1992年联合国大会讨论通过的《联合国气候变化框架公约》（United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC）将CO₂从大气中清除的过程、活动或机制定义为碳汇（carbon sink），将CO₂释放到大气中的过程、活动或机制定义为碳源（carbon source）^[1]。长期以来，研究者更多从碳源角度出发，探索通过优化能源与产业结构，改进绿色发展方式，从而逐步减少碳排放的途径；然而从碳汇角度出发，对碳固定与存储的有关研究起步较晚，但该类研究在应对环境与气候变化问题方面具有重大潜力。

城乡绿色空间（urban and rural green space）作为城乡发挥碳汇功能的重要空间载体，在固碳释氧、降温增湿、缓解城市热岛效应、加强社会低碳宣传等方面具有重要作用，也是打破城乡二元经济社会结构、推动区域生态协同发展的重要着力点。相关研究表明，中国森林生态系统的净生态系统生产力介于1.7~5.9 t C hm^-2 a^-1之间^[2]，而滨海盐沼湿地亦可达1.9~2.3 t C hm^-2 a^-1[3]，可见城乡绿色空间在发挥碳汇功能过程中扮演着重要角色。然而，以往关于城乡绿色空间碳汇的研究多集中在生态学、环境科学等学科，风景园林视角下对该领域的研究相对不足。

因此，本研究从风景园林视角出发，讨论城市建设用地内公园绿地、广场用地、防护绿地、附属绿地等绿色空间类型，以及城市建设用地外各类区域绿地、林地等在内的城乡绿色空间的碳汇研究进展，归纳不同时段特征并总结国内外研究热点与异同，以期为中国未来城乡绿色空间碳汇研究提供借鉴和参考。

1.   国内外城乡绿色空间碳汇研究概况

分别以Web of Science（WoS）核心合集数据库^①和中国知网（CNKI）为检索平台进行检索，数据收集时间为2022年10月^②。首先以“green space/绿色空间+carbon sink/碳汇”为关键词进行全文检索并进行共现分析，再分别从中英文文献共现频数最高的20个词汇中筛选出“绿色空间”“绿地”“景观”“风景园林”“碳汇”“固碳”“碳储”7个与主题直接相关的词汇进行交叉检索。从WoS检索结果中筛选出环境科学、生态学、林学等相关学科的期刊论文7 321篇^③；从CNKI检索结果中筛除学位论文、刊首语、报道等非相关文献，得到期刊论文2 807篇，将上述论文作为本研究的中英文文献数据源。

利用Citespace 5.8.R3软件对国内外文献数据进行去重处理，并分别进行关键词突现性分析。排名前30的突现词包括“ecosystem”“boreal forest”“低碳经济”“指标体系”等，根据其属性特征可归纳为相关理论、研究对象、研究内容、计量监测方法4个方面。

分别以这4个方面的突现词为关键词，在上述数据源中检索并进行文献计量学分析发现：在相关理论方面，碳循环理论、低碳经济理论和碳足迹理论与城乡绿色空间关联较密切；在研究对象方面，可根据城乡绿色空间的类型与空间尺度、生态系统的类型与结构层次进行划分；在研究内容方面，国内外已经开展碳汇计量与评估、增汇导向下绿色空间优化等领域的探讨；在计量监测方法方面，已探索出同化量法、微气象法、遥感模型法等诸多方法；另外，政府间国际组织、各国政府及研究机构是参与城乡绿色空间碳汇研究与应用的重要行为主体（图 1）。

图  1  城乡绿色空间碳汇研究示意图

Figure  1.  Schematic diagram of the research on carbon sink in urban and rural green space

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风景园林视角下城乡绿色空间碳汇研究始于20世纪末，其中，英文文献检索结果最早为2003年^[4]④，中文文献最早为1994年^[5]，2010年前国内外年发文量均处于较低水平。国外年发文量自2010年以来增长趋势显著，在2021年有较大增幅。2010年以前国外文献的高频关键词有“ecosystem”“balance”“net primary production”等；2010年以来，“urban forest”“trade off”“resilience”等逐渐成为高频词。可见城乡绿色空间碳汇研究逐渐向经济等领域拓展。

