全国土地利用碳排放效应探讨.docx

    全国土地利用碳排放效应探讨    李琦雯?林志鹏?吴昕玲摘 要：国内外有关碳排放视角下的土地利用研究应经广泛开展，其中 “土地利用对碳循环和生态系统的影响研究”、 “陆地生态系统对碳汇和碳循环的影响”研究、“经济发展驱动下土地利用对生态系统的影响”研究、“基于‘低碳下的土地利用/覆盖变化（LUCC）相关模型”研究都取得了相应的成果基于以上研究成果，笔者试从全国范围内对土地利用碳排放效应展开讨论，从而为我国土地资源的合理利用提供理论指导和重要参考关键字：碳排放；土地利用/覆盖变化；生态效应基金项目：大学生创新创业训练项目（1184513209）：基于低碳下的土地利用覆盖变化研究胡锦涛在2005年6月27日讲话指出：节约能源资源，走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的路子，是坚持和落实科学发展观的必然要求，也是关系中国经济社会可持续发展全局的重大问题经济发展与资源环境相协调，最重要的是资源利用与环境保护之间的相协调自工业革命以来，世界经济发展迅速，人类活动对自然资源的需求和消耗急剧上升，土地利用结构的转变，大片森林砍伐和湿地破坏，煤炭、燃料化石等能源的消耗等，对地球生态环境造成了巨大的破坏，最具影响的是全球气候的持续变暖。

碳排放量作为气候变暖的一个重要因素，受到能源消耗、土地利用的影响尤为严重，据统计，2007年世界碳排放总量达到37757.32Mt，大气CO2浓度较工业革命前增加了近25%，并以0.5%的年速率持续升高中国作为最大的发展中国家，人口众多，资源有限，资源环境系统尤为脆弱，改革开放以来的中国经济高速发展、工业化和城市化的持续升温，造成大量能源消耗和土地利用变化，导致中国碳排放总量于1996年的3363.5Mt上升至2007年的7219.2Mt，占世界总排放量的19.12%，成为世界上最大的碳排放国家而在将来很长一段时间里，中国的能源消耗还以煤炭、石油等高碳排放能源为主，所以，坚决做好节能减排工作，是坚持走中国社会主义可持续发展道路的重大任务导致碳排放量增加的人为因素主要包括两方面：一方面为能源消耗和工业生产直接温室气体排放，另一方面为土地利用结构变化影响温室气体汇和源的分布和协调[3]而这两方面都可以借助土地利用变化来体现，工矿企业、水利交通等建设用地的增加、林地面积的减少、耕地数量的变化等都会体现出能源消耗量和碳排放量的多少和分布作为造成全球变化和碳循环不平衡的重要原因之一，不合理的土地利用会导致土壤和植被碳储存能力的降低，大气中碳排放量持续增加，自然生态系统受到严重破坏。

70年代以来，关于碳排放的话题引起了广泛的关注和深入的研究，但主要针对能源消耗或者某类典型的陆地生态系统等对碳排放的影响机理，而以全国为基础，对各类土地利用方式碳排放效应进行整体研究还待深化为此，本为以中国1996年～2008年土地利用变化、能源消耗和碳排放量为基础，对全国范围内土地利用变化碳排放效应进行探讨，从而也为深入开展土地利用碳排放研究和核算土地利用变化碳排放量影响提供帮助1 研究方法与数据来源1.1研究方法土地利用伴随着碳排放的发生，人类在土地上的生产生活以及土地自身利用状态的保持与转变是陆地碳排放的主要来源 人类活动造成的能源消耗、林、草地和湿地面积的减少等是碳排放量增加的直接原因，已有研究认为，仅中国能源消耗的碳排放占总碳排放量的76%[8]按照碳源（汇）的定义，根据已有的主要土地利用类型碳源（汇）能力，对全国土地利用类型进行分类，碳汇主要包括林地和草地，碳源主要包括耕地、建设用地[12]其中耕地作为碳源和碳汇的混合效应，按照农业生产中碳排放系数及自身的碳吸收系数，差值确定其为碳源；建设用地作为碳源不能简单的用建设用地面积来衡量，而是间接的利用生产生活各种能源消耗所产生的碳排放。

