1990-2018 年新疆“三生”用地時空變化特征及其碳排放效應(yīng)

鄭藝文，劉曉煌，熊茂秋，李福杰，付宇佳，張子凡，賴 明

（1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)調(diào)查研究院, 湖北 武漢 430074；2.自然資源要素耦合過程與效應(yīng)重點實驗室, 北京 100055；3.中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源綜合調(diào)查指揮中心, 北京 100055；4.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院, 湖北 武漢 430074；5.中國地質(zhì)調(diào)查局烏魯木齊自然資源綜合調(diào)查中心, 新疆 烏魯木齊 830000；6.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球物理與空間信息學(xué)院,湖北 武漢 430074；7.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地理與信息工程學(xué)院, 湖北 武漢 430074）

近年來，全球變暖以及一系列氣候問題的產(chǎn)生，使得溫室氣體減排成為國際社會的關(guān)注焦點。其中碳排放已成為引起社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)問題的一個重要因素[1]。研究表明，在1850-1998 年近150 年，土地利用變化引起的二氧化碳排放量占人類活動影響總二氧化碳排放量的1/3，土地利用變化對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)大約為24%，已成為全球和區(qū)域碳排放變化的關(guān)鍵驅(qū)動力之一[2-6]。因此土地利用的碳效應(yīng)分析是碳排放研究的重要切入點，也是進(jìn)行碳排放調(diào)控的重要工具之一[7-8]。

目前國內(nèi)外許多學(xué)者在土地利用的碳排放效應(yīng)方面開展了大量研究。如通過IPCC 溫室氣體清單方法[9-10]和相關(guān)碳排放系數(shù)進(jìn)行核算碳排放量，分析土地利用碳排放效應(yīng)的時空動態(tài)變化[11-16]。多位學(xué)者對各類土地利用方式的碳源和碳匯能力進(jìn)行估計[17-23]。ISHII 通過對區(qū)域土地利用碳效應(yīng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明陸地生態(tài)系統(tǒng)碳排放受不同土地利用類型結(jié)構(gòu)的影響差異較大，影響最為顯著的是建設(shè)用地的擴(kuò)張[24]。地中海地區(qū)城市化進(jìn)程占用耕地導(dǎo)致土壤有機(jī)碳庫發(fā)生顯著變化[25]。另有研究基于土地和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)角度分析土地利用碳排放效應(yīng)的時空分區(qū)[26-27]。有學(xué)者研究了定量識別城市碳排放的演化路徑和關(guān)鍵影響因素[28-29]。張梅等[30]將全國分為六大區(qū)域，利用RS、GIS 技術(shù)測算各土地利用類型碳排放的時空變化。

鑒于以上諸多學(xué)者對土地利用碳排放方面做了豐富研究，奠定了堅實的基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)意義。但是，現(xiàn)有的研究主要為經(jīng)濟(jì)發(fā)展熱點區(qū)域的不同土地利用類型碳排放量核算以及時空動態(tài)特征分析，而對于自然條件相對復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境較脆弱的經(jīng)濟(jì)后發(fā)區(qū)，區(qū)分不同主導(dǎo)功能用地空間的碳排放效應(yīng)的研究較少。而且，目前新疆地區(qū)正處于城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和農(nóng)牧業(yè)現(xiàn)代化的階段，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，經(jīng)濟(jì)實力顯著提升，同時導(dǎo)致新疆地區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，生活-生產(chǎn)-生態(tài)用地配置失衡日益嚴(yán)重，顯著影響了區(qū)域碳循環(huán)，影響區(qū)域環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展。因此，通過優(yōu)化調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、合理利用能源促使新疆發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)、低碳經(jīng)濟(jì)，積極參與碳排放權(quán)交易，是當(dāng)下的重要任務(wù)。所以，本文以新疆地區(qū)作為研究對象，基于“三生”用地碳排放效應(yīng)進(jìn)行分析，以期全面把握土地利用類型轉(zhuǎn)變引起的碳排放效應(yīng)變化情況、優(yōu)化配置“三生”用地格局，調(diào)控土地利用碳排放，為政府制定相關(guān)的減排政策以及構(gòu)建可持續(xù)的國土空間利用和保護(hù)格局提供支持。

