南昌市土地利用變化碳排放分析

南昌市土地利用變化碳排放分析

自20世紀(jì)70年代末以來(lái)，全球碳環(huán)的研究一直受到人們的廣泛關(guān)注，尤其是對(duì)幾十年至數(shù)百年的人類(lèi)活動(dòng)的影響，如石化燃料燃燒和非持續(xù)土地利用對(duì)碳排放的影響。土地利用變化對(duì)全球大氣CO2含量增加影響很大,其作用僅次于化石燃料的燃燒。據(jù)世界資源組織的碳排放計(jì)算器和著名碳循環(huán)研究專(zhuān)家的估算:1850—1998年上述兩種排放中,土地利用變化及其引起的碳排放是人類(lèi)活動(dòng)影響總排放量的1/3(IPCC,2000)。土地利用/覆蓋變化通過(guò)改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,來(lái)改變生態(tài)系統(tǒng)的小氣候狀況以及理化性質(zhì),從而影響掉落物的質(zhì)量、分解速率、土壤生物組成以及有機(jī)質(zhì)質(zhì)量等,最終影響到生態(tài)系統(tǒng)各部分的碳分配狀況。不合理的土地利用,會(huì)造成土壤儲(chǔ)存和植被含碳減少,進(jìn)而影響氣候變化。而目前的相關(guān)研究主要是陸地生態(tài)系統(tǒng)(森林、農(nóng)田等),對(duì)于各類(lèi)土地利用類(lèi)型的碳排放效應(yīng)研究甚少。因此,本文以南昌市為例,以服務(wù)“森林城鄉(xiāng),花園南昌”、“生態(tài)立市,綠色崛起”、“科學(xué)發(fā)展,和諧平安”為目標(biāo),結(jié)合南昌市土地利用動(dòng)態(tài)變化和發(fā)展規(guī)劃,探討南昌市土地利用碳排放效應(yīng)問(wèn)題,為南昌市創(chuàng)建國(guó)家低碳示范城市提供決策支持和參考依據(jù)。一、國(guó)家土地利用總體規(guī)劃南昌市位于東經(jīng)115°27′~116°35′,北緯28°09′~29°11′,又名豫章、洪城,系江西省省會(huì),也是全省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技、交通中心和鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)核心城市。南昌作為中國(guó)第一個(gè)低碳試點(diǎn)城市,享有東方愛(ài)丁堡之美譽(yù)。全市總面積743218.34hm2,根據(jù)2005年土地利用變更調(diào)查,至2005年末,農(nóng)用地473761.62hm2,占土地總面積63.74%;建設(shè)用地86377.86hm2,占土地總面積11.63%;未利用地183078.86hm2,占土地總面積24.63%。南昌市土地利用總體規(guī)劃的戰(zhàn)略目標(biāo)是協(xié)調(diào)土地利用與生態(tài)環(huán)境建設(shè),加快生態(tài)重點(diǎn)工程建設(shè),建設(shè)區(qū)域生態(tài)屏障體系。因此,分析南昌的土地利用變化的碳排放效應(yīng)具有一定的典型性意義。二、研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源(一)土地利用變化對(duì)碳排放的影響《1996年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》把與碳的匯/源密切相關(guān)的土地利用變化和森林分為森林與其他木本生物量的變化、森林和草地的轉(zhuǎn)化、經(jīng)營(yíng)土地的廢棄、土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化,包括森林、草地與農(nóng)田的相互轉(zhuǎn)化,木本植物入侵草地以及外來(lái)物種入侵引起的土壤覆被變化,旱地與濕地的相互轉(zhuǎn)化,城市與非城市用地的轉(zhuǎn)化?！?006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》則引入在《土地利用、土地利用變化和林業(yè)優(yōu)良做法指南GPG-LULUCF》中使用的6種土地利用類(lèi)別,即林地、農(nóng)田、草地、濕地、聚集地和其他土地,并從土地利用變化角度考慮不同地類(lèi)轉(zhuǎn)移的碳排放效應(yīng)。