相比之下，国内年发文量自2010年大幅增加后趋势总体平稳，2020年以来增长趋势明显。其中，2010年之前的研究聚焦“城市绿地”“生态效益”等方面；2010年后，关于“低碳城市”“城市园林”“空间规划”的研究逐渐增多；2020年以来，“碳中和”等成为高频词。可见中文文献在概念解析与应用实践方面已有较多探索。

1.1   相关理论

1979年，国际环境问题科学委员会（Scientific Commitee on Problems of Environment, SCOPE）发布了《SCOPE13：全球碳循环》（The Global Carbon Cycle: SCOPE13），系统梳理了碳元素在自然界中的循环过程。研究者通过构建碳循环相关模型，测度或模拟城乡绿色空间的碳汇效能，不断丰富碳循环理论的内涵^[6]。

2003年英国政府发布能源白皮书《我们未来的能源：创建低碳经济》（Our Energy Future, Creating a Low Carbon Economy），首次提出低碳经济理论，在经济性、功能性、生态性等方面对城乡绿色空间做出建设要求。基于此，研究者通过构建低碳城市评价指标体系，对城乡绿色空间低碳发展提出合理化建议^[7]。

碳足迹理论衍生于Wackernagel和Rees提出的“生态足迹”^[8]，碳足迹是指某一产品或活动在全生命周期内直接及间接排放温室气体的总量^[9]。Larsen等提出了多种碳足迹清单^[10]，另有学者开始关注城乡绿色空间在规划设计、施工养护等过程中的碳排放^[11]，在实践应用方面做出一定探索。

从碳元素循环过程的碳循环理论，到低碳理念参与经济、社会多领域建设的低碳经济理论，再到事物全生命周期碳源碳汇的碳足迹理论^[9]，城乡绿色空间碳汇相关理论的研究视野已经从聚焦碳汇本体扩展为多领域、全周期的研究，其内涵与外延仍在不断丰富与扩展。

1.2   研究对象

国外学者在2010年以前已经开展了对绿色空间中植被、土壤等要素的碳汇计量监测研究^[12]；2010年以来，研究者更加关注城市绿地、林地等绿色空间的生态系统服务功能^[13]，研究对象从绿色空间要素转向绿色空间整体。

在中国，研究对象同样具有要素—城市—区域的演变特征。早期研究更多关注城乡绿色空间中植被与土壤^[14]等要素的碳汇效能；2010年以来，研究者针对城市建设用地内公园绿地^[15]、防护绿地^[16]，以及建设用地外区域绿地^[17]等不同类型绿色空间的碳汇效能进行了诸多研究；而伴随着区域一体化的发展，研究对象扩展到绿色空间群体与系统层面，以京津冀城市群为代表的区域尺度城乡绿色空间被纳入研究范畴^[18]。

总体上看，城乡绿色空间碳汇研究对象已经涵盖从植株到区域的不同空间尺度，包含森林、草地、农田、城市等多种生态系统类型，涉及公园绿地、防护绿地等城市建设用地内外不同的绿色空间类型，并囊括了从植物器官到植物个体、从群落到生态系统的多个结构层次，其总体研究框架趋于完善（图 1）。

1.3   研究内容

提升绿色空间碳汇能力、应对气候变化问题是城乡绿色空间碳汇研究的一贯主题。其中，国外研究在多尺度城乡绿色空间的碳汇计量监测与生态系统服务评估等方面具有突出进展^[19]；国内研究受低碳园林^[20]、区域生态协同发展^[21]、碳中和^[22]等相关政策与理念影响较大，在政策解析与实证分析方面较为突出，具有明显的阶段性特征。具体来看，国内外研究内容均集中在4个方面。

