基于碳汇能力的天津南北湿地组团用地规划王巍巍周广宇【摘要】天津南北湿地组团是新一轮天津市空间发展战略确定的重要生态功能区，本文从碳汇视角出发，对天津市各类生态用地进行评价；针对南北湿地组团，提出基于碳汇能力的多情景用地规划方案；并以湿地组团对天津主要碳源的吸收作用为例，说明南北湿地组团在天津建设低碳生态城市中发挥的作用。
【关键词】湿地组团；碳汇；用地规划在“双城双港”发展战略的驱动下，近年天津城市建设发展迅速，南北湿地组团受到开发建设的巨大压力。
客观科学的认识南北湿地组团的生态价值，对保护湿地组团具有重要意义。
1.天津南北湿地组团生态价值的认知1.1 天津湿地的多年演变天津地处九河下梢，在距今5000-6000年前的全新世时期，复杂的海陆变迁及河流的共通作用发育了大量的沼泽、盐沼和泻湖。
近百年来，由于降雨量减少、水资源短缺、城镇用地扩大等原因，水面和天然湿地呈现出持续减少的趋势，尤其是城区周围湿地面积下降更快。
以七里海生态湿地为例，从建国初至今，其面积由108平方公里减少到48平方公里。
直到最近几年，人工湿地才略有增加，天津市中南部地区的湿地演变情况见图1。
a. 20世纪20年代b. 20世纪50年代c. 20世纪70年代d. 20世纪80年代图1 天津市中南部地区不同时段湿地演变趋势（资料来源：环保局，2004）1.2 生态格局下的南北湿地组团天津市空间发展战略规划确定了天津市生态空间格局为“两带、三区、多廊道”（见图2）。
天津南北湿地组团为距离中心城区最近的两大生态保护区，即位于城区北部的“七里海-大黄堡生态湿地保护区”（简称北部湿地组团）和城区南部的“团泊洼—北大港生态湿地保护区”（简称南部湿地组团）。
由于湿地多年退化，加之人类的开发利用，湿地组团现由水库、鱼塘、湿地、农田、林地等组成（见图4、图5），因此，天津南北湿地组团是以湿地为主要特征的复合生态空间。
图2 天津市区域生态空间格局1.3 南北湿地组团价值的多维认知1.3.1从全球尺度来看天津是东亚—澳大利亚候鸟迁徙的路线上的重要驿站，也是众多濒危鸟类的迁徙和停歇的栖息地。
在天津市调查到的157种水鸟中，候鸟为154种，占总数的98.09％，其中又以旅鸟占优势，共120种，占总数的76.43％。
近年随着天津滨海新区的快速发展，天津沿海滩涂不断减少，保护南北湿地组团的内陆泻湖和水库型湿地意义凸显。
1.3.2从区域尺度来看天津南北湿地组团还分布着众多海河流域的大型蓄滞洪区，承担着京津冀重要防洪安全的区域职责。
因此南北湿地组团对保障区域安全有着重要意义。
1.3.3从城市尺度来看低碳的实质是稳固碳汇，减少“碳源”，南北湿地组团内的林地、草地和湿地具有着重要碳汇作用，即减少大气中的二氧化碳，将碳汇集于自身，对缓解二氧化碳排放过多产生的全球温度升高等问题发挥重要意义。
湿地还会产生大量对人类身体有益的“负氧离子”，湿地等大型水域地区的负氧离子浓度约为10000～20000个/cm3①，远高于其他类型用地。
天津属于温带季风性气候，空气中负氧离子比海洋性气候地区少，加之大气污染严重，空气负氧离子易被烟雾、尘埃、病菌、汽车尾气等污染物吸附而消失。
因而，保护南北湿地对净化城区空气亦发挥重要作用。
有研究[4]证明，南北湿地组团有助于缓解天津城区热岛效应。
因此，对天津城市来说，南北湿地组团具有着重要的氧源碳汇、改善城市微气候、提供文化旅游服务等多重作用。
本文重点对天津湿地组团的碳汇能力进行评价。