1 研究區(qū)概況

新疆維吾爾自治區(qū)地處歐亞大陸腹地，中國西北邊陲(34°22′～49°33′ N，73°22′～96°21′ E)。地域遼闊，面積約占全國總面積的1/6，是我國陸地面積最大的省級行政區(qū)。由于遠(yuǎn)離海洋，且四周高山阻隔，該區(qū)形成了典型的溫帶大陸性氣候，以干旱少雨、冬季嚴(yán)寒、晝夜溫差大為主要氣候特點[31]。地貌特征為“三山夾兩盆”，北為阿爾泰山，南為昆侖山，天山橫亙中部將新疆分為南、北疆兩部分，南部有塔里木盆地，北部有準(zhǔn)噶爾盆地，天山以南為南疆，天山以北為北疆[32]。隨著時代快速發(fā)展，新疆迎來了如西部大開發(fā)、“一帶一路”建設(shè)等眾多的發(fā)展機(jī)遇，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人類活動會改變土地利用強度，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域碳排放量發(fā)生變化。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)主要來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)提取的空間分辨率為30 m 的1990、2000、2010 和2018 年土地利用(LUCC)柵格數(shù)據(jù)，土地利用類型包括農(nóng)田、林地、草地、河流、湖泊、水庫、工礦用地、居民點以及未利用土地等；1990-2018 年新疆地區(qū)能源消費數(shù)據(jù)來源于《中國能源統(tǒng)計年鑒》。

2.2“三生”用地分類方法

以土地用途管制制度為導(dǎo)向，借鑒土地利用的多功能性以及多種“三生”用地的分類方案[33-36]，結(jié)合新疆地區(qū)土地利用類型特征，充分考慮用地的復(fù)合功能，確定用地類型的主導(dǎo)功能，將其劃分為生活生產(chǎn)用地、生產(chǎn)生態(tài)用地、生態(tài)生產(chǎn)用地和生態(tài)用地。

生活生產(chǎn)用地的土地利用類型一級分類為建設(shè)用地，二級分類為工礦用地、城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點、交通用地等，其用途為居住生活和提供二、三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的用地空間。生產(chǎn)生態(tài)用地的土地利用類型一級分類為耕地，二級分類為綠洲中正在使用的農(nóng)田、輪歇地、棄耕地，其用途為以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，并可提供生態(tài)功能的用地空間。生態(tài)生產(chǎn)用地的土地利用類型一級分類為林地和水域，二級分類為自然林帶及人工林帶和河流、湖泊、水庫，其用途為具備提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量作用，且生態(tài)效益高于生產(chǎn)效益的用地類型。生態(tài)用地的土地利用類型一級分類為草地和未利用地，二級分類為天然草地、栽培草地及改良草地和鹽堿地、沙地、裸巖石礫地帶等，其用途為人類利用相對較少，提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

2.3 土地利用變化

2.3.1“三生”用地類型空間變化率指數(shù)

探索用地功能變化是人為活動和自然關(guān)聯(lián)最密切的問題，其變化過程能夠引起區(qū)域內(nèi)生態(tài)、資源和經(jīng)濟(jì)環(huán)境等的變化[37-40]。土地利用變化動態(tài)度是指土地利用類型在面積方面的變化幅度，反映了各類土地利用類型在不同時期的變化速度和劇烈程度，對未來土地利用發(fā)展趨勢具有一定的預(yù)測分析功能[41]。因此，本研究基于用地類型動態(tài)度方法[42-44]對新疆“三生”用地的變化速率進(jìn)行分析。

本研究采用單一用地類型變化動態(tài)度和綜合用地類型變化動態(tài)度對“三生”用地的變化強度進(jìn)行分析。單一“三生”用地變化動態(tài)度可以表示區(qū)域內(nèi)某一用地類型的變動速率，公式如下：

式中：P為研究時段內(nèi)某種土地利用類型的變化動態(tài)度；Pα、Pb表示研究初期和末期該土地利用類型的面積；T為研究時段，設(shè)定為年。

綜合“三生”用地類型變化動態(tài)度。綜合“三生”用地類型變化動態(tài)度可以表示研究區(qū)所有用地類型的變動速率，公式如下：

式中：LC為研究時段內(nèi)研究區(qū)的綜合土地利用變化動態(tài)度；LUi為第i類土地利用類型在研究初期的面積；ΔLUi-j為T時段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對值。

2.3.2 土 地 利 用 轉(zhuǎn) 移 矩 陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以表示土地利用的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換以及變化方向，轉(zhuǎn)移矩陣反映了在研究時段內(nèi)研究區(qū)各種土地利用類型的結(jié)構(gòu)特征、面積變化以及各地類變化轉(zhuǎn)移方向[41]。公式為：

