土地利用碳排放效應(yīng)及其低碳管理研究進(jìn)展

韓　驥，周　翔，象偉寧1華東師范大學(xué)上海市城市化生態(tài)過(guò)程與生態(tài)恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上?！?002412華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上?！?002413華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，上?！?00241

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土地利用碳排放效應(yīng)及其低碳管理研究進(jìn)展

韓驥1，2，*，周翔1，3，象偉寧1，2
1華東師范大學(xué)上海市城市化生態(tài)過(guò)程與生態(tài)恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200241
2華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海200241
3華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，上海200241

摘要:土地利用是造成全球溫室氣體排放量迅猛增長(zhǎng)的重要因素，但由于土地利用的碳排放在時(shí)間和空間上受社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與自然過(guò)程的共同作用，相對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)碳排放的過(guò)程和機(jī)制更加復(fù)雜，因此，其研究也越來(lái)越多地受到包括學(xué)者、政府決策者、企業(yè)、非政府組織等利益相關(guān)者的關(guān)注，并被諸多能源與生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外重大科學(xué)研究計(jì)劃列為核心內(nèi)容。通過(guò)對(duì)土地利用的直接和間接碳排放效應(yīng)及其低碳管理的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，較全面地對(duì)上述研究中已取得的成果以及尚存在的不足與挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)未來(lái)研究應(yīng)如何完善現(xiàn)有研究的不足提出了幾點(diǎn)展望，以期為科學(xué)編制低碳目標(biāo)導(dǎo)向的土地利用規(guī)劃提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐管理經(jīng)驗(yàn)，從而全面引導(dǎo)城市的低碳發(fā)展。

關(guān)鍵詞:碳排放效應(yīng);土地利用;低碳管理;研究進(jìn)展

韓驥，周翔，象偉寧.土地利用碳排放效應(yīng)及其低碳管理研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36(4):1152-1161.

Han J，Zhou X，Xiang W N.Progress in research on land use effects on carbon emissions and low carbon management.Acta Ecologica Sinica，2016，36(4): 1152-1161.

氣候變化因其危害的極端嚴(yán)重性，被視作全球面臨的十大環(huán)境危機(jī)之首，成為當(dāng)前科學(xué)界和國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題［1］。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)(IPCC)第四次評(píng)估報(bào)告指出，近50年全球氣候系統(tǒng)的快速暖化，主要是由人類活動(dòng)排放的二氧化碳、甲烷等溫室氣體的增溫效應(yīng)所致［2］。因此，減少溫室氣體排放成為人類減緩和適應(yīng)全球氣候變化的基本途徑，也是國(guó)際社會(huì)保護(hù)地球環(huán)境的共同責(zé)任和義務(wù)。

作為關(guān)聯(lián)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然生態(tài)環(huán)境的耦合系統(tǒng)，土地利用為開(kāi)展全球環(huán)境變化特別是人為碳排放研究提供了重要的綜合視角［3］。一方面，作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的自然載體，土地利用類型與管理方式的轉(zhuǎn)變是造成全球溫室氣體排放量迅猛增長(zhǎng)的重要因素。據(jù)相關(guān)學(xué)者研究估算［3-4］，1850—1998年間，土地利用及其變化引起的直接碳排放約占同期人類活動(dòng)影響總排放量的1/3，其在全球碳循環(huán)過(guò)程中的影響不容小視［3］;另一方面，作為人類生產(chǎn)生活碳排放(約占人類活動(dòng)影響總排放量的2/3)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)空間載體，土地利用自身雖不直接帶來(lái)此類碳排放，但它不僅為分析碳源的空間分布以及碳源間的空間相互作用提供了天然的研究框架，而且為從宏觀上調(diào)控社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)碳排放提供了重要的干預(yù)途徑［5］。因而，近年來(lái)從土地利用角度開(kāi)展人為碳排放核算、機(jī)理與緩減策略的相關(guān)研究不斷增多，但由于土地利用及其變化受經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、政治體制、文化觀念、技術(shù)狀況等人為因素以及地形、氣候、土壤等自然因素的共同作用與驅(qū)動(dòng)［6］，相對(duì)于自然生態(tài)系統(tǒng)碳排放的過(guò)程和機(jī)制而言，土地利用導(dǎo)致溫室氣體排放的內(nèi)在機(jī)制更加復(fù)雜、不確定性因素更多、空間特征更趨多樣，因此一直是全球變化研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一［3，7-8］。全面核算不同尺度土地利用產(chǎn)生的碳排放量、深入解析其內(nèi)在發(fā)生機(jī)理，并以此為基礎(chǔ)開(kāi)展低碳目標(biāo)導(dǎo)向的土地利用優(yōu)化調(diào)控工作，不僅有助于深入理解人類活動(dòng)與自然過(guò)程通過(guò)土地利用影響碳排放的內(nèi)在機(jī)制，同時(shí)能夠輔助從土地利用規(guī)劃、國(guó)土開(kāi)發(fā)整治等視角引導(dǎo)城市的低碳發(fā)展，因而已成為全球變化大背景下世界各國(guó)推行低碳經(jīng)濟(jì)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求。

為全面把握當(dāng)前國(guó)內(nèi)外土地利用碳排放研究的主要內(nèi)容及最新進(jìn)展，深入理解土地利用碳排放的內(nèi)在機(jī)理，以及人為碳排放的土地調(diào)控機(jī)制，本文對(duì)土地利用的碳排放效應(yīng)及其低碳管理研究進(jìn)行綜述，組織結(jié)構(gòu)如下:首先，依照研究尺度、主題內(nèi)容、模型方法等不同分類體系，從核算和機(jī)理兩方面總結(jié)國(guó)內(nèi)外土地利用直接和間接碳排放效應(yīng)研究的主要內(nèi)容和最新進(jìn)展;其次，從宏觀和微觀兩個(gè)層面綜述當(dāng)前低碳土地利用管理研究領(lǐng)域的研究進(jìn)展，前者側(cè)重于宏觀層面上以低碳目標(biāo)為導(dǎo)向的各種用地類型在數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間格局上的優(yōu)化配置，后者則主要指微觀層面上的土地利用增匯減排管理措施;最后，通過(guò)對(duì)上述研究中存在的不足與挑戰(zhàn)進(jìn)行總結(jié)，以期為科學(xué)編制低碳目標(biāo)導(dǎo)向的土地利用規(guī)劃和管理策略提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1　土地利用的碳排放效應(yīng)研究進(jìn)展

