重庆市土地利用碳排放效应时空格局分异

文 枫, 鲁春阳

(河南城建学院, 河南 平顶山 467036)



重庆市土地利用碳排放效应时空格局分异

文 枫, 鲁春阳

(河南城建学院, 河南 平顶山 467036)

运用文献分析法、归纳总结法、统计分析法测算了重庆市12 a来不同土地利用类型的碳排放，分析了变化特征并对其时空差异类型进行了划分。结果表明：(1) 重庆市碳汇大于碳源，碳排放总量表现为碳吸收，1997—2008年碳吸收能力在波动中呈下降趋势，到2008年重庆市总碳吸收量为14 570.85万t；(2) 各类用地中，林地为主要的碳汇，建设用地为主要的碳源，建设用地碳排放增长幅度最快，年增长率为9.89%，应控制碳排放的快速增长；(3) 地均建设用地碳排放和单位产值碳排放强度较高，碳排放强度与经济发展水平呈正相关关系；(4) 土地利用碳排放效应受多种因素限制，能源消耗是碳排放主体；(5) 40个区县的土地利用碳排放效应在空间分布上存在较大差异，应实施差别化的碳减排调控策略，引导城市低碳发展。

土地利用; 碳排放; 时空差异; 重庆市

土地利用变化通过改变土地利用方式和土地利用结构，直接或间接影响陆地生态系统碳循环，改变人为能源消费、经济活动和农业生产格局，并进一步影响区域碳循环格局[4-5]。

近年来，学者们对碳排放研究主要集中在以下五个方面：(1) 碳排放因素分解实证[6-7]；(2) 基于能源消费、投入产出、个体消费行为等碳排放测算、碳结构、碳足迹和碳效率评价等[8-13]；(3) 碳排放与经济增长、产业结构、能源消耗、社会发展的关系[14-16]；(4) 基于特定生态系统的碳储量与土地利用[17-18]；(5) 区域性碳排放及影响因素[19-20]。其中土地利用碳排放效应受到普遍关注，特别是区域性土地利用变化与碳排放定量关系及相互作用机制的研究成果较多。土地利用碳排放的相关研究，国际主要是在土地利用变化的碳排放效应[21-22]、土地利用、能源消费与碳排放的关系[23]、城市空间的碳通量模拟[24]、城市化进程的碳动态[25-27]、等方面的研究；在国内南京大学较早开展了土地利用碳排放研究，集中在区域不同尺度碳排放核算及驱动机制研究、土地利用及其变化的碳排放效应及优化调控研究[28]，有学者对江苏省不同土地利用方式碳排放进行了有益的探索[29-30]，但现有研究还局限在对特定区域的实证层面，由于我国地域广大，不同区域的异质性明显。因此，有必要对不同类型区域的土地利用碳排放进行研究，为丰富我国土地利用碳排放理论体系提供更多素材。本文以重庆市为研究案例，在分析重庆市碳排放动态变化基础上，对主要土地利用类型的碳排放量及排放强度进行测算，探究不同土地利用方式碳排放空间差异及其变化特征，为深入开展区域土地利用碳排放研究提供参考，以期为区域土地利用方式转变和发展低碳经济提供决策参考。

1　研究方法及数据来源

1.1区域概况

重庆市位于东经105°11′—110°11′，北纬28°10′—32°13′，地处较为发达的东部地区和资源丰富的西部地区的结合部，重庆市一个集大城市、大农村、大山区、大库区和民族地区为一体的特殊直辖市，经济发展梯度大，城乡二元结构典型，肩负着在西部地区率先实现全面建设小康社会的历史发展的重任。同时，重庆地处三峡库区腹地是长江流域生态环境安全的重要屏障。在经济社会快速发展和资源环境瓶颈制约的矛盾凸显期，如何通过调控土地利用碳排放来建设“两型社会”、发展“低碳经济”，实现区域“包容性增长”成为重庆发展道路上面临的又一挑战。

1.2研究方法

碳排放主要是温室气体CO2的排放，其排放源包括自然源和人为源，自然源主要是来自陆地生态系统和海洋释放，人为源是由人类活动引起的CO2排放，主要包括能源燃烧、碳逃逸排放、工业生产排放、农业排放、生活排放、废弃物排放等多种途径。在土地利用变化过程中，陆地生态系统(主要是植被和土壤)碳库贮量积累的过程是碳汇，贮量减少的过程是碳源。基于土地利用变化的碳排放，同时包含陆地生态系统碳库贮量积累和减少的过程，既存在碳汇也存在碳源。目前，国内学者研究耕地利用主要表现为碳源，以耕地化肥施用、农业机械生产使用、灌溉过程、粮食消耗、秸秆燃烧等为主要排放途径，且碳排放的增长速度远超过碳吸收[29-31]；因在作物种类、气候、土壤性质和种植制度等多种因素的影响，耕地碳排放而有较大差异，颉鹏等[32]研究表明河西绿洲农田利用表现为碳汇。本文主要讨论耕地和建设用地的碳排放，以及林地和草地为主的碳吸收。耕地利用主要是农业生产(包括农业机械耗能、土壤及作物呼吸、化肥农药生产等)碳排放和农作物碳吸收，其差值为耕地碳净排放系数；建设用地承载人类生产、生活功能，其碳排放主要是通过能源消耗的碳排放系数间接估算；林地和草地的碳吸收系数根据已有学者研究成果进行测算[23]。

