上海市土地利用碳排放測算與分析

郭自強++吳開亞++周峰

摘要：采用2004-2013年上海市分行業(yè)化石能源消費數(shù)據(jù)，并與主要類型土地利用方式相結(jié)合，分析10年間土地利用產(chǎn)生的碳排放量變化情況。結(jié)果表明，2004-2013年土地利用碳排放量和碳吸收量均呈穩(wěn)定上升趨勢，增長率分別為42.60%和62.88%，但由于生產(chǎn)性土地面積基數(shù)較小，凈碳排放量已增加至 3 532.790萬t/年。工礦用地是最大碳源，年均碳排放量占比達(dá)61.3%；而交通用地的單位面積碳排放量最高，且呈先上升后下降的趨勢，在2008年達(dá)到峰值3.959 t/km2。碳足跡面積遠(yuǎn)高于上海市實際面積，2013年生態(tài)赤字已達(dá)67 516 km2。在區(qū)域?qū)用?，上海市是高強度點狀排放源，碳減排壓力較大，并從減源增匯角度對土地低碳利用提出了相應(yīng)對策。

關(guān)鍵詞：土地利用；碳排放；強度；碳足跡；上海市

中圖分類號：X144 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）21-5479-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.21.011

Calculation and Analysis on Carbon Emissions from Land Use in Shanghai

GUO Zi-qiang1，WU Kai-ya2，ZHOU Feng1

（1.School of Resources and Environmental Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China；

2.National Innovative Institute for Public Management and Public Policy，F(xiàn)udan University，Shanghai 200433，China）

Abstract： Using the date of fossil energy consumption in Shanghai between 2004 to 2013，and combined with the main types of land use patterns，this study analyzed the change of carbon emissions generated by land-use in the decade. The results showed that the carbon emissions and carbon absorption of land use showed a steady upward trend from 2004 to 2013，with growth rate of 42.60% and 62.88%，but net carbon emissions have increased to 3.532 790 million tons per years. Industrial land was the biggest source of carbon，the annual carbon emissions accounted for 61.3%. The carbon emissions perunit area of traffic land was the highest，rose at first and dropped latter， and reached the peak value of 3.959 t/km2 in 2008. The area carbon footprint was much bigger than the actual area of Shanghai，the ecological deficit in 2013 reached 67 516 km2. In clued，Shanghai was a high strength punctiform emission source，and its pressure of carbon emission was high. At the end，some suggestions for reduce the carbon emission of land use was put forward.

Key words： land use； carbon emissions； intensity； carbon footprint； Shanghai city

氣候變化是21世紀(jì)人類面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。化石能源的過度使用加速了地球表面升溫的人為過程，在全球范圍內(nèi)增加了極端天氣出現(xiàn)頻率，同時也會影響局部大氣循環(huán)，不利于污染物擴散，為霧霾的產(chǎn)生提供了條件。而土地利用方式的變更會影響到生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程，使得碳匯地成為碳源地[1]。由于大部分人類經(jīng)濟活動集中于城市區(qū)域，加上近些年中國快速的城市化進(jìn)程，土地利用結(jié)構(gòu)的改變對碳排放和氣候變化的影響愈加強烈[2]，所以基于低碳目標(biāo)的土地利用方式已成為碳減排研究熱點[3]。從宏觀角度有國家和省際層面碳核算[4，5]及森林、草地等陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯過程研究[6，7]；在微觀層面有對行業(yè)[8]、建筑和交通通勤[9]與碳排放方面研究。

由于城市空間是高度密集的人類活動區(qū)域，能源消費量高且分布集中，所以其土地利用方式對碳循環(huán)過程的影響有重要作用[10]。而上海市是中國的經(jīng)濟中心，工業(yè)化程度高，同時由于地處長江河口，擁有豐富的生物、淡水和濕地資源。因此，本研究以上海市為例，分析2004-2013年上海不同類型土地利用方式的碳排放與吸收情況，對單位面積土地碳排放強度及碳足跡進(jìn)行對比分析，探討土地變化對碳排放的影響。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

