m2);Csgreen和 Csimp分别为
绿地和不透水面的土壤碳密度(kg C·m–2).
建成区面积来自于 《中国城市统计年鉴》
(1998—2007 年) [28],绿地土壤碳密度来自于前人
研究成果(表 1).国际上计算土壤碳含量以 1 m 深
度为参照标准[30],因此,表 1 所列参数土壤深度均
为1 m.由于缺乏不透水面下土壤的碳密度,本研究
采用我国土壤平均有机碳密度代替,考虑到不透水
面下土壤的碳密度不会发生太大变化,因此,这种代
替比较合理. Yang 等[31]根据第二次土壤调查数据
和野外实测数据得到中国土壤平均有机碳密度为
7郾 8 kg C·m-2 .
表 1摇 中国城市建成区不同地表类型的植被和土壤碳密度
Table 1摇 Carbon density of vegetation and soils of different
surface types in China爷s urban built鄄up areas
地表类型
Surface type
碳密度
Carbon density (kg C·m–2)
植被 Vegetation 土壤 Soil
不透水面 Impervious – 7郾 8b
绿地 Green space 3郾 02 ~ 4郾 63a 7郾 03 ~ 18郾 6c
a)由于没有全国尺度的城市绿地植被碳密度数据,本文采用部分城
市的植被碳密度数据代替,包括广州 3郾 21 kg C·m-2 [19] 、杭州 4郾 63
kg C·m-2 [32] 、南京 3郾 02 kg C·m-2 [20] 、沈阳 3郾 84 kg C·m-2 [33] 、
昆明 3郾 86 kg C·m-2 [34] Considering the lack of carbon density of vege鄄
tation at country scale, this paper used the carbon density of vegetation in
some cities as a substitute, i郾 e郾 , Guangzhou 3郾 21 kg C·m-2 [19] , Han鄄
gzhou 4郾 63 kg C·m-2 [32] , Nanjing 3郾 02 kg C·m-2 [20] , Shenyang
3郾 84 kg C·m-2 [33] , Kunming 3郾 86 kg C·m-2 [34] ; b)采用中国土壤
平均有机碳密度代替不透水面下土壤碳密度 This paper used the av鄄
erage soil carbon density in China as a substitute; c)由于没有全国尺度
的城市土壤碳密度数据,采用部分城市的土壤碳密度实测数据代替,
包括广州 12郾 75 kg C·m-2 [19] 、北京7郾 03 kg C·m-2 [35] 、杭州18郾 6 kg
C·m-2 [36] Considering the lack of soil carbon density beneath green
spaces at country scale, this paper used the soil carbon density beneath
green spaces in some cities as a substitute, i郾 e郾 , Guangzhou 12郾 75 kg C·
m-2 [19] , Beijing 7郾 03 kg C·m-2 [35] , Hangzhou 18郾 6 kg C·m-2 [36] .
6911 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 23 卷
1郾 3摇 有机体碳库
有机体碳库指储存在城市中有机体内的碳总
量,主要包括人类和动物体中储存的碳.由于城市动
物中储存的碳量不足人体储存碳量的 1% [37],因
此,本研究主要考虑人体储存的碳. 刘继生和陈彦
光[38]认为,目前人口统计中的市区非农业人口指标
与建成区人口指标较接近,因此,本研究采用市区非
农业人口代替建成区人口. 人体碳储量(Chum)计算
公式如下:
Chum =Nn-agriMave f1 f2 (3)
式中:Nn-agri为市区非农业人口数量;Mave为城市居民
的平均体质量,本文取 60 kg;f1为人体中干物质的
比例,本文取 0郾 3[37];f2为干物质中碳的比例,本文
取 0郾 5[18] .
市区非农业人口数量来源于《中国城市统计年
鉴》(1998—2007 年) [28] .
1郾 4摇 建筑物有机碳库
建筑物所含的有机碳主要存在于房屋的建筑材
料、装饰材料和有机生活用品中.本文主要考虑两部
分:建筑材料的碳储量和家具的碳储量. 计算时,首
先将建筑材料和家具的数量转换成所含木材的量,
进而求出其碳储量.
