基于土地利用的碳排放时空分析——以浙江省为例

郑亦伶，苑韶峰

（浙江工商大学土地资源管理系，杭州 310018）

基于土地利用的碳排放时空分析
——以浙江省为例

郑亦伶，苑韶峰*

（浙江工商大学土地资源管理系，杭州 310018）

根据1996～2010年间浙江省11个地区土地利用状况与能源消耗数据，计算各地区碳排放量，分析碳源、碳汇、碳排放总量及地均建设用地碳排放。研究结果显示：浙江省的碳源主要是建设用地上的能源消耗，且增长显著；林地总体属碳汇区，但林地面积逐年减少，碳汇效率渐趋降低；15年间各地区碳排放的变化，与经济发展的阶段性具有一致性规律。浙江省的碳排放基本呈二面夹二带格局：宁绍平原与温瑞平原是主要的碳源区，金华与衢州以北地区次之，以南地区碳源与碳汇总体平衡。浙江省低碳土地利用方式有待进一步改善。

土地利用；碳排放；碳源；碳汇；土地经济；低碳方式

政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 报告中指出，全球温室气体排放的增加绝大部分是由人类活动导致，以最重要的人为温室气体CO2为例，在1970～2004年期间，年排放量已增加了约80%，浓度也远远超出过去65万年的自然范围，除了化石燃料的使用，土地利用变化也有一定贡献。IPCC第三次评估报告将“碳源”定义为任何向大气中释放温室气体、气溶胶或其前体的过程、活动和机制；“碳汇”则被定义为从大气中清除温室气体、气溶胶或其前体的任何过程、活动或机制。陆地上碳含量细微的变化就会对大气中的二氧化碳浓度产生很大影响，这是因为进入碳循环的大气碳量约占大气总碳量的1/4[1]，其中一半与陆地生物群落交换。因此，如何减少土地利用中的能源消耗碳排放，是现代土地利用管理的重要内容。

全球气候系统是一个复杂耦合的系统，国内外学者开展了大量研究。有关土地利用对陆地生态系统碳排放影响的研究逐渐增加，Pacala在设定农作物生物量的碳汇为零的条件下对美国地区1980～1989年的碳汇总量和每年的碳通量进行测定[2]；方精云等对1981～2000年间中国森林、草地、灌草丛等陆地植被进行总体估算[3]；娄伟等以北京市为例分析城市碳排放的计算方法[4]；张中秋等对南宁市土地利用结构与能源消耗碳排放的关联度进行测度[5]。区域性土地利用与碳排放效益分析，对合理利用土地、减少碳排放具有理论意义和使用价值。本文根据浙江省11市1996～2010年的相关数据，进行碳源碳汇估算，并应用GIS分析碳排放变化的时空规律，以期能对今后的土地管理提供帮助。

1 研究区概况

在2010年9月国家发改委下发的《关于启动省级温室气体排放清单编制工作有关事项的通知》中，浙江是其试点省份之一。浙江省地处中国东南沿海、长江三角洲南翼，辖区土地总面积10.54万km2，现有常住人口5613.7万人，人多地少是基本省情。目前，浙江省处于工业化、城市化快速发展阶段，耕地保护形势日趋严峻，建设用地供需矛盾突出[6]。根据浙江省国土资源厅公布文件，全省2008年耕地面积为2881.3万亩（约19208.67km2），占土地总面积的18.23%，主要分布在杭嘉湖平原、宁绍平原、温台沿海平原和一些河谷平原；森林覆盖率57.4%，居全国前列，林地面积8443.2万亩（56288km2），占土地总面积53.40%，主要分布在浙中南与浙西地区；牧草地面积0.7万亩（约4.67km2），仅占土地总面积的0.004%，主要分布在丘陵山区；建设用地面积1573.9万亩（约10492.67km2），占土地总面积9.96%，其中交通水利用地最为密集的是杭州市、宁波市、嘉兴市、绍兴市和金华市。本研究包括浙江省11个地级市（杭州、宁波、温州、嘉兴、湖州、绍兴、金华、衢州、台州、舟山、丽水）。

2 研究方法

2.1 碳排放量计算

林地与草地主要起到碳汇的作用，建设用地主要是碳源，本文设定耕地农作物生物量的碳汇为零，运用如下碳排放系数法公式：

式中E为碳排放量，ei为各土地利用方式的碳排放量，Ti为各土地利用方式的面积，δi为各土地利用方式的碳排放（吸收）系数。

未利用地指农用地、建设用地以外的土地，分为水域、滩涂沼泽和自然保留地。根据2008年浙江省土地变更调查结果，未利用地面积1228.4万亩（约8189.33km2），占土地总面积的7.8%，数量可观。其中作为陆地生态系统重要碳库之一的湿地应当发挥重要的碳汇作用。但也有研究表明，考虑CH4和N2O两种气体的综合增温潜力，水田和旱田的综合增温潜力远不及沼泽湿地。因此湿地吸收CO2和排放CH4的过程及作为碳源还是碳汇还存在较大争议[7]。