土地利用產(chǎn)生的碳排放是通過終端能源消耗間接估算，根據(jù)李璞[11]關(guān)于土地利用類型與碳排放項目關(guān)系的研究，將主要行業(yè)能源消費碳排放與相應(yīng)土地類型對應(yīng)。而碳吸收量是由生產(chǎn)性土地面積乘以相應(yīng)碳匯系數(shù)直接計算得出，公式如下：

Ce=∑Ei=∑Nt×βt

Ca=∑Aj=∑Sj×Tj

式中，Ce為總碳排放量（萬t），Ei為第i種土地類型所產(chǎn)生的碳排放量（萬t），Nt為與土地利用方式所對應(yīng)行業(yè)t種能源總消耗量（萬t），βt為能源碳排放系數(shù)。Ca為碳吸收量（萬t）；Aj為第j種生產(chǎn)性土地碳吸收量；Sj為第j種生產(chǎn)性土地面積；Tj為碳源系數(shù)。

研究采用上海國土資源局2004-2013年上海市土地變更數(shù)據(jù)，以及上海土地利用總體規(guī)劃。能源消耗數(shù)據(jù)來自各年份《上海工業(yè)能源交通統(tǒng)計年鑒》（2002-2011年）、《上海能源統(tǒng)計年鑒》（2010-2013年）。上海市主要能源碳排放系數(shù)采用趙敏等[12]關(guān)于上海能源消費碳排放研究（表1）。林地碳匯系數(shù)為380.8 t/（km2·年）[13]，草地碳匯系數(shù)為94.8 t/（km2·年）[7]，同時根據(jù)Cai等[14]關(guān)于水稻種植過程甲烷排放評估研究，以水稻種植為主的上海市耕地在抵消碳匯能力后碳源系數(shù)為42.9 t/（km2·年）。

2 結(jié)果與分析

2.1 上海土地利用現(xiàn)狀與能源消費現(xiàn)狀分析

上海市自近代以來長期為中國的經(jīng)濟中心，人口眾多經(jīng)濟發(fā)展水平相對較高，但受地理位置限制可利用土地資源較少，在城市化快速推進(jìn)的過程中，不斷膨脹的城市規(guī)模只能占用其他土地資源。從上海市主要土地類型結(jié)構(gòu)變化（圖1）可以發(fā)現(xiàn)，耕地面積萎縮量最大，其面積所占比例從2004年的47.73%下降到2013年的32.04%。通過耕地的開發(fā)改造，其他類型土地面積均有增加，其中建設(shè)用地面積上漲最多，獨立工礦、居民點和交通用地面積比例共增加了9.33個百分點。但擴張速度最快的土地類型卻是園林和草地，得益于上海的城市綠化和新型都市農(nóng)業(yè)建設(shè)成果顯著，果園、林地和人工草地總面積在10年間增加了2.45倍，截至2013年已占上海市總面積的13.14%。

2013年上海市單位生產(chǎn)總值能耗已降至0.545 t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，處于全國領(lǐng)先水平。但能源消費總量在過去20年中呈不斷增長趨勢，至2013年已達(dá)11 703.67萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，相比1990年增長了266%。各類能源消費量變化情況差距明顯，以1990年各類能源消費量為基數(shù)1，對比不同種類能源消費量增速。由圖2可以看出，天然氣消費量增速最快，2013年消費量已增長了33.64倍。這得益于2004年西氣東輸工程開始向上海市供氣，以及東海平湖油氣田和馬來西亞LNG項目供給的天然氣田，使得上海市有著充裕的天然氣供給。另外由于上海航空運輸業(yè)飛速的發(fā)展擴張，航空煤油的大量消費導(dǎo)致煤油增速也較快，至2013年增長了20.5倍。與此相反的是作為傳統(tǒng)能源的煤炭消費量23年間只增長了1.43倍，說明上海市能源結(jié)構(gòu)在此期間逐漸發(fā)生改變，煤炭等傳統(tǒng)高碳基能源逐漸被更加清潔的低碳基能源取代。