1郾 4郾 1 建筑材料有机碳储量 摇 目前,城市建筑的主
要材料有水泥、钢铁、砖瓦、木材和沙砾[39] .其中,木
材属于有机碳库,因此本研究主要关注建筑材料中
木材的碳储量.城市里的建筑大致可分为住宅和商
业建筑,二者消耗的木材不同. 因此,对住宅和商业
建筑的碳储量分别进行计算,二者之和就是建筑材
料的有机碳储量(Cbuild).计算公式如下:
Cbuild =0郾 6f3 f4 f2Ahouse +0郾 2f5 f4 f2(Abuild-Ahouse)
(4)
式中:Abuild和 Ahouse分别为建成区房屋建筑面积和建
成区住宅建筑面积(伊104 m2);f3为住宅建筑木材消
耗强度 (m3·m-2); f5为商业建筑木材消耗强度
(m3·m-2);f4为平均木材蓄积密度( t·m-3 );0郾 6
和 0郾 2 分别为住宅和商业建筑固定建筑木材的比
例[40] .
由于现有的统计指标中没有建成区的房屋和住
宅建筑面积,本文假定市区非农业人口和市人口的
比例与建成区房屋建筑面积和全市房屋建筑面积的
比例相等,采用下式计算建成区房屋建筑面积:
Abuild = Nn-agri / Npeop伊Atotal (5)
式中:Npeop和 Atotal分别为市人口和全市房屋建筑面
积(伊104 m2 ),市人口数来源于《中国城市统计年
鉴》(1998—2007 年) [28],全市的房屋建筑面积和住
宅建筑面积来源于《中国统计年鉴》 (1998—2007
年) [41];住宅建筑和商业建筑木材消耗强度分别为
0郾 04 和 0郾 03 m3·m-2 [42];平均木材容积密度为 0郾 4
t·m-3 [43] .
1郾 4郾 2 家具有机碳储量摇 家具有机碳储量的估算基
于成套家具的数量. 成套家具是指一次性购买不同
功能、能满足日常生活的多件家具,一般应包括床、
衣柜、矮柜、书柜等常用家具[44] .由于无法获取其他
家具的数量,我们假定居民家中的家具主要是成套
家具,且家具主要分为木家具和钢家具两种.家具碳
储量(C furn)计算公式为:
C furn = Nset Nhousehold f6(0郾 8f7 f4 f2+0郾 2f8 f4 f2) (6)
式中:Nset为城镇居民成套家具拥有量(套);Nhousehold
为市非农业人口户数;f6为每套家具的件数;0郾 8 和
0郾 2 分别为家具中木家具和钢家具的比例[45];f7和
f8分别为木家具和钢家具的木材消耗强度.
市非农业人口户数由市非农业人口数和每户的
人数得到(假定每户居民数为 3 人),城镇居民成套
家具拥有量来源于《中国统计年鉴》 (1998—2007
年) [41],每套家具的件数假定为 10 ~ 20 件,木家具
和钢家具的木材消耗强度分别为每件 0郾 07 和 0郾 03
m3 [42] .
2摇 结果与分析
2郾 1摇 天然碳库的有机碳储量
1997—2006 年,植被有机碳储量呈缓慢增加趋
势 (图1) ,从1997年的0郾 01 ~ 0郾 02 Pg C(平均值
图 1摇 1997—2006 年城市建成区主要碳库有机碳储量
Fig. 1摇 Organic carbon storage in major pools of China爷s urban
built鄄up areas from 1997 to 2006郾
玉:绿地 Green space; 域:土壤 Soil; 芋:建筑物 Building; 郁:居民
Human郾 下同 The same below郾
79115 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 朱摇 超等: 1997—2006 年中国城市建成区有机碳储量的估算摇 摇 摇 摇 摇 摇
为 0郾 02 Pg C)增加到 0郾 03 ~ 0郾 04 Pg C(平均值为
0郾 04 Pg C),这与建成区绿化覆盖面积的增加直接
相关,期间中国的建成区绿化覆盖面积从 3郾 99伊103
km2增加到 9郾 20伊103 km2 . 但植被有机碳储量占总
储量的比例始终在 10%左右.