建设用地的碳排放通过间接估算其所承载的能源消耗而得，其公式如下：

式中E为碳排放量，Ef为消耗的煤炭、石油、天然气折标准煤后的使用量，其中石油类能源种类繁多，故折标准煤系数取5种石油的平均值1.45142kgce/kg；δf为碳排放转换系数，浙江省城市化水平高，综合考虑城市用地及建设用地能源消耗，取接近参考文献[4]的最终值2.6t(C)/t。

各类能源折标准煤系数与不同土地利用类型及能源的碳排放系数见表1、表2。

表1 各类能源折标准煤系数Table 1 The corrected coefficient from all kinds of energy to standard coal

2.2 数据来源

本文所用的能源消耗数据来自浙江省各市统计年鉴，土地利用面积数据来自《中国国土资源统计年鉴》(1996～2010)、《浙江省统计年鉴》(1996～2010)，主要能源折标准煤参照国家标准《综合能耗计算通则》(GB/T 2589-2008)。

表2 能源消耗及不同土地利用类型的碳排放系数Table 2 The carbon emissions coefficients of energy consumption and different land use types

3 结果及分析

3.1 碳排放总体状况

1996年及2010年碳源（耕地和建设用地）、碳汇（林地、牧草地、水域）情况见表3。

表3 1996年和2010年浙江省各市碳排放量Table 3 The carbon emissions quantity of Zhejiang province in 1996 and 2010 year

浙江省地形以丘陵、山脉、盆地为主，森林覆盖率57.4%，与此相反的是其耕地面积仅192.09万hm2，因此林地碳汇量远超出耕地的碳排放。1996～2010年，浙江省处于工业化、城市化快速发展阶段，建设用地产生的碳排放量由615.07×108t增长至6407.34×108t，而林地对温室效应的改善非常微弱。城市的发展必定带来土地利用和空间布局的变化，这些变化也促进了城市的发展。虽然严格遵守耕地、林地保护国策，但建设用地供需矛盾日益突出，15年间耕地、林地数量以及空间布局有较大的改变：耕地由1090.37×104hm2降至240.64×104hm2，林地由2764.16×104hm2降至570.29×104hm2。相应的，耕地碳源由460.14×104t降为101.55×104t；林地碳汇由15.97×108t降至3.29×108t。

1996～2010年，浙江省碳排放主要来自建设用地。地均建设用地碳排放强度指单位面积建设用地的碳排放量，反映碳排放强度，它受建设用地增长和能源消耗量增长的比率影响[11]，可以衡量城市之间二三产业的发展和差距。浙江正经历以加工制造业为主的第二产业的迅猛发展，但不少城市已经形成因地制宜、可持续发展的模式，走出盲目发展重工业怪圈，区域地均碳排放强度压力有所减缓。

3.2 土地碳排放时间分布特点

15年间，浙江省11个地区林地面积大幅减少，建设用地急剧扩张，碳排放总量全线上升，同时呈现一致的阶段性：1996～2005年前后碳排放强度提高迅速，之后进入动荡期，部分地区如杭州、宁波、嘉兴等地区到2010年碳排放强度比巅峰期降低20%～70%，同时也有部分地区如温州、湖州、绍兴等地区最高增加达95%。

从土地利用类型的碳排放系数中能大致估算，增加1hm2耕地约释放0.422t碳；建设用地没有直接的碳排放系数可参考，但可以通过能源折算公式估算。虽然不同国家和地区、不同的技术条件及能源结构，碳排放系数不相同，但中国长期依赖煤作为能源，结构不合理且利用率较低，燃烧1t煤排放的CO2约为2.45t；尤其在工业化、城市化进程迅速的浙江，石油类能源消耗量也不低，浙江省单位建设用地碳排放量平均有262.84t，而林地和牧草地的碳吸收系数分别仅为57.700t/hm2与0.021t/hm2，约为建设用地碳排放量的1/5、7/100000。因此，建设用地扩张是15年间浙江省碳排放强度增加的主要原因。

3.3 土地碳排放空间分布特点

1996～2010年，浙江省能源折标准煤消耗量从236.57×108t提升到1441.67×108t，是碳排放总量显著增加的主要原因，其中建设用地的碳排放占绝大比重。因此在浙江省土地利用类型中，建设用地是主要碳源，耕地农作物生物量也有碳源作用[12]，但受地形限制耕地资源有限，故其作用较建设用地而言极为微弱；林地是主要碳汇，且浙江省林地资源丰富，效果显著；草地是次要碳汇。15年间，由于经济发展、人口增长，10座地级市（除温州以外）的林地面积均在下降（被征占或改变用途），变化最显著的是杭州，减少930.38×104hm2；相较之下，温州林地面积增加42211hm2，碳吸收量净增243t。建设用地面积全线上升，温州林地面积增加的同时（年均增长率0.07%），其建设用地面积净增19385hm2，年均增长率22.8%，进而能源消耗量大为增加，碳排放量净增174.74×104t。浙江省建设用地年均增长率达7.71%。