1）在相关政策与理论研究方面，国内外学者结合气候变化背景与碳中和相关政策演进，对风景园林的学科定位与应对策略进行梳理。其中，国外研究聚焦林业政策影响下森林等生态系统的碳汇效能^[23]；国内研究更多在辨析低碳园林概念及其与低碳城市关系的基础上探讨低碳园林的发展策略^[19]，特别是自中国2020年明确“双碳”目标以来，对于城乡绿色空间碳汇能力建设任务与路径的探讨进一步深入，为绿色空间的低碳设计提供了理论指导。

2）在碳汇计量与评估方面，相关研究从聚焦单一生态要素碳汇能力评估，发展到面向绿色空间全要素碳汇的综合评估，具体包括对城乡绿色空间固碳和碳储的计量监测以及对低碳园林、低碳城市的综合评价。从碳汇计量结果来看，不同类型绿色空间的碳汇能力具有显著差异^[24]，但受人为活动的影响，其碳汇效能仍具有不确定性^[21]。在市域及区域层面，研究者利用城市群RI-AER-FTIE低碳规划模型^[25]、InVEST模型^[26]等，对绿色空间碳汇特征进行评价，进而提出针对性的绿色空间优化策略与碳收支横向补偿方案。

3）在碳汇响应机制方面，宏观层面的研究更多关注绿色空间的数量与空间格局^[17]对碳汇效能的影响机理，还拓展到探究土地利用方式、人口规模、经济发展程度^[27]等经济社会因素对碳汇的驱动机制；在微观层面，不同类型绿色空间在总体规模、分布格局、几何形态、植物配置以及场地使用等方面存在较大差异，通过固碳增汇、降温减排和绿色慢行3个途径对绿色空间的碳汇效能产生重要影响^[22]。

4）在以增汇为导向的城乡绿色空间优化途径方面，相关研究着眼于宏观系统构建与微观个体增效2个维度，从增量与提质2个途径为绿色空间提出优化策略。在宏观层面，基于碳汇功能评价与游憩服务功能评价，筛选自然基底佳、碳汇能力强、游憩服务潜力高的可建设区域，优化城乡绿色空间格局，从而改善其碳汇与游憩服务功能^[28-29]；在微观层面，通过合理增加绿地面积，配置固碳能力强、碳储量大的树种^[30]，改进施工与养护技术，在设计、建造、维护等不同阶段^[31]提升绿色空间的碳汇绩效。

1.4   计量监测方法

总体来看，已有多种方法可用于城乡绿色空间碳汇的计量监测，以应对不同目标导向、不同空间尺度、不同环境与数据条件的多种碳汇计量需求（表 1）。

表  1  城乡绿色空间碳汇计量监测方法汇总^{[11, 14-15, 24, 32-44]}

Table  1.  Summary of methods for measurement and monitoring of carbon sink^{[11, 14-15, 24, 32-44]}