摇 摇 1997—2006 年,土壤有机碳储量呈快速增加趋
势(图 1),从 1997 年的 0郾 10 ~ 0郾 15 Pg C(平均值为
0郾 13 Pg C)增加到 2006 年的 0郾 20 ~ 0郾 30 Pg C(平
均值为 0郾 25 Pg C),但土壤有机碳储量占总储量的
比例从 1997 年的 78%降到 2006 年的 73% (图 2).
土壤有机碳储量由 2 部分组成:绿地土壤有机碳储
量和不透水面下土壤有机碳储量.由图 3 可以看出,
不透水面下土壤有机碳储量占土壤总有机碳储量的
60%左右,但研究期间其比例在下降,绿地土壤有机
碳储量的比例不断增加,这与绿地面积所占比例的
增加直接相关.
研究期间,城市天然碳库的总有机碳储量由
图 2摇 1997—2006 年城市建成区总有机碳储量的构成
Fig. 2摇 Composition of total organic carbon storage in China爷 s
urban built鄄up areas from 1997 to 2006郾
图 3摇 1997—2006 年城市建成区土壤有机碳库的构成
Fig. 3摇 Composition of soil organic carbon pools of China爷s ur鄄
ban built鄄up areas from 1997 to 2006郾
玉:不透水面 Impervious surface; 域:绿地 Green space郾
0郾 12 ~ 0郾 17 Pg C (平均值为 0郾 14 Pg C)增加到
0郾 23 ~0郾 35 Pg C(平均值为 0郾 29 Pg C),其中,植被碳
库在天然碳库中的比例由 10郾 7%上升到 12郾 3%,说
明城市绿地的固碳能力在增强.但与美国城市天然碳
库的组成相比(绿地约占 25% [18] ),中国的城市绿地
还有很大的固碳潜力.随着城市绿化的进一步发展,
城市绿地在天然碳库中的作用会越来越明显.
2郾 2摇 人工碳库的有机碳储量
1997—2006 年,建筑物有机碳储量呈显著增加
趋势(图 1),从 1997 年的 0郾 01 ~ 0郾 02 Pg C(平均值
为 0郾 02 Pg C)增加到 2006 年的 0郾 05 ~ 0郾 06 Pg C
(平均值为 0郾 05 Pg C),其在总碳储量中的比例也
从 12%增加到 16%左右(图 2). 其中,住宅有机碳
储量在建筑物碳库中的比例从 54%增加到 63% (图
4),这是由于快速城市化下大批人口涌进城市,导
致住宅需求增加,住宅建筑面积急剧增加(图 5),
2000 年以后这种趋势尤为明显.
图 4摇 1997—2006 年城市建成区建筑物有机碳库的构成
Fig. 4摇 Composition of building organic carbon pools of China爷s
urban built鄄up areas from 1997 to 2006郾
玉:商业建筑 Commercial building; 域:住宅 Private house; 芋:家具
Furniture郾 下同 The same below郾
图 5摇 1997—2006 年城市建成区住宅和商业建筑面积
Fig. 5摇 Area of private houses and commercial buildings in Chi鄄
na爷s urban built鄄up areas from 1997 to 2006郾
8911 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 23 卷
摇 摇 1997—2006 年,城市居民有机碳储量变化不大
(图 1),其在总碳储量中的比例始终保持在 1%左
右.相对于其他碳库的有机碳储量,城市居民的碳储
量可忽略不计.
研究期间,城市人工碳库的总有机碳储量由
0郾 01 ~ 0郾 02 Pg C (平均值为 0郾 02 Pg C)增加到
0郾 05 ~ 0郾 06 Pg C(平均值为 0郾 06 Pg C),占建成区
总碳储量的比例由 13%上升到 16% ,说明人类活动
对建成区有机碳储量的影响在增强.在人工碳库中,
建筑物碳库的比例由 94%上升到 96% ,居民碳库的
比例由 6%下降到 4% .随着城市化的发展和居民生
活水平的提高,房屋建筑面积和家具数目会继续增
加,人工碳库特别是建筑物有机碳库对城市建成区
有机碳库的影响会越来越强.
2郾 3摇 城市建成区总碳储量
1997—2006 年,城市建成区总有机碳储量由
0郾 13 ~ 0郾 19 Pg C (平均值为 0郾 16 Pg C)增加到
0郾 28 ~ 0郾 41 Pg C(平均值为 0郾 34 Pg C);城市建成
区有机碳密度由 9郾 86 ~ 14郾 03 kg C·m-2(平均值为
11郾 95 kg C·m-2)增加到 10郾 54 ~ 15郾 54 kg C·m-2
(平均值为 13郾 04 kg C·m-2)(图 6).