土地利用的碳排放效應(yīng)是指受人類社會(huì)干預(yù)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、生態(tài)或社會(huì)功能的土地向大氣中釋放產(chǎn)生碳的過(guò)程、活動(dòng)和機(jī)制［2］。由于作用機(jī)理不同，其排放可細(xì)分為直接和間接兩類，其中直接碳排放包括土地利用類型轉(zhuǎn)換(主要指導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)類型更替的土地利用變化，如采伐森林、圍湖造田、建設(shè)用地?cái)U(kuò)張等)帶來(lái)的排放以及土地利用類型保持(側(cè)重于土地管理方式的轉(zhuǎn)變，如農(nóng)田耕作、濕地旱化、種植制度改變等)的排放;間接碳排放則是指土地利用類型上所承載的人類活動(dòng)排放，包括聚居區(qū)的能源消費(fèi)碳排放、工礦用地承載的工業(yè)過(guò)程碳排放以及交通用地上的交通工具尾氣排放等，是不同類型土地上碳排放的空間強(qiáng)度和分布效果［5，7-8］。下面分別對(duì)土地利用直接和間接碳排放效應(yīng)的國(guó)內(nèi)外研究展開(kāi)綜述。

1.1土地利用的直接碳排放效應(yīng)研究

1.1.1土地利用直接碳排放效應(yīng)的核算研究

核算土地利用產(chǎn)生的直接碳排放量是評(píng)估土地利用自身的碳排放效應(yīng)、理解其內(nèi)在發(fā)生學(xué)機(jī)理并相應(yīng)開(kāi)展低碳優(yōu)化調(diào)控的基礎(chǔ)性工作，依照研究尺度，其可細(xì)分為國(guó)家、區(qū)域和城市層面的核算研究;而從核算采用的模型方法出發(fā)，則包括經(jīng)驗(yàn)參數(shù)模型、機(jī)理模型以及樣地清查法、遙感估測(cè)法等。

自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，國(guó)際上已在國(guó)家和區(qū)域尺度廣泛開(kāi)展了土地利用直接碳排放效應(yīng)的核算研究。在國(guó)家層面，以IPCC在1997年和2007年發(fā)布的《1996年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》和《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》最具影響力和權(quán)威性［2，9］。該指南總結(jié)了核算土地利用直接碳排放的方法框架和缺省參數(shù)，為把握世界各國(guó)溫室氣體排放量提供了重要參考;與此同時(shí)，聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約(UNFCCC)、國(guó)際能源署(IEA)和世界資源研究所(WRI)等先后發(fā)布了世界主要國(guó)家碳排放的歷史數(shù)據(jù)，極大推動(dòng)了世界范圍內(nèi)包括土地利用直接碳排放在內(nèi)的溫室氣體清單核算研究的發(fā)展［10-12］。中國(guó)自20世紀(jì)90年代起組織開(kāi)展了多項(xiàng)包括土地利用直接碳排放在內(nèi)的國(guó)家溫室氣體清單核算研究，如國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)應(yīng)對(duì)氣候變化司基于1994年和2005年情況編制并發(fā)布的官方溫室氣體清單《中華人民共和國(guó)氣候變化初始國(guó)家信息通報(bào)》［13］和《中華人民共和國(guó)氣候變化第二次國(guó)家信息通報(bào)》［14］，原國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和美國(guó)能源部聯(lián)合支持的《中國(guó)氣候變化國(guó)別研究》等［15］?？傮w來(lái)看，國(guó)家層面上的土地利用直接碳排放核算研究多采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)模型，并可依據(jù)清單編制的精細(xì)程度和實(shí)際的數(shù)據(jù)可獲得性進(jìn)行不同層次的溫室氣體清單核算，大大節(jié)省了核算工作量和數(shù)據(jù)需求。

在區(qū)域?qū)用?，一些學(xué)者沿用IPCC國(guó)家清單法對(duì)區(qū)域土地利用直接碳排放進(jìn)行了核算［16-17］，但由于IPCC核算體系中的缺省參數(shù)偏重于全球或國(guó)家層面土地利用的總體特征，難以反映不同區(qū)域自然條件、土地利用狀況及社會(huì)經(jīng)濟(jì)制度等的差異性和復(fù)雜性，因此國(guó)內(nèi)外大部分研究更側(cè)重于采用機(jī)理模型、樣地清查法、遙感估測(cè)法等核算土地利用的直接碳排放。近年來(lái)，一些學(xué)者以發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家為對(duì)象，采用基于植被-土壤-氣候相互關(guān)系的機(jī)理模型(如，簿記模型、MIAMI等過(guò)程模型，CENTURY等生物地球化學(xué)模型)模擬土地利用變化對(duì)森林、草地、土壤等生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)影響進(jìn)而核算它們所產(chǎn)生的碳排放量［8，18-19］，這類模型顯著提高了核算精度，但存在較大的區(qū)域差異性;一些學(xué)者在分析土地利用類型的基礎(chǔ)上，根據(jù)樣地清查法測(cè)算森林、草地、土壤的碳蓄積量［20-22］，進(jìn)而推算不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)間因蓄積量變化而產(chǎn)生的碳排放量，目前該方法是森林生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積和碳排放測(cè)算的主流方法，尤其是在北半球中高緯度地區(qū)，例如美國(guó)、加拿大、俄羅斯、中國(guó)、歐洲等均有自己的森林清查和土地利用變化的廣泛記錄，使得應(yīng)用生物量清單方法估算碳儲(chǔ)量和碳排放量成為可能;還有一些學(xué)者則利用衛(wèi)星遙感與地圖數(shù)據(jù)估算不同土地利用/覆被類型上的生物量進(jìn)而推算碳儲(chǔ)量及其歷史變化［23-24］，該方法可以對(duì)區(qū)域、國(guó)家、甚至全球尺度的碳儲(chǔ)量及其變化進(jìn)行估算，但是結(jié)果在很大程度上受土地利用/覆被數(shù)據(jù)的分類精度，以及碳密度參數(shù)選擇的影響。