2.天津各类生态用地的碳汇能力2.1碳汇计算方法林地碳汇计算根据文献[1]的研究，林地的年碳汇量可按下式计算：式中，Q F为林地年“碳汇量”（单位：吨/平方公里），M为平均林木蓄积量（本课题以非经济型林木的平均林木蓄积量为例进行计算，该取值为48.8，单位：吨/亩），BEF为生物量①根据国家林业局经济发展研究中心的数据换算因子（取为非经济型林木的生物量换算因子，该取值为1.31），R F为碳汇系数（单位：吨CO2/吨林木，根据文献[1]的结论，取值为0.45）。
在对天津林地碳汇能力计算时，本课题参考了《中国林业统计年鉴2011》中所述的天津地区森林和人工林的林木蓄积量差异（约为2.18:1），并根据规划地区内林地主要为人工造林的具体情况进行计算。
具体计算结果见表1。
草地碳汇计算根据通常的草地年碳汇计算方法，草地可分为“普通草地”和“灌木草丛”两种类型，其年碳汇计算公式分别为：普通草地：该方程为调研资料[1]在国内31省区大量调查后的统计公式。
式中，Q G为普通草地年碳汇量（单位：吨/平方公里），NDVI为归一化植被指数，本研究中该数据取值为0.34，其来源于调查资料[2]中对20年内天津地区卫星遥感数的分析结果，R G为碳汇系数，计算时通常取0.45。
灌木草丛：该方程同样为调研资料[1]在国内31省区大量调研后的统计公式。
式中，Q S为灌木草丛地域的年碳汇量（单位：吨/公顷），NPP为植物净初级生产力，是植物光合作用所固定的光合产物中扣除植物自身呼吸消耗的部分，根据调查资料[3]的研究结果，本研究中NPP取值为500。
本研究中，参照国内地区普通草地与灌木草丛的覆盖面积比，拟定天津地区的普通草地与灌木草丛面积比为3:7，并以此为基础，计算单位面积草地的碳汇能力，结果见表1。
湿地碳汇计算本研究在进行湿地年碳汇计算时，选取文献[4]中的计算公式：式中，Q W为湿地年碳汇量（单位：吨/公顷），A W为湿地植被覆盖面积（单位：公顷），W 为湿地的植物生长量（单位：吨/公顷），根据天津地区湿地实际情况（湿地中的植被以芦苇为主），本研究以芦苇5吨/公顷的生物量进行计算，R W为植物固定CO2效率（单位：吨CO2/吨植物），根据文献[4]的结论，该值取为1.62。
以上述调研、分析结论为基础，本研究对天津地区单位面积湿地的碳汇能力进行了计算，具体结果见表1。
农田碳汇计算根据文献[1]的研究，农田的年碳汇量可用下式计算：式中，Q A为作物年碳汇量（单位：公斤/亩），W为收获作物的含水率，P为作物经济产量（单位：公斤/亩），E为作物收获系数，R A为转换系数（单位：公斤CO2/公斤作物，通常取值为0.45）。
以上述公式为基础，本研究对天津地区内所种植的主要作物、各作物种植面积比、各作物经济产量进行了资料调查（《2011天津统计年鉴》），统计结果如下：天津地区种植的主要作物为：玉米、棉花、小麦、稻谷和蔬菜，各作物的种植面积比约为：0.47、0.11、0.23、0.03、0.16，五种作物的含水率为：0.13～0.14、0.083、0.125、0.125～0.15、0.082，经济产量分别为：443、80、311、508、3494公斤/亩，收获系数分别是：0.45～0.53、0.3～0.4、0.28～0.46、0.35～0.45、0.5。
在完成碳汇计算公式构建、地区资料调研后，本研究天津地区单位用地碳汇能力进行了计算，结果见表1。