对比建成区有机碳储量与面积和人口的关系
(图 6 和图 7)可以看出,1997—2006 年,建成区面积
的增长速度大于人口的增长速度,加之有机体碳储
量较小,所以建成区有机碳储量的增加主要是由于
图 6摇 1997—2006 年城市建成区的总有机碳储量和有机碳
密度
Fig. 6摇 Total organic carbon storage and organic carbon density
in China爷s urban built鄄up areas from 1997 to 2006郾
图 7摇 1997—2006 年建成区面积和人口的增长率
Fig. 7摇 Growth rates in land area and population in China爷s ur鄄
ban built鄄up areas from 1997 to 2006郾
玉:建成区面积 Area of built鄄up areas; 域:建成区人口 Population of
built鄄up areas郾
建成区面积的扩张所致.可以预见,随着城市化的进
程,越来越多的有机碳将会被储存在建成区中.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 误差来源分析
本研究对中国城市建成区的有机碳储量进行了
估算,但其结果具有一定的不确定性.
1)植被有机碳库.由于中国统计数据没有详细
区分城市森林和城市草地,本研究植被碳库采用建
成区绿化覆盖面积计算,而城市森林和城市草地的
碳密度有所差异,如台州市建成区乔木的碳储量是
灌丛和草坪碳储量之和的 2郾 6 倍[46] . 因此,以绿地
来笼统代替森林和草地可能会使估算结果偏低,有
必要在以后的研究中区分城市森林和草地.另外,已
有的绿地碳密度数据多集中在东部地区,西部地区
的数据较少,这也在一定程度上影响了植被有机碳
库的估算精度.
2)土壤有机碳库.城市土壤有机碳含量主要取
决于土壤的母质和土地利用方式[47] . 中国疆域广
阔,各地区地形、成土母质、土壤微生物和气候类型
差异较大,并且由于社会经济发展的不平衡,不同地
区的土地利用方式也不同,因此中国城市的土壤有
机碳含量存在很大的时空变异性. Yang 等[31]研究
发现,中国的土壤有机碳密度由东南向西北递减.而
已有的城市土壤碳密度实测数据主要集中在东部沿
海地区,因此,以东部建成区的土壤碳密度来估算全
国建成区的土壤碳储量,可能会高估中国建成区的
土壤有机碳储量.
城市湿地也是城市景观中重要的组成部分[48],
由于湿地中大量有机质的积累,其土壤有机碳含量
99115 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 朱摇 超等: 1997—2006 年中国城市建成区有机碳储量的估算摇 摇 摇 摇 摇 摇
高于一般的城市土壤. Post 等[49]估算的全球湿地土
壤碳密度为 72郾 3 kg C·m-2,远高于绿地土壤碳密
度.由于现有的统计资料未将湿地和绿地区分开,这
也在一定程度上影响了结果的精度.
3)建筑物有机碳库. 考虑到数据的可获取性,
本研究中建筑材料仅考虑了木材,其他有机碳性质
的材料如非金属管线类和装饰材料等并未考虑;建
成区的房屋建筑面积由全市的房屋建筑面积推算得
到,存在一定误差;且房屋的木材消耗强度参数来源
年代较早,随着科技的发展,木材消耗强度可能会有
变化;建筑物中其他含碳物质如有机生活用具和书
籍等的碳储量也未考虑.因此,结果可能会低估建筑
物的有机碳储量.
4)有机体碳库. 20 世纪 80 年代后,大量流动人
口进入城市,在人口普查时,他们不被认为是非农业
人口[50] 郾 而本研究中建成区的人口数据采用市区
的非农业人口数据计算,未考虑到流动人口,这会低
估有机体的碳储量.
3郾 2摇 与其他研究结果的比较
2006 年, 中国城市建成区有机碳密度为
10郾 54 ~ 15郾 54 kg C·m-2(平均值为 13郾 04 kg C·
m-2),而中国土壤平均碳密度为 7郾 8 kg C·m-2 [31],
1994—1998 年中国森林平均生物量碳密度为 4郾 49
kg C·m-2 [51],中国草地生物量碳密度为 0郾 22 ~
0郾 35 kg C·m-2 [52] .说明本研究中我国城市建成区
有机碳密度明显高于草地生态系统碳密度.
