基于碳氧平衡分析的吉泰走廊區(qū)域生態(tài)用地需求研究

■曾 翔 ■江西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江西 南昌 330077

1 引言

生態(tài)用地是指具有生態(tài)服務(wù)功能的各類(lèi)用地，是自然生態(tài)系統(tǒng)的載體，承擔(dān)生態(tài)系統(tǒng)的各種服務(wù)功能，包括氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保護(hù)、食物生產(chǎn)、材料生產(chǎn)等生態(tài)服務(wù)功能，是人類(lèi)生存和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。然而隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，以人口、產(chǎn)業(yè)集聚為特征的各類(lèi)建設(shè)用地的不斷擴(kuò)張使得以生態(tài)服務(wù)功能為主的生態(tài)用地面積逐漸減少，引起了一系列生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題，如水土流失、水體污染、生物多樣性減少等，給經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)挑戰(zhàn)。

在當(dāng)前城鎮(zhèn)化進(jìn)程中各類(lèi)建設(shè)用地需求不斷增加的壓力下，如何科學(xué)合理地確定生態(tài)用地?cái)?shù)量，正確處理建設(shè)用地與生態(tài)用地的需求矛盾，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然生態(tài)保護(hù)的關(guān)系重新走上協(xié)調(diào)發(fā)展的軌道，是保持可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)鍵。

有鑒于此，本文以吉泰走廊區(qū)域?yàn)槔?，?yīng)用碳氧平衡法通過(guò)對(duì)吉泰走廊區(qū)域碳氧供需情況的研究，進(jìn)而測(cè)算當(dāng)前以及目標(biāo)年的生態(tài)用地最小需求，為編制區(qū)域生態(tài)空間保護(hù)規(guī)劃中生態(tài)用地?cái)?shù)量的確定提供依據(jù)與參考。

2 研究區(qū)概況

吉泰走廊區(qū)域位于吉安市中部，范圍包括三縣四區(qū)(吉州區(qū)、青原區(qū)、井開(kāi)區(qū)、廬陵新區(qū)、吉安縣、吉水縣、泰和縣)下轄的8 個(gè)街道、29 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、6 個(gè)工業(yè)園區(qū)，是吉安市乃至江西省發(fā)展基礎(chǔ)較好，經(jīng)濟(jì)聚集度較高，發(fā)展?jié)摿^大的區(qū)域。2013 年吉泰走廊區(qū)域總面積2961 平方公里，占全市面積的11.7%;人口為129.24 萬(wàn)人，占全市人口的25.4%;GDP 達(dá)到561 億元，占全市的50.1%。

吉泰走廊區(qū)域處于吉泰盆地中部，以贛江干流為軸線向外擴(kuò)展，地貌依次呈平原、崗地、丘陵、山地等階梯狀分布。整個(gè)地勢(shì)東西高聳、中部低平，周邊擁有連綿環(huán)抱的山體、丘陵;以吉安縣的西垅山和青原山南面山麓為南北分界，北面以崗地為主，南面以平原、丘陵為主。

3 研究方法

3.1 碳氧平衡模型

碳氧供需包括碳排放與氧消耗、碳固定與氧釋放兩方面的內(nèi)容，前者主要指人類(lèi)活動(dòng)引起的排碳耗氧過(guò)程，后者主要指生態(tài)用地的固碳釋氧過(guò)程。根據(jù)國(guó)家土地利用分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)用地可分為耕地、園地、林地、草地、水域濕地五類(lèi)。碳氧平衡模型如下所示:

式中BC為碳平衡系數(shù);BO為氧平衡系數(shù);C排放為碳年排放量;C固定為碳年固定量;O消耗為氧年消耗量;O釋放為氧年釋放量。

當(dāng)BC與BO小于或等于1 時(shí)，則表示碳排放量能夠被生態(tài)用地完全吸收，氧釋放量能夠滿足當(dāng)?shù)氐男枨螅鷳B(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);當(dāng)BC與BO大于1 時(shí)，則表明生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于超負(fù)荷狀態(tài)，難以保持可持續(xù)的發(fā)展。

