土地利用變化對(duì)碳排放的影響

曲福田 盧 娜，2 馮淑怡

(1．南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇南京210095;2．江蘇大學(xué)財(cái)經(jīng)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212013)

土地利用變化對(duì)碳排放的影響

曲福田1盧 娜1，2馮淑怡1

(1．南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇南京210095;2．江蘇大學(xué)財(cái)經(jīng)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212013)

大氣中溫室氣體濃度增加是人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。土地利用變化已成為僅次于化石能源燃燒的第二大溫室氣體排放源。本文在界定土地利用變化碳排放作用機(jī)制及內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，從農(nóng)用地向非農(nóng)用地轉(zhuǎn)換、農(nóng)用地內(nèi)部土地利用以及非農(nóng)用地內(nèi)部土地利用三個(gè)方面綜述了土地利用變化對(duì)碳排放的影響。農(nóng)用地向非農(nóng)用地的轉(zhuǎn)換會(huì)增加碳排放量。農(nóng)用地內(nèi)部土地利用變化方面，農(nóng)田轉(zhuǎn)換為森林或草地能夠使土壤和植被碳儲(chǔ)量增加，但是土壤碳匯集速率存在一定的差異;農(nóng)田、森林和草地管理措施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響目前還存在爭議，但基本觀點(diǎn)是合理的管理措施能夠減少碳排放量。非農(nóng)用地內(nèi)部土地利用變化方面，從能源消耗角度考慮，二產(chǎn)用地向三產(chǎn)用地轉(zhuǎn)換會(huì)減少碳排放量。因此合理組織土地利用對(duì)幫助我國實(shí)現(xiàn)碳減排承諾，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)有重要意義。

土地利用變化;碳排放;土壤碳儲(chǔ)量

氣候變化，特別是全球氣候變暖是當(dāng)今人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，是國際社會(huì)公認(rèn)的全球性環(huán)境問題。已有研究表明，化石燃料的大量燃燒和非持久性的土地利用等人類活動(dòng)由于改變了碳素循環(huán)的平衡性，導(dǎo)致大氣中CO2濃度升高，是造成氣候變暖的主要原因［1－2］。由于土地利用變化導(dǎo)致溫室氣體排放的作用機(jī)理更加復(fù)雜，不確定性因素更多，因此這一因素成為全球氣候變化研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。土地利用變化既可以發(fā)揮碳源作用，又可以發(fā)揮碳匯作用，但事實(shí)表明大多數(shù)的土地利用變化增加了向大氣中排放CO2的總量。1850－1990年間，土地利用變化導(dǎo)致124 Pg碳釋放到大氣中，約相當(dāng)于同期化石燃料燃燒釋放量的一半［3］。但是Lal認(rèn)為科學(xué)合理的土地利用和管理方式可以重新固定大約60% －70%已耗損的碳［4］，土地利用對(duì)減緩碳排放量的增加可以做出一定的貢獻(xiàn)。本文將在已有研究的基礎(chǔ)上，綜述不同的土地利用變化方式對(duì)碳排放的影響，以期為如何通過合理組織土地利用來增加碳匯功能，減緩碳排放提供參考依據(jù)。

1 土地利用碳排放作用機(jī)制及內(nèi)涵

土地利用碳排放作用機(jī)理目前還無統(tǒng)一的說法，但是可以依據(jù)已有的生態(tài)系統(tǒng)與碳素循環(huán)的相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié)。Houghton認(rèn)為陸地與碳素循環(huán)之間的關(guān)系可以分為兩大類:一類是影響呼吸、生長以及腐爛分解速率等生理代謝的機(jī)制，包含CO2濃度增加，氮沉降以及氣候變化等;另一類是恢復(fù)機(jī)制，包含土地利用和管理的變化對(duì)其的影響［5］。Campbell等認(rèn)為陸地與大氣之間碳的凈通量主要取決于兩個(gè)過程:一是土地利用和其他人類活動(dòng)引起的地表覆被的變化，包含森林砍伐、退耕還林、農(nóng)田管理等活動(dòng);二是自然干擾過程，包含CO2大氣濃度的升高、氮沉降和氣候變化等過程［6］。以上兩位學(xué)者關(guān)于陸地與碳素循環(huán)之間的作用機(jī)制雖然描述不完全一致，但是本質(zhì)是相同的。其中都包括土地利用與管理這一作用機(jī)制。賴力將土地利用碳排放機(jī)制分為三類:一是自然干擾機(jī)制;二是土地利用/覆被類型轉(zhuǎn)變機(jī)制;三是土地管理方式轉(zhuǎn)變機(jī)制［7］。楊景成認(rèn)為土地利用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳貯量的影響主要取決于生態(tài)系統(tǒng)類型(如森林生態(tài)系統(tǒng)、草地系統(tǒng)或農(nóng)田系統(tǒng)等)和土地利用方式(如耕作制度、種植制度和化肥投入等)的變化［8］。