在城市層面，由于城市系統(tǒng)的開(kāi)放性及受社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然系統(tǒng)共同作用的復(fù)雜性，核算其土地利用直接碳排放量的方法體系相對(duì)上述兩個(gè)尺度都尚不完善，僅有的一些成果也多見(jiàn)于發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)?？偨Y(jié)起來(lái)，該領(lǐng)域的研究工作主要包含以下兩個(gè)方面:一方面，有關(guān)土地利用直接碳排放的全面核算研究，北美、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家的城市在這方面起步較早，成果也較為豐富。有相當(dāng)數(shù)量的城市加入了名為地方環(huán)境舉措國(guó)際理事會(huì)(ICLEI)的非政府組織，使用其提供的溫室氣體評(píng)估和預(yù)測(cè)軟件全面核算城市溫室氣體排放。該軟件的優(yōu)點(diǎn)在于統(tǒng)一了溫室氣體排放部門(mén)的劃分和排放因子，支持不同城市間評(píng)估結(jié)果的比較，且在多倫多、紐約等城市得到很好的應(yīng)用［25-26］。但由于ICLEI軟件目前只對(duì)其會(huì)員城市開(kāi)放，而作為非會(huì)員的中國(guó)，現(xiàn)有的研究多數(shù)將IPCC的國(guó)家清單法和缺省參數(shù)直接用于城市層面的估算［27］，不確定性較大;另一方面，一些學(xué)者采用樣地清查法研究了土地利用對(duì)城市植被和土壤碳庫(kù)/碳收支的影響進(jìn)而推算城市自然組分變化所產(chǎn)生的碳排放量，例如Hutyra等［28］基于美國(guó)西雅圖都市區(qū)不同土地利用類型的碳密度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合1986年、2007年的土地利用/覆被分布數(shù)據(jù)，估算獲得了該地區(qū)因土地利用類型轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的碳排放量。中國(guó)在近些年也逐漸展開(kāi)了相關(guān)研究，然而從整體來(lái)看，這些成果多限于北京、上海、杭州等少數(shù)城市，而且樣地清查法由于成本較高只適合小尺度的研究，且結(jié)果往往不確定性較大、可比性較差［29］。近年來(lái)隨著微氣象學(xué)渦度相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得城市地表-大氣間CO2交換的直接觀測(cè)得以實(shí)現(xiàn)。但全球的相關(guān)監(jiān)測(cè)主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家，中國(guó)僅在近幾年在北京、上海等少數(shù)城市開(kāi)展了CO2通量的監(jiān)測(cè)［30-31］。

1.1.2土地利用直接碳排放效應(yīng)的機(jī)理研究

深入解析土地利用受人類活動(dòng)影響而直接向大氣中釋放產(chǎn)生碳的內(nèi)在機(jī)理，能夠?yàn)橹贫ǖ吞寄繕?biāo)導(dǎo)向的土地利用規(guī)劃和管理策略提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。由于土地利用-覆被變化可劃分為轉(zhuǎn)換與漸變兩類，因此這類研究可從土地利用類型轉(zhuǎn)換碳排放和土地管理方式轉(zhuǎn)變碳排放兩個(gè)方面進(jìn)行歸納。