类别	指标（单位）	方法类型	所需技术方法、仪器或模型	所需数据	适用尺度	优势	不足
固碳	净光合速率（mol/d；g/s；kg/a）	同化量法	光合作用监测技术	植物生理特征、气象数据	植株	结果相对准确	受环境因素影响较大
		模型法	美国树木效益网络计算器	植被特征、用地类型、地理位置等数据	植株	操作相对简便	不同地区结果有偏差
	净初级生产力（g/d；t/a）	模型法	CITYgreen模型、PnET冠层通量模型等	植被特征、气象、场地特征等数据	从公园到城市	综合考虑气候因素，计算结果相对全面	模型误差较大；所需数据较多
		遥感模型模拟	CASA模型、BIOME-BGC模型等	遥感、气象、土壤、陆地生态系统类型等数据	区域及更大	快速估算大尺度空间碳汇	小尺度空间估算误差较大
	土壤固碳速率（g/d；t/a）	间接估算法	碳氧平衡原理	植被特征、自然或人为干扰等数据	区域及更大	不需要土壤数据	受限于森林资源清查资料，误差较大
	净生态系统生产力（g/d；t/a）	微气象法	涡度相关技术	微气象数据	样方	利于掌控植物生理的动态变化	受下垫面影响较大
碳储	生物量⑤（kg；t）	直接测量法	取样并烘干称重	植株各部分重量	从植株到样方	结果较为精确	需要大量实验样本；取样具有破坏性
		系数法	材积源生物量法、生物量转换因子法、生物量转换因子连续函数法等	植被特征、生物量转换因子等数据	城市及更大	时间连续性强，资料覆盖范围广	忽略了小胸径林木和环境影响
		平均生物量法	异速生长方程、平均标准木解析法	植物生理特征、标准木生物量等数据	从植株到公园	快速、便捷	对人为养护或大林龄林分的测量误差较大
		遥感反演估算	高光谱影像反演、多光谱遥感影像反演等	遥感影像、样方实测生物量等数据	城市及更大	快速估算大尺度空间生物量	小尺度空间估算误差较大
		模型法	CENTURY模型	气象、土壤、植物物候和生理特征等数据	城市及更大	贴近植物真实生长状况	所需数据较多
	碳储量（kg；t）	直接测量法	干烧法、湿烧法	植株各部分重量	从植株到样方	计量结果较为精确	需要大量实验样本；取样具有破坏性
			环刀法、TOC分析仪	土壤相关参数	样方及更大	不受土壤深度和面积影响	需要大量实验样本
		系数法	蓄积量、生物量转换因子法	蓄积量、生物量、转换因子	全尺度	时间连续性强，资料覆盖范围广	忽略了小胸径林木和环境影响
		模型法	k-NN模型、InVEST模型、EDCM模型等	植被特征、场地特征、气象、样方碳储量等数据	从植株到区域	大尺度空间估算较为准确；适应多种情景	小尺度空间估算误差较大；样方选取对结果影响较大
		遥感模型模拟	BIOME-BGC模型、遥感反演模型等	地理信息、土壤、气象、植被等数据	区域及更大	对植物生理过程与环境因素考虑相对全面	缺少对林龄的考量；模型相对复杂

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其中，建设用地内的公园绿地、防护绿地等绿色空间通常面积较小且内部结构相对复杂，常利用同化量法、微气象法、模型法等方法对其进行精确测量；对于建设用地外的区域绿地、林地，或市域及区域尺度的大面积绿色空间，研究者多借助遥感模型^[19]、数学模型^[44]等方法，结合样地清查进行快速的碳汇计量监测。然而，受样本选取和数据来源的制约，现有方法的计量结果仍具有较大误差。

2.   国内外城乡绿色空间碳汇研究进展及时段特征

综合上述分析，国内外研究在相关理论、研究对象、研究内容、计量监测方法等方面具有较明显的阶段性特征。其中，国外在2010年以前已经开展了关于碳循环理论和碳汇计量监测的研究，后期逐步向经济领域渗透；2010年以来研究对象扩充至多种生态系统类型和多个空间尺度的城乡绿色空间，并加强了对于碳汇影响因素的探讨。国内在2003年以前已有关于碳循环的讨论；之后在碳汇计量监测方面取得较大进展；2010年以后，低碳园林理念得到推广，经济、社会等多领域协同应对气候变化的局面逐渐形成；2020年以来，面向“双碳”目标，研究对象更为多元，研究内容更为广泛。基于此，本研究将城乡绿色空间碳汇研究进展及历程划分为4个时段（图 2）。

图  2  城乡绿色空间碳汇研究历程

Figure  2.  Research history of carbon sink in urban and rural green space

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2.1   城乡绿色空间碳汇研究萌芽期（2003年以前）

自1992年《联合国气候变化框架公约》通过以来，全世界更加关注控制CO₂等温室气体排放、应对全球气候变暖等环境问题，但并未充分认识到城乡绿色空间的碳固定和碳存储能力有助于应对气候变化问题。

国外早期研究从农林相关产业出发，针对森林等典型生态系统开展了固碳和碳储的计量监测研究^[45]，在生态系统碳循环过程方面有一定探索。国内业已开展与碳循环有关的讨论^[5]，对城市绿地的碳汇功能有了初步认识，为后续研究奠定了理论基础。