土地利用/覆被變化可劃分為兩類:轉(zhuǎn)換(Conversion)與漸變(Modification)。轉(zhuǎn)換是指一種土地利用類型向另一種土地利用類型的改變，改變之后生態(tài)系統(tǒng)的物理環(huán)境和植被功能也發(fā)生變化，如林地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田或草地等;漸變則是指某種土地利用類型，其生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的變化過程，但是物理環(huán)境或植被功能不會(huì)發(fā)生完全的變化，如對(duì)森林進(jìn)行采伐、農(nóng)田施肥等農(nóng)田管理措施的變化。結(jié)合以上兩種土地利用變化類型，本文將土地利用碳排放機(jī)制細(xì)分為兩大類:土地利用類型轉(zhuǎn)換機(jī)制與土地利用類型保持機(jī)制(側(cè)重于土地管理方式變化引起的土地利用變化)。未包含自然干擾機(jī)制主要是因?yàn)樽匀桓蓴_過程不是土地利用的直接反映。

結(jié)合土地利用碳排放的作用機(jī)制，土地利用碳排放可分為土地利用類型轉(zhuǎn)換碳排放和土地利用類型保持碳排放，總稱為土地利用直接碳排放。土地是具有承載功能的，人類的活動(dòng)，包括經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城市擴(kuò)展和能源消耗等活動(dòng)都與土地利用密切相關(guān)，并且最終都要落實(shí)到不同的土地利用方式上［9］。因此將土地所承載的人類活動(dòng)引起的碳排放就歸納為土地利用間接碳排放。故土地利用碳排放可分為直接碳排放和間接碳排放兩大類，如圖1所示。土地利用直接碳排放與間接碳排放并不是完全不相關(guān)，兩者之間存在一定的交叉點(diǎn)，如直接碳排放類型中的二三產(chǎn)業(yè)用地配置變化引致的碳排放變化本質(zhì)上指的是建設(shè)用地所承載的不同產(chǎn)業(yè)對(duì)能源消耗的差異所引起的，即從土地利用類型考慮歸屬于直接碳排放，而從碳源角度考慮則歸屬于間接碳排放。

2 土地利用變化對(duì)碳排放的影響

土地利用和土地利用/覆被變化可以直接影響陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間溫室氣體交換及碳循環(huán)過程。本文將分別從農(nóng)地向非農(nóng)用地轉(zhuǎn)換、農(nóng)地內(nèi)部土地利用變化和非農(nóng)用地內(nèi)部土地利用變化對(duì)碳排放的影響三個(gè)方面對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行回顧總結(jié)。其中，農(nóng)地與非農(nóng)用地之間相互轉(zhuǎn)換對(duì)碳排放的影響包含直接碳排放和間接碳排放;農(nóng)地內(nèi)部土地利用對(duì)碳排放的影響主要是直接碳排放，另有部分間接碳排放，包含用地類型轉(zhuǎn)換和管理措施變化對(duì)碳排放的影響;非農(nóng)用地內(nèi)部土地利用對(duì)碳排放的影響主要是產(chǎn)業(yè)用地配置變化對(duì)能源消耗需求差異所引致的碳排放變化，歸屬于間接碳排放。