本文只考虑全国范围内不同时间段土地利用碳排放效益的时空差异，而排除不同区域同一土地利用类型碳排放和吸收系数差别，采用经验系数法对全国范围内土地利用碳排放效益进行测算，见表1：其中林地、草地的碳汇系数由已有研究结果确定；耕地作为碳源、碳汇的混合对象，其碳排放系数由碳源与碳汇差值确定；中国能源消耗主要包括煤炭、石油和天然气等，所以建设用地碳源系数由煤炭、石油和天然气碳源系数求和确定[4][10-12] 碳排放估算公式： （1）其中：E——碳排放总量，万吨； ei——研究区i类土地利用方式碳排放量，万吨；Ti——i类碳排放系数，排放为正，吸收为负；各类土地利用面积（建设用地为各类能源消耗量），m2（万吨）1.2 数据来源采用1996～2008年的《中国统计年鉴》，1996～2008年的中国能源消耗统计数据，1996年和2008年中国华北、东北、华东、中南、西南和西北六区土地利用现状及能源消耗统计数据，《全国土地利用总体规划纲要（2006-2020年）》，此外还包括部分来源于已有文献的土地利用数据和方法数据对已有数据采用已有的经验系数法进行历年土地利用碳排放量进行测算和分析，并对2020年中国碳排放量进行预测。

2 结果分析2.1 碳排放的总体估算及特征根据收集的中国1996～2008年土地利用现状数据和历年中国能源消耗数据，利用经验系数法对全国1996～2008年碳排放量进行测算，并作出正确分析（见图1和图2）：（1）全国1996～2008年碳排放量经历了两个时期，1996～2003年的碳排放量为负，呈现碳汇阶段，2001～2008年碳排放量为正，并持续增加，呈现碳排放阶段；（2）历年能源消耗量也呈现阶段性，即1996～2000年左右，能源消耗量变化平缓，而2000～2007年，由于经济的快速发展，工业化和城市化持续升温，造成此阶段能源消耗量持续增加，年变化率达到20%左右，而2007年以后，国家宏观调控加强，强调经济发展与环境资源相协调，注重节能减排，所以在2007年后一年中能源消耗量增加缓慢；（3）由于2001年以前林地面积逐年减少，致使林地碳汇能力逐年下降，较1996年来说，林地面积减少了3727.58 万公顷，碳汇能力降低了14.0%，而2001年后国家注重了林地保护和植树造林活动，全国林地面积持续增加，2003年增幅最大达到2%，而后林地面积逐渐趋于平稳，林地碳汇能力也随之趋于稳定；（4）1996～2008年间，耕地面积逐年减少，致使耕地碳排放量相应减少，但耕地碳排放率较小，所以碳排放值影响值较小；（5）由于城市范围和工矿企业、交通水利等用地的逐年扩张，致使建设用地面积逐年增加，增幅在1.03%～2.14%，相应碳排放量来说，工矿企业等碳排放量相对于建设用地总碳排放量来说，达到92.1%左右，而其余碳排放主要来源于居民生活碳排放。

图1 全国1996-2008年主要土地利用方式的碳排放量图2 全国1996-2008年主要土地利用面积年变化率为了反映各类土地利用变化对碳排放量变化的影响，对各类土地利用变化碳排放效应进行边际分析，即相应碳排放变化量与各类土地变化率的比值，见式2其中：——i类土地利用变化碳排放边际值；——1996和2008年i类土地利用类型碳排放量差值；——i类土地利用面积变化率由各类土地利用碳排放的边际分析看出（见表2）：耕地和草地对碳排放（吸收）的贡献值较低，分别问0.042和0.002t*（hm2）-1，而对碳排放（吸收）影响最大的为林地和建设用地，作为最大的碳汇来源，1hm2林地碳汇量仅占建设用地碳排放量的2%左右，相对来说，林地对碳排放的敏感度较差，而建设用地相对来说比较敏感而对于边际分析来说，在现有林地基础上，每增加1%面积林地，可以吸收同样比例的建设用地和耕地碳排放量的18%左右这就说明，目前林地面积还远远不能达到碳排放的吸收，相对比来说，50hm2新增林地才能平衡1hm2新增建设用地带来的碳排放，所以，在现有林地和建设用地基础上，有效合理的植树造林、资源节约型的建设用地扩张等措施对大气碳系统平衡起到很大作用。