碳排放强度能反映各市产业结构变化状况。宁波是浙江副省级城市，2000年全部国有及规模以上非国有工业企业单位数为2803个，其中重工业1261个；2004年就增加至8263个，其中重工业4471个，年均增长率2.55%。“十一五”规划要求实现单位GDP能耗下降20%的节能目标，2005年起发电煤耗持续降低，高耗能行业投资增速放缓，到2010年碳排放得到有效治理。绍兴2005年全市实现生产总值1440.48亿元，工业经济效益稳步提高，第二产业比全国平均水平高出13.7个百分点，比全省平均水平高7.6个百分点。第二产业内部又以工业制造业为主体，制造业增加值占整个第二产业增加值的94%。绍兴市建设用地和地均碳排放强度分别增长3.15%、13.67%，为浙江省之最，其产业结构有待优化。

1996～2010年舟山市建设用地上的碳排放减少了8.35×108t，而其它地区都有大量增加，其中绍兴市变化最大，净增3125.19×108t，地均碳排放强度也由11.48t/ hm2增加到44.69t/hm2。15年间，宁波市仍然是区域温室效应最显著的地区，建设用地上的碳排年增长率达8.9%；相比之下，丽水建设用地上碳排放年增长率仅0.43%。丽水是浙江省林地资源最为丰富的地级市，但15年间林地面积也减少了36.46×104hm2。

各个地区地均碳排放强度变化存在差异，在差异最悬殊的年份，丽水碳排放贡献率仅为0.1%，而宁波达48%。15年间浙江省11个地区的碳排放呈现一致的阶段性。

2010年全省碳排放整体呈二面夹二带的格局：二面即宁绍平原、温瑞平原，是浙江省主要的碳源区；金华、衢州以北碳排放次之，以南碳源碳汇总体平衡（图1）。

图1 浙江省地均碳排放强度(单位:t/hm2)Fig.1 The carbon emissions intensity of construction land in Zhejiang Province in 1996 and 2010 year

4 结论

本文以浙江省为例，通过测算其各类土地利用的碳排放（吸收）量，得出以下结论：

（1）浙江省主要的碳源区为建设用地。全省1996～2010年碳源总量从615.07×108t增至6704.34×108t，而碳汇总量从15.97×108t降至3.29×108t，碳排放量始终远高于碳吸收量；

（2）浙江省建设用地碳排放总量和地均碳排放强度在最近15年来均呈上升态势。地均碳排放强度增加，除建设用地能源消耗大幅增加外，还归咎于林地面积的急剧减少，林地被征占现象普遍存在；

（3）浙江省目前的碳排放呈二面夹二带格局：宁绍平原与温瑞平原是主要的碳源区，金华与衢州以北地区次之，以南地区碳源与碳汇总体平衡；

（4）浙江省低碳土地利用方式的效率有降低趋势，产业结构有待优化。

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Spatial-Temporal Analysis of Carbon Emissions from Land-Use: A Case Study in Zhejiang Province

ZHENG Yi-Ling, YUAN Shao-Feng
(Department of Land Resources Management, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China)

This paper examines patterns of land use and of energy consumption (coal, oil, and natural gas) in 11 regions in Zhejiang Province for the period 1996-2010. For each region, the total carbon emissions, carbon sources, and carbon sinks were analyzed, as were the average carbon emissions on construction land. The results show that the carbon sources in the province derive mainly from energy consumption on construction land, and that the consumption ranged from 615.07 × 108tons in 1996 to 6704.34 × 108tons in 2010. Woodlands are a carbon-sink area, but their area is reducing year by year and the efficiency of the carbon sink is gradually reducing. The pattern of change of carbon emissions over the 15-year period is consistent with the trend of economic development of the host regions. The carbon emissions in Zhejiang Province show a spatial pattern which are: Ningbo-Shaoxing plain and Wenzhou-Rui’an plain are the two main carbon source areas, and the northern areas of Jinhua and Quzhou cities are the secondary carbon source areas, although the southern parts of Jinhua and Quzhou cities represent a general equilibrium between carbon sources and sinks. The extent and/or degree of lowcarbon land use needs to be increased in Zhejiang Province.

land use; carbon emission; carbon sources; carbon sinks; land economy; low carbon pattern

P66; F301.24

A

2095-1329(2013)02-0033-04

10.3969/j.issn.2095-1329.2013.02.009

2013-06-06

2013-06-18

郑亦伶(1992-),女,本科生,土地资源管理专业.

电子邮箱：yaouzheng@126.com

联系电话：0571-28008333

国家自然科学基金项目(411711151);教育部人文社会科学规划基金项目(11YJC630254,0YJA630197)

*通讯作者：苑韶峰(博士后/副教授): shaofengyuan1975@163.com