土地利用類型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生碳排放的機(jī)理相對(duì)較為直觀，其主要通過(guò)林木采伐、植樹(shù)造林等活動(dòng)影響植物生物量、改變植被碳儲(chǔ)量，或者通過(guò)改變土壤有機(jī)物的輸入、改變小氣候和土壤條件來(lái)影響土壤有機(jī)碳的分解速率進(jìn)而改變土壤碳儲(chǔ)量［2-3］，多數(shù)情況下，土地利用類型的轉(zhuǎn)換同時(shí)對(duì)植被碳庫(kù)和土壤碳庫(kù)造成影響。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究主要關(guān)注城市用地?cái)U(kuò)張、農(nóng)業(yè)用地內(nèi)部轉(zhuǎn)化等主要土地利用轉(zhuǎn)換類型產(chǎn)生碳排放的機(jī)理。長(zhǎng)期以來(lái)，作為土地利用-覆被變化研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域［28］，城市化帶來(lái)大量工業(yè)碳排放的現(xiàn)象備受關(guān)注，但相對(duì)而言，城市用地?cái)U(kuò)張影響區(qū)域植被碳儲(chǔ)量和土壤碳儲(chǔ)量的現(xiàn)象卻很少引起關(guān)注［31］。近年來(lái)，這方面的相關(guān)研究逐漸增多，例如Hutyra等研究了美國(guó)西雅圖市不同土地利用開(kāi)發(fā)強(qiáng)度對(duì)植被碳儲(chǔ)量的影響，發(fā)現(xiàn)城市化導(dǎo)致單位面積植被碳密度呈現(xiàn)出從城市外緣向中心區(qū)梯度遞減的規(guī)律性［28］;Xu等采用樣地清查法研究了城市化對(duì)上海城市土壤有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳的影響，發(fā)現(xiàn)城市化后中心城區(qū)的土壤有機(jī)碳含量有所增加，而城市擴(kuò)展區(qū)的土壤有機(jī)碳減少［32］;楊慶媛等研究了城市化進(jìn)程中耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)換的碳排放效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)土壤對(duì)有機(jī)碳的固化作用、植被對(duì)大氣碳的固化作用均明顯減弱，同時(shí)植被殘?bào)w分解還會(huì)向大氣中釋放大量碳素，因此這種轉(zhuǎn)換表現(xiàn)為碳源［33］。農(nóng)業(yè)用地內(nèi)部轉(zhuǎn)化是另外一種全球范圍內(nèi)普遍發(fā)生的土地利用變化類型，其主要指自然或半自然覆被類型如森林、草地、農(nóng)田、濕地之間的相互轉(zhuǎn)化，具體來(lái)說(shuō)更為常見(jiàn)的是森林向農(nóng)田、濕地向農(nóng)田以及農(nóng)田向森林和草地的轉(zhuǎn)化。森林生態(tài)系統(tǒng)是最大的陸地碳庫(kù)，其面積的微小變化均可能引起全球陸地生態(tài)系統(tǒng)的較大變化，大多數(shù)情況下，由于森林生態(tài)系統(tǒng)的地上植被和地下根系生物量均顯著高于農(nóng)田，因此森林向農(nóng)田轉(zhuǎn)化的過(guò)程表現(xiàn)出顯著的碳源效應(yīng)［34］，Houghton等通過(guò)實(shí)證分析驗(yàn)證了森林砍伐特別是熱帶雨林地區(qū)的毀林開(kāi)荒現(xiàn)象造成大量溫室氣體由陸地生物圈釋放進(jìn)入大氣［3］;此外，森林向農(nóng)田轉(zhuǎn)化還會(huì)引起土壤有機(jī)碳的損失，王義祥等［35］通過(guò)文獻(xiàn)總結(jié)將其中原因歸納為兩點(diǎn)，一是理化環(huán)境改變導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)更易于分解，另一方面則是呼吸作用和植物殘?bào)w分解增強(qiáng);同時(shí)，Davidson等［36］通過(guò)分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，森林轉(zhuǎn)化為農(nóng)田全程將導(dǎo)致約30%的土壤有機(jī)碳釋放進(jìn)入大氣。反過(guò)來(lái)，一些學(xué)者著重研究了退耕還林、還草等宏觀環(huán)境保護(hù)政策的碳增匯效果，認(rèn)為工程區(qū)內(nèi)自然環(huán)境的改善與植被的恢復(fù)和再生長(zhǎng)顯著提高了植被和土壤的固碳能力，如方精云等［24］基于森林草場(chǎng)清查資料估算了我國(guó)近20年的陸地植被碳匯動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)退耕還林政策實(shí)施以來(lái)，我國(guó)森林面積增長(zhǎng)22.6%，由此新增固碳能力達(dá)1.6 Pg C;而Poeplau等［37］通過(guò)分析歐洲不同類型土壤的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)耕地變?yōu)樯?、耕地變?yōu)椴莸厮黾拥钠骄寥烙袡C(jī)碳儲(chǔ)量分別為(21±13)mg/hm2、(18±11)mg/hm2。濕地旱化也是此類研究的一大熱點(diǎn)。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要碳庫(kù)，雖然濕地生態(tài)系統(tǒng)的碳源/匯關(guān)系仍存在較大爭(zhēng)議［32］，但公認(rèn)的是如果其遭到破壞或轉(zhuǎn)化為其他土地利用/覆被類型(主要為農(nóng)田)，將會(huì)產(chǎn)生大量碳排放，主要原因是濕地旱化過(guò)程中，由于厭氧環(huán)境逐漸消失，濕地表層土壤中的大量有機(jī)物加速分解，從而釋放產(chǎn)生大量的碳進(jìn)入大氣。

土地管理方式轉(zhuǎn)變碳排放指特定土地利用類型(側(cè)重于農(nóng)業(yè)用地)的經(jīng)營(yíng)管理方式轉(zhuǎn)變所驅(qū)動(dòng)的碳排放。由于不同土地利用類型承載著各自相應(yīng)的經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)，其產(chǎn)生碳排放的內(nèi)在機(jī)制存在較大差異，因此可從用地類型視角梳理總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，以下選取農(nóng)田與森林這兩種主要的農(nóng)業(yè)用地類型作簡(jiǎn)要闡述。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)受人類活動(dòng)的影響最為劇烈，管理措施的變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放有著顯著的促進(jìn)或者抑制作用［38］，而這種作用主要體現(xiàn)于對(duì)農(nóng)田土壤碳庫(kù)的影響。Paustian等［39］研究認(rèn)為，農(nóng)田土壤碳排放是氣候、人為干擾與土壤生物、物理、化學(xué)性質(zhì)等復(fù)雜作用的結(jié)果，其本質(zhì)上受微生物周轉(zhuǎn)速率及酶對(duì)土壤有機(jī)物的作用控制;曹湊貴等［40］研究了不同稻田管理措施對(duì)土壤碳排放的影響，發(fā)現(xiàn)不合理的灌溉、施肥與耕作方式將影響土壤微環(huán)境，改變土壤微生物活性和酶促反應(yīng)的底物濃度，進(jìn)而促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和土壤碳排放。齊玉春等［41］系統(tǒng)總結(jié)了灌溉對(duì)農(nóng)田土壤碳儲(chǔ)量的影響，認(rèn)為其主要通過(guò)改變土壤有機(jī)質(zhì)分解速率、微生物生物量及其活性、根系生物量等影響土壤碳排放強(qiáng)度;此外，Morugan-Coronado等［42］、Liu等［43］還分別研究了不同灌溉頻率和灌溉量對(duì)土壤呼吸和碳儲(chǔ)量的影響。不同耕作方式如翻耕、免耕等，主要通過(guò)改變土壤與空氣的接觸面積或氣體在土壤空隙中的擴(kuò)散速率來(lái)影響農(nóng)田土壤碳排放。Govaerts等［44］通過(guò)大量文獻(xiàn)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)情況下免耕較傳統(tǒng)翻耕顯著增加了土壤表層的有機(jī)碳含量，且長(zhǎng)期免耕更有利于土壤有機(jī)碳的積累。不同施肥方式同樣對(duì)農(nóng)田有機(jī)碳含量具有重要影響，如呂國(guó)紅等［45］對(duì)比分析了無(wú)機(jī)肥、有機(jī)肥以及無(wú)機(jī)肥秸稈、無(wú)機(jī)肥有機(jī)肥等配施方式對(duì)農(nóng)田土壤有機(jī)碳的影響，發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥配施最有助于提高土壤有機(jī)碳含量。

