重慶市土地利用碳排放效應時空格局分異

文 楓, 魯春陽

(河南城建學院, 河南 平頂山 467036)

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重慶市土地利用碳排放效應時空格局分異

文 楓, 魯春陽

(河南城建學院, 河南 平頂山 467036)

運用文獻分析法、歸納總結法、統(tǒng)計分析法測算了重慶市12 a來不同土地利用類型的碳排放，分析了變化特征并對其時空差異類型進行了劃分。結果表明：(1) 重慶市碳匯大于碳源，碳排放總量表現(xiàn)為碳吸收，1997—2008年碳吸收能力在波動中呈下降趨勢，到2008年重慶市總碳吸收量為14 570.85萬t；(2) 各類用地中，林地為主要的碳匯，建設用地為主要的碳源，建設用地碳排放增長幅度最快，年增長率為9.89%，應控制碳排放的快速增長；(3) 地均建設用地碳排放和單位產(chǎn)值碳排放強度較高，碳排放強度與經(jīng)濟發(fā)展水平呈正相關關系；(4) 土地利用碳排放效應受多種因素限制，能源消耗是碳排放主體；(5) 40個區(qū)縣的土地利用碳排放效應在空間分布上存在較大差異，應實施差別化的碳減排調(diào)控策略，引導城市低碳發(fā)展。

土地利用; 碳排放; 時空差異; 重慶市

土地利用變化通過改變土地利用方式和土地利用結構，直接或間接影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)，改變?nèi)藶槟茉聪M、經(jīng)濟活動和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局，并進一步影響區(qū)域碳循環(huán)格局[4-5]。

近年來，學者們對碳排放研究主要集中在以下五個方面：(1) 碳排放因素分解實證[6-7]；(2) 基于能源消費、投入產(chǎn)出、個體消費行為等碳排放測算、碳結構、碳足跡和碳效率評價等[8-13]；(3) 碳排放與經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)結構、能源消耗、社會發(fā)展的關系[14-16]；(4) 基于特定生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量與土地利用[17-18]；(5) 區(qū)域性碳排放及影響因素[19-20]。其中土地利用碳排放效應受到普遍關注，特別是區(qū)域性土地利用變化與碳排放定量關系及相互作用機制的研究成果較多。土地利用碳排放的相關研究，國際主要是在土地利用變化的碳排放效應[21-22]、土地利用、能源消費與碳排放的關系[23]、城市空間的碳通量模擬[24]、城市化進程的碳動態(tài)[25-27]、等方面的研究；在國內(nèi)南京大學較早開展了土地利用碳排放研究，集中在區(qū)域不同尺度碳排放核算及驅(qū)動機制研究、土地利用及其變化的碳排放效應及優(yōu)化調(diào)控研究[28]，有學者對江蘇省不同土地利用方式碳排放進行了有益的探索[29-30]，但現(xiàn)有研究還局限在對特定區(qū)域的實證層面，由于我國地域廣大，不同區(qū)域的異質(zhì)性明顯。因此，有必要對不同類型區(qū)域的土地利用碳排放進行研究，為豐富我國土地利用碳排放理論體系提供更多素材。本文以重慶市為研究案例，在分析重慶市碳排放動態(tài)變化基礎上，對主要土地利用類型的碳排放量及排放強度進行測算，探究不同土地利用方式碳排放空間差異及其變化特征，為深入開展區(qū)域土地利用碳排放研究提供參考，以期為區(qū)域土地利用方式轉(zhuǎn)變和發(fā)展低碳經(jīng)濟提供決策參考。

