济南市低碳森林城市规划与建设对策研究

鲁敏段顺琪吴天缘穆回港秦碧莲

(1.山东建筑大学 学报编辑部，山东 济南250101；2.山东建筑大学 艺术学院，山东 济南250101)

0 引言

在城市化高速发展和人们对生活环境质量要求不断提高的今天，化石燃料的大量使用造成了大气中二氧化碳、氮氧化物和其他痕量气体浓度持续升高，臭氧层遭到破坏，使全球变暖日益严重，生态环境遭到严重破坏。 构建低碳森林城市是综合居民低碳生活理念和行为特征、政府事务管理的低碳森林城市建设样品及蓝图城市，是低碳经济的发展模式和方向[1]。

20 世纪60 年代，美国政府最先提出建设低碳森林城市的政策，随后加拿大、德国、芬兰等国开始进行城市森林、城郊森林建设，使其城市生态环境得到了大幅度提升。 美国将低碳森林城市建设工作作为城市建设工作中重要的一部分；德国在低碳森林城市建设工作中更加重视修复和保护自然生态系统，体现区域文化，将生态环保等思想根植在市民的脑海中，以促进森林城市向大规模生态模式发展[1]。 在低碳森林城市研究与实践中，我国研究人员普遍认可发展低碳生态城市的重要支撑是建设低碳森林城市[2]。 学者对济南市中心城区的地球观测系统SPOT(Systeme Probatoire d’Observation de la Terre)遥感影像进行了解译研究，发现中心城市绿地破碎程度较高，森林绿地固碳释氧能力不足且释碳耗氧量巨大，需要合理规划城市森林结构[3]；同时，还分析了低碳森林城市的内涵和济南市低碳森林城市建设的必要性，阐述了济南市建设低碳森林城市的7 大途径[4]。 发展和构建低碳森林城市不仅是保护城市生态环境、提高城市形象与影响力的强有力措施，也是应对全球气候变化、降低城市热岛效应、提升空气质量、涵养水源、保护生物多样性、缓解城市发展与自然环境之间矛盾等问题的重要手段。

文章以“低碳泉城、森林城市”作为济南市低碳森林城市规划的指导理念，依据景观生态学、城市生态规划、可持续发展、人居环境科学和城市森林学理论，将山、水、植物等自然各要素与道路、建筑、工业等人文因素综合考虑，构建起人工和自然生态系统的复合结构，形成人与自然和谐发展的综合生态系统。

1 研究区域概况

济南市位于山东省中部偏西，北部有黄河穿过与德州相接，南部依靠泰山与泰安交界，向东为平原、向西为丘陵并分别与淄博、聊城相邻。 济南市占地总面积为10 244 km2，研究区域为二环路以内的济南市总体规划的核心区域，总面积为151.67 km2[5]。 济南市中心城区的绿地率为22.02%，总绿地面积为33.40 km2，其中湿地、林地、疏林地和耕地面积分别为3.08、25.97、3.56 和0.79 km2[5]。 中心城市绿地呈现总体面积较小、破碎度较大的现状[3]。

济南市城市需要补充177.89 km2林地来平衡吸收城市所有的碳排放，若需要填补平衡城市总氧气消耗量，则还需要补充163.22 km2的林地，其需要补充的林地面积远超城市用地面积[6]。 为实现济南市空气的碳氧平衡，须以提高城市总体森林绿化面积、构建低碳森林城市等作为主要方式，同时调整企业产业结构、大力发展清洁能源、提高人民低碳生活意识。

2 济南市低碳森林城市规划方案

2.1 济南市低碳森林城市规划理论依据

2.1.1 景观生态学理论

1939 年， Troll 在航空图片影像的基础上分析和研究土地利用时首次提出了景观生态学概念，欧美学者对以人为活动主导的景观生态优化管理的理论和应用、景观生态格局等方面展开研究[7]。 景观生态学利用多学科交叉的特点，将景观生态和其他学科结合，为构建其理论体系提供支撑，使景观生态学从单一研究的某一子项，发展成为包括景观格局、动态特征、功能以及人文自然驱动因素相结合的综合研究。

