The Correlation Between Biodiversity Conservation and Carbon Cycle Based on Bibliometric Analysis
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摘要:
选取Web of Science（WOS）核心合集数据库中生物多样性与碳循环关联性领域相关文献为研究对象，综合运用文献计量分析方法开展定量分析，旨在系统梳理研究历史脉络、研究热点及发展态势，并在此基础上总结出对我国的启示。结果表明：①生物多样性与碳循环领域整体发展可分为3个时期；②关联性研究热点及发展态势包括土壤微生物多样性与土壤有机碳、生态系统服务权衡与协同关系、海岸带“蓝碳”、模型的开发与应用4个方面；③具体关系研究呈现出复杂性与差异性的特点。未来，在该领域的研究中，我国应进一步加强二者权衡与协同关系探究，持续关注重点生态系统及各类新方法、新技术的应用。在国家层面出台相应的政策方针、行动指南和评价考核机制，建立全国共享的数据监测与管理平台，持续推动应对气候变化与保护生物多样性协同增效。
Abstract:We selected the biodiversity and carbon cycle-related literature collected in the Web of Science (WOS) database as the basis, and employed a bibliometric analysis to systematically sort out the historical background, hot spots, research trends, and the complexity and differences of specific relationships. Finally, the implications for China were summarized on this basis. The results showed that: ① The overall development of the field of biodiversity conservation and the carbon cycle is divided into three periods. ② The relevant research hotspots and development trends include: soil microbial diversity and carbon cycle, ecosystem service trade-offs and synergistic relationships, "blue carbon" in coastal zones, and the development and application of technologies and models. ③ The specific relationship studies present complexity and variability. Therefore, in the future, China should further enhance the exploration of the trade-offs and co-benefits relationships between biodiversity conservation and carbon cycle in this field of research and continue to focus on critical ecosystems and the application of various new methods and technologies. In addition, China should introduce corresponding policy guidelines, action guidelines, and evaluation and assessment mechanisms at the national level, establish a nationally shared data monitoring and management platform, and continuously promote collaboration between climate change response and biodiversity conservation.
