蘇州市不同土地利用方式對(duì)碳排放影響的初步分析

孫艷，吳昕賢，徐恒省，李繼影

(1.蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 蘇州 215004;2.蘇州太湖國(guó)家旅游度假區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展局，江蘇 蘇州215166)

近年來(lái)，由于人類(lèi)活動(dòng)的影響，溫室氣體特別是CO2在大氣中的濃度大大超出了以往的任何時(shí)刻。而CO2等溫室氣體含量的過(guò)分增加造成的全球氣候變化如全球變暖等問(wèn)題已經(jīng)對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，溫室效應(yīng)已成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。在眾多的溫室氣體影響因素中，土地利用的變化對(duì)溫室氣體的排放起著重要的作用，是使大氣CO2濃度急劇增加的主要人為活動(dòng)［1－2］。不合理的土地利用會(huì)導(dǎo)致土壤儲(chǔ)碳以及植被含碳減少，使更多的碳釋放到大氣中去，導(dǎo)致大氣中的CO2濃度增加，從而加快了全球變暖的趨勢(shì)［3］。以蘇州市為例，討論不同土地利用方式對(duì)碳排放的影響，以期為相關(guān)減排決策的制定提供參考。

1 研究區(qū)域概況

蘇州市位于江蘇省東南部，地處119°55'—121°20'E，30°47'—32°02'N 之間，屬亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛。全市地勢(shì)低平，平原占總面積的55%，水網(wǎng)密布，土地肥沃，物產(chǎn)豐富。近年來(lái)，蘇州市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化水平不斷提高，屬于典型的快速工業(yè)化、城市化地區(qū)。而隨之而來(lái)的土地利用的變化也在加快，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)的影響越來(lái)越顯著，因此，研究區(qū)域不同土地利用方式對(duì)碳排放的影響具有重要意義。

2 研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究主要涉及的數(shù)據(jù)包括:2005—2010年，空間分辨率為30 m，能覆蓋蘇州全市的Landsat TM 5假彩色合成衛(wèi)星影像;來(lái)源于2006—2011年《蘇州統(tǒng)計(jì)年鑒》的每年全市能源消耗數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 遙感影像處理

在GIS系列軟件的支持下，對(duì)TM衛(wèi)星影像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、校正、配準(zhǔn)等處理，并對(duì)影像進(jìn)行解譯。參考國(guó)家土地資源分類(lèi)系統(tǒng)與編碼標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合野外實(shí)地核查，提取出不同的土地利用類(lèi)型，并計(jì)算出各地類(lèi)的面積。文中僅涉及幾個(gè)主要土地利用類(lèi)型:建設(shè)用地、耕地、林地、草地、水域。

2.2.2 碳排放估算

陸地生態(tài)系統(tǒng)中各類(lèi)植被是碳的主要吸收者，主要包括林地、草地、耕地、水域等生態(tài)系統(tǒng)。碳排放主要是由人類(lèi)活動(dòng)引起，主要包括能源消耗、工業(yè)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放，其主要的承載土地類(lèi)型為建設(shè)用地及耕地。因此文中主要討論建設(shè)用地、耕地的碳排放，以及林地、耕地、水域、草地的碳吸收。

建設(shè)用地的碳排放以土地利用過(guò)程中的能源消費(fèi)所產(chǎn)生的CO2進(jìn)行估算，估算公式為:

Ca= ∑Ti·δi

式中:Ca——建設(shè)用地碳排放量;Ti——第 i種能源消耗量;δi——第i種能源碳排放系數(shù)。

文中所涉及到的能源包括原煤、焦炭、洗精煤、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣和天然氣。各類(lèi)能源的標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)以及碳排放系數(shù)見(jiàn)表1 和表 2［4－5］。

表1 各類(lèi)能源的碳排放系數(shù)

表2 各類(lèi)能源的碳排放系數(shù) t/t標(biāo)煤

其他土地利用類(lèi)型的碳排放量計(jì)算公式為:

Cj= ∑Sj·εj

式中:Cj——第j種土地利用方式產(chǎn)生的碳排放量;Sj——第j種土地利用方式對(duì)應(yīng)的土地面積;εj——第j種土地利用方式的碳排放(吸收)系數(shù)。

耕地的碳排放主要體現(xiàn)為農(nóng)作物吸收空氣中的CO2后絕大多數(shù)會(huì)在短期內(nèi)又轉(zhuǎn)化為CH4釋放到空氣中去，因此耕地的凈碳排放主要考慮CH4的排放和對(duì)CO2的吸收兩者之間的差值［4］。根據(jù)已有的研究成果與相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)［4，7］，耕地的碳排放系數(shù)為42.900 0 g/(m2·a)，碳吸收系數(shù)為0.692 0 g/(m2·a)，林地、水域、草地的碳吸收系數(shù)分別為:5 770.0，25.7，2.1 g/(m2·a)。因文中研究區(qū)域僅限于蘇州市，地區(qū)氣候差異不顯著，因此不考慮不同區(qū)域同一土地利用方式碳排放(吸收)系數(shù)的差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 蘇州市不同土地利用方式碳排放變化分析

根據(jù)蘇州市2005—2010年土地利用數(shù)據(jù)以及能源消耗數(shù)據(jù)，采用上述方法計(jì)算出全市幾種主要土地利用方式的碳排放(吸收)量以及凈碳排放量(表3)。2005—2010年蘇州市碳排放量與碳吸收量對(duì)比見(jiàn)圖1。

