低碳土地利用模式研究

趙榮欽,劉英,郝仕龍,丁明磊

（1.華北水利水電學院資源與環(huán)境學院,鄭州450011;2.鄭州航空工業(yè)管理學院土木建筑工程學院,鄭州 450015）

低碳經濟是近年來為應對氣候變化而提出的一種全新的經濟發(fā)展模式,受到了各國學術界和政府的普遍關注。國內外學者對低碳經濟發(fā)展模式[1-3]、低碳產業(yè)布局[4-5]和低碳城市模式[6]等都進行了相關的研究,以探索相應的低碳發(fā)展方式和轉型途徑。

實質上,經濟建設、產業(yè)布局、城市擴展和能源消費等人類活動都與土地利用密切相關,并最終都要落實在不同的土地利用方式上。因此,探索面向低碳的土地利用結構、規(guī)模和方式能在很大程度上降低人為碳排放的速率。近年來我國從土地利用的角度開展了碳排放調控的研究和實踐。如潘海嘯[7]從土地利用的角度論述了低碳城市空間布局的理念;中國城市科學研究會[8]將土地利用列為我國低碳城市規(guī)劃的三大指標之一,并對其目標層和準則層進行了具體的規(guī)定;國土資源部公益性行業(yè)項目[9]對我國土地利用的碳排放狀況進行了定量分析,認為土地利用結構優(yōu)化的碳減排潛力約為常規(guī)低碳政策的1/3。另外,國家低碳國土試驗區(qū)[10]的設立和建設,地方政府對低碳土地利用方式和低碳開發(fā)的支持[11]等,都為低碳土地利用的開展提供了理論指導和政策依據。本文嘗試從土地利用的角度,構建低碳土地利用研究的理論框架,為面向低碳經濟的土地利用規(guī)劃和布局提供參考。

1 土地利用的碳排放效應

土地利用/覆被變化是影響陸地生態(tài)系統碳循環(huán)的主要因素,也是僅次于化石燃料燃燒的大氣CO2濃度急劇增加的最主要的人為原因[12-13]。土地利用方式及其變化會直接或間接地影響自然及人為碳通量的強度,并進一步影響區(qū)域碳循環(huán)的過程和速率。據估計,土地利用變化導致的CO2排放為124 PgC,大約為1850-1990年以來化石燃料燃燒CO2排放的一半[14]。因此,土地利用變化對碳過程的影響成為目前全球變化和碳循環(huán)研究的核心問題[15-17]。國內外一些學者對土地利用變化的碳循環(huán)效應進行了研究,并取得了大量的研究成果[18-19]。但由于土地利用具有較大復雜性及空間異質性,土地利用變化對碳循環(huán)的影響程度、區(qū)域差異、碳源/匯[20]等問題仍存在較大不確定性。各種土地利用類型不僅具有一定的碳儲量,而且與大氣之間也存在著一定的碳通量。比如,建設用地本身有一定的碳儲存,如城市中的木質產品、有機物質等;同時受人類活動的影響,建設用地也與大氣之間存在大量碳的交換,如化石燃料燃燒等。各地區(qū)各種用地類型的碳儲量和碳通量具有較大的差異。

土地利用變化的碳排放效應表現在兩方面:一是土地利用方式變化帶來的工業(yè)碳排放、產品消耗碳排放及使用建筑材料帶來的間接碳排放;二是土地利用變化的非工業(yè)化碳排放,即地類轉化的碳排放效應。比如森林或草地轉化為城市用地,由于植物地上生物量會以CO2的形式釋放到大氣中,這種轉化表現為碳源[21]。因此,既要考慮土地利用變化帶來的直接和間接的碳排放,另外還要考慮土地利用方式轉換前后碳儲量的變化,由于各國家地區(qū)自然及社會經濟條件的差異,土地利用對碳排放的影響也具有較大的差異[22]。

