基于土地利用變化的六盤水市碳排放效應分析

摘要 根據2009—2018年六盤水市土地利用變化以及能源消耗數(shù)據，分析土地利用類型變化以及碳排放效應，研究其與碳排放之間的內在聯(lián)系。結果表明：研究期內土地利用類型發(fā)生較大變化，其中園地、水域、建設用地呈上升態(tài)勢，耕地、林地、草地、未利用地呈減少趨勢。近10年凈碳排放量呈增加趨勢，碳匯出現(xiàn)下降趨勢，引起六盤水市碳足跡壓力指數(shù)、碳排放風險指數(shù)亦呈上升趨勢。六盤水市不同時期的碳排放空間差異明顯，碳排放量空間分布亦存在很大不同，六盤水市碳排放量呈現(xiàn)北部高的特點。碳排放量關聯(lián)度不同地類不同時間在不同年份存在不同，六盤水市各區(qū)（市）建設用地和碳排放的關聯(lián)度與整個六盤水市關聯(lián)度比較接近，建設用地對六盤水市碳排放影響最大。

關鍵詞 碳排放；土地利用；碳排放效應；碳足跡壓力指數(shù)；碳風險；關聯(lián)度

中圖分類號 X321 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）15-0086-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.15.019

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis of Carbon Emission Effect in Liupanshui City Based on Land Use Change

SHUAI Chun-yu

（Guizhou First Institute of Surveying and Mapping， Guiyang， Guizhou 550000）

Abstract Based on the data of land use change and energy consumption in Liupanshui City from 2009 to 2018， land use type change and carbon emission effect were analyzed， and the inherent relationship between land use type change and carbon emissions was studied.The results showed that the land use types changed greatly during the study period， in which the garden land， water area and construction land increased， while the cultivated land， forest land， grassland and unused land decreased. In the past ten years， net carbon emissions showed an increasing trend， and carbon sink showed a declining trend， resulting in the carbon footprint pressure index and carbon emission risk index of Liupanshui City also showed an increasing trend.The spatial differences of carbon emissions in different periods of Liupanshui City were significant， and there were also significant differences in the spatial distribution of carbon emissions，the carbon emissions in Liupanshui City showed a high characteristic in the north.The correlation coefficient of carbon emissions caused by different land types was different in different years. The correlation degree of construction land and carbon emissions in each district （city） of Liupanshui City was close to that of the whole city， and construction land had the greatest impact on carbon emissions in Liupanshui City.

Key words Carbon emission;Land use;Carbon emission effect;Carbon footprint pressure index;Carbon risk;Correlation degree

社會的高速發(fā)展決定了碳排放，碳排放是引起全球氣溫升高的主要原因［1］。土地利用變化中產生的碳循環(huán)是人類活動中最直接的，其產生二氧化碳的量僅次于化石燃料燃燒所釋放的二氧化碳量［2］。因此，不同土地利用類型產生的碳排放成為碳循環(huán)的主要表現(xiàn)形式［3］，深入分析土地利用變化引起的碳排放，有針對性地提出節(jié)能減排措施，對建設低碳城市具有重要的理論和現(xiàn)實意義［4］。

土地利用碳排放的研究主要有以下幾個方面：碳源和碳匯研究［5-7］、碳排放整體變化研究［8-9］、建設用地碳排放總量之間的關系研究［10-11］、不同土地利用方式產生的碳排放量的時空差異研究［12-13］等，為今后的研究夯實了理論基礎。六盤水市作為主要能源城市，社會經濟發(fā)展較快，其土地利用結構在這幾年發(fā)生了明顯變化，加快了碳排放的變化速度。該研究對六盤水市近10年土地利用變化引起的碳排放量產生的風險指數(shù)進行分析，以期為同類型的城市建設在可持續(xù)方面提供相關的理論依據。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

六盤水市是 “三線”建設建起的一座能源原材料工業(yè)城市，位于25° 19′ 44″～ 26° 55′ 33″ N、104° 18′ 20″～105° 42′ 50″ E。2018年底，全市常住人口為303.16萬人。六盤水市城鎮(zhèn)化率由2009年的22.68％增長至2018年的35.55％，城鎮(zhèn)化率增長了12.87百分點。國民生產總值由2009年的431.13億元增加至2018年的1 525.69 億元。隨著六盤水市經濟快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化步伐大力推進，由于六盤水土地利用類型在近10年中發(fā)生了較大變化，對碳儲存和碳排放產生很大影響。