2．1 農(nóng)地向非農(nóng)用地轉(zhuǎn)換對(duì)碳排放的影響

我國快速的工業(yè)化和城市化進(jìn)程導(dǎo)致不斷有大量的農(nóng)用地，特別是耕地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地。在這一轉(zhuǎn)換過程中，植被大量減少，植被對(duì)空氣中碳的固化作用大大減弱;同時(shí)植被殘?bào)w也將排放大量碳素，土壤對(duì)有機(jī)碳的固化吸收作用也減弱，故農(nóng)用地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地將導(dǎo)致碳排放量的大幅度增加［10］。姜群鷗研究表明黃淮海平原耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移是造成植被碳儲(chǔ)量減少的主要原因［11］。也有學(xué)者認(rèn)為這一轉(zhuǎn)換過程是發(fā)揮碳匯作用的，如陳廣生等認(rèn)為農(nóng)田是碳源，城市(不包括城市森林和草地)無植被呼吸，即非工業(yè)化碳排放是零，因此我國的農(nóng)地非農(nóng)化過程可能會(huì)減少碳排放量，但這個(gè)結(jié)論目前還未有明確的證據(jù)［12］。因此在有證據(jù)支撐的情況下，從植被對(duì)碳的固化作用角度考慮，農(nóng)用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)換會(huì)直接造成大量的碳排放。

圖1 土地利用碳排放框架圖Fig．1 Carbon emissions by land use change

也有學(xué)者從能源消耗角度對(duì)比分析農(nóng)用地和建設(shè)用地兩種用地類型的間接碳排放量。盧娜研究結(jié)果表明2008年我國農(nóng)用地碳排放量僅占不同地類碳排放總量的1．84%;居民點(diǎn)用地及工礦用地和交通用地的碳強(qiáng)度分別為 33．64 t/hm2、47．81 t/hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于農(nóng)用地的 0．03 t/hm2［13］。李穎從宏觀角度分析了江蘇省土地利用方式變化的碳排放效應(yīng)，結(jié)果表明建設(shè)用地對(duì)碳排放貢獻(xiàn)率高達(dá)96%以上［14］。以上研究說明了農(nóng)用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致間接碳排放量的大量增加。

2．2 農(nóng)地內(nèi)部土地利用變化對(duì)碳排放的影響

2．2．1 森林、農(nóng)田、草地和濕地的相互轉(zhuǎn)換

(1)森林向農(nóng)田、草地轉(zhuǎn)換。森林生態(tài)系統(tǒng)是最大的陸地碳庫，在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。Houghton對(duì)大氣中由于土地利用/覆被變化導(dǎo)致的CO2增加的機(jī)理和貢獻(xiàn)率進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明森林的砍伐和森林向農(nóng)用地、草地的轉(zhuǎn)變都會(huì)導(dǎo)致CO2等溫室氣體由陸地生物圈向大氣中大量釋放，但CO2的釋放速率受人類利用方式的影響［15］。由于農(nóng)田耕種措施的采用加速了土壤有機(jī)質(zhì)的分解速率，故森林轉(zhuǎn)換為農(nóng)田后會(huì)有一定比例的土壤有機(jī)碳排放到大氣中，但是不同研究結(jié)果表明受農(nóng)田管理措施和作物種類的影響，該排放比例并不統(tǒng)一［16］。王義祥將森林向農(nóng)田轉(zhuǎn)化引起土壤有機(jī)碳損失的原因歸納為四點(diǎn):一是土壤有機(jī)質(zhì)更易于分解;二是呼吸作用和植物殘?bào)w分解增強(qiáng);三是物種改變使土壤中碳素分配比例降低;四是土壤易受到侵蝕而流失碳素［17］。因此森林向農(nóng)田轉(zhuǎn)換不僅會(huì)造成大氣中溫室氣體的增加，而且土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量也會(huì)有一定的損失。

在大多數(shù)情況下，森林的地上(植被)和地下(根系)生物量都是高于草地的，因此，森林向草地轉(zhuǎn)化的過程是碳排放的過程。但也有研究表明森林轉(zhuǎn)換為草地后，其土壤碳儲(chǔ)量并不是一直處于減少趨勢，大致8年以后草地表層土壤的碳含量能夠恢復(fù)到轉(zhuǎn)換前森林的土壤碳含量水平［18］。還有研究表明森林轉(zhuǎn)換為草地后，也有可能增加或減少土壤的有機(jī)碳庫，即土壤是發(fā)揮碳源作用還是碳匯作用主要取決于草地類型［19］、管理措施［20］及區(qū)域降水量和取樣深度［21］等。由此可看出有關(guān)森林向草地轉(zhuǎn)換對(duì)土壤碳儲(chǔ)量的影響還沒有一致的結(jié)論。