表3 2005—2010年蘇州市主要土地利用方式的碳排放(吸收)量及凈碳排放量 104t

圖1 2005—2010年蘇州市碳排放量與碳吸收量對(duì)比

從圖1可以看出，2005—2010年蘇州市的碳排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吸收量，碳收支情況還是以碳排放為主。同時(shí)全市凈碳排放量呈逐年上升的趨勢(shì)(圖2)，2010年凈碳排放量比 2005年增長(zhǎng)了62.7%。這主要是由于城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)的飛速發(fā)展，土地利用方式發(fā)生了很大的變化，同時(shí)每年的能源消耗量也在逐年增加，帶來(lái)了大量的碳排放，造成了凈碳排放量的逐年增加。

圖2 2005—2010年蘇州市凈碳排放情況

從表3的計(jì)算結(jié)果可以看出，2005—2010年蘇州市建設(shè)用地的碳排放占碳源的絕對(duì)比重，是主要的碳源。隨著城市化進(jìn)程的加快，農(nóng)用地向非農(nóng)用地的轉(zhuǎn)變，建設(shè)用地的面積不斷增加，耕地的面積相對(duì)減少，耕地的碳排放量也在逐年減少。2005年，蘇州市耕地面積占全市土地面積的45.4%，到了2010年耕地面積的比重下降到了21.0%。建設(shè)用地的碳排放量也由2005年的2 399.262 2萬(wàn)t上升到了2010年的4 109.620 3萬(wàn)t，增加了63.4%。林地是主要的碳匯，2010年的林地碳吸收量比2005年有了很大的提升，是2005年的近2.5倍;蘇州市水域分布較多，且面積無(wú)較大變化，碳吸收量也保持穩(wěn)定;隨著耕地面積的減少，耕地的碳吸收量也在減少;草地的碳吸收量最少，雖然隨著草地面積的增加，碳吸收量也在逐年增長(zhǎng)，但因其碳吸收能力較小，基本可以忽略不計(jì)。

3.2 蘇州市不同土地利用方式碳排放(吸收)強(qiáng)度分析

從各類(lèi)主要土地利用方式的碳排放(吸收)強(qiáng)度來(lái)看，建設(shè)用地的碳排放強(qiáng)度最大，每增加1 km2，會(huì)增加 15 930.785 0 t的碳排放，每增加1 km2的耕地面積，會(huì)增加42.21 t的碳排放，而每增加1 km2的林地面積，可吸收碳5 770 t，每增加1 km2的水域面積，可吸收碳25.7 t。建設(shè)用地作為主要碳源，其碳排放強(qiáng)度是作為主要碳匯的林地碳吸收強(qiáng)度的2.8倍，是水域的619.9倍，是耕地碳排放強(qiáng)度的377.4倍，可見(jiàn)建設(shè)用地的變化是影響全市凈碳排放量的最主要因素［4，8，9］。因此，雖然蘇州市2010年林地面積的增加導(dǎo)致碳匯能力比2005年有了大幅度的提升，但因建設(shè)用地面積也有大幅度的增加，導(dǎo)致碳排放的增長(zhǎng)大于碳吸收，林地所增加的碳匯能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)難以抵消建設(shè)用地增加所帶來(lái)的碳源。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 減少碳排放的建議

4.1.1 構(gòu)建低碳土地利用體系

耕地是主要碳源，林地是主要碳匯，因此，植樹(shù)造林，增加森林覆蓋率，將毀林造田的土地進(jìn)行恢復(fù)，可使原來(lái)的碳源地轉(zhuǎn)化為碳匯地，有效增加碳吸收量。限制建設(shè)用地的過(guò)度擴(kuò)展，改善建設(shè)用地的結(jié)構(gòu)布局，提高土地的利用效率，促進(jìn)建設(shè)用地向節(jié)約型利用轉(zhuǎn)變，可避免建設(shè)用地在無(wú)序擴(kuò)張過(guò)程中所產(chǎn)生的碳排放。

4.1.2 發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)

加快生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，改進(jìn)耕作方式，進(jìn)行合理的作物輪作，選擇合適的作物品種，改進(jìn)施肥措施，能有效減少耕地的碳排放。

4.1.3 優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)與利用率

轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，加快從傳統(tǒng)的粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式向節(jié)約型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變，提高能源利用效率，減少煤炭在能源消耗結(jié)構(gòu)中所占的比重，大力開(kāi)發(fā)清潔能源的利用，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。

4.1.4 大力發(fā)展低碳低能耗產(chǎn)業(yè)

調(diào)整相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少第二產(chǎn)業(yè)中高能耗產(chǎn)業(yè)的比重，加快低碳低能耗的第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可有效減少全市的碳排放總量。

4.2 不足與展望

筆者僅根據(jù)有限的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出的結(jié)論，還存在一定的不足:衛(wèi)星影像的精度不高，對(duì)建成區(qū)內(nèi)的道路綠化及村莊邊的散落植被未能有效提取;文中的土地利用類(lèi)型并不全面，只涉及到幾種主要的土地利用類(lèi)型，且對(duì)二級(jí)土地利用類(lèi)型未展開(kāi)分析;文中提到的一些系數(shù)均為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些都會(huì)在一定程度上影響計(jì)算結(jié)果的精度。之后可以進(jìn)行以下方面的深入研究:(1)收集更詳實(shí)、精度更高的數(shù)據(jù)，盡量縮小研究結(jié)果與現(xiàn)實(shí)情況的誤差。(2)對(duì)區(qū)域內(nèi)的所有土地類(lèi)型進(jìn)行全面分析，完善不同土地利用類(lèi)型的碳排放量，為深入開(kāi)展區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)模型研究打下基礎(chǔ)。(3)通過(guò)模型模擬不同土地利用方式的碳排放結(jié)果，為區(qū)域節(jié)能減排方案的提出與生態(tài)市建設(shè)提供決策支持。

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