1　研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1區(qū)域概況

重慶市位于東經(jīng)105°11′—110°11′，北緯28°10′—32°13′，地處較為發(fā)達的東部地區(qū)和資源豐富的西部地區(qū)的結合部，重慶市一個集大城市、大農(nóng)村、大山區(qū)、大庫區(qū)和民族地區(qū)為一體的特殊直轄市，經(jīng)濟發(fā)展梯度大，城鄉(xiāng)二元結構典型，肩負著在西部地區(qū)率先實現(xiàn)全面建設小康社會的歷史發(fā)展的重任。同時，重慶地處三峽庫區(qū)腹地是長江流域生態(tài)環(huán)境安全的重要屏障。在經(jīng)濟社會快速發(fā)展和資源環(huán)境瓶頸制約的矛盾凸顯期，如何通過調(diào)控土地利用碳排放來建設“兩型社會”、發(fā)展“低碳經(jīng)濟”，實現(xiàn)區(qū)域“包容性增長”成為重慶發(fā)展道路上面臨的又一挑戰(zhàn)。

1.2研究方法

碳排放主要是溫室氣體CO2的排放，其排放源包括自然源和人為源，自然源主要是來自陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋釋放，人為源是由人類活動引起的CO2排放，主要包括能源燃燒、碳逃逸排放、工業(yè)生產(chǎn)排放、農(nóng)業(yè)排放、生活排放、廢棄物排放等多種途徑。在土地利用變化過程中，陸地生態(tài)系統(tǒng)(主要是植被和土壤)碳庫貯量積累的過程是碳匯，貯量減少的過程是碳源。基于土地利用變化的碳排放，同時包含陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫貯量積累和減少的過程，既存在碳匯也存在碳源。目前，國內(nèi)學者研究耕地利用主要表現(xiàn)為碳源，以耕地化肥施用、農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)使用、灌溉過程、糧食消耗、秸稈燃燒等為主要排放途徑，且碳排放的增長速度遠超過碳吸收[29-31]；因在作物種類、氣候、土壤性質(zhì)和種植制度等多種因素的影響，耕地碳排放而有較大差異，頡鵬等[32]研究表明河西綠洲農(nóng)田利用表現(xiàn)為碳匯。本文主要討論耕地和建設用地的碳排放，以及林地和草地為主的碳吸收。耕地利用主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(包括農(nóng)業(yè)機械耗能、土壤及作物呼吸、化肥農(nóng)藥生產(chǎn)等)碳排放和農(nóng)作物碳吸收，其差值為耕地碳凈排放系數(shù)；建設用地承載人類生產(chǎn)、生活功能，其碳排放主要是通過能源消耗的碳排放系數(shù)間接估算；林地和草地的碳吸收系數(shù)根據(jù)已有學者研究成果進行測算[23]。

碳總排放估算公式為：

E=∑ei=∑Ti·δi

(1)

式中：E為碳總排放量；ei為第i種土地利用方式產(chǎn)生的碳排放量；Ti為第i種土地利用方式對應的土地面積；δi為第i種土地利用方式的碳排放(吸收)系數(shù)。

建設用地碳排放估算公式為：

Et=∑Eti=∑Hi·δHi

(2)

式中：Et為建設用地碳排放；Eti為第i種能源消費產(chǎn)生的碳排放；Hi為i種能源消耗折算消耗標準煤量；δHi為第i種能源消耗碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù)。

表1　各類碳源(匯)碳排放(吸收)系數(shù)參考值

煤炭、石油、天然氣消耗碳排放系數(shù)參照趙榮欽等[4]研究成果(取不同學者的化石能源碳排放系數(shù)均值)；農(nóng)作物參照張秀梅等[30]成果；森林、灌草叢、草地碳吸收系數(shù)根據(jù)方精云等[33]陸地植被碳匯推算得到(表1)。