式中：S為土地利用類型面積；n為地類類型數(shù)；i和j分別為研究期初和期末各土地利用類型的序號。

2.4“三生”用地碳排放效應(yīng)

土地利用碳排放可分為間接碳排放量計算和直接碳排放量計算。直接碳排放量核算是根據(jù)碳排放系數(shù)直接計算耕地、林地、草地、水域和未利用地的碳排放量，間接碳排放量核算是通過各種能源消耗產(chǎn)生的碳排放量來間接估算建設(shè)用地的碳排放量。

2.4.1 直 接 碳 排 放 量 計 算

根據(jù)碳排放系數(shù)法進(jìn)行核算土地利用碳排放量，主要包括耕地、林地、草地、水域和未利用地，碳排放計算公式為:

式中：Ci表示第i 種地類的碳排放量；Si代表第i 種地類的面積；Vi代表第i種地類的碳排放系數(shù)。正值C代表碳排放量，負(fù)值C代表碳吸收量。

其中，直接碳排放系數(shù)中耕地碳排放系數(shù)為0.497 0 t·(hm2·a)-1[45-46]，林地和草地碳排放系數(shù)分別為-0.581 0 和-0.021 0 t·(hm2·a)-1[17-18,47-49]，水域碳排放系數(shù)為-0.253 0 t·(hm2·a)-1[18，50-53]，未利用地碳排放系數(shù)為-0.005 0 t·(hm2·a)-1[21,50]。

2.4.2 間 接 碳 排 放 量 計 算

建設(shè)用地包括城鎮(zhèn)和農(nóng)村居住用地、交通運輸用地、工礦用地等類型，其碳排放量估算是依據(jù)人類在建設(shè)用地上的能源消耗所產(chǎn)生的碳排放量。根據(jù)間接碳排放系數(shù)法，采用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)能源碳排放系數(shù)計算模型，按照各能源的碳排放系數(shù)進(jìn)行核算碳排放量，計算公式為[54]：

式中：QB表示碳支出量(× 104t)；Kin代表第i年能源n的碳排放系數(shù)；En代表能源n的消耗量(× 104t)，按104t 標(biāo)準(zhǔn)煤計算；i表示年份；n表示能源類型；單位tce 表示噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量。能源消費的碳排放系數(shù)如表1 所列。

表1 各類能源標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)及碳排放系數(shù)Table 1 Standard coal conversion and carbon emission factors for various energy sources

3 結(jié)果與分析

3.1“三生”用地土地利用情況分析

3.1.1“三生”用地土地利用結(jié)構(gòu)

1990、2000、2010、2018 年4 個時期，新疆地區(qū)“三生”用地類型的面積特征以生態(tài)用地為主，生態(tài)用地面積占總面積的90%以上，生態(tài)生產(chǎn)用地和生產(chǎn)生態(tài)用地次之，生活生產(chǎn)用地最少(圖1)；其中，4 個時期的生態(tài)用地面積占總面積的比重分別為90.89%、90.58%、90.80%和90.11%，生態(tài)生產(chǎn)用地占總面積的比重分別為5.39%、5.51%、3.78%和3.83%，生產(chǎn)生態(tài)用地占總面積的比重分別為3.47%、3.64%、4.94%和5.23%，生活生產(chǎn)用地占總面積的比重分別為0.25%、0.27%、0.49%和0.53%?？傮w上呈現(xiàn)生活生產(chǎn)用地和生產(chǎn)生態(tài)用地占比增加，生態(tài)生產(chǎn)用地和生態(tài)用地占比呈整體減少的態(tài)勢(圖1)。

圖1 1990-2018 年新疆地區(qū)“三生”用地分布Figure 1 Distribution of ecological-living-productive land in Xinjiang from 1990 to 2018