1.2 數(shù)據來源

相關基礎數(shù)據來源于2009—2018年六盤水市第二次土地利用變更調查；其他的社會經濟數(shù)據以及能源消費數(shù)據主要來源于《六盤水統(tǒng)計年鑒》（2009—2018年）。能源消費數(shù)據主要是根據《中國能源統(tǒng)計年鑒》附錄中的折標準煤系數(shù)轉化而成［14］。

該研究結合中國科學院的土地資源分類系統(tǒng)以及其他分類標準，對2009—2018年的土地利用數(shù)據進行分類和整理［1］。結合土地利用相關分類標準，將其分為耕地、園地、林地、草地、建設用地、水域、未利用地7種類型。

1.3 研究方法

碳排放在土地利用方面主要包含直接碳排放和間接碳排放2種類型。土地利用引起的碳排放是直接排放，間接碳排放是指各土地利用類型上所承載的全部人為源碳排放。碳排放量取決于碳源與碳匯的差值，碳源主要指碳的排放強度，碳匯主要指碳庫儲量和吸收累計速率［15］。對于除了建設用地的6種非建設用地的碳排放量主要是根據碳排放系數(shù)直接估算，間接碳排放是通過各種能源消耗所產生的碳排放量計算得到。

1.3.1 直接排放量。

根據相關的研究結果，對耕地、園地、林地、草地、水域、未利用地6種用地排放量進行估算，公式如下［16］：

A=Bi×Ci

式中：A為碳排放總量，負值表示碳吸收，正值表示碳排放；Bi為第i種非建設用地類型對應的面積；Ci為第i種非建設用地類型碳排放系數(shù)，碳排放（吸收）系數(shù)參考孫赫等［16］的研究結果，其中耕地、園地、林地、草地、水域、未利用地的碳排放系數(shù)分別為0.042 2、-0.073 0、-0.057 8、-0.002 1、-0.025 2、-0.000 5 kg/（m2·a）。

1.3.2 間接排放量。

建設用地的碳排放量主要采用間接估算，主要是用生產生活中能源消耗產生的CO2量來體現(xiàn)，選取的能源有洗精煤、汽油、燃料油、柴油、其他洗煤、焦炭、煤油、天然氣。將上述各種能源消耗量換算成標準煤量，計算公式如下［17］：

Et=8i=1Eti=8i=1（Eni×θi×fi）

式中：Et為能源終端消費產生的碳排放總量；Eti為第i類能源終端消費的碳排放量；Eni 為各類能源終端消耗量；θ i 為各類能源的折算標準煤系數(shù)；fi為各類能源的碳排放系數(shù)［14］。其中折標準煤系數(shù)來自《中國能源統(tǒng)計年鑒（2016）》，碳排放系數(shù)根據《IPCC國家溫室氣體清單指南》的碳含量轉換而來。具體如表1所示。

1.3.3 碳足跡壓力指數(shù)。

1.3.3.1 土地利用碳排放風險指數(shù)。

綜合碳排放的風險指數(shù)主要是由土地利用類型產生的碳排放風險指數(shù)來評價，公式如下［18］：

CRI=7i=1（Oi×Ri）/O

式中：CRI為土地利用產生的碳排放風險指數(shù)；Oi為第i種土地利用類型；O為區(qū)域土地總面積；Ri為第i種土地利用類型碳排放系數(shù)。

1.3.3.2 碳足跡壓力指數(shù)。

碳足跡壓力指數(shù)主要是人類社會的經濟活動對生態(tài)系統(tǒng)產生的影響，計算公式如下［12］：

Ce=Cf/Cd

式中：Ce為土地利用產生的碳足跡壓力指數(shù)；Cf為碳源；Cd為不同土地利用類型產生的碳匯。當Ce≤1時，表明區(qū)域內生態(tài)系統(tǒng)產生的碳平衡處于穩(wěn)定狀態(tài)；當Ce>1時，表明區(qū)域內碳平衡產生的生態(tài)系統(tǒng)處于失調狀態(tài)，說明碳循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)壓力過大。