2.2   聚焦城乡绿色空间本体要素的碳汇研究初期（2003—2010年）

2003年，英国政府首次提出“低碳经济”；2005年，《京都议定书》（Kyoto Protocol）正式生效。在这一时段，国内外更多聚焦于城乡绿色空间本体要素碳汇特征的量化研究，并延伸出对绿色空间碳汇影响因素的探讨。

国外研究延续了对城乡绿色空间中森林植被、土壤等要素碳汇特征的评估，对土地利用方式、管理政策等碳汇影响因素进行了探讨^[23]；国内研究则聚焦于建设用地内多种绿色空间^[34]、建设用地外森林^[46]等植被碳汇特征。相关研究也使得涡度相关技术、遥感等技术方法得到推广^[46]。

2.3   面向低碳城市与多领域协同的碳汇研究发展期（2010—2020年）

随着2010年《坎昆协议》（Cancun Agreement）与2015年《巴黎协定》（Paris Agreement）等文件的讨论通过，低碳园林理念下以共生、循环为特征的城市园林绿地建设思路逐渐被接受，在一定程度上刺激了城乡绿色空间碳汇研究向经济、社会等多领域协同方向发展。

在这一时段，研究者在评价城乡绿色空间碳汇效能的基础上，通过构建低碳城市评价指标体系，为中国低碳城市建设提供评估依据^[7]，并提出针对性的低碳城市评估-营建方法。另外，地区经济发展水平等经济、社会因素对于城乡绿色空间碳汇的影响愈发受到关注^[27]，多领域协同应对气候变化的局面逐渐形成。

2.4   面向“双碳”目标的碳汇研究新时期（2020年至今）

2020年9月，习近平主席在第75届联合国大会上做出“双碳”承诺以来，中国“双碳”工作的顶层设计逐步展开，世界多国亦相继出台“碳中和”有关法规，国内外研究者在探讨既有政策法规的同时，深入探索新时期风景园林应对气候变化的角色定位与实施路径^[22]，城乡绿色空间碳汇研究步入新的历史阶段。

这一时期，研究者或利用遥感等技术，对市域或更大尺度绿色空间碳汇效能进行评价和预测^[22]，或是对公园等建设用地内绿色空间碳汇进行更精确的计量监测^[24]，同时更加关注城乡绿色空间的空间分布与形态、植物与设施配置方式等物质空间特征^[22]，以及游人活动等非物质空间特征对碳汇的影响^[21]。基于此，研究者开展了宏观层面绿色空间格局优化^[28]、微观层面绿色空间植物配置优化^[30]以及全生命周期角度城乡绿色空间优化等方面的探索^[31]。

3.   研究总结与展望

3.1   研究总结

本研究通过梳理国内外城乡绿色空间碳汇研究在相关理论、研究对象、研究内容、计量监测方法等方面的进展和时段特征，对国内外研究热点与异同进行总结。

1）国内外研究热点集中在碳汇计量与评估、碳汇响应机制探究、绿色空间优化实践等领域。在碳汇计量与评估方面，学者更多关注小尺度绿色空间碳汇的精确计量^[15]和大尺度绿色空间碳汇的快速计量监测^[28]等方面；在碳汇响应机制探究领域，国内外研究多聚焦于碳循环过程模拟与碳汇周期研究评估、碳汇驱动因素与驱动机制识别^[27]等方面；在城乡绿色空间优化实践领域，绿色空间全生命周期的碳足迹评估^[47]、不同情景下碳汇模拟预测^[37]等是当前的研究热点。

2）国内外相关研究在相关理论、研究对象、研究内容与计量监测方法等方面呈现相近趋势。其中，相关理论研究从内涵向外延拓展，碳循环、低碳经济等多个理论的内涵不断被扩充，并逐渐向经济、社会等领域渗透；研究对象从要素向系统转变，即从植被、土壤等要素逐步扩展到不同类别、尺度和层级的城乡绿色空间；研究内容与方法则趋于多领域协同和完善，从碳汇计量监测，拓展到与经济、社会等多领域结合，进而探究碳汇的响应机制与优化途径，相应的计量监测方法体系亦不断完善。