3.1.2“三生”用地動態(tài)變化情況

1990-2018 年，新疆地區(qū)土地利用動態(tài)變化較明顯(圖2)。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，研究區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程大大加快，生活生產(chǎn)用地面積顯著增加，增長速率最快，動態(tài)度最高，其面積增長了約4 642 km2，增長率高達(dá)116%，動態(tài)度高達(dá)4.15%，其中在2000-2010年期間，增長幅度更為明顯，達(dá)3 600 km2，動態(tài)度高達(dá)8.36%；近30 年生產(chǎn)生態(tài)用地面積逐年增加，增加 了33 500 km2，增 長 率 達(dá) 到59.19%，動 態(tài) 度 達(dá)2.11%，其中在2000-2010 年期間，面積增長最多，達(dá)21 200 km2，動態(tài)度高達(dá)3.58%；與之相對應(yīng)，生態(tài)生產(chǎn)用地和生態(tài)用地總體都呈現(xiàn)減少態(tài)勢，近30 年間生態(tài)生產(chǎn)用地減少了25 400 km2，下降率達(dá)到28.93%，動態(tài)度為-1.03%，在1990-2000 年以及2010-2018 年期間，有一定幅度增加，但2000-2010年期間，面積大幅度減少，達(dá)28 200 km2，動態(tài)度達(dá)-3.14%；生態(tài)用地作為研究區(qū)的主要用地類型，變化速度相對較為平緩，其總體呈現(xiàn)減少態(tài)勢，面積減少了12 700 km2，下降率約為0.86%，動態(tài)度僅為-0.03%，是唯一低于綜合動態(tài)度的用地類型(圖1、圖2)。研究區(qū)近30 年間的綜合動態(tài)度達(dá)0.15%，其中2000-2010 年期間綜合動態(tài)度最高，約0.35%，說明用地變化主要發(fā)生在2000-2010 年(圖2)。

圖2 1990-2018 年新疆地區(qū)土地利用動態(tài)度Figure 2 Land use dynamic index in Xinjiang from 1990 to 2018

3.2 土地利用轉(zhuǎn)型分析

基于新疆地區(qū)“三生”用地分布圖層，經(jīng)ArcGIS提取得到研究區(qū)1990-2018 年“三生”用地轉(zhuǎn)移情況可知，各土地利用類型之間轉(zhuǎn)移頻繁。30 年間發(fā)生變化面積132 917 km2，占總面積的8.16% (表2)。

根據(jù)新疆地區(qū)1990-2018 年土地利用轉(zhuǎn)移情況的分析(表2)，得出近30 年間生活生產(chǎn)用地急劇擴(kuò)張，由其他土地類型轉(zhuǎn)化而來的面積為4 642 km2，主要為生產(chǎn)生態(tài)用地(1 357 km2)和生態(tài)用地(3 148 km2)，在轉(zhuǎn)入生活生產(chǎn)用地面積的比例中高達(dá)29.23%和67.82%。生產(chǎn)生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯钌a(chǎn)用地主要發(fā)生在2000-2010 年(550 km2)和2010-2018 年(592 km2)，生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯钌a(chǎn)用地主要發(fā)生在2000-2010 年(2 992 km2)。生產(chǎn)生態(tài)用地由其他土地類型轉(zhuǎn)入的面積為3 3497 km2，主要為生態(tài)用地轉(zhuǎn)入(32 887 km2)，在轉(zhuǎn)入面積的比例中高達(dá)98.18%，變化主要發(fā)生在2000-2010 年(20 109 km2)。生態(tài)生產(chǎn)用地向其他土地類型轉(zhuǎn)出的面積為25 365 km2，主要轉(zhuǎn)入生態(tài)用地(23 261 km2)，比例高達(dá)91.71%，變化主要發(fā)生在2000-2010 年(26 466 km2)，1990-2000 年和2010-2018 年間，生態(tài)用地向生態(tài)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)入少量面積。生態(tài)用地向其他土地類型轉(zhuǎn)出的面積為12 774 km2，主要轉(zhuǎn)入生產(chǎn)生態(tài)用地(32 887 km2)和生活生產(chǎn)用地(3 148 km2)。雖然生態(tài)生產(chǎn)用地向生態(tài)用地流入較多面積，但是生態(tài)用地向生產(chǎn)生態(tài)用地流出面積也較大，大于生態(tài)生產(chǎn)用地向生態(tài)用地的流入面積，總體上生態(tài)用地面積縮減。

表2 新疆地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 2 Matrix of land use transfer in Xinjiang