不同土地利用方式碳排放效應有所差別。建設用地能在很大程度上增加碳排放,而林地碳匯則能補償人為能源活動的碳排放?？傮w來看,建設用地的碳排放強度達到55.8 t/hm2,其中工礦用地碳排放強度最大,達到196 t/hm2,而林地碳吸納強度為0.49 t/hm2,是重要碳匯[9]。另外,土地利用方式改變帶來的碳排放也有所差別,一般來說,林地轉化為建設用地、草地或農田會造成碳釋放;反之,退耕還林或土地復墾和整理則會增加碳匯。

2 低碳土地利用模式探析

為理清低碳土地利用的脈絡,本文從低碳土地利用的原則、模式和對策、目標等三個方面構建了低碳土地利用模式研究的理論框架。

圖1 低碳土地利用模式研究的理論框架

2.1 低碳土地利用的原則

結合循環(huán)經濟“減量化、再利用和再循環(huán)”的“3R”原則[23],在低碳土地利用中可進一步擴展為“5R原則”:

(1)減量化:嚴格控制土地供應,改變粗放型土地利用模式,控制建設用地的過快增長;增加森林覆蓋率和生態(tài)用地面積,增強土地利用的碳匯功能,提高固碳效率;減少單位土地的能源投入,用較少的能源投入獲得較大的經濟產出。(2)再利用:堅持耕地占補平衡原則,加強未利用地開發(fā);加強土地整理、整治和復墾,通過土地的再利用,提高土地生產力,增加農用地的固碳功能。(3)再循環(huán):加強農用地的循環(huán)可持續(xù)利用,避免掠奪性耕作造成的土地退化;加強土地節(jié)約集約利用,提高土地利用效率和能源使用效率。(4)再開發(fā):充分挖掘城鎮(zhèn)建設用地潛力,加強舊城改造;促進土地的再開發(fā)利用,避免城市的無節(jié)制擴張。(5)再修復:加強對污染土地和退化土地的生態(tài)修復,通過土地整治恢復退化土地系統的生產力。

2.2 低碳土地利用的模式和對策

陳從喜等[24]認為:建立低碳型土地利用方式,應從土地利用結構、規(guī)模、方式和布局等方面全面增強碳匯能力,減少或抑制碳排放的過快增長。結合這種觀點,本文從這4個方面建立低碳土地利用的模式和對策,并重點對若干低碳土地利用布局方式進行探討。

2.2.1 土地利用結構 從低碳化的用地結構來看,需要控制建設用地過快增長以及農用地、林地、濕地過快減少的趨勢[24]。具體可采用以下途徑:(1)植樹造林,增加森林覆蓋率和林業(yè)碳匯,以補償高碳土地利用方式的碳排放;(2)發(fā)展生態(tài)用地,提高生產性土地的比重;通過改善農耕方式增加土壤碳匯;培育生物燃料,降低化石能源的比重;(3)控制建設用地的過快增長,避免城市的無節(jié)制擴張,提高城市土地利用率;(4)合理規(guī)劃布局產業(yè)結構,避免因重復建設造成的土地浪費和過多的碳排放。

2.2.2 土地利用規(guī)模 要實現低碳化的用地規(guī)模,可采用以下模式:(1)發(fā)展規(guī)模適度的建設用地,避免低水平重復建設,堅持規(guī)劃引導,避免土地浪費。(2)保持合理的用地結構比例,維持區(qū)域的碳匯水平,保持較好的生態(tài)效益;(3)嚴格土地供應,保護基本農田,堅持耕地占補平衡,加強未利用地的開發(fā)。(4)盡量維持區(qū)域的協調發(fā)展和土地利用的協調布局,避免資源和產品大量運輸造成過度的交通碳排放,也可以降低交通設施的碳排放壓力。

2.2.3 土地利用方式 采取切實可行的利于碳減排的土地利用方式是開展土地低碳利用的前提。(1)促進土地節(jié)約集約利用,減少單位土地面積的能源投入,提高單位土地面積的各類要素投入效率,或用較少的能源投入獲得較大的經濟產出。減少乃至避免資源浪費、污染排放[24],這是土地低碳利用源頭控制的措施,即土地減量化;(2)盤活存量建設用地,降低城鎮(zhèn)土地閑置率,提高土地利用率,統籌考慮城鎮(zhèn)存量建設用地與增量建設用地;(3)加強未利用地的開發(fā)、加強土地整理、整治和復墾,通過土地的再利用,提高土地生產力,增加土地的固碳功能;(4)合理提高建筑密度、建筑容積率,增加投資強度[25],提高碳的生產率。