1.3數(shù)據(jù)來源與處理

土地利用數(shù)據(jù)采用1997—2008年重慶市土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)(考慮到2009年以后土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)是在第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎上更新的,在土地分類上與2008年以前有差異，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可比性，本文據(jù)此對1997—2008年重慶市土地碳排放進行估算，以期對區(qū)域碳排放調(diào)控提供參考)。能源消耗和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)采用1997—2009年《重慶統(tǒng)計年鑒》。在土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)中統(tǒng)計提取耕地、有林地、灌木林地、疏林地、未成林造林地、苗圃、牧草地、建設用地，根據(jù)方精云對森林(基于郁閉度30%)和灌草叢(介于森林和草叢植被的中間類型)的定義，將有林地和灌木林地合并為森林，疏林地、未成林造林地和苗圃合并為灌草叢，最終林地的碳吸收量為森林和灌草叢的碳吸收量。2008年重慶市各區(qū)縣能源消耗數(shù)據(jù)，根據(jù)各區(qū)縣一、二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占重慶市GDP比值進行推算。

2　結果與分析

2.1重慶市1997—2008年碳排放測算結果與分析

區(qū)域土地利用碳排放反映土地利用類型和土地利用強度改變導致的碳排放數(shù)量的變化。本文以碳源、碳匯、碳源/碳匯、地均碳排放強度、地均建設用地碳排放強度、碳排放總量等指標對重慶市土地利用碳排放進行測算，分析各類土地利用碳排放變化態(tài)勢、增減情況及碳排放強度動態(tài)變化情況。利用上述測算方法和數(shù)據(jù)資料測算重慶市1997—2008年土地利用碳排放相應指標值，其中耕地、建設用地是碳源，林地、草地是碳匯，結果見表2。

表2　1997-2008年重慶市土地利用碳排放測算結果　104 t/hm2

通過計算可知，重慶市總碳排放表現(xiàn)為碳吸收(表2)。1997—2008年碳吸收能力在波動中呈下降趨勢，表現(xiàn)為下降—上升—下降的倒“U”型變化特點。受直轄效應影響，1997—2000年碳吸收逐年下降；2000—2003年隨著退耕還林政策的實施，碳吸收出現(xiàn)大幅度提高；2003年以來，在西部大開發(fā)和重慶市直轄雙重效應作用下，在人口和經(jīng)濟增長的拉動下，產(chǎn)業(yè)結構和土地利用結構發(fā)生很大變化，碳吸收能力一直呈快速下降趨勢。近12 a來重慶市碳源碳匯比逐年增大，2008年該比值為0.17為1997年的2.19倍。1997—2008年該比值年增長率為9.89%，且自2003年以來，后段增長率(13.08%)明顯大于前段年增長率(3.22%)。主要原因在于作為碳源的建設用地的碳排放量快速增加，年均增長11.09%；而作為碳匯的林地和草地的碳吸收量增長緩慢，增長率僅為0.55%，增長幅度明顯慢于碳排放量增長速度。2003年之后碳源碳匯比值出現(xiàn)顯著增長，源于經(jīng)濟總量快速增長、城市化水平迅速提高以及城市規(guī)模拓展、外延擴張。同時重慶市通過實施“退而進三”、“土地置換”、“騰籠換鳥”等產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整政策以及能源政策調(diào)整和管制等政策，碳匯一直呈緩慢增長態(tài)勢，說明重慶在發(fā)展經(jīng)濟的同時注重資源環(huán)境的保護。

區(qū)域碳排放強度以單位面積碳排放量反映，考慮到目前碳排放主要來自建設用地，本文主要分析地均碳排放量和地均建設用地碳排放量兩個指標。地均碳排放強度基本未發(fā)生變化，而地均建設用地碳排放強度自1996年以來始終呈快速增長趨勢，2008年達49.47 t/hm2，是1996年的2.04倍，年均增長率為8.70%。根據(jù)重慶市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)，到2020年建設用地總量達到70.44 hm2凈增13.54 hm2，建設用地碳排放量將進一步增加，碳減排面臨巨大壓力，低碳土地利用體系迎來新的挑戰(zhàn)。