碳总排放估算公式为：

E=∑ei=∑Ti·δi

(1)

式中：E为碳总排放量；ei为第i种土地利用方式产生的碳排放量；Ti为第i种土地利用方式对应的土地面积；δi为第i种土地利用方式的碳排放(吸收)系数。

建设用地碳排放估算公式为：

Et=∑Eti=∑Hi·δHi

(2)

式中：Et为建设用地碳排放；Eti为第i种能源消费产生的碳排放；Hi为i种能源消耗折算消耗标准煤量；δHi为第i种能源消耗碳排放转换系数。

表1　各类碳源(汇)碳排放(吸收)系数参考值

煤炭、石油、天然气消耗碳排放系数参照赵荣钦等[4]研究成果(取不同学者的化石能源碳排放系数均值)；农作物参照张秀梅等[30]成果；森林、灌草丛、草地碳吸收系数根据方精云等[33]陆地植被碳汇推算得到(表1)。

1.3数据来源与处理

土地利用数据采用1997—2008年重庆市土地变更调查数据(考虑到2009年以后土地变更调查数据是在第二次全国土地调查数据的基础上更新的,在土地分类上与2008年以前有差异，为了实现数据的可比性，本文据此对1997—2008年重庆市土地碳排放进行估算，以期对区域碳排放调控提供参考)。能源消耗和社会经济数据采用1997—2009年《重庆统计年鉴》。在土地利用变更调查数据中统计提取耕地、有林地、灌木林地、疏林地、未成林造林地、苗圃、牧草地、建设用地，根据方精云对森林(基于郁闭度30%)和灌草丛(介于森林和草丛植被的中间类型)的定义，将有林地和灌木林地合并为森林，疏林地、未成林造林地和苗圃合并为灌草丛，最终林地的碳吸收量为森林和灌草丛的碳吸收量。2008年重庆市各区县能源消耗数据，根据各区县一、二、三产业产值占重庆市GDP比值进行推算。

2　结果与分析

2.1重庆市1997—2008年碳排放测算结果与分析

区域土地利用碳排放反映土地利用类型和土地利用强度改变导致的碳排放数量的变化。本文以碳源、碳汇、碳源/碳汇、地均碳排放强度、地均建设用地碳排放强度、碳排放总量等指标对重庆市土地利用碳排放进行测算，分析各类土地利用碳排放变化态势、增减情况及碳排放强度动态变化情况。利用上述测算方法和数据资料测算重庆市1997—2008年土地利用碳排放相应指标值，其中耕地、建设用地是碳源，林地、草地是碳汇，结果见表2。

表2　1997-2008年重庆市土地利用碳排放测算结果　104 t/hm2

通过计算可知，重庆市总碳排放表现为碳吸收(表2)。1997—2008年碳吸收能力在波动中呈下降趋势，表现为下降—上升—下降的倒“U”型变化特点。受直辖效应影响，1997—2000年碳吸收逐年下降；2000—2003年随着退耕还林政策的实施，碳吸收出现大幅度提高；2003年以来，在西部大开发和重庆市直辖双重效应作用下，在人口和经济增长的拉动下，产业结构和土地利用结构发生很大变化，碳吸收能力一直呈快速下降趋势。近12 a来重庆市碳源碳汇比逐年增大，2008年该比值为0.17为1997年的2.19倍。1997—2008年该比值年增长率为9.89%，且自2003年以来，后段增长率(13.08%)明显大于前段年增长率(3.22%)。主要原因在于作为碳源的建设用地的碳排放量快速增加，年均增长11.09%；而作为碳汇的林地和草地的碳吸收量增长缓慢，增长率仅为0.55%，增长幅度明显慢于碳排放量增长速度。2003年之后碳源碳汇比值出现显著增长，源于经济总量快速增长、城市化水平迅速提高以及城市规模拓展、外延扩张。同时重庆市通过实施“退而进三”、“土地置换”、“腾笼换鸟”等产业结构调整政策以及能源政策调整和管制等政策，碳汇一直呈缓慢增长态势，说明重庆在发展经济的同时注重资源环境的保护。