2.2计算结果及结论本课题理论计算所得的单位农田的年碳汇能力约为1071.65吨CO2/km2，而根据《2006IPCC国家温室气体清单指南》中的描述以及文献[1]的研究结论，在实际中，作物收获后所余秸秆等部分常通过焚烧、腐烂分解等途径将所固定的CO2重新释放，即作物整个生长周期内的碳汇效果并不明显。
故本课题中农田的碳汇量不予列入生态用地的碳汇能力评价中。
表1 单位用地的年碳汇能力根据上表中所列各类生态用地的单位面积生态用地的年碳汇量计算结果，（以对数纵坐标形式）形象地绘出了林地、草地、湿地的单位用地碳汇能力关系（见下图）。
图3 单位用地碳汇能力比较根据表1和图3中所示结果，林地的碳汇能力最高，为1.98×104吨CO2/km2；湿地其次，为810吨CO2/km2；草地的碳汇能力最低，为8.18吨CO2/km2。
上述计算结果与调研资料[1-4]中的结论一致，即天津各类生态用地碳汇能力由高至低的顺序为林地——湿地——草地——农田。
3.基于碳汇能力的用地规划3.1南北湿地组团现状碳汇能力天津北部组团现状用地面积为1174km2 ，该区拥有天津市两个规模最大的天然湿地，即七里海湿地（古泻湖湿地）与大黄堡洼湿地（沼泽湿地），区内还分布着多个森林公园和水库。
根据遥感解译，各类型土地覆被面积为，农田占地比例最高，为58%。
湿地和广义林地分别为16%和5%，水面占地比例为11%，其他为村镇建设用地。
图4 北部组团用地现状图（摘自《天津市生态保护规划》天津市城市规划设计研究院.2013）天津南部湿地组团总用地面积1773km2，区域内分布着团泊湖、北大港水库、独流减河以及众多鱼塘、水库。
根据遥感解译，各类型土地覆被面积为，水面（含鱼塘）比例最大（为40%），广义林地占地比例为5%，湿地占地比例则达到了29%，农田占地比例为21%，其它为村镇建设用地。
图5 南部组团用地现状图（摘自《天津市生态保护规划》天津市城市规划设计研究院.2013）a.北部组团b. 南部组团图6 南北湿地组团用地现状以南北湿地组团土地覆被现状基础，结合现状调研和相关文献检阅（湿地植被面积按照遥感解译的湿地覆被面积的70%计算，广义林地按林地、草地面积比为4:6计算），对南北湿地组团的碳汇能力进行了初步计算。
其中，湿地、林地、农田的单位面积碳汇能力参考值见表1；根据《IPCC国家温室气体清单指南》中的碳汇计算原则（碳汇能力是指某一类型地块上地表植被的碳汇能力，水面、建设地块内的植被不予考虑），对水面（鱼塘）和建设用地的碳汇能力不予计量。
图7绘出了南北湿地组团各类生态用地面积的现状碳汇量（以对数纵坐标形式），具体数值见表2。
可以看出，南北湿地组团林地虽然占地面积比例最低，但林地的碳汇量皆为最高，北部湿地组团，林地年碳汇量约为5.11×105吨；南部湿地组团，林地年碳汇量约为7.30×105吨。
湿地年碳汇量略低于林地，北部湿地组团湿地年碳汇量为1.04×105吨，南部湿地组团湿地年碳汇量为2.91×105吨。
草地碳汇量最低，北部湿地组团草地碳汇量为317吨，南部湿地组团草地碳汇量为453吨。
可见，碳汇能力主要集中在林地和湿地两类用地。
图7 南北湿地组团各类生态用地碳汇总量对比3.2多情景下南北湿地组团碳汇能力天津市属于资源型缺水城市，可分配生态用水量紧张；南北湿地组团内土壤盐碱程度较高，不适应大规模建设林地。
城镇建设对湿地、林地等会产生较大影响，与湿地组团生态保护功能相冲突，因此本规划研究是在建设用地规模不变的前提下，根据现状生态特征，提出了三种较为合理的用地方案（情景）：（1）保守方案：各类用地面积均保持不变，通过合理调配水资源，保护恢复湿地植被。