2.1.2 城市生态规划理论

城市生态规划理论是基于城市生态学发展而成的建设生态城市的基本理论。 采用生态方法研究以人为中心的城市生态系统，探索总结其内部组分与周围生态系统之间的相互作用规律，同时倡导改善城市生态基础设施建设、延续城市特有的历史文脉和地域人文景观等方法。 利用这些规律和方法调节各系统间的内部关系、优化子系统结构、提高能量的使用效率以及改善城市环境，实现城市生态系统的动态平衡[5]。

2.1.3 可持续发展理论

1987 年，在经过4 年论证和研究后，时任挪威首相的Brundtland 正式提出了可持续发展的理念[5]。 进入21 世纪，可持续发展不再是环境保护的层面，而是与地方区域发展等问题相结合。 在生态可持续方面，综合运用相关的知识与理论，从城市生态环境资源特点、生态功能完整程度和社会经济条件等角度出发，合理调配整合城市内部各部分和自然之间的生态关系，在优化资源利用、生态环境保护和经济发展等方面形成良性循环。 在经济可持续方面，发展经济和保护环境并非互相矛盾，而是彼此相互制约，不再盲目追求经济增长的数量，更追求其发展的质量。

2.1.4 人居环境科学理论

吴良镛提出“人居环境科学”的概念并对其做出了详细的阐述，重点讲述了人居环境科学和城市绿地系统规划建设之间的重要关系[5]。 人居环境科学是以人类居住的环境科学为基础发展起来的新学科，也是研究包含乡村、城市、村镇等所有人类聚居区域以及政治、社会、文化等方面的学科。

2.1.5 城市森林学理论

随着城市进程的不断加快，人们对城市发展的要求从数量和面积层面提高到了城市生存环境质量层面。 自20 世纪80 年代以来，我国城市森林学的发展依靠3S 技术的日渐提升而得到了大幅度发展，可以从定量角度研究景观格局。 目前，国际前沿的研究方向从城市森林景观格局城乡梯度分析、城市绿量回归模型研究、城乡交错带景观格局分析等研究转变为森林景观格局与生态学过程的耦合等研究[8]。 更加注重森林景观格局中小尺度层面的能流、物流和信息流的循环研究，剖析其内部各个组成元素之间的相互作用关系，从而总结出复合种群动态、生物演替趋势和导致生境破碎化原因等一系列问题的本质规律，最终找到解决城市森林生态问题的途径，使其发挥最大的生态效益。

2.2 济南市低碳森林城市规划的指导思想与原则

2.2.1 指导思想

总体以科学发展为指导，围绕“创建国家森林城市、建设森林泉城”的总战略，结合《济南市城市总体规划》《济南市土地利用总体规划》《济南市城市绿地系统(2010—2020)》等，扩大城市森林规模，完善城市森林网络体系，融入本地历史人文，建设低碳生态、山水融合的泉城济南[5]。

2.2.2 规划原则

(1) 生态优先，以人为本原则

济南市低碳森林城市建设应从实际情况出发，完善乡镇、城郊森林绿地和湿地，保障济南城市森林绿地安全生态格局。 同时还应与社会人文发展相结合，利用济南市特有自然地理风貌和历史人文特点，使生态建设和人文城市相互融合，达到人与自然和谐共生。

(2) 城乡一体，协调自然原则

济南的城镇化不断扩张，未来会有更多的人口进入城市。 虽然济南市中心城区的森林绿地在某一城市区域内能够发挥较好的生态效益，但是就整个城市来看，其森林绿地规模还不足以完全改善城市环境，所以在低碳森林城市规划时要将城郊、乡镇和新农村建设等生态工程融入总体布局，在生态网络、结构功能和空间布局上形成优势互补，缓解城市中心生态环境压力。