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Keywords:
- biodiversity /
- carbon cycle /
- correlation /
- bibliometrics
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一. 研究背景
《雅典宪章》指出, 居住是城市的首要功能。根据我国2016年GBJ 137—90《城市用地分类与规划建设用地标准》, 居住用地比例约占城市建设用地的25% ~ 40%, 公共管理与公共服务设施用地占5% ~ 8%, 工业用地占15% ~ 30%, 道路与交通设施用地占10% ~ 30%, 绿地与广场用地占10% ~ 15% [1]。其中, 居民用地是城市居民最经常接触的地方, 直接影响城市环境及居民的生活。因此居住区环境建设在一定程度上决定了城市的整体风貌和形象, 是当今人类居住环境可持续发展的重要组成部分。生态住区建设是居住区环境建设发展的必然趋势, 也成为了世界各国的共识。
一 生态住区
生态住区(ecological residential community)在国外被称为可持续发展社区(sustainable community)、绿色社区(green community)或健康社区(health community)[2]。20世纪70年代以来, 国外开始了生态住区的研究与建设, 主要的特征是以高科技、高技术来解决能耗、减废、再生, 如英国伦敦西南萨顿市的拜得零能耗小区。在我国, 生态住区的概念是指在空间上相对独立的居住小区、居住街坊、居住组团和单位生活区等各种类型的成片或邻里生活居住用地的统称。其内涵可理解为以生态学原理为依据, 综合运用建筑学、生态学、风景园林学等学科知识, 融合现代科学技术手段, 设计、组织住宅内外空间的资源和能源, 尽可能地达到小区内部、内外部之间的环境平衡, 实现住区最高效、最少量的资源、能源消耗, 减少对环境的冲击。
生态住区的理论及实践在我国已经有一段时期。1993年8月, 吴良镛在中国科学院技术科学部学部大会上第一次正式提出要建立“人居环境科学”, 指出人居环境不仅包括住房、乡村、集镇、城市等物理形体(physical structure), 还包括人类活动的过程(human activity process), 即居住、工作、教育、卫生、文化、娱乐等活动。这标志着住区环境建设成为人居环境建设的一个重要内容。1995年, 清华大学成立“人居环境研究中心”, 标志着我国人居环境科学理论体系建立。2000年, 吴良镛在《人居环境科学导论》一书中提出了“五大原则” (生态观、经济观、科技观、社会观、文化观)、“五大要素” (自然、人、社会、居住、支撑网络)、“五大层次” (全球、区域、城市、社区、建筑), 构建了人居环境科学的基本框架[3]。这些标志了我国住区环境建设的生态观正逐步形成。例如, 吴良镛在北京菊儿胡同改造时, 采用有机更新和类四合院模式进行设计, 提倡住区环境作为城市的有机构成, 创造了一种新的人居环境, 同时也探索了低层高密度等节约用地的住宅形式。菊儿胡同的改造获得“联合国世界人居奖”, 同时也为我国生态住区的建设提供了一个经典的实践。2003年, 中国房地产研究会人居环境委员会发起全国性人居环境实践活动——“中国人居环境与新城镇发展推进工程”。由此, 诞生了很多绿色生态住宅项目, 如北京的当代万国城、天津的蓝欣水岸、广州汇景新城等。这些小区生态设计的主要特征体现在绿化设计和节能环保两方面。但是由于中国的房地产是以开发商为主导的行为, 很多仅就绿化外观上有所体现, 在节能环保上还是有所欠缺。