(2)農(nóng)田向森林、草地轉(zhuǎn)換。眾多研究表明農(nóng)田向森林、草地生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換有利于增加土壤、植被中的有機(jī)碳儲(chǔ)量。但是，碳在土壤中匯集的時(shí)間和速率差別很大，這與恢復(fù)植被的生產(chǎn)力和土壤物理、生物學(xué)狀況以及土壤有機(jī)質(zhì)輸入及物理干擾歷史有關(guān)［8］。我國眾多學(xué)者對(duì)退耕還林后土壤碳儲(chǔ)量變化進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明退耕還林初期，土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量表現(xiàn)出下降趨勢，隨后逐漸恢復(fù)甚至高于農(nóng)田土壤碳儲(chǔ)量［22－23］。有關(guān)耕地向草地轉(zhuǎn)換對(duì)土壤碳儲(chǔ)量影響的研究較少。Gebhart等發(fā)現(xiàn)美國中部平原地區(qū)的耕地轉(zhuǎn)換為草地之后，30 cm厚度土壤中有機(jī)碳含量增加 110 g/m2·a［24］。

(3)草地向森林、農(nóng)田轉(zhuǎn)換。草地轉(zhuǎn)換為耕地或林地后，地上部生物量與土壤層變化情況不盡相同。草地轉(zhuǎn)換為耕地后地上部生物量變化不大，但是土壤層由于受到人類活動(dòng)的干擾而遭到破壞，引起土壤耕作層碳損失。Wang等研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳流失主要發(fā)生在耕層30 cm深度，30 cm以下有機(jī)碳沒有變化［25］。

草地轉(zhuǎn)換為人工林地后，土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量在10年內(nèi)迅速降低，主要是由于造林過程中對(duì)土壤的干擾造成的，之后變化速度減緩并隨著地表植被和落葉等殘?bào)w的增加，其土壤碳儲(chǔ)量會(huì)不斷提高到林地土壤碳儲(chǔ)量水平［26］。在干旱、半干旱地區(qū)，由于人為干擾強(qiáng)烈、氣候變化或過度放牧等原因會(huì)造成大量木本植物在草地?cái)U(kuò)散，這個(gè)過程是一個(gè)比較緩慢，而且不易察覺的土地利用/覆被變化過程。草地向木本植物這種土地覆被類型轉(zhuǎn)化的后果是土壤養(yǎng)分和碳含量的空間異質(zhì)性增加，土壤碳含量發(fā)生變化。Houghton認(rèn)為木本植物入侵能夠增加植被碳儲(chǔ)量，估算結(jié)果表明由于木本植物入侵能夠使全球在20世紀(jì)90年代每年大約固碳0．04 Pg［27］。也有研究表明木本植物入侵能夠增加土壤碳儲(chǔ)量［28］或維持不變［29］。Jackson的研究卻出現(xiàn)相反的研究結(jié)果，他認(rèn)為木本植物入侵草地的過程中生態(tài)系統(tǒng)是發(fā)揮碳源作用的［30］?？梢钥闯?，草地被人為轉(zhuǎn)換為林地后其土壤碳儲(chǔ)量會(huì)增加;而被木本植物自然入侵后其土壤碳儲(chǔ)量的變化研究結(jié)論還不一致。

(4)濕地變化。濕地是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的碳庫之一，其碳儲(chǔ)量約占全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的10%［31］。資料表明，我國的CH4排放源主要來自稻田，約占全國CH4總排放量的一半［32］。有研究認(rèn)為濕地對(duì)CH4的釋放量不足以抵消其對(duì)CO2的吸收量，因此自然濕地系統(tǒng)是發(fā)揮碳匯功能的［33］。郝慶菊研究結(jié)果表明如果只考慮CH4和N2O兩種氣體的綜合增溫潛力，水田綜合增溫潛力占沼澤濕地的0．27－0．32，旱田綜合增溫潛力占沼澤濕地的0.05－0．24，即三江平原沼澤濕地開墾有助于降低溫室效應(yīng)［34］。由于濕地對(duì)CO2的吸收和CH4的排放過程較為復(fù)雜，故濕地是發(fā)揮碳源功能還是碳匯功能還存在較大的爭議。