(3) 突出特色，注重实效原则

近年，全国大多低碳森林城市建设呈现千城一貌的状况，而济南在建设低碳森林城市时，在保证生态效益的同时应尽可能融汇济南当地文化特色，使其能够反映现代济南城市文化特色、精神风貌和老济南城独有的文化底蕴，彰显济南市低碳森林城市独有的景观效果[9]。 低碳森林城市绿地不仅可以起到绿化的生态功能，其美化和香化的特有效果还能够提升城市绿化形象、提高城市居民的生活质量。因此，在建设工作中要融汇当地人文、挖掘本土文化，打造济南泉城名片特色[10]。

2.3 低碳森林城市规划方案

以“低碳泉城、森林城市”为低碳森林城市规划理念，综合考虑济南市城市森林的空间格局、城市森林固碳释氧能力、碳氧平衡系数以及城市固碳释氧能力等因素，结合城市森林现状，构建了覆盖范围广、绿地网络格局合理、生态效益较高的“一核两环、三廊四轴、多点棋布”的低碳森林城市规划方案，如图1 所示。

(1) 一核 即为城市绿核，构建济南城市低碳森林城市应将“一核”的建设作为核心。 “一核”区域主要由五龙潭泉群、趵突泉群、珍珠泉群、黑虎泉群组成的4 大泉群，以及大明湖公园、环城公园构成[5]。 在绿核片区建设时应做到对大明湖公园区域有序扩建改造，并充分兼备对4 大泉群的生态保护，通过对济南市中心绿地面积的合理扩大，从而最大程度承担起对济南中心城区主要泉群的保护作用，构建起能够为济南城市中心提供丰富的氧气、吸收大量含碳气体的中央公园[11]。

(2) 两环 是指建设的环城生态绿带。 环城生态绿带具有特殊的形状和面积，不仅能够有效地改善中心城市高破碎度、高分离度的现状，还能在大气污染隔离、涵养水源、改善城市热岛效应、提高空气质量、减弱环境噪音等方面起到积极有效作用。 只有将其与城市道路、城市河流、城市生物廊道等规划相结合，才能够最大程度地发挥出环城绿地的生态功能。 第一绿环是指以经十路、纬十二路、历山路、北园大街所围合形成的济南主城区，合理扩大主城区的绿地斑块面积，在增加主城区绿道数量的同时，加强环内与环外的绿带联通，贯穿其内部各个绿地，形成以多条绿带串联多个绿地的济南主城区核心绿网[5]。 第二绿环是指二环路绿带，其建设以二环环城林带为基础，结合第一绿环所形成的核心绿网，形成一个有机统一的大面积开敞绿地空间，使其在城市空间中发挥景观生态的边缘效应的正效应，提高城市绿地固碳释氧能力[12]。

(3) 三廊 是指济南中心城区北部东西走向的“绿肾”——小清河、黄河以及南北走向的“绿肺”——兴济河，这是济南中心城区最主要的3 条河流，也是城市中心的水系生态廊道的重要构成部分，提高了城市中心的绿地连接度[13]。 “三廊”河流在城市中心生态网络体系中有着重要地位，也在增加并扩大森林生态系统间内部野生动物迁徙空间、丰富生物多样性、加强绿地间的相互关系、吸收过滤城市空气污染、降低消除城区内噪音等方面起到了重要作用。

在规划中，河流不同的位置对应着不同的环境和生境状况，因此应当对应着不同宽度的绿化廊道。3 条主要河流两边的生态绿道宽度可设置为50 ～150 m，在河道两侧较为空旷区域，可设置宽度为100～500 m，以乔木为主，灌木、草本、地被、藤蔓相组合的人工复合型林带，形成近自然生态系统的大范围复合立体空间层次的生态植物群落结构，提高河流水系的水质[14]。