2.2.4 土地利用布局 從用地布局和組合的角度,形成高效、低消耗與低能耗的低碳循環(huán)性農業(yè),緊湊、有序、節(jié)能的緊湊型城市用地布局,產業(yè)關聯度高、資源循環(huán)利用、廢棄物排放最小化的生態(tài)工業(yè)園區(qū)用地布局,以及產業(yè)梯度結構合理、市場競爭有序、生態(tài)環(huán)境友好的戰(zhàn)略空間用地布局[24]。

(1)低碳循環(huán)型農業(yè)。低碳循環(huán)型農業(yè)是指通過農業(yè)生態(tài)系統物質的再循環(huán)利用,來提高農業(yè)生態(tài)效益和降低碳排放的一種農業(yè)生產方式。農田生態(tài)系統是一個開放系統,主要受人為因素控制。因此,人為能源的輸入是農業(yè)碳排放的主要來源,不同農業(yè)土地利用方式及其組合會帶來不同程度的碳排放強度。要發(fā)展低碳循環(huán)性農業(yè),可考慮采取以下對策:①生態(tài)農業(yè)模式。通過延長農業(yè)產業(yè)鏈,促進物質和農業(yè)產品的循環(huán)利用,在節(jié)約能源和原料的同時減少人為碳排放。②集約農業(yè)模式。從單位土地上獲得更多的農產品,提高土地生產率,同時通過集中經營,面向市場需求,減少重復生產并節(jié)約勞動力。(3)綠色農業(yè)模式。減少化肥和殺蟲劑等的使用,加強生態(tài)保護;促進秸稈還田和保護性耕作,推廣保護性耕作措施、秸稈還田和過腹還田,增加農田土壤碳貯存。(4)土地綜合治理模式。結合區(qū)域自然環(huán)境特點,對土地進行綜合整理和治理,在提高作物產量的同時最大程度發(fā)揮土地的生態(tài)功能。以上各種農業(yè)用地模式對于節(jié)地、節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)種,發(fā)展低碳農業(yè)具有重要意義。

(2)緊湊型城市。城市無節(jié)制擴展侵占了大量土地資源,也造成了能源的過度消耗和大量的碳排放。而緊湊城市以節(jié)地、節(jié)能和優(yōu)化布局的理念為城市土地低碳利用提供了具體的實現模式。①土地功能混合。城市土地功能混合有利于減少出行時間、交通距離和交通能耗,建設高密度住宅、辦公、學校、商店以及文化休閑服務的混合區(qū)域[26],可以大幅度降低由于城市框架過大、土地基礎設施擴展和建筑過程帶來的碳排放。②城市結構“分散化的集中”模式。一方面,公共交通連接減少了各中心之間的交通能源碳排放[27];另一方面,該模式比攤大餅式擴張具有較高的土地利用效率,能在很大程度上降低城市擴展帶來的碳排放,并且有利于發(fā)展城市組團之間的碳匯經濟,補償區(qū)域人為活動的碳排放。③合理利用資源和基礎設施。緊湊城市在充分考慮其服務半徑和服務性質的基礎上,從規(guī)模與布局上合理安排重點基礎設施項目以及生活、娛樂等市政設施[25],一方面避免了重復建設造成的碳排放,另一方面提高了能源、基礎設施和土地的利用效率[26]。④優(yōu)先發(fā)展公共交通。發(fā)展公共交通可以有效降低交通能源消耗,緩解交通堵塞、土地損耗、空氣污染等問題,還可以提高公共交通設施的利用效率,降低對道路交通用地的需求[25]。