本文主要以南昌市土地利用現(xiàn)狀以及《南昌市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》為基礎(chǔ),討論耕地、園地、林地、牧草地及建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度。采用生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型法確定土地生態(tài)系統(tǒng)的碳排放強(qiáng)度,對(duì)南昌市2006—2020年土地利用變化趨勢(shì)從時(shí)間上和空間上進(jìn)行比較,概述土地利用變化對(duì)碳排放效應(yīng)的影響。某地類(lèi)碳排放等于該地類(lèi)的平均有機(jī)碳密度乘以相應(yīng)的面積,公式如下:T=Σi=1nAi×Vi(i=1,2,3,??,n)(1)Τ=Σi=1nAi×Vi(i=1,2,3,??,n)(1)式中:T為區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)總碳排放;Ai為第i種地類(lèi)面積;Vi為第i種土地利用方式的碳排放(吸納)系數(shù)?！?”表示碳排放效果。(二)不同土地利用類(lèi)型碳排放清單采用《南昌市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》中基期年2005年土地利用現(xiàn)狀面積、2010年以及規(guī)劃目標(biāo)年2020年土地面積;2005年南昌市各縣區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù);2010年、2020年各縣區(qū)各地類(lèi)控制面積。結(jié)合土地利用柵格圖分析得出中國(guó)土地利用類(lèi)型的碳排放系數(shù),其中耕地為-0.502tC/(ha·yr),園地為-0.033tC/(ha·yr),林地為0.52tC/(ha·yr),牧草地為-0.191tC/(ha·yr),建設(shè)用地為-55.603tC/(ha·yr),水域?yàn)?.257tC/(ha·yr),其他未利用地為0.005tC/(ha·yr)。根據(jù)土地利用變化及土地利用方式的碳排放系數(shù),可以得出土地利用變化的碳排放強(qiáng)度,進(jìn)而計(jì)算出該區(qū)域土地利用類(lèi)型的綜合碳排放核算清單。本文根據(jù)前人研究所得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),在全國(guó)平均水平的情況下,假設(shè)各類(lèi)土地利用類(lèi)型的碳碳排放系數(shù)不變,得出南昌市2006—2020年土地利用總體規(guī)劃期間不同年份基于土地利用結(jié)構(gòu)變化的碳排放強(qiáng)度,并探討耕地、園地、牧草地和建設(shè)用地的碳排放以及林地、水域和未利用地的碳吸納能力。三、結(jié)果分析(一)土地利用類(lèi)型與碳排放根據(jù)南昌市2005年土地利用現(xiàn)狀和2010年、2020年規(guī)劃目標(biāo)數(shù)據(jù),以及前文提供的不同地類(lèi)的碳排放系數(shù),計(jì)算得出南昌市2005年、2010年和規(guī)劃目標(biāo)年(2020年)各地類(lèi)的碳排放(表1),其中數(shù)據(jù)只涉及與碳排放密切相關(guān)的幾種土地利用方式。從土地利用類(lèi)型看,2005年南昌市碳排放總量為4.8262Tg,2010年為5.5359Tg。2005—2010年,南昌市土地利用變化碳排放量呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì),2010年比2005年增長(zhǎng)0.7097Tg,年均增長(zhǎng)0.1419Tg。按照5年計(jì)算,年均碳排放總量增長(zhǎng)為0.03TgC/yr。從人均碳排放量來(lái)看,2005年,南昌市人均碳排放量為-1.07E-06Tg,2010年為-1.10E-06Tg,比2005年多-2.69E-08Tg。在各土地利用類(lèi)型中,耕地和牧草地的碳排放量在2005—2010年間呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),園地、建設(shè)用地表現(xiàn)為增加,水域和其他未利用地的碳吸收功能減弱,且南昌市主要的碳源是建設(shè)用地,其次是耕地。