作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林較其他生態(tài)系統(tǒng)具有更高的生物量和生長(zhǎng)量，因此對(duì)減緩氣候變化具有重要作用［46］，而關(guān)于經(jīng)營(yíng)措施如何影響森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力，已成為全球變化研究領(lǐng)域的前沿課題。森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)主要由森林植被、凋落物和土壤有機(jī)質(zhì)三部分組成，而影響它們的主要經(jīng)營(yíng)管理措施包括樹(shù)種選擇、延長(zhǎng)輪伐期、施肥等［47］。大量研究表明，選擇生長(zhǎng)速率快、壽命長(zhǎng)的樹(shù)種造林，是提高森林固碳量的最有效途徑［48］。王祖華等通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，闊葉林的年固碳量分別是杉木林和馬尾松林的4.48和4.57倍［46］，且如果按樹(shù)種的耐陰程度、演替次序等屬性進(jìn)行混合配置造林，固碳效率將會(huì)進(jìn)一步提高;樹(shù)種選擇也會(huì)影響森林土壤的有機(jī)碳儲(chǔ)量。Jandl等［49］、Schulp等［50］的研究均表明闊葉林的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量明顯高于針葉林，這是由于森林土壤的有機(jī)碳主要來(lái)源于凋落物分解和根部的周轉(zhuǎn)，闊葉林在生長(zhǎng)過(guò)程中能夠分配較多的生物量到根部，因此土壤碳儲(chǔ)量較高;而針葉林的凋落物中含有較多難以分解的物質(zhì)，使其分解速率減緩，導(dǎo)致土壤碳儲(chǔ)量較低。延長(zhǎng)輪伐期主要通過(guò)改變木材蓄積量影響植被碳儲(chǔ)量［46］，其理論基礎(chǔ)在于林木生長(zhǎng)存在一個(gè)“頂點(diǎn)”，在這頂點(diǎn)之前林分的生產(chǎn)力逐年提高，但越過(guò)頂點(diǎn)之后，其生長(zhǎng)速率開(kāi)始下降，固碳效率也隨之下降［51］。當(dāng)前，許多地區(qū)在林木遠(yuǎn)未到達(dá)“生長(zhǎng)頂點(diǎn)”之前便進(jìn)行采伐，導(dǎo)致林木應(yīng)有的固碳潛力未得到充分利用，因此一些學(xué)者［49，51］建議未來(lái)應(yīng)當(dāng)通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)輪伐期以增加林分的固碳量。施肥影響森林枯枝落葉層和土壤有機(jī)碳含量的機(jī)制較為復(fù)雜，目前尚無(wú)定論，但基本觀點(diǎn)是適量施肥能夠提高林木的生長(zhǎng)量和凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力［46］。

1.2土地利用的間接碳排放效應(yīng)研究

1.2.1土地利用間接碳排放效應(yīng)的核算研究

土地不僅是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的自然載體，更是人類生產(chǎn)生活碳排放的社會(huì)經(jīng)濟(jì)空間載體［5］。對(duì)不同類型土地上所承載的人類活動(dòng)碳排放研究，主要包含兩方面的工作。一是對(duì)人類活動(dòng)碳排放的核算研究。這類研究主要依賴人類活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如能源活動(dòng)、工業(yè)過(guò)程和產(chǎn)品使用、廢棄物處理等。由于能源活動(dòng)排放和工業(yè)過(guò)程和產(chǎn)品使用排放占所有人為碳排放的70%—90%以上［52］，且大多發(fā)生在城市建設(shè)用地上，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類生活需求、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)，此外，很多國(guó)家在國(guó)家-區(qū)域?qū)用嫔隙加休^詳細(xì)的分行業(yè)以及分燃料類別的能源供給和消費(fèi)數(shù)據(jù)，因此國(guó)內(nèi)外大部分研究主要針對(duì)此類排放展開(kāi)，研究尺度也多集中于國(guó)家和區(qū)域。近期的研究有利用IPCC指南方法結(jié)合能源平衡表核算能源活動(dòng)的CO2排放量，并在此基礎(chǔ)上分析其區(qū)域間的轉(zhuǎn)移、影響因素、區(qū)域差異、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和居民生活方式變化對(duì)排放的影響等［53-54］。還有分析單個(gè)行業(yè)(如工業(yè)、制造業(yè)、電力、交通等)碳排放的區(qū)域特征、未來(lái)變化情景和區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的宏觀調(diào)控效果等［55-56］。另一方面的研究工作則是在上述碳核算研究成果的基礎(chǔ)上，分析不同土地利用類型的碳排放強(qiáng)度。例如，趙榮欽等［57］和Chuai等［58］分別對(duì)中國(guó)的農(nóng)業(yè)、生活與工商、交通、漁業(yè)與水利等產(chǎn)業(yè)空間的碳排放強(qiáng)度進(jìn)行了核算，發(fā)現(xiàn)生活及工商業(yè)、交通產(chǎn)業(yè)空間的碳排放強(qiáng)度較高;張秀梅等［59］通過(guò)分析江蘇省的建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度在1997—2006年間的變化，發(fā)現(xiàn)碳排放強(qiáng)度與人均GDP呈倒U型曲線關(guān)系;Ali等［60］在對(duì)巴基斯坦Lahore地區(qū)過(guò)去40年間能源消耗、碳排放、土地利用的特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)土地利用尤其是城市用地的擴(kuò)張與碳排放和能源消耗量成正相關(guān);Zhang等［61］在對(duì)深圳市2000—2008年碳源碳匯進(jìn)行核算的基礎(chǔ)上，分析了建設(shè)用地和交通用地的碳排放強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度值呈逐年遞增的趨勢(shì)。整體來(lái)看，這類碳源碳匯空間強(qiáng)度研究仍停留在土地利用與能源活動(dòng)碳排放的關(guān)聯(lián)性分析以及時(shí)空特征的簡(jiǎn)單描述等層面，對(duì)于低碳土地利用規(guī)劃和管理決策的實(shí)際指導(dǎo)性不強(qiáng)。