2．2．2 農(nóng)用地管理措施變化

(1)森林、草地管理措施變化。森林的管理措施包含森林收獲、森林砍伐、森林恢復(fù)以及森林退化等。森林收獲在大多數(shù)情況下不會(huì)對(duì)土壤碳產(chǎn)生影響或影響很小，主要取決于植被類型［16］。Detwiler認(rèn)為森林的砍伐和燃燒不會(huì)導(dǎo)致土壤碳損失，有時(shí)還會(huì)使之增加，土壤碳減少的原因不是因?yàn)榭撤?，而是砍伐后土地的利用，如砍伐后變?yōu)檗r(nóng)田或草地［35］。Johnson總結(jié)了48個(gè)火燒后森林有機(jī)碳的變化，結(jié)果表明在10年后土壤有機(jī)碳增加，在短期內(nèi)則沒有影響［36］。在森林恢復(fù)過程中，固氮物種和化肥(氮肥、磷肥)的施用能夠顯著增加土壤碳匯集［37－38］。但是土壤碳匯集速率差異較大，主要是由恢復(fù)前耕種歷史及其空間異質(zhì)性引起的［39］。由于人類對(duì)森林資源的需求，使得原始林轉(zhuǎn)化為次生林，從而打破了原始林相對(duì)封閉的養(yǎng)分循環(huán)，使原始林面臨養(yǎng)分限制的威脅;同時(shí)這個(gè)轉(zhuǎn)化過程也會(huì)造成大量的碳排放到大氣中［40］。

世界范圍內(nèi)的草地多存在過度放牧和粗放管理等問題。許多研究表明草地的過度放牧和粗放管理造成大量土壤有機(jī)質(zhì)以CO2形式排放到大氣中［41］。由于草地的土壤有機(jī)質(zhì)含量是相當(dāng)可觀的，因此改善草地管理措施不僅能夠提高牧草產(chǎn)量，而且能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。

(2)農(nóng)田管理措施變化。農(nóng)田系統(tǒng)也是陸地生態(tài)系統(tǒng)一個(gè)重要的碳庫，除了土壤溫度、水分、光照、微生物等因素，農(nóng)田管理措施的變化對(duì)農(nóng)田系統(tǒng)溫室氣體排放和土壤碳儲(chǔ)量也有著較顯著的促進(jìn)或抑制作用。農(nóng)田系統(tǒng)CO2排放主要是通過土壤和植被的呼吸作用將植被通過光合作用固定的CO2排放到大氣中;在厭氧條件下，土壤有機(jī)碳以及一部分植被光合作用固定的碳則以CH4形式向大氣中釋放［42］。土壤有機(jī)質(zhì)至關(guān)重要，因?yàn)槠浼饶軟Q定作物產(chǎn)量，同時(shí)也是大氣CO2的源和匯。農(nóng)田管理措施通過改變土壤的溫度和濕度、根系生長狀況以及作物殘茬的數(shù)量和質(zhì)量來影響土壤有機(jī)質(zhì)的變化，從而影響土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量。本文將分別綜述耕作和施肥措施對(duì)溫室氣體排放和土壤碳儲(chǔ)量的影響。

保護(hù)性耕作核心內(nèi)容是指少、免耕和秸稈還田。一般認(rèn)為少免耕一方面由于節(jié)省燃料而能夠減少CO2釋放量;另一方面由于減緩了土壤有機(jī)質(zhì)的分解速率，導(dǎo)致土壤呼吸作用減弱從而減少CO2排放量［43］。但是美國德克薩斯州不同種植體系下耕作試驗(yàn)卻表明常規(guī)耕作轉(zhuǎn)為免耕后雖然可以使土壤碳儲(chǔ)量增加，但CO2釋放量與常規(guī)耕作相同甚至更多［44］。許多研究表明，較傳統(tǒng)耕作，保護(hù)性耕作減少了對(duì)土壤的擾動(dòng)，有利于土壤中CH4的氧化，從而能夠減少CH4的排放量。伍芬琳［45］、胡立峰［46］研究表明翻耕或旋耕都促進(jìn)稻田CH4排放，在無稻全年休閑地CH4排放通量最低。但Rex等的研究表明較深松和翻耕，玉米大豆輪作體系中，免耕排放了更多的CH4［47］?？傮w而言保護(hù)性耕作能夠降低碳排放量。