3.3 土地利用碳排放分析

3.3.1 土地利用碳排放核算

根據(jù)新疆地區(qū)1990-2018 年能源消耗(表3)及土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，計算得到1990-2018 年間土地利用碳排放量(圖3)。從碳排放/碳吸收構(gòu)成分析，“三生”用地碳排放包括生活生產(chǎn)用地間接碳排放和生產(chǎn)生態(tài)用地直接碳排放兩大類型(圖3)。生活生產(chǎn)用地間接碳排放量主要包括工業(yè)生產(chǎn)、人類生活等消費能源所產(chǎn)生的碳排放量。碳匯包括生態(tài)生產(chǎn)用地碳匯和生態(tài)用地碳匯兩大類(圖3)。碳排放方面，生活生產(chǎn)用地是碳排放的最主要碳源，占總碳源的85.65%～97.26%，并呈現(xiàn)增長態(tài)勢。碳匯方面，生態(tài)生產(chǎn)用地對碳吸收的貢獻(xiàn)率較大，占總碳匯的62.10%～70.12%，但新疆地區(qū)生態(tài)生產(chǎn)用地面積占比較小，使碳吸收作用非常微弱；生態(tài)用地的碳吸收能力相對較弱。

表3 各類能源消費情況Table 3 Various types of energy consumption

1990-2018 年，生活生產(chǎn)用地碳排放迅速增長，從1990 年的1 680.48 萬t 增長至2018 年的15 912.14 萬t，碳排放量在2000-2010 年間上漲趨勢尤為明顯，年增長率達(dá)17.28% (圖3)。生產(chǎn)生態(tài)用地碳排放量呈現(xiàn)緩慢上升態(tài)勢，從1990 年的281.49 萬t 增長至2018 年的447.95 萬t，其在2000-2010 年間年增長率最大，為3.58%，但碳排放能力相對較弱，隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，碳排放貢獻(xiàn)不斷下降，從1990 年的14.35%下降到2018 年的2.74%。碳匯總量在近30年間呈緩速下降態(tài)勢，由499.44 萬t 下降至398.29萬t。其中，生態(tài)生產(chǎn)用地碳匯量變化最為明顯，在1990-2018 年間碳吸收量約下降了99.80 萬t；生態(tài)用地碳匯量的變化幅度較小，基本保持穩(wěn)定(圖3)。在1990-2018 年間，新疆地區(qū)土地利用凈碳排放量呈增長態(tài)勢，由1 462.53 萬t 增長至15 961.80 萬t，其在2000-2010 年間年增長率最大(19.47%)，在2010 年后略有下降，但仍處于高位，年增長率達(dá)到13.68% (圖3)。

圖3 新疆地區(qū)土地利用碳排放量Figure 3 Land use carbon emissions in Xinjiang

3.3.2 土地利用碳排放強度分析

以碳排放強度(碳排放量/區(qū)域土地面積)代表地區(qū)土地利用碳排放水平。從表4 可知，1990-2018年期間生態(tài)生產(chǎn)用地和生態(tài)用地碳吸收強度變動不大，平均碳吸收強度分別為39.72 和1.02 t·km-2，生態(tài)生產(chǎn)用地碳吸收能力較強但占地面積較小，生態(tài)用地占地面積大，但固碳能力相對較弱，所以生態(tài)生產(chǎn)用地和生態(tài)用地固碳容量十分有限。同期生產(chǎn)生態(tài)用地直接碳排放強度態(tài)勢較穩(wěn)定，平均碳排放強度為49.70 t·km-2；生活生產(chǎn)用地間接碳排放強度由期初的4 207.90 t·km-2上升到期末的18 423.55t·km-2，增加3.38 倍，在地區(qū)碳排放中占主導(dǎo)地位，為主要排放源。

凈碳排放強度呈持續(xù)增長態(tài)勢，由期初8.97 t·km-2上升到期末97.93 t·km-2，年增加率高達(dá)35.42%(表4)。碳匯強度作用有限，但其用地類型占地面積較大，對凈碳排放強度弱化較顯著，因此，凈碳排放強度呈現(xiàn)出遠(yuǎn)低于間接碳排放強度的變化趨勢。

表4 新疆地區(qū)土地利用碳排放/碳吸收強度Table 4 Land use carbon emission/absorption intensity in Xinjiang

3.4“三生”用地變化引起的碳效應(yīng)分析

間接或直接的土地利用行為會對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)產(chǎn)生影響，即土地利用變化的碳效應(yīng)，可以通過碳排放增量與碳匯增量的差值來表示。根據(jù)各土地利用類型的碳排放系數(shù)，估算出新疆地區(qū)1990-2018 年“三生”用地動態(tài)變化引起的碳效應(yīng)(表2、表5)。

表5 1990-2018 年新疆地區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)變及其碳效應(yīng)變化Table 5 Land use transfer types and their carbon effects in Xinjiang from 1990 to 2018