1.3.3.3 灰色關聯(lián)度分析。

土地利用類型與碳排放之間的研究相對較少，兩者缺少相對的信息，所以該研究采用灰色系統(tǒng)來研究關聯(lián)度。具體步驟如下［19］：

子序列是研究范圍內7種不同地類的面積，假設p個分析區(qū)域包含v個原始子序列：

{x1（0）（p），x2（0）（p），…，xv（0）（p）}。

母序列是研究區(qū)域不同土地利用類型產生的碳排放量，假設p個分析區(qū)域有w個原始母系列：

{y1（0）（p），y2（0）（p），…，yw（0）（p）}。

分別對以上2個系列進行均值化處理，將數(shù)列中各值分別與數(shù)列均值相除，得到一個新的數(shù)列。

將每個比較數(shù)據列、參考數(shù)據列進行絕對差值計算，其公式為

Δm（p）=|yi（0）（p）-xi（0）（p）|

比較數(shù)據列對參考數(shù)據列在z點上的關聯(lián)系數(shù)則是指兩者在第z個點上的相對差值，計算公式為

εi（z）=miniminj|y（z）-xi（z）|+αmaximaxj|y（z）-xi（z）||y（z）-xi（z）|+αmaximaxj|y（z）-xi（z）|

式中，α∈（0，∞）稱為分辨系數(shù)，α的一般取值范圍為（0，1），該研究中取α=0.546 3。將比較數(shù)據列與參考數(shù)據列關聯(lián)系數(shù)的平均值稱為關聯(lián)度，計算公式如下：

Ri=1ppz=1εi（z）

2 結果與分析

2.1 土地利用變化分析

從表2可以看出，2009—2018年六盤水市土地利用有明顯變化，園地、水域、建設用地呈遞增趨勢，其他地類呈減少趨勢。2009—2018年，建設用地是其中地類中增量最大的地類，增加了12 827.37 hm2，其次為水域，增加了323.56 hm2，園地增量最小，增加了76.84 hm2。耕地是地類減少最多的，其面積減少了6 200.80 hm2，其次是林地，減少了3 176.14 hm2，草地減少2 360.63 hm2，未利用地減少1 490.20 hm2。耕地減少量最多，耕地的主要流向是建設用地；建設用地的第二來源是林地和草地，草地主要流入了耕地。六盤水是重要的能源基地以及西南地區(qū)重要的交通樞紐，建設用地的需求急劇增加，占用的耕地、林地面積較大，六盤水市碳減排壓力日益增大。

2.2 土地利用變化產生的碳排放效應分析

2.2.1 不同土地利用碳排放量計算。

從表3可以看出，六盤水市土地利用凈碳排放量總體呈增加趨勢，每年的碳源也相應增加，碳匯呈下降趨勢。凈碳排放量由2009年的208.68×104 t增長至2018年的263.74×104 t，其中碳源增加了54.86×104 t，碳匯減少了0.20×104 t。建設用地對碳源的影響最大，增加了55.12×104 t；林地對碳匯貢獻量最大，未利BwF1N9MYHcuqK+13PA0T7u9DBRE2Z5AijvHoA8t4gYc=用地、園地次之，草地最小。從3個時間段可以得出，2009—2013年碳排放量增加18.27×104 t，2013—2015年增加了9.98×104 t，2015—2018年增加了26.81×104 t。2009年六盤水市森林覆蓋率35.05%，2018年達到59.72%，10年間森林覆蓋率增加了24.67百分點。2018年貴州省森林覆蓋率57.00%，六盤水市森林覆蓋率高于全省森林覆蓋率。六盤水市一直把生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的理念貫穿在城市建設中，在持續(xù)推進產業(yè)生態(tài)化、生態(tài)產業(yè)化的觀念，六盤水的發(fā)展方向重點朝著低碳發(fā)展。