國內(nèi)外許多研究表明保護(hù)性耕作能夠增加土壤有機(jī)碳含量。Andreas對(duì)比分析了加拿大西部的35個(gè)少耕試驗(yàn)，結(jié)果表明土壤平均每年能夠多固定320±150 kg/hm2碳［48］。國內(nèi)的王成已等通過統(tǒng)計(jì)分析，表明長期保護(hù)性耕作，農(nóng)田表土有機(jī)碳含量總體呈上升趨勢;與少免耕相比，秸稈還田更有利于促進(jìn)表土有機(jī)碳積累［49］。另外合理輪作可以加速土壤碳匯集，在輪作中加入常綠牧草可增加土壤碳含量，且不同作物間的輪作對(duì)土壤碳匯集影響不同，如水稻連作土壤碳匯集高于水稻/玉米輪作［50］。但也有研究表明，免耕與少耕對(duì)提高土壤碳儲(chǔ)量作用不明顯［51］，特別是對(duì)深層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量影響不大［52］?？傮w而言，保護(hù)性耕作較傳統(tǒng)耕作能夠提高土壤碳儲(chǔ)量是得到廣泛認(rèn)同的。

有機(jī)肥和無機(jī)肥單施或配施對(duì)土壤CO2、CH4的排放都有顯著的影響。Jones觀測試驗(yàn)表明增施有機(jī)肥，土壤CO2排放量是不施肥的1．6倍［53］;但是 Richard的研究表明長期增施氮肥能夠降低土壤微生物的活性而減少CO2的排放［54］。長期單施化肥較有機(jī)無機(jī)肥配施相比，CO2排放強(qiáng)度提高了55% －85%［55］。CH4排放量大小受施入有機(jī)肥的C/N比影響較大，隨著含碳量和C/N比的降低而減少［56］。需要注意的是化肥生產(chǎn)是以燃燒化石燃料為代價(jià)的，每生產(chǎn)1單位的氮肥要釋放1－1．5單位的碳［57］。如果考慮化肥生產(chǎn)過程中對(duì)能源的消耗而產(chǎn)生的溫室氣體排放和化肥施用導(dǎo)致的溫室氣體排放，采用測土配方施肥技術(shù)由于減少了化肥施用量而能降低溫室效應(yīng)。如盧娜采用生命周期評(píng)價(jià)方法分析太湖流域生產(chǎn)1t水稻，較傳統(tǒng)施肥技術(shù)，采用測土配方施肥技術(shù)能夠?qū)厥倚?yīng)指數(shù)降低6．32%，且溫室氣體減少量主要來源于農(nóng)資階段化肥生產(chǎn)過程中對(duì)能源消耗的減少［13］。

化肥施用通過兩條途徑改變土壤有機(jī)質(zhì)動(dòng)態(tài)和碳儲(chǔ)量，一是能夠提高作物產(chǎn)量，增加土壤中作物殘茬等有機(jī)質(zhì)輸入，進(jìn)而提高土壤有機(jī)碳含量;二是影響土壤微生物量及其活性，加速作物殘茬的分解和土壤礦化的速度，降低土壤有機(jī)碳含量。但是微生物活性的提高促進(jìn)了作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而增加了作物殘茬和根有機(jī)質(zhì)的輸入。因此施肥能夠提高土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量，但如果過分依賴化肥，在提高土地利用強(qiáng)度的同時(shí)忽視了有機(jī)肥的施用，會(huì)使土壤肥力下降［58］。眾多研究表明有機(jī)肥和無機(jī)肥配施的土壤固碳潛力較大［59－60］。

許多研究認(rèn)為合理的管理措施是引起植被和土壤碳儲(chǔ)量增加的主要原因之一，是陸地生態(tài)系統(tǒng)未知“碳匯”的重要來源之一［61］。關(guān)于不同管理措施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)影響的研究結(jié)論不盡相同，但是基本觀點(diǎn)是合理的管理措施(如免耕、科學(xué)施肥等)能夠通過增加系統(tǒng)碳吸收量或減少碳損失量來固定更多的碳，從而減少碳排放量。