图1 济南市低碳森林城市规划图

(4) 四轴 指的是南北向的济泺路—英雄山路、历山北路—历山路、东西向的经十路、南北转东西向的辛庄西路—经一路—明湖西路—花园路。 济南中心城区的道路绿色生态廊道的骨架是由这几条主要道路将济南中心城市的主城区、城郊和次中心城镇贯穿联通而构成的。 “四轴”构建的生态廊道是3 种生态廊道基本类型中带状生态廊道。 廊道的数量、宽度、连接度、本底等因素都影响着廊道的生态功能效益，其中宽度发挥着重要的作用。 绿色廊道的生态环境异质性会随着廊道宽度的增加而增加，生物多样性也随之增加，廊道过窄会降低其过滤污染物能力[15]。 因此，在道路廊道两侧建设宽度为30～100 m 的绿化带，结合环城道路生态林道、城市主要干道、水系生态廊道等构建起城市绿地生态网络的基本骨架和城市的绿色生态墙和屏障。

(5) 多点 指的是济南市中心城区建成的森林公园、街头绿地、碳汇林地、屋顶花园、广场绿地、湿地公园等面积较小的绿地斑块[5]。 绿地斑块的建设应与城市中心绿核、城市绿环、城市河流生态廊道等绿色基础设施有机结合。 绿环与绿廊相互围合交叉，划分出道路及河流水系廊道拐点处的斑块空间、较窄廊道区域的空间等，是生物群高敏感区域。 在这些区域应着重建设多个相互关联的斑块，即临时栖息地。 其不仅保留住原有动植物并引入其他动植物，而且还能为人类活动提供场所，促进城市内部与外部的物流、能流、信息流的交流和转换，从而形成一个完整的森林生态网络体系，缓解城市内部环境压力[16]。

3 济南市低碳森林城市的建设对策

3.1 城市低碳森林营建

(1) 增加城市森林面积，提高城市森林覆盖率

济南中心城区的绿地面积为3 340.13 hm2，其中林地面积为2 597.09 hm2，绿地率为22%，还需要补充17 788 和16 321 hm2的林地以完全吸收城市所有的碳排放总量和添补所需耗氧量总量。 相较于济南中心城区现有林地绿化面积，还需要大量建设林地[3，5]。 主要对策方案有：①城市应有序扩张，高效利用城市建设用地，在建设城市过程中需要规划足够面积绿化用地，尽可能提高建设用地中绿化率，维持建设和绿化用地面积合理比例，如在城市居住区、城市中心广场、CBD 商务区、工业园区等需要保证25%～30%的绿化比例。 ②不仅要在城市新建区域尽可能提高绿化率，还要加大对旧城区绿化率的提高力度，加宽城市道路和河流水系两侧绿化、在建成广场和公园扩建绿化用地；整合旧城区破碎度较高的绿化用地，高效利用建筑周围的空闲区域增加绿化；在道路、小区和商业空间增添绿化率高的街头绿地或小游园。 ③建立奖罚机制，通过奖励措施鼓励商业区、居住区、办公单位等增加绿化面积，同时也应监管工厂、厂房等用地达到标准绿化率，在用地紧张的旧城区、中心城区、人口密集区通过增添垂直绿化、屋顶花园等方式增加城市绿量。 ④逐步延伸城市的森林系统覆盖范围，保护并提升郊区森林，利用夏季盛行风、自然地形以及水系等条件，将郊区森林引入城市中心，建立良性的生态廊道。