二 海绵城市和生态住区的关系
2015年10月, 国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》, 标志着我国城市建设全面进入了海绵城市阶段, 即城市建设要强调优先利用植草沟、渗水砖、雨水花园、下沉式绿地等低影响开发技术措施来组织排水, 以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划设计理念, 既避免了洪涝, 又有效地收集了雨水。
生态住区是海绵城市建设重要的专项内容之一。随着海绵城市建设理念的深入, 生态住区建设由之前突出“绿色、健康”概念, 融入了“渗、滞、蓄、净、用、排”等低影响开发技术措施。江西省九江市满庭春MOMΛ小区正是践行海绵城市建设理念的一个生态住区, 在整个小区建设过程中很好地运用了各种低影响开发技术措施。
二. 满庭春MOMΛ项目概况和总体布局特色
一 项目概况
满庭春MOMΛ位于江西省九江市浔阳区庐峰东路和环城北路交汇处, 地理位置优越, 一是北靠长江, 东临白水湖, 与著名的九江长江大桥遥望; 二是因为地处九江市核心老城区——浔阳区的商业中心地段, 用地稀缺。满庭春MOMΛ的建设是九江改善民生工程的居住项目之一。项目的开发和建设符合九江城市可持续发展的需要, 具有客观上的优势, 能大力提升市民的幸福指数。
九江满庭春MOMΛ总占地面积11.45 hm2, 地块平面总体呈长方形, 其规模大小属于典型的居住小区类型。基地原址为九江市化工厂。整体地势走向东南高西北低, 最低为西北端海拔22.42 m, 最高点为东南端海拔37.75 m, 场地由西向东、由北向南逐渐升高, 大部分坡度在8°以下, 均为适宜建设用地, 总体具备住区建设的客观条件。2011年, 由首建品印国际建筑规划设计(北京)有限公司开始承接该项目的规划、建筑、景观一体化的整体设计。笔者是该项目设计负责人。该项目于2013年完成施工, 2014年开始入住, 并于2013年荣获第十三届全国人居经典规划金奖和绿色建筑3星的认证。
满庭春MOMΛ的建设吸取了以往的经验, 即住区环境建设已经由偏重物质空间规划转向绿色、健康方向发展的同时, 融入“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施。在建设中, 遵循低影响开发模式(low impact development, 简称LID), 秉持对生态环境影响最低的开发建设理念, 通过合理控制开发强度, 采用规划-建筑-景观三位一体的整体设计模式。其生态设计的主要特征体现在水源热泵技术、建筑外遮阳技术, 融入下沉式绿地、植草沟渠、透水停车场、透水广场、透水沥青等各种渗透性铺设等措施, 从场地规划到细节的塑造都体现出与众不同的可持续设计, 成功地将挺拔利落的Art Deco经典建筑几何造型和生态技术融为一体, 展现了一个由里而外的科技节约型生态住区。
二 布局特色
1 采用节约用地的总体布局
通过笔者及设计团队调研得知, 地块周边已建成的居住区主要以小高层、高层等为主。大部分居住区的建设主要考虑建设规模和技术经济指标, 缺少对能源和资源使用效率、低影响开发建设等相关要素的考虑。满庭春MOMΛ建设的重点集中在小区土地、能源节约利用和低影响开发措施的利用上。通过一系列生态保护与景观规划对策, 以达到实现住区土地可持续利用的目的。
目前人居环境建设中, 住区有许多节约土地的做法, 如保持居住区人口低密度、建筑高密度的低层高密度居住形态, 盛行的高层高密度居住形态。因为土地资源有限, 高层高密度是最节能省地的居住形态, 特别适合我国人口多、可建设用地少的大中城市。满庭春MOMΛ通过秩序疏松的点状建筑单体(塔楼和板楼)平面布局分布特点, 形成高层高密度的节约用地的布局形式。小区居住户数为2 540户, 总建筑面积32 hm2, 1 016个停车位, 容积率2.5, 建筑密度仅为15%, 绿化率高达53%。每栋建筑都争取最好的景观, 体现了高层高密度的居住形态对居住区土地良好的可持续利用。这种用地布局形式可以有效地节约土地资源, 也满足了生态住区对日照、自然通风、绿色植物围隔噪声等生态学相关指标的要求, 有效地利用场地空间, 有效地结合了浔阳区人口密度大、用地尤其紧张的实际。