2．3 非農(nóng)用地內(nèi)部土地利用變化對(duì)碳排放的影響

本文所說的非農(nóng)用地主要指的是建設(shè)用地，其土地利用變化指的是二三產(chǎn)業(yè)用地配置變化。在變化過程中，其土壤和植被碳儲(chǔ)量受影響較小或幾乎不受影響，故較少考慮。由于我國還未公布二三產(chǎn)業(yè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)，因此目前還未有研究直接依據(jù)產(chǎn)業(yè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)來分析產(chǎn)業(yè)用地配置變化對(duì)碳排放的影響。一些學(xué)者通過問卷調(diào)查法［62］、土地用途產(chǎn)業(yè)類別法和原土地分類統(tǒng)計(jì)法［63］獲取產(chǎn)業(yè)用地?cái)?shù)據(jù)。受研究范圍和數(shù)據(jù)獲取的限制，以上方法的普適性不高。因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)用地的配置變化將直接導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，而不同用地類型所承載的不同產(chǎn)業(yè)的能源消耗水平是存在較大差異的，從而碳排放量也存在顯著差別。第二產(chǎn)業(yè)是我國的物質(zhì)生產(chǎn)部門，我國在工業(yè)化發(fā)展初期建立的高能耗、高污染、高排放的產(chǎn)業(yè)無疑是碳排放的主要來源，特別是重工業(yè)生產(chǎn);第三產(chǎn)業(yè)是非物質(zhì)生產(chǎn)部門，勞動(dòng)力使用高于生產(chǎn)資料的使用，對(duì)能源的消耗需求小于第二產(chǎn)業(yè)，并且對(duì)能源效率提高的貢獻(xiàn)較大，所以碳排放量較?。?4］。因此從能源消耗角度考慮，二產(chǎn)用地配置向三產(chǎn)轉(zhuǎn)移一定程度上是會(huì)降低碳排放量的。眾多學(xué)者從能源消耗角度間接分析產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)碳排放的影響。馬艷等通過理論模型與實(shí)證分析得出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是影響碳排放的重要因素之一［65］。魏楚等進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)以“退二進(jìn)三”為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整在一定程度上能夠改善能源利用效率，減少碳排放量［66］。盧娜研究表明“退二進(jìn)三”產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整可以降低碳強(qiáng)度，但是二產(chǎn)用地向三產(chǎn)用地轉(zhuǎn)換對(duì)降低處于不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段地區(qū)碳強(qiáng)度的貢獻(xiàn)是存在一定差異的，即不同地區(qū)不能只依靠“退二進(jìn)三”來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，還應(yīng)特別注重二產(chǎn)，特別是重工業(yè)能源利用效率的提高［13］?？傊?，從能源消耗角度考慮，二產(chǎn)用地向三產(chǎn)用地轉(zhuǎn)換會(huì)減少向大氣中的碳排放量，但對(duì)不同地區(qū)碳強(qiáng)度的影響是存在一定差異的。

3 結(jié)語

土地利用變化是僅次于化石能源燃燒，造成大氣中溫室氣體濃度增加的重要原因，對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)有顯著影響，因此其所受關(guān)注程度不斷增強(qiáng)，成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)。農(nóng)用地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換會(huì)增加碳排放量。我國目前正處于工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展階段，有大量的農(nóng)用地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，因此為減緩碳排放應(yīng)限制建設(shè)用地的過度擴(kuò)展。森林向農(nóng)田、草地轉(zhuǎn)化會(huì)造成植被溫室氣體的大量排放，但是受多因素限制，其土壤有機(jī)碳含量變化趨勢及速率不盡相同。農(nóng)田轉(zhuǎn)化為森林或草地會(huì)增加植被和土壤中的有機(jī)碳儲(chǔ)量，但是土壤碳匯集速率存在一定的差異。20世紀(jì)80年代以來我國實(shí)行的“退耕還林還草”政策，吸納了一定比例的人為源碳排放，為減緩碳排放量增加做出了一定的貢獻(xiàn)。關(guān)于農(nóng)田、森林和草地管理措施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響目前還存在爭議，但是基本觀點(diǎn)是合理的管理措施不僅能夠提高作物、林木或牧草的產(chǎn)量，而且可以穩(wěn)定，甚至增加土壤碳儲(chǔ)量，通過增加碳吸收量或減少碳損失量來減少碳排放量。從能源消費(fèi)角度考慮，二產(chǎn)用地碳排放量高于三產(chǎn)用地，因此“退二進(jìn)三”成為一些地區(qū)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，但是對(duì)不同地區(qū)的貢獻(xiàn)還是存在一定差異的。由于土地利用變化內(nèi)涵較為廣泛，目前已有研究多是從各自領(lǐng)域?qū)δ骋环矫娴耐恋乩米兓瘜?duì)碳排放的影響進(jìn)行分析，還缺乏一個(gè)系統(tǒng)的分析框架進(jìn)行全面深入的研究;另外由于人類活動(dòng)的復(fù)雜性，關(guān)于定量化研究管理措施對(duì)碳排放的影響較少，有待于今后開展長期的試驗(yàn)來進(jìn)行定量化研究。