2005—2010年建設(shè)用地的面積逐年增加,其碳排放強(qiáng)度也逐年增強(qiáng);耕地的面積逐年減少,其碳排放量也逐年減少;而林地、水域和其他未利用主要是碳匯,期間林地的面積基本保持不變,其碳吸納量也保持不變;而水域和其他未利用的面積逐年減少,其碳吸納量也逐年減少(圖1)。2005年南昌市碳排放總量為4.8262Tg,2020年為6.6977Tg,規(guī)劃期間,南昌市土地利用變化碳排放量呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì),2020年比2005年增長(zhǎng)1.8715Tg,年均增長(zhǎng)0.1419Tg。按照15年規(guī)劃期計(jì)算,年均碳排放總量增長(zhǎng)0.1248TgC/yr,且南昌市主要的碳源是建設(shè)用地,其次是耕地。由于2005—2020年建設(shè)用地的面積增加,其碳排放強(qiáng)度也表現(xiàn)出增強(qiáng)的趨勢(shì);耕地的面積減少,其碳排放量也減少;林地、水域和其他未利用主要是碳匯,規(guī)劃期間林地的面積基本保持不變,其碳吸納量也保持不變;而水域和其他未利用的面積減少,其碳吸納量也減少。因此,如果按照現(xiàn)有規(guī)劃數(shù)據(jù),南昌市土地利用到2020年將表現(xiàn)出碳排放功能,而碳吸納功能將減少(圖2)。由于建設(shè)用地要占用耕地、林地、牧草地以及未利用地而使其面積逐漸增加,整個(gè)規(guī)劃期間南昌市碳排放強(qiáng)度最大的土地利用方式亦為建設(shè)用地,2005年高達(dá)99.52%,2010年高達(dá)99.64%,2020年則將達(dá)到99.76%。牧草地和園地的占比最小;林地、水域和其他未利用地表現(xiàn)為碳吸納,而這3種土地利用類(lèi)型的碳吸納強(qiáng)度逐年降低。規(guī)劃期間,耕地、牧草地的碳排放量逐年下降,而建設(shè)用地逐年增長(zhǎng),所以要優(yōu)化南昌市碳排放量最主要的是限制農(nóng)用地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化,控制建設(shè)用地?cái)U(kuò)張。與延續(xù)現(xiàn)有土地利用規(guī)劃產(chǎn)生的碳排放相比,按照2020年土地利用總體規(guī)劃所生產(chǎn)的碳排放增加了1.8715Tg。從碳減排的角度來(lái)看,南昌市土地利用總體規(guī)劃,碳排放總量增加,其面臨嚴(yán)峻的節(jié)能減排任務(wù)。(二)土地利用類(lèi)型面積對(duì)碳排放的影響從全市各縣區(qū)來(lái)看,由于用地結(jié)構(gòu)的差異性,其碳排放量也有所不同。在2005—2010年,全市各縣區(qū)的碳排放依次以南昌縣、新建縣、進(jìn)賢縣和青山湖區(qū)最多,碳排放總量排名基本保持不變。昌南為碳排放最多的區(qū)域,其中又以南昌縣最為突出。南昌縣作為中國(guó)百?gòu)?qiáng)縣之一,其建設(shè)用地均居于南昌市第一,而建設(shè)用地是碳排放系數(shù)最大的土地利用方式,占據(jù)總量的99.00%以上。進(jìn)賢縣較南昌縣的碳排放量要少,在南昌市排名第三;昌北的碳排放量相對(duì)昌南更輕,但隨著紅谷灘、紅角洲新區(qū)的發(fā)展,其建設(shè)用地需求量快速增加,這就導(dǎo)致新建縣的碳排放總量居南昌市第二;中心城區(qū)碳排放最少,其中主要是灣里區(qū)、東湖區(qū)和西湖區(qū)。從碳排放總量來(lái)看(表2),2005年南昌市各縣區(qū)都表現(xiàn)為碳排放效應(yīng),其中南昌縣最強(qiáng),其碳排放量為1.63161Tg;其次是新建縣;青云譜區(qū)的碳排放量效應(yīng)最弱,其碳排放量?jī)H為0.11323Tg。從單位面積碳排放量來(lái)看,2005年南昌市東湖區(qū)、西湖區(qū)的單位面積碳排放量最大,為4.1E-05Tg;其次是青山湖區(qū);而安義縣的單位面積碳排放量最少,為3.3E-06Tg。