(3)生態(tài)工業(yè)園。生態(tài)工業(yè)園是指以工業(yè)生態(tài)學及循環(huán)經濟理論為指導,使生產發(fā)展、資源利用和環(huán)境保護形成良性循環(huán)的工業(yè)園區(qū)建設模式[28]。其目的是盡量減少能源消耗和廢棄物排放。生態(tài)工業(yè)園區(qū)在很大程度上實現了土地的集約利用,并促進了工業(yè)用地的最優(yōu)化布局和再循環(huán)。生態(tài)工業(yè)園的低碳土地利用理念主要表現在:①通過產業(yè)集群,形成工業(yè)生態(tài)系統,避免了重復建設,減少了土地浪費,實現了土地資源的“減量化”。②生態(tài)工業(yè)園區(qū)物質能量的高效利用,有利于提升園區(qū)企業(yè)的整體效益。因此,在企業(yè)生產的層面實現了工業(yè)用地的高度集約化和較少的碳排放。③推行企業(yè)清潔生產,提高能源效率,通過節(jié)水、節(jié)能等措施,減少資源消耗和污染物的排放,提高了單位土地的碳生產率,降低了碳排放強度[29]。④通過環(huán)境綜合處理系統,各企業(yè)間通過廢棄物和能源的交換,既降低了廢棄物處理成本,又減輕了環(huán)境污染,促進了土地的循環(huán)和再生利用。⑤盡量考慮資源節(jié)約和物質循環(huán),盡可能地節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水,使用可循環(huán)建筑材料,生產過程中節(jié)約土地資源等[30]。

除以上三種土地利用布局模式之外,在用地布局中也可以積極探索各種形式的低碳土地利用方式,比如村鎮(zhèn)建設用地的規(guī)劃、空心村的治理、未利用地的開發(fā)和整治、低碳農業(yè)示范園等,進一步促進土地的低碳化利用。

2.3 低碳土地利用的目標

通過土地的低碳利用,要達到以下目標:(1)降低土地利用碳排放強度。通過單位土地上更少的投入,獲得更大的產出,并盡可能降低單位面積的碳排放,即實現土地的節(jié)約和集約利用。(2)增加土地利用的碳匯功能?？刂平ㄔO用地規(guī)模,增加生產性土地面積和陸地生態(tài)系統的固碳效率。(3)減少土地利用的能源消耗。降低土地利用的人為化石能源消耗,減少人為活動的碳排放。(4)形成低碳化的土地利用方式和布局。通過土地利用結構的優(yōu)化實現土地利用的碳減排和調控目標。

3 結論

本文從低碳土地利用的原則、模式和對策、目標等方面構建了低碳土地利用模式研究的理論框架,重點從土地利用結構、規(guī)模、方式和布局等方面提出了低碳土地利用的模式和對策。需要說明的是:(1)本文所指的低碳土地利用模式,并非要限制建設用地,而是要在適度控制建設用地的前提下,一方面提高建設用地的利用效率,另一方面盡可能增加土地利用的碳匯功能。(2)低碳土地利用須著眼于全國或區(qū)域尺度,比如對低碳產業(yè)布局而言,不能在降低某一區(qū)域碳排放的同時,卻間接增加了另一區(qū)域的碳污染,而應該從整體上降低土地利用的碳排放強度。

未來低碳土地利用研究應注意以下問題:(1)區(qū)域低碳土地利用路徑的差異研究。低碳土地利用模式具有較大的區(qū)域差異性和靈活性,因此,應結合區(qū)域土地利用的特點來探索低碳土地利用的具體實現方式和策略;(2)編制低碳土地利用規(guī)劃。在土地利用總體規(guī)劃中引入低碳評價指標,對土地利用的碳減排效應進行評價;(3)積極開展低碳國土實驗區(qū)的開發(fā)和建設。在國家低碳國土實驗區(qū)的基礎上,可進一步發(fā)展低碳經濟示范區(qū)、生態(tài)農業(yè)示范區(qū)和低碳產業(yè)園等,在不同層次和土地利用方式上探索低碳土地利用的模式;(4)低碳土地利用的綜合效益進行評價。土地利用一方面要考慮生態(tài)效益和碳減排效應,但也要考慮經濟效益的提高,這需要做進一步的評價和權衡,以找到兩者的最佳結合點。

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