2.2 上海市土地利用碳排放量

根據(jù)上海市2004-2013年各能源消費部門主要能源品種消費量，并結(jié)合相應(yīng)碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù)，估算出主要行業(yè)碳排放量。同時將各行業(yè)碳排放項目與土地利用類型相對應(yīng)[13]，得出上海市不同土地利用方式的碳排放量（表2）。由表2可以看出，碳排放總量總體呈增長趨勢，從2004年的2 493.005萬t增加到3 554.623萬t，10年間漲幅達(dá)到42.60%。各類土地碳排放所占比例中獨立工礦所占比例最高，在2004年達(dá)到61%，隨后呈下降趨勢，直至2013年降至60%。其余類型土地碳排放均有增加，交通用地碳排放增長比例最大，達(dá)到79%，主要由于近年來汽車市場呈井噴式增長，汽車等移動排放源大量燃燒汽油柴油所致。由于上海市居民生活水平的提高以及娛樂服務(wù)業(yè)的發(fā)展壯大，和生活服務(wù)相關(guān)的能源活動增加導(dǎo)致城鎮(zhèn)用地碳排放量上升明顯，其排放量以年均8.06%的速度增長，截至2013年達(dá)448.763萬t。在農(nóng)業(yè)用地中雖然耕地農(nóng)作物在生長過程中，吸收大氣中的二氧化碳積聚在體內(nèi)有機物中，但由于其同時也產(chǎn)生甲烷（水稻），所以也為碳源地。另外，由于上海市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機械化發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具消耗汽油和柴油增加導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用地碳排放量也逐年上漲。碳匯地吸收碳總量也呈持續(xù)增長趨勢，這是因為城市綠化和新型都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展，林地和草地面積在10年間明顯增加，但由于這兩類土地面積基數(shù)較小，無法改變碳排放總體上漲的趨勢。以上結(jié)果說明在上海市主要土地利用類型中，工業(yè)用地作為主要碳排放源的地位正逐漸被削弱，交通和城鎮(zhèn)用地是今后碳減排工作的重點，林地、草地等碳匯地仍需持續(xù)保護(hù)建設(shè)。

2.3 土地利用方式與碳排放強度

為了更加直觀對比各類土地碳排放狀況，將各碳排放量項目除去對應(yīng)土地面積，換算出相應(yīng)土地碳排放強度（圖3）。由于交通用地是城市交通運輸?shù)妮d體，多種交通工具在運行使用中呈密集的線狀排放源，所以碳排放強度成為最高的土地類型，平均約占總碳排放強度的59%。而獨立工礦由于較多的能源消耗，其碳排放強度也維持在較高水平。從2004-2013年縱向?qū)Ρ冉Y(jié)果可以看出，城鎮(zhèn)用地排放強度增加幅度最大。碳排放強度前期升高因經(jīng)濟快速發(fā)展，且這種快速增長是建立在大量能源消耗的基礎(chǔ)之上。但隨著近年來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及技術(shù)能力的改進(jìn)，單位產(chǎn)值能耗逐步降低，致使單位面積土地的碳排放量也隨之下降。

2.4 土地利用碳足跡

將各土地能源消費碳排放總量除以生產(chǎn)性土地單位面積年碳吸收量，計算出吸收全部碳排放量所需生產(chǎn)性土地面積，即土地能源消費的碳足跡。將碳足跡除去對應(yīng)土地類型的面積，即得到單位面積碳足跡（km2/km2）。通過對比2004年與2013年碳足跡及單位面積碳足跡可知，上海市土地能源消費碳足跡遠(yuǎn)大于實際生產(chǎn)性土地面積，以致在2013年生態(tài)赤字達(dá)到67 516 km2。在各類土地碳足跡中，獨立工礦碳足跡最大達(dá)到43 395.60 km2，占總碳足跡的57.9%，交通用地和城鎮(zhèn)用地次之，而耕地低于其他土地類型（表3）。在單位面積碳足跡中交通用地最高達(dá)到56.04 km2/km2，其次是獨立工礦和城鎮(zhèn)用地，這樣的結(jié)果與土地總碳排放量和單位面積碳排放強度具有較高的相似性。