2 “面向长江、平行长江”的总体规划特色
满庭春MOMΛ总体规划(见图 1~2)在平面上形成了居住小区-组团院落-中央水景-活动空间的分区分级空间系列, 由11层(多层)-18层(高层)-34层(超高层), 从西到东依次布置, 整体立面表现为由低到高依次展开; 形成了“面向长江、平行长江”的总体规划特色, 同时形成了一条青花瓶状的中央路网-“M”字形中央湖面-景观组团等组成的主轴, 丰富的水景和宽阔的绿地使得各个组团院落能够有机地结合。
三. 减少建筑能耗的生态技术
按照《民用建筑热工设计规范》 (1993年)的建筑热工设计分区, 满庭春MOMΛ所在的九江市属于夏热冬冷地区。根据该地区夏季闷热、冬季阴冷的气候特点, 满庭春MOMΛ的建设非常重视减少建筑能耗。建筑能耗是指“建筑使用过程中所消耗的能量, 主要包括采暖、通风、空调、照明、炊事、家用电器和热水供应等方面的能耗”[4]。满庭春MOMΛ主要通过以下方式减少建筑能耗。
一 建筑单体布局
1 建筑间距满足日照需求
我国的居住建筑室内日照标准在《城市居住区规划设计规范》[5]中有明确规定。满庭春MOMΛ结合九江当地规划对日照“2小时”的要求, 以及与周边道路的退线等规划要求, 进行建筑单体的布局, 使得各建筑单体都能满足日照要求(见表 1)。
表 1 室内日照标准
2 建筑布局形成良好的自然通风
在建筑群体方面, 影响建筑自然通风的原因为建筑间距、排列方式、迎风方位、围合形式等, 另外住区的道路、绿地、水面的布局也影响建筑通风[6]。满庭春MOMΛ小区的主导风向为东北风, 建筑设计可以充分利用夏季风, 使之能够穿过建筑室内形成良好的自然通风效果。
二 绿色能源技术
1 太阳能集热系统设计
满庭春MOMΛ住区采用太阳能热水系统, 于西向与南向坡屋顶上安装太阳能集热系统, 每户设计的热水装置与屋顶太阳能热水系统相连接。太阳能集热系统所产生的热水, 既可用于采暖, 也可作为生活用水。太阳能集热系统的安装遵循以下原则:
1) 安装位置无遮挡, 宜选在背风处, 并有防雨、防潮措施。一般全年热水供应使用的太阳集热器倾角应等于当地纬度。九江纬度是29.70°, 为更加有利于冬季集热, 本工程将安装倾角加大至45°。冬季的太阳高度角低, 集热器安装倾角加大, 则集热器表面太阳直射辐射的入射角减小, 太阳辐照量增加。
2) 太阳能集热系统装置应与建筑物的立面设计相协调。安装应牢靠, 同时便于维护管理。
3) 太阳能集热系统的管道布置应与住宅的给水设施配套。系统中的管道、阀门等配件应选用寿命长、抗老化、耐锈蚀的产品。
2 热泵应用技术——水源热泵
热泵应用技术是地下浅层地能的一种利用方式。我国现统一采用美国采暖、制冷与空调工程师学会(American Society of Heating Refrigerating and Airconditioning Engineers) 1997年规定的标准术语。根据热泵的热源介质来分, 热泵可分为空气源热泵和水源热泵。而水源热泵又分为水环热泵、地下水源热泵、地表水源热泵和土壤源热泵。水源热泵是一种利用地下浅层水资源(地表水或地下水), 既可供暖又可制冷的高效节能热泵系统。满庭春MOMΛ地处长江流域, 属于冬冷夏热地区, 且有丰富的地下水与地表水资源, 因此地表水资源成为了最可靠的空调冷热源。满庭春MOMΛ总用地面积11.45 hm2, 总建筑面积为32 hm2, 总户数2 540户。根据小区的人口规模和面积, 满庭春MOMΛ采用地表水源热泵系统。根据笔者2016年统计的数据表明, 一个供暖季节, 地表水源热泵系统可以节约31.4%的能耗, 单位建筑面积供暖费用一般比风冷热泵系统少, 年运行费用一般可节省15.59%。这些统计数据揭示了地表水源热泵系统在九江这类气候地区使用的节能性和经济性优势。作为空调冷热源中能源转换效率最高的热泵应用技术, 水源热泵技术大大地降低了暖通空调能耗, 更重要的是改变了目前这些地区所普遍使用的分散电暖器和空调器耗电量相当大的采暖降温方式。