從表4可以看出，2009—2018年六盤水市碳足跡壓力指數(shù)、碳排放風險指數(shù)均表現(xiàn)出同步上升的趨勢。六盤水市環(huán)境壓力來源主要是碳排放的引起。六盤水市碳足跡壓力指數(shù)由2009年的9.99升高至2018年的12.45，碳足跡壓力指數(shù)10年增加了2.46，年均增加0.25。碳排放風險指數(shù)也增加了0.56，六盤水市10年間建設用地增加了12 827.37 hm2，園地增加了76.84 hm2，水域增加了323.56 hm2，耕地、林地、草地、未利用地呈減少趨勢。六盤水市碳排放量大于碳匯量，碳排放風險指數(shù)處于不均衡狀態(tài)，生態(tài)環(huán)境壓力較大，其中鐘山區(qū)作為六盤水市中心城區(qū)，碳足跡壓力指數(shù)和碳排放風險指數(shù)均大于其他區(qū)（市）且總體呈上升趨勢。六枝特區(qū)10年間碳足跡壓力指數(shù)增加了2.44，碳排放風險指數(shù)增加了0.41；水城區(qū)碳足跡壓力指數(shù)增加了1.95，風險指數(shù)增加了0.44；盤州市碳足跡壓力指數(shù)增加了2.38，碳排放風險指數(shù)增加了0.57，盤州市碳排放風險指數(shù)接近于六盤水市的碳排放風險指數(shù)，盤州市建設用地增加幅度是六盤水市最大的，盤州市碳排放風險指數(shù)最大。

2.2.2 土地利用變化碳排放效應空間變化分析。

由于各區(qū)（市）自然稟賦不同，其經濟發(fā)展水平不一樣，碳排放量在空間分布上存在很大不同（圖2、3）。六盤水市碳排放量總體呈現(xiàn)北部高的特點。碳排放量較高的部分主要集中在六盤水市中心的鐘山區(qū)，碳排放量較低的主要分布在六枝特區(qū)和盤州市。盤州市經濟發(fā)展迅猛，建設用地增加迅速，主要以碳排放為主，是六盤水市碳源產生的主要地區(qū)。水城區(qū)隨著對產業(yè)結構的調整，其碳排放的能力也逐漸增強。六枝特區(qū)整體排放量相對較小。

六盤水市碳排放量的增加引起城市碳風險壓力逐漸增大，其相應的空間分布和碳排放量隨著時間變化也逐漸增加。碳排放風險主要分布在鐘山區(qū)，盤州市碳排放風險相對較高，六枝特區(qū)碳排放風險較低。

2.3 土地利用結構、碳排放的灰色關聯(lián)度分析

為了更好地分析六盤水市碳排放效應和土地利用結構的相關關系，采用灰色關聯(lián)度得出六盤水市土地利用結構與碳排放量關聯(lián)度（圖4），結果表明，碳排放量關聯(lián)度系數(shù)依據不同地區(qū)不同年份的土地利用類型會有很大變化。

六盤水市正處于城鎮(zhèn)組群構建生長的階段，空間整合能力不斷增強，其建設用地的增加會對碳排放量產生很大的影響，給六盤水市社會經濟發(fā)展帶來了極大的影響。在今后的土地利用變化中，建設用地需要進一步加強，加大對耕地、林地的嚴格保護，避免建設用地占用大量的耕地和林地。

從圖5可以看出，鐘山區(qū)碳排放關聯(lián)度除了耕地和水域，其余高于六盤水市平均水平，建設用地關聯(lián)度比六盤水市高0.03，這主要是由于鐘山區(qū)是六盤水市中心城區(qū)，經濟水平高于其余區(qū)（市），碳源能力較強。盤州市耕地和草地關聯(lián)度較大，水域關聯(lián)度低于六盤水市平均水平，盤州市大力發(fā)展旅游產業(yè)，聚焦農業(yè)現(xiàn)代化，不斷鞏固農業(yè)基礎地位，推動農產品加工產業(yè)向精品化、特色化發(fā)展。水城區(qū)園地關聯(lián)度低于六盤水市0.11，水城區(qū)業(yè)產業(yè)發(fā)展成效明顯，“兩園一田”農業(yè)特色優(yōu)勢產業(yè)提質增效成效明顯。六枝特區(qū)建設用地關聯(lián)度與六盤水市持平，主要原因是大力推進萬畝基本農田水利建設，保障糧食安全。

六盤水市各區(qū)（市）建設用地和碳排放的關聯(lián)度與整個六盤水市關聯(lián)度比較接近，嚴控建設用地的增長速度及規(guī)模，控制建設用地增量是需要迫切完成的問題。

3 結論

從碳足跡壓力指數(shù)、土地利用碳排放風險指數(shù)、灰色關聯(lián)度等方面對2009—2018年六盤水市土地變化引起的碳排放進行分析，具體結論如下：