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

1）以上分析研究表明，由工業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地和交通用地組成的建設(shè)用地是上海市的主要碳源，其碳排放量所占比例已達(dá)到93%以上。在碳吸收項目中，林地成為上海的主要碳匯地，且其碳吸收量呈持續(xù)增加趨勢，但相比于能源消耗產(chǎn)生的碳排放量其貢獻(xiàn)微弱，無法改變凈碳排放量增長的趨勢。

2）通過比較上海市碳排放強度和碳足跡發(fā)現(xiàn)，上海市總碳排放強度相對處于較低水平，但卻處于穩(wěn)定上漲趨勢中，在10年間增長了1.5倍。建設(shè)用地中由于交通用地相對面積小，碳排放源呈密集的線狀，使得其碳排放強度遠(yuǎn)高于其他類型土地，且碳排放強度呈先增長后下降類型，在2008年達(dá)到峰值3.959萬t/km2。由于土地利用總碳足跡達(dá)到67 516 km2，產(chǎn)生的生態(tài)赤字遠(yuǎn)高于上海實際面積。

3.2 促進(jìn)土地低碳利用對策討論

1）控制建設(shè)用地擴張，增強土地碳匯能力。建設(shè)用地是碳排放密集型的土地，是工業(yè)、交通、城鎮(zhèn)居民生活的載體。實現(xiàn)土地低碳利用首先要優(yōu)化建設(shè)用地的功能區(qū)劃，倡導(dǎo)緊湊型城市發(fā)展模式。鼓勵現(xiàn)有工業(yè)用地進(jìn)行技術(shù)改造和產(chǎn)業(yè)升級，發(fā)展服務(wù)業(yè)、高科技產(chǎn)業(yè)和新型都市工業(yè)。同時需增加土地的碳匯能力，加大退耕還林還湖力度，保護(hù)現(xiàn)有林地和灘涂濕地資源，對城市綠化系統(tǒng)持續(xù)改善，有計劃地、合理地開發(fā)農(nóng)用地資源。

2）提高能源利用效率，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。以上海外高橋第三電廠100萬kW超臨界機組為代表的上?；痣娤到y(tǒng)，發(fā)電煤耗率在2013年已降至287 g/（kW·h），雖在全國屬一流水平，但相比發(fā)達(dá)國家仍有進(jìn)步空間。由于上海市有著廣袤的海岸線和灘涂且地勢平坦，在沿海區(qū)域平均風(fēng)速達(dá)到4.5～5.5 m/s，有著豐富的風(fēng)力資源。加上近年來國家和上海通過產(chǎn)業(yè)扶持和政策補貼，以及國產(chǎn)風(fēng)電裝備研發(fā)制造進(jìn)步和光伏發(fā)電成本的下降。上海在風(fēng)能和太陽能等清潔能源領(lǐng)域中建設(shè)成果顯著，尤其是海上風(fēng)能和分布式光伏發(fā)電已成為主要新能源。

3）提高城市交通效率，減少交通系統(tǒng)碳排放量。首先應(yīng)合理規(guī)劃城市空間結(jié)構(gòu)和功能區(qū)劃，減少總出行里程。其次應(yīng)建立便捷、高效的公共交通系統(tǒng)，建設(shè)與城市結(jié)構(gòu)、人口布局相適應(yīng)的軌道交通。同時促進(jìn)新能源交通汽車發(fā)展，布局城市自行車系統(tǒng)，提倡環(huán)保節(jié)能出行方式，對交通用地低碳化均有重要作用。

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