(2) 优化森林系统结构，增加森林城市碳汇能力

①在乡土树种为主的基础上结合引进驯化植物物种，丰富绿地系统植物物种的丰富度。 ②由于各个植物的生理特性具有差异性，所以不同区域或环境应选择不同植物，如在工业废弃气体排放较多的区域选择抗逆性强、单位面积年吸收二氧化碳较高的植物，并建立生态防护带；丰富道路两侧植物的种类和种植层次，多选用植物页面粗糙、分支点低、单位面积绿量高、枝叶繁茂的品种树木，起到减少噪音扩散、高固碳释氧的作用[17]。 ③科学合理规划城市中各类林地空间，结合城市的其他用地规划综合考虑，引导城市林地建设向结构网络化、功能系统化、组织综合化方向发展。 在旧城改建和城市更新中结余出的空间进行绿化，在对整个城市的碳氧平衡改善不大，但是对改善城市局部小气候作用较明显；利用城市河道水系、城市公路、铁路轨道交通等两侧绿化，形成纵横交错、环状履带交织的森林网络；利用河流、城市郊区农田或防护林形成由郊区向城市中心渗透的楔形林地，建设成以城市道路、河道两侧林地为骨架并穿插点状或面状的林地斑块。 提高城市森林面积和森林系统中植物丰富度的同时，也能够为动植物建立物种传播和信息交流的生态廊道，丰富动植物多样性对建设一个生态稳定、发展有序、城市可持续起到了非常重要的作用。

(3) 合理有效管理森林城市

低碳森林应该最大程度上减少能源消耗和污染，在设计构思、组织构架、规划森林城市网络以及维护建设等方面，应具有低能耗的生产经营模式[1]。 在植物种植和配置上，不仅考虑其观赏美观价值，还应合理配置植物，使构建的植物群落固碳释氧的生态效益实现最大化。

3.2 城市工业低碳调整

济南市的城市化和工业化发展逐年提高，氧气和煤炭的消耗量以及二氧化碳释放量在济南市释放二氧化碳耗氧气总量中的比重是最高的。 能源需求具有能源刚性需求增长快、以煤炭为主要能源这两大特征。 所以，济南在城市工业低碳建设应采取节能发展为主、使用高能效的清洁能源为辅的减排策略[5]。

济南现阶段实现低碳城市工业策略主要有调结构、提技术和管节能3 种途径。 (1) 济南近几年正处于产业结构巨大调整期，逐渐淘汰高能耗高污染等落后产能的阶段，在能源消耗结构方面不断优化并趋于合理性，增加可再生能源的使用。 (2) 在政策层面上应坚持做到政府引导企业，在资金、政策等方面给予优惠，研究关键核心节能技术，展开工业工艺流程的再造和升级。 (3) 济南在短时间内很难改变以煤炭为主要能源结构的现状，加快落实济南新能源产业“3213”工程。 即在济南的东部建立太阳能产业基地；扩大太阳能和光能的普及范围；打造风电产业链；尽快普及地热能、氢能、生物质能。 (4)调整能源消费方式，优化能源结构，使能源消费结构向多元化、合理化和有序化发展。

3.3 城市交通低碳规划

(1) 降低交通工具能源消耗

积极努力推动和完善城市公共交通基础设施，济南市更应当侧重对城市智能公共交通和轨道交通的发展，城市综合公共交通网络建设应结构合理、层次分明。 通过汽车能源方法的改进，逐渐采用新的环保型燃料，如压缩天然气、醇类、生物柴油等，以代替石油的使用。 同时大力发展电动车技术，以达到降低城市交通污染和能耗的目标。

为了在城市地区实现节能减排和提高交通可达性，提倡公共交通作为城市交通规划与发展的主导角色，鼓励绿色交通运输。 确保济南市城市内部各个区域是由相互连接的城市公共交通而串联起来的，在建设新道路系统或对旧道路系统重修时，应充分考虑步行漫步道和自行车道的建设，逐渐完善公共交通体系。

(2) 建设城市森林漫步道

小区林荫步道居住区内设置约1.5 ～2 m 宽度的道路，通常路面铺装材料结合卵石或木质材料，邻近小花园、城市小森林或与主干道相连接。

城市区域森林慢行道串通城市居民区和商业区的林下慢行道。 其长度在3～5 km 既可以设计作为专用的步行绿色通道，也可作为汽车或用于辅助自行车专用的道路，宽度约为3 ～4 m。 城市区域森林慢行道是城市森林漫步道的主要部分，应综合考虑居住区、城市慢行道等道路一同设计，构建城市慢行道的主体系统。