3.2 排碳耗氧計(jì)算

從排碳耗氧角度來(lái)看，區(qū)域內(nèi)的排碳耗氧活動(dòng)主要有煤炭的燃燒、原油的燃燒、天然氣的燃燒以及人口的呼吸，其他如排泄物的分解耗氧或是少量其他能源的燃燒在計(jì)算時(shí)暫不予考慮，其計(jì)算模型如表1、表2 所示。

表1 排碳量計(jì)算模型

注:1、標(biāo)準(zhǔn)煤含碳量【1】為80.990;標(biāo)準(zhǔn)煤含氫量【1】為2.820。2、原煤折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)【2】為0.7143kgce/kg;燃油折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)【2】為1.471kgce/kg;燃?xì)庹鬯銟?biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)【2】為1.241 kgce/m3。3、每人每天呼吸二氧化碳排放量【3】為0.900kg/人/天。

表2 耗氧量計(jì)算模型

3.3 固碳釋氧計(jì)算

固碳釋氧過(guò)程主要是通過(guò)植物的光合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同生態(tài)用地的植被生物量均有不同，其固碳釋氧的能力相應(yīng)也有差異(表3)。由于不同生態(tài)用地的固碳釋氧能力只與其地均凈生產(chǎn)量有關(guān)，而不同生態(tài)用地類(lèi)型地均凈生產(chǎn)量值一定，故可根據(jù)不同類(lèi)型生態(tài)用地的地均凈生產(chǎn)量比例將不同類(lèi)型的生態(tài)用地?fù)Q算成標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地(表3)，統(tǒng)一測(cè)算生態(tài)用地的年固碳釋氧量，計(jì)算模型見(jiàn)表4 所示。

表3 單位面積生態(tài)用地年固碳釋氧量與類(lèi)型折算系數(shù)表【4】

表4 固碳釋氧計(jì)算模型

3.4 生態(tài)用地需求測(cè)算

在對(duì)排碳耗氧與固碳釋氧的計(jì)算基礎(chǔ)上，根據(jù)碳、氧平衡公式(1)、(2)，分別推導(dǎo)出保持碳平衡和保持氧平衡所需的最小標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積計(jì)算公式。

保持碳平衡所需最小標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積計(jì)算公式

保持氧平衡所需最小標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積計(jì)算公式

根據(jù)IPCC 氣候變化報(bào)告，全球生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中所釋放的二氧化碳有1/3 進(jìn)入大氣，1/3 被海洋吸收，1/3 固定在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，因此公式(3)、(4)可改為(5)、(6)所示:

接下來(lái)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將保持區(qū)域碳平衡和保持區(qū)域氧平衡所需的最小標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積進(jìn)行比較，按照“木桶原則”和“最小因子定律”，取兩值中的最大值作為滿足區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小需求面積。

最后，根據(jù)吉泰走廊區(qū)域現(xiàn)狀各類(lèi)生態(tài)用地?fù)Q算成標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地后所占的比重，反推出為了滿足區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的各類(lèi)生態(tài)用地最小需求面積。

4 吉泰走廊區(qū)域生態(tài)用地需求測(cè)算

4.1 排碳耗氧量計(jì)算

4.1.1 排碳耗氧量現(xiàn)狀

根據(jù)吉泰走廊區(qū)域2013 年各相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(由于吉泰走廊區(qū)域范圍包括三縣四區(qū)的8 個(gè)街道、29 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、6 個(gè)工業(yè)園區(qū)，因此其相關(guān)數(shù)據(jù)根據(jù)吉安市及相關(guān)縣區(qū)統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算得來(lái))，按照表1、表2 進(jìn)行計(jì)算，2013 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧情況如下表所示:

表5 2013 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧計(jì)算表

4.1.2 排碳耗氧量預(yù)測(cè)

(1)人口預(yù)測(cè)。根據(jù)《吉泰城鎮(zhèn)群規(guī)劃(2013-2030)》，2030 年吉泰走廊區(qū)域的人口為202 萬(wàn)人。

(2)能源消費(fèi)總量預(yù)測(cè)。本文根據(jù)目標(biāo)年GDP 與單位GDP 能耗的變化來(lái)預(yù)測(cè)目標(biāo)年吉泰走廊區(qū)域能源消費(fèi)的總量。能源消費(fèi)總量測(cè)算公式如下:En=GDPn×em×(1-λ)(n-m)/10000