满庭春是第一个在九江运用水源热泵的住区。地表水源热泵空调系统具有以下技术优势: ①稳定。以池塘、湖泊或河溪中的地表水作为冷热源, 温度相对稳定。②经济。水源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能, 比燃料锅炉节省1/2以上的能量。其运行费用比普通中央空调节省40%左右。
3 建筑外遮阳技术
九江地区属于低纬度地区, 夏季炎热, 太阳运行轨迹自东稍偏北向西偏南运行, 其太阳角较高, 采用外遮阳技术可以合理控制太阳光线进入室内, 阻挡阳光直射辐射和漫辐射的热, 并能有效地降低室温, 改善室内热环境。外遮阳分为绿化外遮阳、固定外遮阳和活动外遮阳。满庭春MOMΛ在南向的窗口、北向附近的窗口, 采用水平式固定外遮阳技术, 东向和西向采用遮阳卷帘、活动百叶遮阳、遮阳蓬等立面可调节式活动外遮阳技术。同时遮阳构件与建筑外墙浑然天成, 丰富了建筑立面(见图 3)。
满庭春MOMΛ通过利用可再生能源及提高能源利用效率达到节约能源、保护环境的目的, 为九江营造冬暖夏凉、有热水的舒适住宅, 为改变九江冬季湿冷的居住环境提供了很好的实践案例。
四. 低影响开发技术的运用
居住区是海绵城市重要的专项内容, 低影响开发是海绵城市的技术支持体系。低影响开发技术是20世纪80年代末期在美国兴起的一种概念, 又称为绿色雨水基础设施, 主要包括下凹绿地、透水铺装、雨水花园、绿色屋顶、渗井、植草沟、旱溪、调蓄水塘、雨水湿地、多功能调蓄等设施。我国目前已经有130多个城市制定了海绵城市建设方案。在满庭春MOMΛ建设过程中采用了各项低影响开发技术设施, 具体包括以下内容。
一 雨水利用技术
满庭春MOMΛ雨水利用技术主要包括两大类, 一是采用透水铺设(透水砖、透水沥青、透水广场嵌草砖)、植草沟渠、管沟、渗透井和渗透塘等渗透措施回灌地下水, 补充涵养地下水资源的雨水间接利用技术; 二是落到地面的水, 除了部分蒸发、下渗外, 大部分通过雨水径流, 流进植草沟, 进入雨水收集管网和雨水收集模块, 运用雨水的直接集蓄利用技术, 通过对雨水进行收集处理, 达到相应水质指标后, 用于小区绿化浇灌用水或其他用水。满庭春MOMΛ利用的低影响开发雨水技术设施包括下沉式绿地、植草沟渠、透水停车场、透水广场、透水沥青等各种渗透性铺设和中心湖(见图 4)。中心湖是一个调蓄水塘, 可以收纳、调蓄来自地表径流和雨水管道的雨水(见图 5)。雨水通过这些“海绵体”下渗、滞蓄、净化、回用, 最后部分雨水径流通过管网、泵站外排, 还有部分雨水通过收集处理后, 可用于小区绿化浇灌等(见图 6)。整个过程实现了小区雨水资源的优化利用, 从而有效提高城市排水系统的标准, 缓减城市内涝的压力。
1 渗透性铺设
满庭春MOMΛ道路景观使用百分百的渗透性铺设。其中, 透水砖用于广场、游览步道、人行道(见图 7), 而透水沥青技术则用于车行道。所谓渗透性路面, 是指道路结构本身存在一定空隙, 允许水透过的路面结构形式。突破传统的沥青、混凝土等硬化路面所造成的土壤和大气之间能量和物质交换的缺失而造成的诸多负面影响。透水路面既能涵养地下水分, 又能改善生态系统。透水砖的产品标准为JC/T 945—2005《透水砖》。
2 渗透性路面结构
渗透性路面结构由土基、透水垫层(根据情况选定)、透水底基层、透水基层、透水找平层、透水砖面层组成, 其面层在边缘应有所约束。
3 透水沥青的利用技术
透水沥青, 是一种新型路面结构。透水沥青路面又叫“排水降噪路面”, 指在原料中混入了特别研制的改性沥青、消石灰、纤维, 具有良好的透水能力, 消除了空气的抽吸与压缩, 因此起到了降低噪声的作用。在满庭春建设中主要应用于小区中央环路和次路等车行道。
透水沥青路面能有效降低高速行驶的车辆与路面磨擦引起的爆破声, 而且自身具有完备的排水系统, 使雨水下渗、路面积水的反光现象得以避免, 雨天机动车打滑的现象也大幅度减少(见图 8)。
4 地面雨水径流收集技术