1.2.2土地利用間接碳排放效應(yīng)的機(jī)理研究

國(guó)內(nèi)外有關(guān)土地利用間接碳排放效應(yīng)的核算研究已有大量論述，但到目前為止，對(duì)于土地利用如何受人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)從而導(dǎo)致土地利用間接碳排放變化的機(jī)理性研究還十分缺乏。由于城市區(qū)域僅占全球陸地面積的2.4%，但卻承載了全球80%的溫室氣體排放［62］，因此這方面僅有的少數(shù)研究主要關(guān)注城市和區(qū)域尺度上城市化對(duì)區(qū)域碳收支的作用機(jī)理。Canan等［63］認(rèn)為城市化過(guò)程對(duì)區(qū)域碳收支的影響體現(xiàn)在直接驅(qū)動(dòng)力和潛在驅(qū)動(dòng)力兩方面。直接驅(qū)動(dòng)力包括城市化帶來(lái)的土地利用變化造成的森林砍伐和農(nóng)業(yè)用地減少等產(chǎn)生的碳排放以及能源消費(fèi)碳排放，而潛在驅(qū)動(dòng)力則包括人口、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、制度和文化等人文因素。一些學(xué)者嘗試從形態(tài)學(xué)角度研究城市用地空間布局對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)碳排放的影響，如Ou等［64］基于我國(guó)主要一線城市的土地利用、交通網(wǎng)絡(luò)與能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，采用空間面板數(shù)據(jù)回歸模型定量研究了社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)碳排放與城市用地規(guī)模、空間布局模式以及景觀破碎度之間的關(guān)系，得到了三點(diǎn)重要發(fā)現(xiàn):一是城市用地規(guī)模與人為碳排放量之間呈顯著正相關(guān)性，這可以解釋為隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，其承載的產(chǎn)業(yè)和人口規(guī)模也隨之大幅增長(zhǎng)，同時(shí)由于我國(guó)目前的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)仍以工業(yè)為主，能源利用效率較低，由此產(chǎn)生的能源消費(fèi)、工業(yè)生產(chǎn)以及廢棄物處理等的碳排放量巨大［64-65］;二是城市景觀破碎度與人為碳排放量之間同樣具有顯著的正相關(guān)性，Ou等［64］認(rèn)為主要原因是城市組團(tuán)的離散分布導(dǎo)致組團(tuán)之間人流和物流的往來(lái)更多地依賴于交通工具，導(dǎo)致交通部門(mén)的碳排放量顯著增長(zhǎng);三是單中心城市空間布局模式的碳排放效應(yīng)較多中心模式弱，可能的原因是大規(guī)模的城市中心組團(tuán)能夠提供更全面、豐富的社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能，從而降低市民、企業(yè)等實(shí)體獲取相應(yīng)服務(wù)所需克服的空間阻力［65］。此外，還有一些學(xué)者研究了城市職住空間分布對(duì)市民交通出行碳排放的影響，如孫斌棟等［66］采用就業(yè)-居住空間均衡指數(shù)對(duì)上海進(jìn)行了實(shí)證分析，發(fā)現(xiàn)近年來(lái)上海的就業(yè)-居住空間均衡性趨于減弱，導(dǎo)致市民的跨區(qū)交通出行增加且平均出行距離上升，交通出行的碳排放效應(yīng)有所增強(qiáng)。

2　低碳土地利用管理研究進(jìn)展

2.1宏觀土地利用低碳優(yōu)化調(diào)控研究

宏觀層面上的低碳土地利用管理指通過(guò)研究土地利用與能源消費(fèi)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及地理環(huán)境等驅(qū)動(dòng)因素之間的相互作用機(jī)制，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)及其空間布局以降低碳排放強(qiáng)度、提高碳匯水平和固碳效率，最終實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。而土地利用間接碳排放效應(yīng)的機(jī)理研究表明，宏觀層面上的低碳土地利用管理是一個(gè)多要素、多層次體系，涉及復(fù)雜的人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政治文化等各個(gè)方面［63］。