從土地利用類(lèi)型來(lái)看,南昌市各縣區(qū)的土地利用類(lèi)型中對(duì)碳排放總量貢獻(xiàn)最大的均為建設(shè)用地,這不僅因?yàn)榻ㄔO(shè)用地碳排放系數(shù)最大,也因?yàn)榻ㄔO(shè)用地是各縣區(qū)的主要用地類(lèi)型。林地面積雖然居于中間,但是其碳吸納系數(shù)不高,表現(xiàn)出的碳吸納功能不足以抵消碳排放。土地利用類(lèi)型面積的多少?zèng)Q定了各縣區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu),因此減少碳排放量的任務(wù)就落在了調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)上。2010年南昌市除青云譜區(qū)、西湖區(qū)和東湖區(qū)外,其余各縣區(qū)的耕地面積均大于建設(shè)用地,有些甚至高出兩三倍,然而耕地的碳排放量與建設(shè)用地的相差很多(表3)。各縣區(qū)建設(shè)用地面積均增加,其碳排放量也隨之增加。而南昌縣、進(jìn)賢縣、青山湖區(qū)、東湖區(qū)和西湖區(qū)林地的碳吸納量隨著其面積的減少有所降低,其他縣區(qū)的碳排放量隨著林地面積增加而升高。青云譜區(qū)的園地和林地面積分別從2005年的56.23、60.21hm2都減少為0hm2,其碳排放和吸納量也隨之都減少為0Tg。東湖區(qū)和西湖區(qū)位于南昌市中心城區(qū),主要為建設(shè)用地,由于2005—2010年期間其建設(shè)用地面積沒(méi)有發(fā)生改變,碳排放量也保持不變。從表3可以看出,南昌市各縣區(qū)在2010年間均表現(xiàn)為碳排放,其中南昌縣的碳排放總量最大,單位面積碳排放量也最大;其次是進(jìn)賢縣;東湖區(qū)、西湖區(qū)和青云譜區(qū)相對(duì)來(lái)說(shuō)更少。而單位面積碳排放量屬東湖區(qū)、西湖區(qū)最大。2005—2010年期間,南昌市各縣區(qū)的碳排放總量均表現(xiàn)為增加,南昌縣、新建縣和青山湖區(qū)的增加量居前三,其碳排放總量分別增加了0.17881Tg、0.18343Tg、0.18144Tg;而青山湖區(qū)、西湖區(qū)的增加量最少,為4.59E-05Tg。東湖區(qū)、西湖區(qū)主要是建設(shè)用地、水域和其他未利用地,由于其建設(shè)用地面積與2005年基本保持一致,所以碳排放總量變化小。單位面積碳排放量除安義縣外(減少了7.954E-07Tg),其他各縣區(qū)均增加,新建縣、青山湖區(qū)和青云譜區(qū)增加量位居前三,分別增加5.62E-06Tg、6.56E-06Tg、6.98E-06Tg。而灣里區(qū)單位面積的碳排放量增加最少,為5.88E-07Tg(表2、表3)。根據(jù)《南昌市土地利用總體規(guī)劃綱要(2006—2020年)》得出的2020年各種土地利用方式的面積,再結(jié)合上述各用地類(lèi)型的碳排放系數(shù),對(duì)南昌市各縣區(qū)主要土地利用方式的碳排放量進(jìn)行了預(yù)測(cè)(表4)。預(yù)測(cè)結(jié)果為:2020年南昌市各縣區(qū)均表現(xiàn)為碳排放效應(yīng),其中南昌縣的碳排放總量最大,高達(dá)2.20197Tg,碳排放效應(yīng)最強(qiáng);其次是新建縣;灣里區(qū)的碳排放總量最少,為0.14874Tg,碳排放效應(yīng)最弱。南昌市各縣區(qū)的土地利用類(lèi)型中,對(duì)碳排放總量貢獻(xiàn)最大的依然為建設(shè)用地。水域、其他未利用地和林地作為碳源,雖然其面積占各縣區(qū)總面積的比例也很大,但最終還是不能抵消建設(shè)用地所表現(xiàn)出的碳排放效應(yīng)。因此,在規(guī)劃中,應(yīng)盡量合理地減少建設(shè)用地面積,增加林地、水域等碳匯土地利用類(lèi)型的面積。從單位面積碳排放量來(lái)看,青山湖區(qū)最大,為3.89E-05Tg;其次是東湖區(qū)、西湖區(qū),為3.28E-05Tg;而安義縣的單位面積碳排放效應(yīng)最弱,為2.89E-06Tg。從南昌市各縣區(qū)來(lái)看,到2020年,全市各縣區(qū)碳排放總量除了東湖區(qū)、西湖區(qū)表現(xiàn)為減少外,其他各縣區(qū)的碳排放總量均較2010年有所增加。其中南昌縣的增加量最大,為0.39156Tg;其次是新建縣,為0.31072Tg;而東湖區(qū)、西湖區(qū)減少了0.00018Tg。