对于居住区而言, 可直接收集的雨水径流主要包括屋面和地面形成的雨水径流[7]。满庭春MOMΛ主要采用地面雨水径流的收集。地表径流含污物较多, 必须建立相应的水处理设施(见图 9)。由于雨水管通常埋在地下1 m左右, 所以蓄存在透水路面中的雨水未来得及入渗就会排放到市政管网。通过设计溢流井, 可实现雨水在透水路面下的蓄存, 同时在大暴雨时顺利排放, 不会造成内涝。雨水的收集利用可以较好解决景观用水与自来水之间的矛盾, 值得推广应用。
二 噪声污染处理
按《绿色生态住宅小区建设要点与技术导则》 (2001年)规定, 生态住区声环境应符合下列标准:白天臆45 dB, 夜间臆40 dB。满庭春MOMΛ小区在规划设计时, 对周边噪声源进行相应的测试分析, 发现现存噪声主要来自基地北端和南端的城市干道。而居住区噪声污染多半来自于道路交通噪声。为减少道路交通噪声对居住环境的干扰, 满庭春MOMΛ采用了以下2种方法。
1 路面材料
采用透水混凝土车行道, 透水混凝土中大量的空隙能够吸收车辆行驶时产生的噪音, 创造安静舒适的交通环境。在透水性混凝土孔隙率大于25%的情况下, 就取得很好的噪声降低效果。选用厚度8 cm的透水性混凝土面层时, 透水性混凝土面层行车噪声吸收率高达80%。
2 植被隔音
植被种植遵循以下原则:矮乔木比高的乔木防噪声效果好, 阔叶林比针叶林好; 几条窄林带比一层稠密林带效果好。在小区规划中的植被隔音主要是沿着住区西边和北边靠近城市道路一侧种植2 ~ 3排林带, 采用乔-灌-草群落种植方式, 由香樟、桂花、朴树组成上层乔木, 紫叶李、木槿、碧桃等组成中层灌木, 可以达到吸纳声波、降低噪声的效果。
五. 景观水质保持技术
满庭春MOMΛ主要的水体为中心景观湖, 其形如MOMΛ的标志字母“ M”, 又似葫芦造型, 葫芦有“福禄”之意, 为中国人吉祥的象征。水景在给住区带来丰富景观的同时也带来水质富营养化的问题。满庭春MOMΛ水质保持技术为生态修复技术。
首先, 合理配置水生植物。水生植物可以通过光合作用释放氧气, 起到增氧作用, 可以防止湖水黑臭。在水深0.5m以下的岸坡区种植挺水植物香蒲、芦苇, O郾5m以上种植香根草和风车草。湖底植物的配置可以考虑种植沉水植物和莲花等浮叶植物, 防止底泥再悬浮而降低透明度, 以利于湖水吸收、转化、积累底泥及湖水中的有机质和营养盐。湖面植物配置可以考虑分散地放置凤眼莲等漂浮植物, 将漂浮载体固定于水面。其次, 适当放养蚌类、鱼类、螺蜘等动物延长食物链, 能提高生物净化水体的效果。最后, 就是生态驳岸的营造。
满庭春MOMΛ中心水景主要采用了人工规则式驳岸、自然式驳岸(自然卵石驳岸、塑木桩驳岸、自然山石驳岸、草坪缓坡驳岸) (见图 10)。采用自然山石驳岸、自然卵石驳岸、草坪缓坡驳岸, 则在水位线以下多留孔洞(可寄生螺、蚌、水蛆和水生昆虫、两栖动物); 如果是人工规则式驳岸, 则考虑采用多孔植被混凝土材料(可使大量微生物附着于其孔中, 可以用来吸附、降解水中的有机污染物)。同时水体在驳岸两侧自由流动, 使得湖水和大地可以进行物质和能量的交换, 起到净化水质的作用。
六. 结语
正如伊尔·沙里宁说, “城市的改进和进一步发展, 显然应当从解决住宅及其居住环境问题开始”[8], 住区的建设不仅仅是要解决人们是否有房住的问题, 还要使人们居住的空间环境、生态环境和人文环境更优美、更舒适和更人性化, 即可持续建设的问题。如何打破注重建筑容积率、建筑的平面布置、外观美化和小区的绿化, 把小区的绿化和景观规划建设作为楼盘卖点等这些传统的住区建设模式, 我们还有很多工作需要做。
九江满庭春MOMΛ已经顺利投入使用, 其规划-建筑-景观三位一体的整体设计模式和地源热泵、建筑外遮阳技术及各种低影响技术措施的有机结合, 很好地诠释了生态住区的可持续建设模式。在保证住户有舒适户型的前提下, 引进地源热泵、建筑外遮阳技术等生态技术, 同时采用了地势绿地、植草沟、渗透性铺设等系列低影响技术措施, 很好地解决了小区的雨水收集和利用, 使小区摇成为海绵城市建设的一个重要实践领域。但是相比国外成熟的生态住区建设而言, 我们还需要不断地探索和创新, 才可以完成建设宜居城市, 实现美丽中国梦的目标。
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