环城林道与环城森林廊道建设工程和理念相辅相成。 可与公路附属的机动车道、非机动车道和专用道路相结合。 环林带与水源森林公园、城市森林、农业生态公园、滨河公园、联合花园、郊区公园相连，形成环林带系统。

3.4 城市制度低碳规范

(1) 建立健全低碳消费的激励机制、倡导低碳消费

消费需求是企业在市场经济条件下任何生产活动的风向标。 因此，政府建立低碳消费机制和政策优惠制度是促进建成低碳消费城市最直接的手段，长远来看，加强对青少年和老年人低碳生活理念的灌输尤为重要。 如在校园开展低碳生活主题教育或建设低碳校园生活活动，强化他们低碳生活意识。在市场方面，降低政府对低碳商品的税收，促进社会企业生产从“高能耗”转向“低碳化”模式。 同时，向社会宣传低碳产品的好处，组织停电和断电等实际操作经验活动，将低碳消费理念逐渐根植在公众的意识中。

(2) 完善相关立法工作，发展低碳经济，建设低碳森林城市

实现低碳森林城市不仅要有科学合理的森林绿地规划方案和低碳生活消费理念引导，还要有较为完备的相关法律制度和机制，形成自上而下的政策优惠制度。 在对科学技术、财政税收、高技术产业等方面健全财政鼓励和对市场经济保障的法律政策，促进低碳森林城市建设在济南市快速健康发展。

3.5 构建城市风道

一般来说，城市开放空间越窄，城市通风就越有限，风道缩小，绿色通风系统吸收高温和引导新鲜空气能力有限，形成了城市热岛效应的恶循环，直接导致城市用电用水紧张，导致额外的能源成本支出。而高温形成的上升气流会将大量的有害物质带入近地层大气，破坏大气环境。 因此，需要优化城市空间，建设城市风道，保证城市空气流通[18]。

构建城市风道将具有景观异质性的斑块或生态源与生态板块之间连接起来，为物种在不同生境之间的迁移和保护生境斑块内的生物多样性提供良好的生态廊道。 充分发挥能量流的运输功能。 城市景观建设应充分考虑和城市风道结合，为城市提供生态廊道和绿色通风廊道，使城市内空气流动进入良性循环。

城市风道建设应遵循的原则是：(1) 主风向走廊建设应连续进行，中间不应截断；(2) 将城市自行车道、城市漫步道、街道等整合并充分利用建成城市风道；(3) 在城市迎风方向取消高层建筑的建设，以利于风向的引导。

4 结论

建设低碳森林城市是发展低碳生态城市的重要支撑，是解决人与自然环境之间矛盾的重要手段。文章将自然各要素与人文因素综合考虑，以济南市现有森林资源为基础，重视低碳森林城市的空间结构，最大化发挥生态效益，逐步提高城市森林数量与质量，规划出符合生态要求、结构合理和功能完善的低碳森林城市，实现城市低碳发展。 主要结论如下：

(1) 以景观生态学、城市生态规划、可持续发展、人居环境科学以及城市森林学理论为基础，总结出了济南市低碳森林城市规划的3 大原则有：生态优先，以人为本；城乡一体，协调发展；突出特色，注重实效。

(2) 以“低碳泉城、森林城市”为规划指导理念，构建了覆盖范围广、绿地网络格局合理、生态效益较高的“一核两环、三廊四轴、多点棋布”的低碳森林城市规划方案。

(3) 提出了城市低碳森林营建、城市工业低碳调整、城市公交低碳规划、城市制度低碳规范和构建城市风道5 大低碳森林城市的建设对策。