1990-2018 年，新疆地區(qū)“三生”用地動態(tài)變化引起的碳排放增量高出碳匯增量7 671.88 萬t。生活生產(chǎn)用地流入生產(chǎn)生態(tài)用地1 585 km2，碳排放量減少了1 344.36 萬t，同時生產(chǎn)生態(tài)用地流入生活生產(chǎn)用地2 942 km2，碳排放量增加了3 773.08 萬t，即生活生產(chǎn)用地占用生產(chǎn)生態(tài)用地1 357 km2，引起的碳排放增量為2 428.72 萬t，碳效應(yīng)變化主要發(fā)生在2000-2010 年間。生活生產(chǎn)用地流入生態(tài)生產(chǎn)用地126 km2，碳匯量增加117.72 萬t，同時生態(tài)生產(chǎn)用地流入生活生產(chǎn)用地263 km2，碳排放量增加295.68萬t，即生態(tài)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯钌a(chǎn)用地的面積為137 km2，引起碳排放量增加177.96 萬t，碳效應(yīng)變化主要發(fā)生在2000-2010 年間。生活生產(chǎn)用地流入生態(tài)用地476 km2，碳匯量增加2 067.7 萬t，同時生態(tài)用地流入生活生產(chǎn)用地3 624 km2，碳排放增加6 858.97 萬t，即生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯钌a(chǎn)用地的面積為3 148 km2，引起碳排放量增加4 791.27 萬t，碳效應(yīng)變化主要發(fā)生在2000-2010 年和2010-2018年間。生產(chǎn)生態(tài)用地流入生態(tài)生產(chǎn)用地1 602 km2，碳匯量增加26.08 萬t，同時生態(tài)生產(chǎn)用地流入生產(chǎn)生態(tài)用地3 569 km2，碳排放增加45.58 萬t，即生態(tài)的逆向演變：生態(tài)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)生態(tài)用地面積為1 967 km2，引起碳排放量增加19.5 萬t，碳效應(yīng)變化主要發(fā)生在2000-2010 年間。生態(tài)生產(chǎn)用地流入生態(tài)用地48 375 km2，碳匯量損失211.62 萬t，同時生態(tài)用地流入生態(tài)生產(chǎn)用地25 114 km2，碳匯量增加126.71 萬t，即生態(tài)的逆向演變：生態(tài)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)用地，面積達(dá)23 300 km2，引起碳匯量損失84.91 萬t，碳效應(yīng)變化主要發(fā)生在2000-2010年間。生產(chǎn)生態(tài)用地流入生態(tài)用地6 177 km2，碳匯量增加66.9 萬t，生態(tài)用地流入生產(chǎn)生態(tài)用地39 064 km2，碳排放增加236.42 萬t，即生態(tài)的逆向演變：生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)生態(tài)用地面積為32 887 km2，引起的碳排放增加量為169.52 萬t，碳效應(yīng)變化主要發(fā)生在2000-2010 年間。

4 討論與結(jié)論

本研究基于新疆地區(qū)1990-2018 年“三生”用地動態(tài)情況，分析了碳排放效應(yīng)。研究表明，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，生活生產(chǎn)用地和生產(chǎn)生態(tài)用地需求增加，占用生態(tài)用地，同時發(fā)生著生態(tài)逆向演變，大量生態(tài)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)用地。碳排放效應(yīng)表現(xiàn)為：凈碳排放呈增長趨勢，其中生活生產(chǎn)用地的碳排放量增加最為顯著，且對凈碳排放總量起著決定性作用，以及生態(tài)逆向演變造成碳匯損失。土地利用轉(zhuǎn)型和碳效應(yīng)變化主要發(fā)生在2000-2010 年間，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度和城市化進(jìn)程加快，該階段新疆地區(qū)的城鎮(zhèn)化建設(shè)、工業(yè)發(fā)展等活動對土地利用轉(zhuǎn)型影響較大，碳排放效應(yīng)最為顯著，碳排放量大幅增加。2010 年后，隨著國家碳減排政策力度的加大和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，土地利用變動以及相應(yīng)的碳排放效應(yīng)趨勢得到控制，但碳排放量仍處于高位。以上給新疆地區(qū)碳減排帶來巨大壓力，影響其生態(tài)建設(shè)。為減少新疆地區(qū)土地利用凈碳排放量，應(yīng)處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)、耕地保護(hù)的關(guān)系，重視對碳源的控制，并保障綠地面積以促進(jìn)碳匯的增加，才能有效減少凈碳排放量。