2000 年,中国城市建成区有机碳密度为 9郾 81 ~
13郾 99 kg C·m-2(平均值为 11郾 90 kg C·m-2);而
2000 年美国城市城区有机碳密度为 23 ~ 42 kg C·
m-2 [18],而且两国城市有机碳库的组成也存在差异
(表 2).中国建成区有机碳密度小于美国城区有机
碳密度,可能的原因是:1)美国的城市绿化水平较
高;2)中国城市土壤碳库的测定数据极少,建成区
土壤有机碳库估算的不确定性很大;3)两国房屋建
筑材料有差别,中国房屋木材消耗为 13郾 2 ~ 16 kg·
m-2,而美国为 40 ~ 130 kg·m-2,且城市建筑物分类
的详细程度不完全一致.
表 2摇 2000 年中国、美国城市建成区有机碳库的组成
Table 2 摇 Composition of organic carbon pools of urban
built鄄up areas in China and USA in 2000 (%)
国家
Country
植被
Vegetation
土壤
Soil
建筑物
Building
居民
Human
中国 China 9 78 12 1
美国 USA 15 44 41 <1
3郾 3摇 中国建成区碳储量的未来趋势
中国正在发生着快速的城市化,城市面积和城
市化水平迅速增加:城市建成区土地面积由 1984 年
的 8郾 84 伊 103 km2 上升到 2007 年的 27郾 59 伊 103
km2 [28],城市化水平由 1978 年的 12郾 5% 上升到
2007 年的 44郾 9% [41] . 但目前中国的城市化水平还
低于世界平均水平(2007 年为 50% [53]),因此,在未
来相当长的时间内,中国的城市面积和城市人口仍
会继续增加,城市地区在我国生态系统碳平衡格局
中的地位也会越来越重要[13] .以 2006 年为例,中国
化石燃料燃烧排放的 CO2为 1郾 5 Pg[54],当年中国建
成区有机碳储量为 0郾 28 ~ 0郾 41 Pg C (平均值为
0郾 34 Pg C),相当于化石燃料碳排放的 18郾 4% ~
27郾 2% .本研究仅考虑了建成区的有机碳储量,而建
成区中无机碳的储量也不能忽略. Sakin 等[55]发现,
土耳其 Adana 市的土壤有机碳储量为 0郾 17 Pg(0 ~
100 cm),而无机碳储量达到 0郾 40 Pg(0 ~ 100 cm),
是有机碳储量的 2 倍以上.因此,在碳排放增加的情
况下 ( 2000—2006 年 中 国 碳 排 放 增 长 了 近
80% [54]),除了节能减排外,如何使城市建成区储存
更多的碳也是应对气候变化的重要措施之一.
4摇 结摇 摇 论
1997—2006 年,中国城市建成区总有机碳储量
呈增加趋势,由 0郾 13 ~ 0郾 19 Pg C(平均值为 0郾 16
Pg C)增加到 0郾 28 ~ 0郾 41 Pg C(平均值为 0郾 34 Pg
C),主要由建成区面积的增加所致;建成区的有机
碳密度同样呈增加趋势,由 9郾 86 ~ 14郾 03 kg C·m-2
(平均值为 11郾 94 kg C·m-2)增加到 10郾 54 ~ 15郾 54
kg C·m-2(平均值为 13郾 04 kg C·m-2). 建成区中
有机碳主要储存在土壤中,其次储存在建筑物和绿
地中,居民碳储量可忽略不计.本研究结果存在一定
的不确定性,如未能区分开城市森林和城市草地、城
市土壤碳库的测定数据极少、对建筑物碳库的分类
过于粗略等.在未来的研究中,为了提高估算结果的
精度,需要对统计指标进行细化,并且需要更多实测
数据的支持.
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作者简介摇 朱摇 超,男,1987 年生,硕士研究生.主要从事城
市生态学研究. E鄄mail: interzhuc@ pku. edu. cn
责任编辑摇 杨摇 弘
2021 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 23 卷