式中En 為目標(biāo)年能源消費(fèi)總量;GDPn為目標(biāo)年GDP 預(yù)測(cè)值;em為基期年單位GDP 能耗;λ 為單位GDP 能耗年均降低率。

在我國(guó)步入穩(wěn)步增長(zhǎng)期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”的大環(huán)境下，綜合考慮吉安市近幾年GDP 增速情況，設(shè)定2013 年—2020 年GDP 增速為12%，2020 年—2030 年增速為8%，則吉安市2030 年GDP 為5365億元;2013 年吉安市單位GDP 能耗為0.397 噸標(biāo)煤/萬(wàn)元GDP;根據(jù)《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》，我國(guó)十二五期間單位GDP 能耗消耗年均降低率約為3%，本文按3%作為基期年至目標(biāo)年期間單位GDP 能耗消耗年均降低率。

則2030 年吉安市能源消費(fèi)總量為

En=5365 億元×0.397 噸標(biāo)煤/萬(wàn)元GDP×(1-3%)(2030-2013)=1266.14 萬(wàn)噸標(biāo)煤

吉泰走廊區(qū)域作為吉安市的經(jīng)濟(jì)核心，江西省經(jīng)濟(jì)發(fā)展軸線的重要組成部分之一，其在吉安市的經(jīng)濟(jì)比重將不斷加大，假設(shè)至2030 年吉泰走廊區(qū)域GDP 占全市比重由2013 年的50%增長(zhǎng)至60%，則吉泰走廊區(qū)域2030 年能源消費(fèi)總量為759.68 萬(wàn)噸標(biāo)煤。

(3)各類(lèi)能源消費(fèi)量預(yù)測(cè)。2013 年吉安市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤炭為主，在整個(gè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭消費(fèi)比重為80%，石油比重為19.5%，天然氣比重為0.5%。

根據(jù)《BP 世界能源展望2035》對(duì)2035 年中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)，到2035 年我國(guó)煤炭消費(fèi)比重為51%，天然氣消費(fèi)比重達(dá)到12%，石油消費(fèi)比重為18%，非化石能源比重為19%。本文按照以上各類(lèi)能源消費(fèi)占比，作為2030 年吉泰走廊區(qū)域能源消費(fèi)的構(gòu)成，并以此測(cè)算各類(lèi)化石能源的消費(fèi)量。

表6 2030 年吉泰走廊區(qū)域各類(lèi)能源消費(fèi)量測(cè)算表

(4)排碳耗氧量預(yù)測(cè)?；谝陨系脑O(shè)定，對(duì)2030 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧量進(jìn)行測(cè)算，其結(jié)果如下表所示:

表7 2030 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧計(jì)算表

4.2 生態(tài)用地需求預(yù)測(cè)

4.2.1 生態(tài)用地現(xiàn)狀

根據(jù)2013 年土地利用變更數(shù)據(jù)，吉泰走廊區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有耕地77389公頃，園地3806 公頃，林地131620 公頃，草地4434 公頃，水域濕地14516 公頃，換算成標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積為201129.32 公頃。

表8 2013 年吉泰走廊區(qū)域生態(tài)用地一覽表

4.2.2 2013 年生態(tài)用地需求

根據(jù)吉泰走廊區(qū)域2013 年排碳耗氧情況，維持區(qū)域碳平衡所需的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小面積為:

A標(biāo)=(C排放/3)/C固定=198.77 ÷3 ÷9.03=7.34 萬(wàn)頃

維持區(qū)域碳平衡所需的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小面積為:

A標(biāo)=(O消耗/3)/O釋放=586.68 ÷3 ÷24.07=8.12 萬(wàn)頃

因此，2013 年保持區(qū)域碳氧平衡的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小需求面積為8.12 萬(wàn)公頃。

根據(jù)現(xiàn)狀各類(lèi)生態(tài)用地?fù)Q算成標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地后所占的比重，將標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小需求面積換算為各類(lèi)生態(tài)用地最小需求面積，結(jié)果如下表所示。

表9 2013 年吉泰走廊區(qū)域各類(lèi)生態(tài)用地最小需求面積

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，吉泰走廊區(qū)域最小生態(tài)用地需求面積遠(yuǎn)小于現(xiàn)有各類(lèi)生態(tài)用地面積，區(qū)域生態(tài)用地的固碳釋氧能力完全能夠維持區(qū)域自身的碳氧平衡。