2.2重慶市主要土地利用類型碳排放

12年間，重慶市建設用地碳排放和林地碳吸收量都呈逐年上升趨勢，增長率為12.17%，大大高于林地碳吸收量年增長率0.55%，因此碳吸收總量表現(xiàn)為下降趨勢。一方面，隨著城市規(guī)模的擴大，其承載的產(chǎn)業(yè)和人口規(guī)模也隨之大幅度增長，且重慶市產(chǎn)業(yè)仍以工業(yè)為主，能源利用率相對不高，因此產(chǎn)生的能源消耗、工業(yè)生產(chǎn)以及廢棄物處理等的碳排放量巨大。另一方面，重慶市是典型的組團式結構，導致了組團之間人流和物流更多地依賴于交通工具，導致交通部門的碳排放量顯著增長。從2003年開始，由于土地非農(nóng)化加快，加之工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，每年上漲幅度較前幾年增大。到2008年重慶市建設用地碳排放達2 934.67萬t，占碳源總量的96.88%，耕地僅占3.12%；林地碳吸收量17 599.38萬t，接近碳匯總量，碳匯遠遠大于碳源，碳吸收總量為14 570.85萬t。草地碳吸收量和耕地碳排放量保持穩(wěn)定(圖1)。重慶市的草地碳吸收量和耕地碳排放量變化不大，這與重慶市自然地貌、經(jīng)濟發(fā)展以及退耕還林政策績效和森林重慶建設有密切關系，重慶市地形以中低山為主，林地占總土地面積40.00%，森林覆蓋率高；同時重慶在西部大開發(fā)和統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展背景下，具有長江上游經(jīng)濟中心、成渝經(jīng)濟區(qū)等區(qū)位優(yōu)勢，迎來經(jīng)濟快速發(fā)展的機遇，建設用地增長與需求加快，導致重慶市土地利用碳排放效應表征為建設用地碳排放和林地碳吸收效應相互作用。

圖1　重慶市1997-2008年主要土地利用方式碳排放

2.3重慶市土地利用碳排放空間分異特征

2.3.12008年重慶市各區(qū)縣土地利用碳排放測算結果與分析根據(jù)2008年重慶市40區(qū)縣主要土地利用類型面積、經(jīng)濟、能源消耗等相關數(shù)據(jù)資料，測算其碳排放量并從不同指標角度對重慶市碳排放空間格局差異進行分析，測算結果見表3。從表3可以得出，2008年重慶市總碳吸收量為-14 570.85萬t，其中碳源3 029.02萬t，碳匯-17 599.87萬t，碳匯是碳源的5.81倍。其中林地為主要的碳匯，占碳匯總量的99.99%；建設用地為主要的碳源，占碳源總量的96.88%，地均建設用地碳排放強度達49.47 t/hm2。

2.3.22008年重慶市各區(qū)縣土地利用碳排放空間分異特征按照2008年重慶各區(qū)縣碳排放量及不同指標碳排放強度大小，將各區(qū)縣分為不同級別，并用ArcGIS 9.3進行空間表達(圖2)。

(1) 碳排放總量。從碳排放總量來看，碳排放區(qū)主要集中在“一小時經(jīng)濟圈”，“渝東南”、“渝東北”和“渝西地區(qū)”大部分區(qū)縣為碳吸收區(qū)。其中以渝中區(qū)為中心的大部分主城區(qū)是碳排放超過100萬t的Ⅳ級區(qū)，位于主城都市發(fā)達經(jīng)濟圈南部大渡口區(qū)和北部渝北區(qū)以及“渝西經(jīng)濟走廊”雙橋區(qū)、榮昌縣為碳排放較小的Ⅲ級區(qū)。少數(shù)民族自治區(qū)的“渝東南”和海拔較高的“渝東北”受自然地理環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展水平的影響，為碳吸收較高Ⅰ級區(qū)；“渝東北”的墊江縣、豐都縣、忠縣、梁平縣、萬州區(qū)、云陽縣和“渝西地區(qū)”、主城區(qū)以外的“一小時經(jīng)濟圈”的大部分地區(qū)為碳吸收較低Ⅱ級區(qū)。