区域碳排放强度以单位面积碳排放量反映，考虑到目前碳排放主要来自建设用地，本文主要分析地均碳排放量和地均建设用地碳排放量两个指标。地均碳排放强度基本未发生变化，而地均建设用地碳排放强度自1996年以来始终呈快速增长趋势，2008年达49.47 t/hm2，是1996年的2.04倍，年均增长率为8.70%。根据重庆市土地利用总体规划(2006—2020年)，到2020年建设用地总量达到70.44 hm2净增13.54 hm2，建设用地碳排放量将进一步增加，碳减排面临巨大压力，低碳土地利用体系迎来新的挑战。

2.2重庆市主要土地利用类型碳排放

12年间，重庆市建设用地碳排放和林地碳吸收量都呈逐年上升趋势，增长率为12.17%，大大高于林地碳吸收量年增长率0.55%，因此碳吸收总量表现为下降趋势。一方面，随着城市规模的扩大，其承载的产业和人口规模也随之大幅度增长，且重庆市产业仍以工业为主，能源利用率相对不高，因此产生的能源消耗、工业生产以及废弃物处理等的碳排放量巨大。另一方面，重庆市是典型的组团式结构，导致了组团之间人流和物流更多地依赖于交通工具，导致交通部门的碳排放量显著增长。从2003年开始，由于土地非农化加快，加之工业化、城市化的快速发展，每年上涨幅度较前几年增大。到2008年重庆市建设用地碳排放达2 934.67万t，占碳源总量的96.88%，耕地仅占3.12%；林地碳吸收量17 599.38万t，接近碳汇总量，碳汇远远大于碳源，碳吸收总量为14 570.85万t。草地碳吸收量和耕地碳排放量保持稳定(图1)。重庆市的草地碳吸收量和耕地碳排放量变化不大，这与重庆市自然地貌、经济发展以及退耕还林政策绩效和森林重庆建设有密切关系，重庆市地形以中低山为主，林地占总土地面积40.00%，森林覆盖率高；同时重庆在西部大开发和统筹城乡发展背景下，具有长江上游经济中心、成渝经济区等区位优势，迎来经济快速发展的机遇，建设用地增长与需求加快，导致重庆市土地利用碳排放效应表征为建设用地碳排放和林地碳吸收效应相互作用。

图1　重庆市1997-2008年主要土地利用方式碳排放

2.3重庆市土地利用碳排放空间分异特征

2.3.12008年重庆市各区县土地利用碳排放测算结果与分析根据2008年重庆市40区县主要土地利用类型面积、经济、能源消耗等相关数据资料，测算其碳排放量并从不同指标角度对重庆市碳排放空间格局差异进行分析，测算结果见表3。从表3可以得出，2008年重庆市总碳吸收量为-14 570.85万t，其中碳源3 029.02万t，碳汇-17 599.87万t，碳汇是碳源的5.81倍。其中林地为主要的碳汇，占碳汇总量的99.99%；建设用地为主要的碳源，占碳源总量的96.88%，地均建设用地碳排放强度达49.47 t/hm2。

2.3.22008年重庆市各区县土地利用碳排放空间分异特征按照2008年重庆各区县碳排放量及不同指标碳排放强度大小，将各区县分为不同级别，并用ArcGIS 9.3进行空间表达(图2)。

(1) 碳排放总量。从碳排放总量来看，碳排放区主要集中在“一小时经济圈”，“渝东南”、“渝东北”和“渝西地区”大部分区县为碳吸收区。其中以渝中区为中心的大部分主城区是碳排放超过100万t的Ⅳ级区，位于主城都市发达经济圈南部大渡口区和北部渝北区以及“渝西经济走廊”双桥区、荣昌县为碳排放较小的Ⅲ级区。少数民族自治区的“渝东南”和海拔较高的“渝东北”受自然地理环境和经济发展水平的影响，为碳吸收较高Ⅰ级区；“渝东北”的垫江县、丰都县、忠县、梁平县、万州区、云阳县和“渝西地区”、主城区以外的“一小时经济圈”的大部分地区为碳吸收较低Ⅱ级区。

(2) 碳源/碳汇比值。从碳源/碳汇比值来看，比值较大Ⅲ级区为除巴南区、渝北区以外的主城区，林地资源缺乏，经济发展水平和城镇化较高。长江以北“一小时经济圈”内除Ⅲ级区外的潼南县、铜梁县、合川区等9地区属于比值介于0.5～2之间Ⅱ级区，所属区县占整个区县总数的25%。其余属于碳源碳汇比值较小Ⅰ级区，分布在“一小时经济圈”南部、北部和整个“渝东南”、“渝东北”地区，所占整个区县总数比例较高为57.5%。