規(guī)劃過(guò)程中,由于對(duì)各土地利用方式進(jìn)行了調(diào)整,調(diào)整結(jié)果為除東湖區(qū)、西湖區(qū)的建設(shè)用地面積保持不變外,其他各縣區(qū)的建設(shè)用地面積均增加,再加上東湖區(qū)、西湖區(qū)水域和其他未利用面積增加,這就導(dǎo)致東湖區(qū)、西湖區(qū)的碳排放總量減少。規(guī)劃中,各縣區(qū)的耕地面積均呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì),因此耕地的碳排放量亦有所減少。南昌縣、進(jìn)賢縣和安義縣林地的碳吸納均增加,而其余縣區(qū)林地的碳吸納能力都下降。從總量上來(lái)看,規(guī)劃年2020年各縣區(qū)的碳排放相對(duì)來(lái)說(shuō)均比2010年增加,單位面積碳排放量也均呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。南昌縣、新建縣和青山湖區(qū)增加的量最大,東湖區(qū)、西湖區(qū)、青云譜區(qū)、灣里區(qū)和安義縣、進(jìn)賢縣相對(duì)增加的量較少(表3、表4)。四、建立低碳土地2005—2010年南昌市正處于工業(yè)化、城市化快速發(fā)展時(shí)期,土地利用變化對(duì)大氣二氧化碳含量的增加起著重要的作用。本文僅從土地利用的角度進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析,未涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的其他方面有所欠缺。但總體上,耕地、林地等農(nóng)用地的減少,建設(shè)用地的增加,必然帶來(lái)碳排放的增加。因此,要構(gòu)建低碳導(dǎo)向的土地利用體系,可以從以下方面著手:(1)適度退耕還林、還水。林地、水域在土地利用方式中表現(xiàn)為碳匯,而耕地表現(xiàn)為碳源。根據(jù)生態(tài)建設(shè)的要求,在保證一定質(zhì)量和數(shù)量耕地的前提下,可以將由于圍湖造田、圍河造田和毀林造田等所造成的耕地占用,適當(dāng)?shù)剡€林、還水,或者進(jìn)行耕地休耕,這都會(huì)使原來(lái)的碳源土地利用方式轉(zhuǎn)化為碳匯。南昌市在規(guī)劃期間,林地和水域面積不斷減少,而耕地的減少主要被建設(shè)用地占用,這就使得土地利用方式向碳源地轉(zhuǎn)化,導(dǎo)致南昌市碳排放量逐年增加。針對(duì)南昌市各縣區(qū)單位面積碳排放量的差異,在整個(gè)規(guī)劃期間,南昌縣和青山湖區(qū)面臨著艱巨的碳減排任務(wù)。要在保證糧食安全和保護(hù)耕地的前提下,對(duì)各縣區(qū)提出相應(yīng)的基于碳減排目標(biāo)下的各用地類(lèi)型面積批準(zhǔn)條例,進(jìn)一步達(dá)到低碳土地利用的效果。(2)限制建設(shè)用地過(guò)度擴(kuò)張。建設(shè)用地是主要的碳源,碳排放總量及強(qiáng)度均最高。南昌市年均碳排放量為0.1253Tg,是其他土地利用類(lèi)型的幾十甚至上百倍,是控制碳排放、實(shí)現(xiàn)碳減排的重點(diǎn)。因此,控制建設(shè)用地規(guī)模總量、節(jié)約集約使用有利于實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。當(dāng)前,南昌市正處在城市化水平快速發(fā)展的階段,建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度很快,例如南昌縣、新建縣、青山湖區(qū)等,其建設(shè)用地在規(guī)劃期間的年均增長(zhǎng)量均高于550hm2。經(jīng)濟(jì)的健康有效發(fā)展需要各種用地的合理分配與布局,因此南昌市需要進(jìn)一步加強(qiáng)土地管理,優(yōu)化配置各縣區(qū)的建設(shè)用地。應(yīng)該在保證各縣區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)建設(shè)的前提下,控制建設(shè)占用農(nóng)用地和其他用地的數(shù)量,有利于調(diào)節(jié)未來(lái)土地利用的碳排放量。(3)優(yōu)化城市用地布局。