城市建設(shè)用地擴(kuò)展及其碳排放研究

劉海波　張裕廣

摘要：

城市建設(shè)用地擴(kuò)展是區(qū)域土地利用變化的一部分，是全球變化研究的重要組成部分。但近年來，城市建設(shè)用地的無節(jié)制擴(kuò)展致使土地資源使用與保護(hù)之間矛盾重重。

關(guān)鍵詞：城市建設(shè)用地；擴(kuò)展；碳排放；研究

人類活動是導(dǎo)致碳排放增加、氣候變暖的重要因素，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是化石燃料燃燒、水泥生產(chǎn)等能源和工業(yè)過程產(chǎn)生的碳排放；二是土地利用變化產(chǎn)生的碳排放。為此，深入了解城市土地利用與碳排放的關(guān)系對于緩解碳排放量和氣候變暖有著十分重要的意義。

一、城市建設(shè)用地擴(kuò)展

工業(yè)化和城市化作為城市的顯著特征，是任何一個國家或地區(qū)在建設(shè)現(xiàn)代化過程中必須經(jīng)歷的過程，而城市建設(shè)用地的快速擴(kuò)展始終貫穿于整個建設(shè)過程。近年來，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，城市發(fā)展的盲目性、規(guī)劃的無序性、擴(kuò)張侵占自然林地和湖泊水域造成的生態(tài)問題等日漸突出。目前，對于城市建設(shè)用地擴(kuò)展的相關(guān)研究主要集中在其驅(qū)動力上，通常利用時間序列數(shù)據(jù)或面板數(shù)據(jù)找出各個影響因素的驅(qū)動方向和驅(qū)動力度。

（一）城市建設(shè)用地擴(kuò)展的變量選取

為了確保數(shù)據(jù)的可連續(xù)性和獲得性，在選取城市建設(shè)用地擴(kuò)展的模型變量時，應(yīng)從以下四個方面入手：第一，CONL建設(shè)用地面積。該變量為被解釋變量，一般情況下把城市建成區(qū)面積作為衡量建設(shè)用地面積的指標(biāo)，主要包括城市行政區(qū)內(nèi)實際已開發(fā)建設(shè)、市政公用設(shè)施和公共設(shè)施基本具備的區(qū)域；第二，土地利用效率。它是由土地利用量和利用方式來決定的；第三，經(jīng)濟(jì)發(fā)展：PE（元），人均GDP在諸多衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展的指標(biāo)中是最能夠反映社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的指標(biāo)；四是人口規(guī)模：POP（萬人），它是衡量人口規(guī)模的重要指標(biāo)，在一定程度上反映了城市建設(shè)用地的承載能力。

（二）城市建設(shè)用地擴(kuò)展模型

城市建設(shè)用地的擴(kuò)展模型有分形模型、動力學(xué)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和元胞自動機(jī)模型等，每個模型在研究上都存在一定的優(yōu)勢。隨著網(wǎng)絡(luò)化和信息化的社會發(fā)展趨勢，人們通常將多智能體（MAS）與元胞自動機(jī)（CA）模型、GIS相結(jié)合的方式用于城市建設(shè)用地擴(kuò)展模擬研究中，也就是把土地利用的空間、時間變化相結(jié)合，對有效地預(yù)測土地利用變化趨勢、調(diào)整、優(yōu)化土地利用、合理而高效地利用有限土地資源具有重要意義。

二、城市建設(shè)用地擴(kuò)展的碳排放

（一）草地、林地、濕地等土地利用類型轉(zhuǎn)換碳排放

國內(nèi)外研究者對林地、草地、濕地等土地類型進(jìn)行了多方面實驗，發(fā)現(xiàn)該類土地類型的轉(zhuǎn)變通常引起區(qū)域碳儲量的減少。通過估算中國6大行政區(qū)林地、耕地和草地之間的對應(yīng)轉(zhuǎn)換面積，土壤有機(jī)碳密度的變化率不難發(fā)現(xiàn)，深度為30m和100m的土壤有機(jī)碳蓄積量都發(fā)生了損失。