(3) 地均建设用地碳排放强度。2008年重庆市地均建设用地碳排放强度为49.47 t/hm2，从图2可以看出，主城都市发达经济圈的渝中区、大渡口区、江北区、沙坪坝区、九龙坡区、南岸区和渝西的双桥区，地均建设用地碳排放强度大大超过平均水平，处于大于100 t/hm2Ⅳ级区。位于“一小时经济圈”东南部和东北部的北碚区、渝北区、巴南区、涪陵区、南川区处于重庆平均水平以上50～100 t/hm2的Ⅲ级区；处在平均水平附近的中值区(Ⅱ级区)主要分布在“一小时经济圈”，低值区(≤25 t/hm2)主要分布在“渝东北”。总体上，地均建设用地碳排放强度“一小时经济圈”>“渝东南”>“渝东北”，其中“一小时经济圈”最高为156.77 t/hm2，为重庆市平均水平的1.55倍，“渝东南”5.61倍，“渝东北”6.60倍。

(4) 单位产值碳排放强度。从单位产值碳排放强度来看(图2)，主城都市发达经济圈最高，平均值为0.41 t/万元，其中渝中区最高为0.56 t/万元。总体上，单位产值碳排放强度“一小时经济圈”>“渝东北”>“渝东南”，且“渝东南”所有区县均低于-10 t/万元，这与少数民族地区经济发展水平落后和较好保护自然生态有很大关系。

表3　2008年重庆市40区县土地利用碳排放测算结果

图2　2008年重庆市碳排、碳源/碳汇、地均建设用地、单位产值碳排放强度空间分异

3　讨论与结论

3.1讨 论

文中不同土地利用类型碳排放与现行土地分类系统并非完全对应，土地利用碳排放测算结果存在一定的误差，但并不影响区域土地利用碳排放的总体规律。根据《IPCC国家温室气体清单指南》，工业生产过程和废弃物也是碳排放核算中重要部分。由于受资料收集的影响，文中没有考虑工业生产过程和废弃物的碳排放。研究不同部门的土地利用碳排放效应，特别是开展建设用地碳排放效应研究对城市系统碳循环与碳管理等方面具有十分重要的意义。同时，积极探索低碳发展背景下的土地利用方式转变，有利于为我国节能减排、提高能源利用效率，发展绿色能源战略和绿色经济找到更加合理的途径。

3.2结 论

(1) 重庆市碳汇大于碳源，碳排放总量表现为碳吸收，1997—2008年碳吸收能力在波动中呈下降趋势。到2008年重庆市总碳吸收量为14 570.85万t，12 a间年均下降率为0.35%；而碳源碳汇比逐年增大，2008年为1997年的2.19倍，该比值年增长率为9.89%。重庆市碳排放量在未来一段时期内仍呈上升态势，要控制碳排放的快速增长。

(2) 各类用地中，林地为主要的碳汇，建设用地为主要的碳源。建设用地碳排放增长幅度快于林地碳吸收增长速度，近12 a来重庆市碳源碳汇比逐年增大，年增长率为9.89%。因此，重庆市要转变土地利用模式，开展低碳化土地利用调控，优化土地利用格局。

(3) 地均建设用地碳排放和单位产值碳排放强度较高。地均建设用地碳排放强度自1996年以来始终呈快速增长趋势，2008年达49.47 t/hm2，年均增长率为8.70%，说明碳排放强度与经济发展水平呈正相关关系。

(4) 土地利用碳排放效应受多种因素限制，能源消耗是碳排放主体。应科学编制低碳目标导向的土地利用规划，发放低碳经济，提增加土地生态系统碳蓄积能力，减小能源消耗碳排放。

(5) 碳排放总量、碳源碳汇比值、地均建设用地碳排放强度和单位产值碳排放强度，40区县在空间分布上存在较大差异。碳排放区主要集中在“一小时经济圈”，“渝东南”、“渝东北”和“渝西地区”大部分区县为碳吸收区。地均建设用地碳排放强度“一小时经济圈”>“渝东南”>“渝东北”，单位产值碳排放强度“一小时经济圈”>“渝东北”>“渝东南”，可见重庆市碳排放强度的空间分异显著，应实施差别化的碳减排调控策略，引导城市低碳发展。

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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

国家自科基金(41361042);河南省政府决策咨询课题(2015B258)；河南省科技厅项目(152400410475)；河南省教育厅人文社会科学研究项目(2015-GH-026、2016-GH-164);河南省社科联课题(SKL-2015-3206)

文枫(1980—),男,河南光山人,硕士,讲师,研究方向:土地利用与国土规划。E-mail:wenfengnihao@163.com

鲁春阳(1979—)，女，河南平顶山人，博士，副教授,主要从事土地资源管理、区域规划及区域经济研究。E-mail：luchunyang1223@163.com

F301.24

A

1005-3409(2016)04-0257-06