3）在相关研究早期阶段，国内外关于绿色空间要素的研究虽然进展相似，但随着研究的推进，研究领域则各有侧重。由于国内外在国土空间尺度、社会意识形态与发展模式、行政区划管理组织架构等方面存在较大差异，国外研究更多集中在针对绿色空间要素的碳汇计量与评估、针对绿色空间个体的碳汇响应机制识别等方面；而国内自2010年以来，有关宏观尺度下城乡绿色空间碳汇的研究进入快速发展阶段，在绿色空间规划与设计等方面进行了较多实践探索。

3.2   展望

当前中国在城乡绿色空间碳汇研究方面已经取得了诸多进展，但相关研究起步较晚，与国外存在一定差距。面向碳中和发展目标，本研究认为需加强三方面的探索。

3.2.1   建立城乡绿色空间碳汇计量监测平台与核算标准体系

了解城乡绿色空间碳汇的关键驱动因素、特征和影响是提升其碳汇效能的先决条件，需要广泛、一致、可靠的长期观测^[48]。当前，欧洲综合碳监测系统（integrated carbon observation system, ICOS）通过大规模采样，对数据进行标准化处理，在温室气体长期监测与研究方面已初见成效^[49]。然而，国内在这方面尚处于自发性研究阶段，一方面受计量方法、样本选取和数据来源制约，计量结果仍具有不确定性^[3]；另一方面，随着区域协同发展的扎实推进，碳收支核算与横向补偿等工作迫切需要统一的核算标准体系。因此，建立城乡绿色空间碳汇计量监测平台与核算标准体系，具有较强的紧迫性和重要意义。

3.2.2   进一步明确城乡绿色空间碳汇的驱动响应机制

国内外研究者已经建立并优化了CASA模型^[36]、BIOME-BGC模型^[37]等过程模型，对碳循环过程做了系统考量，初步掌握了国内经济发展水平、产业模式等因素对于城乡绿色空间碳汇的驱动作用。然而，城乡绿色空间碳汇的驱动因素较多，机制相对复杂，现有模型仍存在一定局限性，还需探索出更为普适的“模型-数据”综合方法，从而进一步完善城乡绿色空间资源配置，提升其碳汇效能。

3.2.3   探索以风景园林实践为抓手的多学科协同增汇途径

随着城乡绿色空间碳汇研究不断向纵深发展，绿色空间碳汇的响应机制日渐明晰，而“双碳”目标的提出以及经济社会的快速发展，也对城乡绿色空间碳汇提出了更高的要求。风景园林学作为多学科交叉的核心学科，在国土空间规划、城市总体规划、城市绿地系统规划、园林设计和园林工程等多项实践过程中，与地理学、生态学、林学、草学等学科，在碳汇计量监测、驱动因素与机制识别、绿色空间优化等方面形成学科间的协同与互补，这为当下中国社会开展城乡绿色空间规划设计实践，实现绿色空间增汇提供了更好的途径与方法。

注释(Notes)：

① 因CiteSpace平台对数据格式的限制，本研究英文文献取自WoS核心合集数据库，获取的文献发表于2003年1月—2022年10月。同时，笔者以相同方式在WoS所有数据库中检索，对2003年以前的国外研究予以补充说明。

② 指论文退修过程中作者再次检索的时间，此次检索结果与所得结论较投稿时无显著差别。

③ 根据WoS类别，相关学科包括：Environmental Sciences（4 619篇）、Ecology（2 361篇）、Forestry（1 099篇）、Environmental Studies（840篇）、Urban Studies（210篇），部分文献隶属多个类别。

④ 指用于文献计量学分析的英文文献，检索结果中发表时间最早为2003年，详见注释①。

⑤ 考虑到植被生物量与碳储量有较强的相关性，且植被碳储量可以近似由生物量与转换因子相乘得到，故在此展示生物量计量监测常用方法。