(2) 碳源/碳匯比值。從碳源/碳匯比值來看，比值較大Ⅲ級區(qū)為除巴南區(qū)、渝北區(qū)以外的主城區(qū)，林地資源缺乏，經(jīng)濟發(fā)展水平和城鎮(zhèn)化較高。長江以北“一小時經(jīng)濟圈”內(nèi)除Ⅲ級區(qū)外的潼南縣、銅梁縣、合川區(qū)等9地區(qū)屬于比值介于0.5～2之間Ⅱ級區(qū)，所屬區(qū)縣占整個區(qū)縣總數(shù)的25%。其余屬于碳源碳匯比值較?、窦墔^(qū)，分布在“一小時經(jīng)濟圈”南部、北部和整個“渝東南”、“渝東北”地區(qū)，所占整個區(qū)縣總數(shù)比例較高為57.5%。

(3) 地均建設用地碳排放強度。2008年重慶市地均建設用地碳排放強度為49.47 t/hm2，從圖2可以看出，主城都市發(fā)達經(jīng)濟圈的渝中區(qū)、大渡口區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)和渝西的雙橋區(qū)，地均建設用地碳排放強度大大超過平均水平，處于大于100 t/hm2Ⅳ級區(qū)。位于“一小時經(jīng)濟圈”東南部和東北部的北碚區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)、涪陵區(qū)、南川區(qū)處于重慶平均水平以上50～100 t/hm2的Ⅲ級區(qū)；處在平均水平附近的中值區(qū)(Ⅱ級區(qū))主要分布在“一小時經(jīng)濟圈”，低值區(qū)(≤25 t/hm2)主要分布在“渝東北”?？傮w上，地均建設用地碳排放強度“一小時經(jīng)濟圈”>“渝東南”>“渝東北”，其中“一小時經(jīng)濟圈”最高為156.77 t/hm2，為重慶市平均水平的1.55倍，“渝東南”5.61倍，“渝東北”6.60倍。

(4) 單位產(chǎn)值碳排放強度。從單位產(chǎn)值碳排放強度來看(圖2)，主城都市發(fā)達經(jīng)濟圈最高，平均值為0.41 t/萬元，其中渝中區(qū)最高為0.56 t/萬元?？傮w上，單位產(chǎn)值碳排放強度“一小時經(jīng)濟圈”>“渝東北”>“渝東南”，且“渝東南”所有區(qū)縣均低于-10 t/萬元，這與少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平落后和較好保護自然生態(tài)有很大關系。

表3　2008年重慶市40區(qū)縣土地利用碳排放測算結果

圖2　2008年重慶市碳排、碳源/碳匯、地均建設用地、單位產(chǎn)值碳排放強度空間分異

3　討論與結論

3.1討 論

文中不同土地利用類型碳排放與現(xiàn)行土地分類系統(tǒng)并非完全對應，土地利用碳排放測算結果存在一定的誤差，但并不影響區(qū)域土地利用碳排放的總體規(guī)律。根據(jù)《IPCC國家溫室氣體清單指南》，工業(yè)生產(chǎn)過程和廢棄物也是碳排放核算中重要部分。由于受資料收集的影響，文中沒有考慮工業(yè)生產(chǎn)過程和廢棄物的碳排放。研究不同部門的土地利用碳排放效應，特別是開展建設用地碳排放效應研究對城市系統(tǒng)碳循環(huán)與碳管理等方面具有十分重要的意義。同時，積極探索低碳發(fā)展背景下的土地利用方式轉(zhuǎn)變，有利于為我國節(jié)能減排、提高能源利用效率，發(fā)展綠色能源戰(zhàn)略和綠色經(jīng)濟找到更加合理的途徑。

3.2結 論

(1) 重慶市碳匯大于碳源，碳排放總量表現(xiàn)為碳吸收，1997—2008年碳吸收能力在波動中呈下降趨勢。到2008年重慶市總碳吸收量為14 570.85萬t，12 a間年均下降率為0.35%；而碳源碳匯比逐年增大，2008年為1997年的2.19倍，該比值年增長率為9.89%。重慶市碳排放量在未來一段時期內(nèi)仍呈上升態(tài)勢，要控制碳排放的快速增長。