从表2可以初步断定，建设用地和碳排放量之间的相关性最强，而林地次之，为了近一步分析各类土地利用方式和碳排放效应的相关性关系，我们对各类土地利用变化和碳排放量进行了相关性分析，并得出结果，见表3：建设用地与总碳排放量之间呈显著相关，而耕地和林地用地面积和总碳排放量之间呈现负相关；但由于国家现在坚持耕地的保有量，耕地面积处于一个比较稳定的阶段，所以虽然林地与碳排量之间的不显著负相关更得引起注意，由于林地对碳排放量的敏感度低，林地面积的小比例增大对碳排放量的影响程度低为了更进一步的说明各类土地利用方式和碳排放量之间的相关性和因果关系，对已有数据进行多元回归分析，见式33）其中，x1～x4——分别为耕地、草地、林地和建设用地面积；y——因变量（碳排放总量）；abcd——各个自变量（土地利用类型）的系数；——表示相关常量由于耕地和草地对碳排放（吸收）的影响率低，分别为0.042t*（hm2）-1和-0.002 t*（hm2）-1，所以在假定耕地和草地现有面积和碳排放效应不变的情况下，只考虑林地和建设用地的碳排放效应，式3可变形为：（4）在现有建设用地面积和林地面积不变的情况下，平衡现有多余碳排放还需要在2005年基础上新增约6120万hm2面积林地。

按照国家做出的碳排放量降低目标，至2020年中国碳排放量基于2005年降低40%左右，建设用地面积控制在3724万hm2，假设2020年中国能源利用率达到发达国家水平为43%，则需要新增林地面积约6103.86万hm2，按照现有水平很难实现，所以就要求国家要节约集约利用土地，科技创新提高能源利用率，并且要大力发展新能源和环保能源等2.2 区域碳排放分析1996年全国土地利用碳排放效应来看，国家总碳排放量为-55950.72万t，从整体上看处于碳汇阶段，但由于中国土地面积宽广，地形复杂，生态多样，土地利用分布不均匀，整体碳排放效应不能完全说明中国实际碳排放效应2.2.1 区域土地利用差异性探讨中国国土面积960万km2，面积辽阔自然资源丰富，但由于自然条件和经济发展的不平衡，造成中国各类土地利用分布不均匀，以1996年为例，对全国土地利用分布进行分析：各区域耕地面积比较均衡，差异性较小；土地利用分布差异性较大的为建设用地和草地，草地主要分布在华北、中南、西南和西北地区，而华东地区草地面积仅为11.7万hm2，仅占总面积的0.04%左右，比率标准差为0.182，差异性极大；林地主要分布于中南和西南地区，而西北地区林地面积2707万hm2，占总面积的10%左右，较西南地区林地面积少4776万hm2，将近西北地区林地面积的1.7倍；建设用地面积主要集中在华东和中南地区，各区之间差异性较大，比率标准差为0.072。

而从整体来看，华东地区建设用地面积最大，林地面积处于较低水平，草地面积最小，土地利用分布极不平衡2.2.2 区域碳排放差异性基于此问题的存在，按国务院规定的国家区域划分，对土地利用碳排放效应进行分区探讨（见图4）：1996年各区碳排放中，华东地区碳排放量为5775万t，其余各区碳排放量均为负，而到2008年，仅东北地区和西南地区碳排放为负，其余各区域排放量为正；华东地区碳排放量变化最大，达到35300万t，其次为中南地区和华北地区，虽然西北地区碳排放量变化最小，但发生了质的变化，碳排放量由负转正这主要是由于1996～2008年间，中国经济快速发展，城市化和工业化程度快速提高，致使建设用地面积在各个区域内都呈现高速扩张而作为经济发展最快的华东地区，在一定土地的限制下，经济的发展必定会造成土地利用类型之间的相互转换，而提高经济发展最主要的即为其他土地利用类型向建设用地的转换在12年间，华北地区建设用地面积扩张了近134%，建设面积的增大直接带来的是能源消耗的增加，而华东地区林地面积减少了近13%（见图5），最大碳源的增加和最大碳汇面。