（二）建設(shè)用地和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)碳排放

由于城市化進(jìn)程的加快、人口的迅速增長和各類建設(shè)用地面積的快速增長，導(dǎo)致了土地利用變化動態(tài)的逐漸提高。同時，耕地由大面積的森林和草原轉(zhuǎn)變得到，而耕地又被破壞改建為城市建設(shè)用地，整個過程導(dǎo)致了大量碳素從植物殘體中釋放出來，從而使土壤失去了農(nóng)植被的保護(hù)，另外，水土流失的加劇、耕作的不當(dāng)、沙漠化的嚴(yán)重等都促使土壤有機(jī)碳進(jìn)行了大量釋放。

（三）土地利用管理碳排放

土地利用管理涉及的內(nèi)容很廣，主要包括治理休耕、恢復(fù)水土流失、鹽堿化等退化土地、改良土壤、秸稈還田等，這些管理措施都可以有效地提高土壤的有機(jī)碳含量。但部分區(qū)域的土地管理會加劇土地的利用，導(dǎo)致濕地、荒草地面積大量減少，碳排放量也會隨之升高。除此之外，土地利用結(jié)構(gòu)與布局同樣會影響土地利用系統(tǒng)之間的生態(tài)環(huán)境，從而導(dǎo)致碳排放增加或減少，如用地結(jié)構(gòu)的不合理將使生物棲息地破碎，會破壞生物多樣性，進(jìn)而使土地生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)退化，降低了碳匯能力。

三、 城市建設(shè)用地擴(kuò)展及其碳排放研究的問題與措施

（一）存在問題

截至目前，人們在城市建設(shè)用地擴(kuò)展及其碳排放研究方面取得了顯著成效，但在實際研究過程中仍然存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是早期的建設(shè)用地規(guī)模預(yù)測模型具有空間信息表達(dá)不夠完整、時間信息不足、缺乏隨機(jī)性、城市擴(kuò)展過程的模擬簡單等不足，元胞自動機(jī)模型雖然能通過自下而上的思路表達(dá)城市空間的自組織性，但其具有不可移動性，對人為活動對建設(shè)用地變化影響考慮不足；二是大多數(shù)基于元胞自動機(jī)的土地利用模型在進(jìn)行土地利用變化模擬與預(yù)測時，針對各種土地利用類型的相互轉(zhuǎn)變均考慮相同的影響要素，如草地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值亍⒘值剞D(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地的影響因素被認(rèn)為是相同的，這顯然與事實不符；三是建設(shè)用地是重要的碳源，需要將土地利用變化的自然過程和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程統(tǒng)籌起來全面考慮其碳排放效應(yīng)。但目前國內(nèi)對于建設(shè)用地碳排放的研究主要集中在能源消費的碳排放核算方面，較少同時考慮土地利用變化產(chǎn)生的碳排放研究。

（二）優(yōu)化措施

建設(shè)用地包含居民地、工礦用地、交通用地等，不同的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對建設(shè)用地碳強(qiáng)度產(chǎn)生的影響具有較大的差異。其中，第二產(chǎn)業(yè)用地，如工業(yè)用地是能源消耗的主體，第三產(chǎn)業(yè)用地相對來說耗能較少，因此，地方政府在進(jìn)行節(jié)能減排規(guī)劃時多采用調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、以第三產(chǎn)業(yè)替代第二產(chǎn)業(yè)的方法。產(chǎn)業(yè)碳強(qiáng)度是建設(shè)用地碳強(qiáng)度的主要影響因素，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整時根據(jù)區(qū)域特點要采用不同的策略，如在實施“退二進(jìn)三”策略時，首要考慮地區(qū)的重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移過程中承擔(dān)角色。要降低建設(shè)用地的碳強(qiáng)度，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移區(qū)就必須側(cè)重降低產(chǎn)業(yè)碳強(qiáng)度，特別是第二產(chǎn)業(yè)碳強(qiáng)度，產(chǎn)業(yè)承接區(qū)應(yīng)側(cè)重提高產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入門檻，淘汰落后的高污染、高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)，這樣能在一定程度上提高產(chǎn)業(yè)的清潔生產(chǎn)水平。

四、結(jié)語

綜上所述，在城市建設(shè)步伐不斷加快的大環(huán)境中，只有不斷優(yōu)化建設(shè)用地的利用結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，才能有效降低城市建設(shè)用地擴(kuò)展過程中產(chǎn)生碳排放量。

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【作者單位：河南鄭州】