作為負(fù)責(zé)任的大國，我國確定了“十二五”期間單位GDP能耗下降16%及單位GDP碳排放強(qiáng)度下降17%的目標(biāo)［67］。根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所的低碳情景設(shè)定，土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的碳減排潛力約為常規(guī)低碳政策的1/3［10］。在土地利用/覆被變化過程中，如果所有適當(dāng)?shù)墓芾泶胧┒寄軌驅(qū)嵤?，全球每年能夠增?．65－8．71 Pg碳固定(包括淡水和陸地生態(tài)系統(tǒng)的管理)［68］。因此土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和土地管理措施等土地利用變化對(duì)我國實(shí)現(xiàn)減排承諾，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)可以發(fā)揮至關(guān)重要的作用，不可忽視。

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［67］發(fā)改委:十二五期間碳減排指標(biāo)近期下發(fā)［EB/OL］．新京報(bào)，2011－03 －29．http://news．sina．com．cn/c/2011 －03 －29/015522196602．shtml． ［NationalDevelopmentand Reform Commission:The Carbon Emission Reduction Index of the Twelfth Five-Year Plan Period Will to be Send Down［EB/OL］．The Beijing News，2011－03 －29．http://news．sina．com．cn/c/2011 －03 －29/015522196602．shtml．］

［68］Metting F B，Smith J L，Amthor J S，et al．Science Needs and New Technology for Increasing Soil Carbon Sequestration［J］．Climatic Change，2001，51(1):11 －34．

Effects of Land Use Change on Carbon Emissions

QU Fu-tian1LU Na1，2FENG Shu-yi1
(1．College of Public Administration，Nanjing Agricultural University，Nanjing Jiangsu 210095，China;2．School of Finance and Economics，Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212013，China)

The increase of greenhouse gas in the atmosphere is now one of the greatest challenge to human beings．Following the burning of fossil fuels，land use change has become the second largest source of greenhouse gas emissions．This paper explored the mechanisms of carbon emissions caused by land use change and reviewed the effects of land use change，including the conversion of farmland to construction land，internal changes of land use in farmland and internal changes of land use in construction land on carbon emissions．The conversion of farmland to construction land increases carbon emissions．Regarding internal changes of land use in farmland，the conversion of cultivated land to forestland or grassland increases the carbon storage in vegetation and soil，while the rate of carbon accumulation in soil varies;the effects of cultivated land，forestland and grassland management practices on ecosystem carbon cycle are still under debate．However，it is generally recognized that appropriate management practices could reduce carbon emissions．Regarding internal changes of land use in construction land，from the perspective of energy consumption，the conversion of construction land used for the secondary industry to the tertiary industry reduces carbon emissions．Therefore appropriate land use is extremely necessary for achieving carbon emission reduction commitments and for developing low carbon economy in China．

land use change;carbon emission;soil carbon storage

X22

A

1002－2104(2011)10－0076－08

10．3969/j．issn．1002－2104．2011．10．012

2011－08－26

曲福田，博士，教授，主要研究方向?yàn)橘Y源經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展。

馮淑怡，博士，教授，主要研究方向?yàn)橘Y源經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展。

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“農(nóng)村發(fā)展中生態(tài)環(huán)境管理研究”(編號(hào):70833001);教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”(編號(hào):NCET－10－0494);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)“自主創(chuàng)新重點(diǎn)研究項(xiàng)目”。

(編輯:田 紅)