4.2.3 2030 年生態(tài)用地需求

根據(jù)對(duì)吉泰走廊區(qū)域2030 年排碳耗氧情況的預(yù)測(cè)，維持區(qū)域碳平衡所需的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小面積為

A標(biāo)=(C排放/3)/C固定=516.35 ÷3 ÷9.03=19.06 萬(wàn)頃

維持區(qū)域碳平衡所需的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小面積為

A標(biāo)=(O消耗/3)/O釋放=1523.26 ÷3 ÷24.07=21.09 萬(wàn)頃

因此，2030 年保持區(qū)域碳氧平衡的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小需求面積為21.09 萬(wàn)公頃。

根據(jù)現(xiàn)狀各類(lèi)生態(tài)用地?fù)Q算成標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地后所占的比重，將標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小需求面積換算為各類(lèi)生態(tài)用地最小需求面積，結(jié)果如下表所示。

表10 2030 年吉泰走廊區(qū)域各類(lèi)生態(tài)用地最小需求面積

通過(guò)與2013 年現(xiàn)狀生態(tài)用地面積比較，2030 年吉泰走廊區(qū)域需增加各類(lèi)生態(tài)用地共12802 公頃，才能滿足保持區(qū)域碳氧平衡的最低需求。

5 結(jié)論與討論

(1)2013 年吉泰走廊區(qū)域生態(tài)環(huán)境良好，各類(lèi)生態(tài)用地的固碳釋氧數(shù)量遠(yuǎn)高于人類(lèi)活動(dòng)引起的排碳耗氧數(shù)量，區(qū)域現(xiàn)有各類(lèi)生態(tài)用地的數(shù)量滿足保持區(qū)域碳氧平衡的生態(tài)用地最小面積需求。

(2)隨著新型城鎮(zhèn)與工業(yè)化的加速發(fā)展以及人口的增加，吉泰走廊區(qū)域內(nèi)的排碳耗氧水平將大幅上升。經(jīng)預(yù)測(cè)，到2030 年區(qū)域內(nèi)的排碳量和耗氧量將分別達(dá)到516.35 萬(wàn)噸和1523.26 萬(wàn)噸。在優(yōu)化調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、倡導(dǎo)低碳消費(fèi)生活的前提下，保持區(qū)域碳氧平衡所需的最小標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積為21.09 萬(wàn)公頃，按現(xiàn)狀生態(tài)用地構(gòu)成換算為各類(lèi)生態(tài)用地的總面積為244567 公頃。也就是說(shuō)，至2030 年，為了保持區(qū)域碳氧平衡、保持區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，吉泰走廊區(qū)域的生態(tài)用地面積不得小于2445.67 平方公里，城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積不得大于515.33 平方公里。

(3)通過(guò)對(duì)吉泰走廊區(qū)域?qū)嵗难芯浚砻骰谔佳跗胶夥y(cè)算區(qū)域或城市的生態(tài)用地最小需求，確定保持可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)用地的數(shù)量“底線”，具有一定的可行性和可操作性。但由于碳氧平衡法在計(jì)算過(guò)程中忽略了研究的區(qū)域與周邊生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系，忽略了一些較小的排碳耗氧活動(dòng)以及難以取得數(shù)據(jù)的排碳耗氧活動(dòng)，如排泄物的分解耗氧、秸稈燃燒等，而且計(jì)算過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)均取自于現(xiàn)有的研究成果，未有針對(duì)特定區(qū)域的實(shí)證研究檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果存在一定的誤差，研究結(jié)果的準(zhǔn)確性仍有待于相關(guān)研究的發(fā)展。

［1］國(guó)家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心.煤物理特性和化學(xué)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)［EB/OL］.http://www.ccqtc.com，2010-08-15/2013-12-09.

［2］《綜合能耗計(jì)算通則》GBT2589-2008.

［3］楊士弘.城市綠化樹(shù)木碳氧平衡效應(yīng)研究［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，1996，9(1):37-39.

［4］張穎，王群，李邊疆，等.應(yīng)用碳氧平衡法測(cè)算生態(tài)用地需求量實(shí)證研究［J］.中國(guó)土地科學(xué)，2008，21(6):23-28.