目前，國內(nèi)外對土地利用碳排放效應(yīng)的核算方法已經(jīng)初步達(dá)成一致，但是對各土地利用類型的碳排放系數(shù)還未形成統(tǒng)一。土地利用對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響是一個極復(fù)雜的過程，不同地域不同時期各土地類型的碳排放系數(shù)可能存在特殊性和動態(tài)性。本文借鑒IPCC 和有關(guān)學(xué)者的經(jīng)驗數(shù)據(jù)及系數(shù)進(jìn)行分析存在一定誤差。在之后的研究中可以根據(jù)新疆地區(qū)的實際情況對這些系數(shù)進(jìn)行深入研究，探究出更加適用于新疆地區(qū)的碳排放系數(shù)。

本研究結(jié)論如下：1)在1990-2018 年間，新疆地區(qū)土地利用主導(dǎo)功能用地類型以生態(tài)用地為主，生態(tài)生產(chǎn)用地和生產(chǎn)生態(tài)用地次之，生活生產(chǎn)用地最少。其中生活生產(chǎn)用地和生產(chǎn)生態(tài)用地面積增長率較快，動態(tài)度較大，生活生產(chǎn)用地面積增長率高達(dá)116%，動態(tài)度高達(dá)4.15%；其次生產(chǎn)生態(tài)用地增長率達(dá)59.19%，動態(tài)度達(dá)2.11%。生態(tài)生產(chǎn)用地面積呈減少態(tài)勢，下降率達(dá)28.93%，動態(tài)度為-1.03%；生態(tài)用地下降率為0.86%，動態(tài)度為-0.03%。其中在2000-2010 年期間，土地利用動態(tài)度最大。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，研究區(qū)生活生產(chǎn)用地和生產(chǎn)生態(tài)用地擴(kuò)張顯著，分別占用生態(tài)用地3 148 和32 887 km2，同時大量生態(tài)生產(chǎn)用地(23 261 km2)轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)用地。

2)碳排放方面，生活生產(chǎn)用地作為碳排放最主要碳源，碳排放量增長迅速，從1990 年的1 680.48萬t 增長至2018 年的15 912.14 萬t，其在2000-2010年間年增長率最大，達(dá)17.28%；生產(chǎn)生態(tài)用地碳排放量從281.49 萬t 增長至447.95 萬t，其在2000-2010年間年增長率最大，為3.58%。碳匯總量呈緩速下降態(tài)勢，由499.44 萬t 下降至398.29 萬t，其中主要為生態(tài)生產(chǎn)用地碳吸收量約下降了99.80 萬t，生態(tài)用地碳匯量基本穩(wěn)定在150 萬t 左右。凈碳排放量呈增長態(tài)勢，由1 462.53 萬t 增長至15 961.80 萬t，其在2000-2010 年間年增長率最大，為19.47%。

3)生活生產(chǎn)用地為主要排放源，碳排放強度由期初的4207.90 t·km-2上升到期末的18 423.55 t·km-2，增加3.38 倍；生產(chǎn)生態(tài)用地碳排放強度變化態(tài)勢較穩(wěn)定，平均碳排放強度為49.70 t·km-2。生態(tài)生產(chǎn)用地和生態(tài)用地碳吸收強度變動不大，平均碳吸收強度分別為39.72 和1.02 t·km-2，碳吸收強度較大的生態(tài)生產(chǎn)用地占地面積較小，所以碳匯的固碳容量較有限。凈碳排放強度呈持續(xù)增長態(tài)勢，由期初8.97 t·km-2上升到期末97.93 t·km-2。

4)近30 年新疆地區(qū)“三生”用地動態(tài)變化引起的碳排放增量高出碳匯增量7 671.88 萬t。其中生態(tài)用地主要轉(zhuǎn)入生產(chǎn)生態(tài)用地和生活生產(chǎn)用地，引起的碳排放增加量為4 960.79 萬t；生產(chǎn)生態(tài)用地主要轉(zhuǎn)入生活生產(chǎn)用地，引起的碳排放量增加2 428.72 萬t；生態(tài)生產(chǎn)用地主要轉(zhuǎn)入生態(tài)用地，引起碳匯量損失84.91 萬t。碳排放效應(yīng)變化主要發(fā)生在2000-2010 年。