該領(lǐng)域的研究工作在近些年剛剛興起，目前還處于起步階段［67］。國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者嘗試?yán)镁o湊型城市、職住空間均衡等理論探討低碳土地利用的模式，如Makido等［68］研究發(fā)現(xiàn)，緊湊型城市中來(lái)自交通出行的碳排放量較分散型城市少，提出未來(lái)的城市規(guī)劃應(yīng)重視提升城市發(fā)展的緊湊度;孫斌棟等［66］通過(guò)分析就業(yè)與居住均衡對(duì)交通出行的影響，認(rèn)為增加城市用地功能的復(fù)合性可降低居民交通出行的碳排放。趙榮欽等［69］分析了低碳土地利用的原則、目標(biāo)以及模式與對(duì)策，并重點(diǎn)從土地利用結(jié)構(gòu)、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(duì)策建議。更多學(xué)者嘗試運(yùn)用多學(xué)科、多技術(shù)的研究手段探討低碳土地利用模式的實(shí)現(xiàn)途徑。這類實(shí)證性研究主要包括兩方面的工作:一是針對(duì)城市或區(qū)域總體用地開(kāi)展數(shù)量結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，如Jing等［70］通過(guò)構(gòu)建包含碳減排目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)等的多目標(biāo)規(guī)劃模型，預(yù)測(cè)了鄭州市不同碳排放強(qiáng)度情景下各種用地類型的數(shù)量配置，為國(guó)土部門(mén)開(kāi)展低碳土地利用調(diào)控提供了定量決策支持;趙榮欽等［69］基于南京市土地利用結(jié)構(gòu)的碳效應(yīng)評(píng)估結(jié)果，運(yùn)用線性規(guī)劃方法，以碳蓄積、碳排放和碳匯為約束目標(biāo)，分別建立了基于碳蓄積最大化、碳排放最小化和碳匯最大化的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，并在模擬不同方案碳減排潛力的基礎(chǔ)上提出了土地利用優(yōu)化的政策建議;葉浩引入生態(tài)學(xué)的碳氧平衡理論，評(píng)估了用地定額法、生態(tài)安全法等土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整方案對(duì)區(qū)域碳氧平衡狀況的影響，并相應(yīng)提出了土地低碳調(diào)控的政策建議［71］。另一方面則是針對(duì)某一類型土地獨(dú)立開(kāi)展低碳規(guī)劃與調(diào)控，如Aydin等［72］基于不同類型社區(qū)的碳排放核算數(shù)據(jù)，運(yùn)用碳氧平衡理論，以削減居住用地碳排放為目標(biāo)，構(gòu)建了包括社區(qū)綠地規(guī)劃、局部環(huán)境設(shè)計(jì)等措施在內(nèi)的低碳社區(qū)規(guī)劃體系，并在土耳其的伊斯帕爾塔案例中得到了較好的應(yīng)用;李信仕等［73］在評(píng)估沈陽(yáng)市綠地系統(tǒng)固碳效率的基礎(chǔ)上，針對(duì)系統(tǒng)目前存在的景觀連續(xù)性差、空間分布不均等問(wèn)題，提出應(yīng)從構(gòu)建綠色生態(tài)廊道、充實(shí)城市綠地內(nèi)涵、加強(qiáng)植物配置規(guī)劃等方面增強(qiáng)城市綠地系統(tǒng)的碳匯功能。

2.2微觀土地利用增匯減排管理研究

土地管理方式轉(zhuǎn)變碳排放的機(jī)理研究表明，在微觀層面上針對(duì)不同農(nóng)業(yè)用地類型，采取科學(xué)合理的經(jīng)營(yíng)管理措施，不僅能夠顯著提高陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯水平和固碳效率，同時(shí)還能有效削減碳排放。以下分述農(nóng)田與森林增匯減排管理措施的相關(guān)研究。針對(duì)農(nóng)田，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳儲(chǔ)量、降低水稻等作物生長(zhǎng)過(guò)程中的CH4排放出發(fā)，優(yōu)化其灌溉方式、耕作方式、施肥方案等經(jīng)營(yíng)管理措施。大量研究表明，以下舉措能夠有效提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳潛力:①灌溉方式，間歇灌溉較長(zhǎng)期淹灌，能有效減低水稻種植過(guò)程中的CH4排放［40］;②耕作方式，少耕、免耕等保護(hù)性耕作方式較傳統(tǒng)翻耕，能有效降低土壤有機(jī)碳的侵蝕速率，延長(zhǎng)土壤有機(jī)質(zhì)的循環(huán)周期［74］;秸稈還田能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)，避免焚燒造成大量碳的釋放［45］;③施肥方案，施用禽畜糞便等有機(jī)肥較施用傳統(tǒng)化肥，能有效提高農(nóng)田土壤的固碳潛力［45］。針對(duì)森林，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從提高森林生態(tài)系統(tǒng)的植被和土壤碳儲(chǔ)量出發(fā)，優(yōu)化其樹(shù)種選擇、輪伐期選擇、施肥方案、間伐和收獲等經(jīng)營(yíng)管理措施。大量研究表明，以下舉措能夠有效提高森林生態(tài)系統(tǒng)的植被和土壤碳儲(chǔ)量:①樹(shù)種選擇，選擇生長(zhǎng)速率快、壽命長(zhǎng)的樹(shù)種造林;按樹(shù)種耐陰程度、演替次序等屬性進(jìn)行混交配置造林［46］;②輪伐期選擇，適當(dāng)延長(zhǎng)輪伐期以充分利用森林的固碳潛力，但不超過(guò)林木生長(zhǎng)量頂點(diǎn)［51］;③施肥方案，向氮貧乏林地施加氮肥以提高林木生長(zhǎng)量，但施用量不應(yīng)超過(guò)林木的吸收能力［47］;④間伐收獲，林木采伐后就地保留殘余枝葉以利于土壤有機(jī)碳的保存［46］。

3　研究展望

土地利用是導(dǎo)致全球碳排放總量迅猛增長(zhǎng)的重要因素，明確其產(chǎn)生直接碳排放和影響間接碳排放的內(nèi)在機(jī)制，并以此為基礎(chǔ)開(kāi)展低碳目標(biāo)導(dǎo)向的土地利用優(yōu)化調(diào)控工作，不僅是世界各國(guó)重點(diǎn)的科技領(lǐng)域，更是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略問(wèn)題。通過(guò)對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的主要內(nèi)容和最新進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)目前土地利用碳排放效應(yīng)及其低碳管理的相關(guān)研究在以下幾方面還有待進(jìn)一步深入和突破。