(2) 各類用地中，林地為主要的碳匯，建設用地為主要的碳源。建設用地碳排放增長幅度快于林地碳吸收增長速度，近12 a來重慶市碳源碳匯比逐年增大，年增長率為9.89%。因此，重慶市要轉(zhuǎn)變土地利用模式，開展低碳化土地利用調(diào)控，優(yōu)化土地利用格局。

(3) 地均建設用地碳排放和單位產(chǎn)值碳排放強度較高。地均建設用地碳排放強度自1996年以來始終呈快速增長趨勢，2008年達49.47 t/hm2，年均增長率為8.70%，說明碳排放強度與經(jīng)濟發(fā)展水平呈正相關關系。

(4) 土地利用碳排放效應受多種因素限制，能源消耗是碳排放主體。應科學編制低碳目標導向的土地利用規(guī)劃，發(fā)放低碳經(jīng)濟，提增加土地生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積能力，減小能源消耗碳排放。

(5) 碳排放總量、碳源碳匯比值、地均建設用地碳排放強度和單位產(chǎn)值碳排放強度，40區(qū)縣在空間分布上存在較大差異。碳排放區(qū)主要集中在“一小時經(jīng)濟圈”，“渝東南”、“渝東北”和“渝西地區(qū)”大部分區(qū)縣為碳吸收區(qū)。地均建設用地碳排放強度“一小時經(jīng)濟圈”>“渝東南”>“渝東北”，單位產(chǎn)值碳排放強度“一小時經(jīng)濟圈”>“渝東北”>“渝東南”，可見重慶市碳排放強度的空間分異顯著，應實施差別化的碳減排調(diào)控策略，引導城市低碳發(fā)展。

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Effects of Land Use on Carbon Emission and Their Spatiotemporal Difference in Chongqing

WEN Feng, LU Chunyang

(He′nanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan,Henan467001,China)

The purpose of this paper is to calculate the carbon emission of land use from 1997 to 2008 in Chongqing City, and analyze the characteristic of effect of land use on carbon emission, and divide the spatiotemporal difference types. The employed methods are documentation, inductive analysis and statistical analysis. The results indicate that: (1) carbon sink was greater than carbon source, the characteristic of carbon emission expressed as carbon absorption. the carbon absorption capacity took on the downward trend from 1997 to 2008, the total carbon uptake was -14 570.85 million tons in 2008 in Chongqing CIty， the government should control the rapid growth of carbon emission; (2) in the different types of land use, woodland is the main carbon sink and construction land is the main carbon source, the carbon emission of construction land grows fastest and increases by 9.89%; (3) the carbon emission per unit area of construction land and carbon emission per unit output value are higher, the emission intensity is found to be positively correlated with the level of economic development; (4) effects of land use on carbon emission are depended on many factors, energy consumption is the main source of carbon emission; (5) effects of land use on carbon emission of the forty counties are quite different， in order to achieve low-carbon-targert-oriented city, different strategies should be used for carbon emission reduction.

land use; carbon emission; spatiotemporal difference; Chongqing City

2015-07-10

2015-08-10

國家自科基金(41361042);河南省政府決策咨詢課題(2015B258)；河南省科技廳項目(152400410475)；河南省教育廳人文社會科學研究項目(2015-GH-026、2016-GH-164);河南省社科聯(lián)課題(SKL-2015-3206)

文楓(1980—),男,河南光山人,碩士,講師,研究方向:土地利用與國土規(guī)劃。E-mail:wenfengnihao@163.com

魯春陽(1979—)，女，河南平頂山人，博士，副教授,主要從事土地資源管理、區(qū)域規(guī)劃及區(qū)域經(jīng)濟研究。E-mail：luchunyang1223@163.com

F301.24

A

1005-3409(2016)04-0257-06