（1）在研究范圍內，六盤水市耕地、林地、草地的主要流出是建設用地；草地主要流入了耕地。從近10年六盤水的發(fā)展變化上看，其建設用地需求快速增加，占用的耕地、林地面積較大，六盤水市碳減排壓力日益增大。

（2）2009—2018年六盤水市凈碳排放量呈增加趨勢，碳源呈增加趨勢，碳匯呈降低趨勢，引起六盤水市相應的碳足跡壓力指數(shù)、碳排放風險指數(shù)呈上升趨勢，六盤水市生態(tài)環(huán)境壓力處于高風險狀態(tài)。

（3）六盤水市由于各區(qū)（市）自然稟賦不同，其經濟發(fā)展水平不一樣，碳排放量在空間分布上存在很大不同，其碳排放量總體呈現(xiàn)北部高的特點。

參考文獻

［1］ 嚴慈，侯蘭功.基于灰色理論的陜西省土地利用變化及其碳排放研究［J］.西安理工大學學報，2021，37（1）：25-31.

［2］ 馬曉哲，王錚.土地利用變化對區(qū)域碳源匯的影響研究進展［J］.生態(tài)學報，2015，35（17）：5898-5907.

［3］ 李鵬，李靜婷，梁亞紅，等.近30年鶴壁市土地利用/覆被變化及碳效應分析［J］.生態(tài)經濟，2019，35（7）：121-128.

［4］ 鄭永超，文琦.寧夏自治區(qū)土地利用變化及碳排放效應［J］.水土保持研究，2020，27（1）：207-212.

［5］ 張貞，高金權，薛雅君.天津市不同土地利用的碳排放特征及空間格局研究［J］.資源開發(fā)與市場，2016，32（4）：437-442.

［6］ 王喜，魯豐先，秦耀辰，等.河南省碳源碳匯的時空變化研究［J］.地理科學進展，2016，35（8）：941-951.

［7］ 郗鳳明，梁文涓，牛明芬，等.遼寧中部城鎮(zhèn)密集區(qū)土地利用變化的碳排放及低碳調控對策［J］.應用生態(tài)學報，2016，27（2）：577-584.

［8］ 黃美玲.長江經濟帶土地利用碳排放效應研究［D］.黃石：湖北師范大學，2019.

［9］ 湯峰，殷彥玲，張蓬濤，等.基于土地利用變化的高陽縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值和碳排放風險研究［J］.水土保持研究，2019，26（4）：265-271.

［10］ 白翠媚，梅昀，張苗.武漢市土地利用變化碳排放及碳足跡分析［J］.湖北農業(yè)科學，2015，54（2）：313-317.

［11］ 楊坤，胡馨，石越.基于RS和GIS土地利用變化碳排放現(xiàn)狀及預測分析：以拉薩地區(qū)為例［J］.長江科學院院報，2016，33（2）：1-6.

［12］ 彭文甫，周介銘，徐新良，等.基于土地利用變化的四川省碳排放與碳足跡效應及時空格局［J］.生態(tài)學報2016，36（22）：7244-7259.

［13］ 阿依吐爾遜·沙木西，艾力西爾·亞力坤，劉曉曼，等.烏魯木齊土地利用碳排放強度時空演變研究［J］.中國農業(yè)資源與區(qū)劃，2020，41（2）：139-146.

［14］ 曲魯平，翟騰騰，張全景.基于灰色理論模型的山東省土地利用碳排放研究［J］.山東農業(yè)大學學報（自然科學版），2019，50（2）：290-296.

［15］ 袁壯壯，葉長盛，李輝丹.基于土地利用變化的南昌市碳排放效應分析［J］.湖南師范大學自然科學學報，2021，44（5）：30-39.

［16］ 孫赫，梁紅梅，常學禮，等.中國土地利用碳排放及其空間關聯(lián)［J］.經濟地理，2015，35（3）：154-162.

［17］ 范建雙，虞曉芬，周琳.南京市土地利用結構碳排放效率增長及其空間相關性［J］.地理研究，2018，37（11）：2177-2192.

［18］ 晏希寧.懷來縣土地利用碳排放變化及低碳優(yōu)化研究［D］.保定：河北農業(yè)大學，2018.

［19］ 吳夢芳.基于碳排放的土地利用結構優(yōu)化研究：以關中地區(qū)為例［D］.西安：長安大學，2018.