(1)土地利用碳排放核算研究。已有研究多在國(guó)家和區(qū)域?qū)用嫔祥_(kāi)展。這些研究通?；谕恋乩?覆被、生態(tài)環(huán)境、能源統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)，利用IPCC國(guó)家溫室氣體清單法、機(jī)理模型法、樣地清查法、遙感估測(cè)法等，從不同時(shí)間斷面來(lái)核算土地利用的碳排放量。未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)城市尺度(特別是發(fā)展中國(guó)家城市)的碳排放核算，同時(shí)在核算過(guò)程中應(yīng)重視基礎(chǔ)能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)口徑的統(tǒng)一化、核算框架和流程的標(biāo)準(zhǔn)化以及排放系數(shù)的本地化等工作，以便能從長(zhǎng)時(shí)間尺度上開(kāi)展不同城市間的對(duì)比研究。與此同時(shí)，應(yīng)當(dāng)在城市層面上進(jìn)一步建立并擴(kuò)大樣地清查、碳通量監(jiān)測(cè)等長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)機(jī)制，以更準(zhǔn)確地獲得不同自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下的土地利用碳排放數(shù)據(jù)，提高局地碳排放核算的精度。

(2)土地利用碳排放效應(yīng)的機(jī)理研究。過(guò)去更多側(cè)重于國(guó)家和區(qū)域?qū)用嫱恋乩妙愋团c管理方式的轉(zhuǎn)變對(duì)典型自然生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響分析，而對(duì)于城市土地利用如何受人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)從而導(dǎo)致碳排放變化的機(jī)制研究還有待加強(qiáng)。未來(lái)研究應(yīng)從自然-社會(huì)復(fù)雜系統(tǒng)的視角出發(fā)，利用跨學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)手段，在充分考慮人文因素的基礎(chǔ)上，深入揭示城市不同用地類型的碳循環(huán)特征及城市地類轉(zhuǎn)換的碳排放效應(yīng);此外，由于城市碳排放模式具有較強(qiáng)的空間異質(zhì)性，未來(lái)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)不同城市之間、不同城市功能區(qū)之間碳排放過(guò)程機(jī)制的對(duì)比研究。

(3)宏觀土地利用低碳優(yōu)化調(diào)控研究?，F(xiàn)有的分析主要從城市總體用地的數(shù)量結(jié)構(gòu)、單一土地類型的局部設(shè)計(jì)等角度開(kāi)展，同時(shí)考慮土地本身在數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間布局兩方面的低碳規(guī)劃，以及評(píng)估各種現(xiàn)行或計(jì)劃施行的土地調(diào)控政策的增匯減排效果的系統(tǒng)性研究還十分缺乏。未來(lái)應(yīng)結(jié)合城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃和土地利用總體規(guī)劃等宏觀目標(biāo)，從人口規(guī)模與結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模與結(jié)構(gòu)、城市空間形態(tài)、城市用地復(fù)合性等方面入手，在明確影響土地利用碳排放過(guò)程的具體干預(yù)點(diǎn)和干預(yù)途徑的基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建情景模擬各種政策的低碳管理效果，最終實(shí)現(xiàn)土地利用在數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間布局兩方面的低碳優(yōu)化。

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Progress in research on land use effects on carbon emissions and low carbon management

HAN Ji1，2，*，ZHOU Xiang1，3，XIANG Weining1，2
1 Shanghai Key Laboratory for Urban Ecological Processes and Eco-Restoration，East China Normal University，Shanghai 200241，China
2 School of Ecological and Environmental Sciences，East China Normal University，Shanghai 200241，China
3 School of Geographical Sciences，East China Normal University，Shanghai 200241，China

Abstract:Land use has played an important role in causing rapid increase of greenhouse gas emissions.As reported in the literature，nearly one third of global carbon emissions during the last hundred years has come from changes in land use/ cover and the transformation of land management modes.In this paper，the latter is called the direct effect of land use on carbon emissions.The remaining two thirds of carbon emissions were caused by anthropogenic activities on different types of land.This is defined as indirect effect of land use on carbon emissions.Unveiling the mechanisms of how land use affects carbon emissions and determining the anthropogenic controls and regulatory countermeasures needed to achieve low-carbon targets are key research subjects with strategic importance for socioeconomic development.However，the mechanisms by which land use affects carbon emissions，especially in rapidly urbanizing regions，are still unclear，and are more complicated than those of natural ecosystems.This is because of the complex nature of land-use influenced both by human socio-economic and natural ecological factors.Thus，research relevant to these issues has been attracting more and more attention from stakeholders such as scholars，policymakers，enterprises，and non-governmental organizations.Such research has been targeted as core content in many scientific research programs in the energy and environmental disciplines around the world.In order to have a comprehensive understanding of the state of the art in land use effects on carbon emissions，book=1153,ebook=265and for low carbon management，this paper summarizes the achievements in the existing literature.It also provides a review of the existing gaps and challenges from the perspectives of carbon inventory accounting，mechanisms of both direct and indirect carbon emissions from land use，and carbon mitigation management.It was found that 1)in past decades，a large amount of research has been conducted on land-use-induced carbon-inventory accounting at both country and regional scales，and on the effect of land use on the carbon cycle of some typical natural ecosystems，such as forests and grasslands.In contrast，studies on the mechanisms of land use change driven both by socioeconomic and natural processes，and on their influence on carbon emissions at city scale，lag behind.2)The current literature on low carbon management focuses more on the planning and regulation of specific types of land use，such as urban green space or residential land，or on the optimization of the amount and composition structure of total urban land.Systematic control and regulating principles，together with roadmaps for detailed implementation，have not yet been provided.Future studies aimed at correcting current deficiencies are proposed to provide the theoretical knowledge and practical experience needed for achieving low-carbontarget-oriented，land-use planning.

Key Words:carbon emission effects;land use;low carbon management;research progress

*通訊作者

Corresponding author.E-mail:jhan@re.ecnu.edu.cn

收稿日期:2014-06-27;網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015-07-09

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41401638);上海市浦江人才計(jì)劃項(xiàng)目(14PJ1402800);上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新項(xiàng)目(14ZS053)

DOI:10.5846/stxb201406271334