河北省不同土地利用方式的碳排放效益分析

摘 要：土地利用是造区域成碳排放的主要原因，为了分析土地利用方式的碳排放效应，以河北省为例，分别计算了1990-2005年间河北省主要土地利用方式的碳排放（吸收）量。结果表明，建设用地和耕地为碳排放的主要来源，建设用地利用碳排放每年可达1.15×108t，占到总碳排量的97%以上，耕地每年碳排量可达2.71×106t，而建设用地碳排放量中91%以上来源于工矿企业交通水利能源消耗的碳排量；林地为主要的碳汇，对碳排放量的吸收每年可达2.53×107t。同时对2010年和2020年不同土地利用类型的碳排放进行了预测，结果表明，2010年和2020年碳排放总量有一定降低，但是面临的碳减排任务还十分严峻。并根据研究结果，论文结尾从节能减排角度提出了相关建议。

关键词：土地利用方式；碳排放（吸收）；节能减排

随着工业文明的大跨步发展，人类对自然资源的开发和利用极具猛增：大片森林和湿地的破坏、化石燃料无节制开发和利用、土地利用方式的改变等，造成大气中CO2浓度持续增高，并可能是气候变暖的直接原因。据统计，全球CO2浓度已比工业革命前增加了约25%，并以每年约0.5%的速度持续上升。而中国作为世界上最大的发展中国家，对自然资源的需求量巨大，据统计，截止2005年，中国能源活动产生的碳排放量为7219.2Mt，明显高于第二名的美国为6963.8 Mt，占到全球碳排放总量的19.12%，是世界上碳排放量最大的国家，中国节能减排工作尤为重要。非持久性的土地利用变化对大气碳素循环平衡的影响，仅次于能源消耗，是造成全球碳排放量持续猛增的主要原因之一。目前针对土地利用变化碳排放量引起了广泛的关注和深入研究，但相关研究主要集中在碳排放的宏观层面，对人类活动造成的碳排放影响的区域分析，尤其是区域碳排放主要来源——土地利用方式变化对碳排放的影响还待深化。本文以河北省为例，研究讨论不同利用方式对碳排放的影响，从而为深入开展碳排放的区域分析提供参考。

1 研究区域概况

河北省地处华北、渤海之滨，位于东经113°04'～119°53'，北纬36°01'～42°37'之间，与鲁豫晋蒙辽五省接壤，是中国重要的棉粮产区和工业园区。全省地势由西北向东南倾斜，西北部为山区、丘陵和高原，其间分布有盆地和谷地，中部和东南部为广阔的平原，是中国唯一兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海滨的省份。全省面积18.88 万平方千米，占全国土地总面积1.97%，总人口约7240万，人口密度较大。全省辖11个地级市，工业化、城市化水平较高，又毗邻北京和天津，人类活动对土地生态系统的影响较大，从而土地利用的变化对碳排放的影响较为显著，因此，分析该区域土地利用变化的碳排放效应具有一定的典型性意义。

2 研究方法和研究数据来源

2.1 研究方法

土地利用方式对碳排放的影响，可以分为直接碳排放和间接碳排放，直接碳排放是指土地利用类型转变和保持带来的碳排放，间接碳排放主要指各类土地利用方式中人类活动对象承载的碳排放，包括土地承载、工矿用地消耗能源承载、交通水利承载和居民生活承载。受相关数据的限制，本文只考虑土地利用间接碳排放：耕地、林地和草地碳排放（汇），建设用地中居民生活能源消耗碳排放，建设用地中工矿交通水利等能源消耗碳排放。各类型碳排放（汇）系数主要依据已有研究所得经验数据：其中耕地利用碳排放系数考虑农业生产碳排放系数和本身对碳排放的吸收系数，进行差值，得出碳净排放系数；而建业用地排放系数考虑了生产生活对不同能源消耗，包括煤炭、石油、天然气等，综合碳排放系数[5-8]。

碳排放估算公式： （1）

其中：E——碳排放总量，g；ei——研究区i类土地利用方式碳排放量，g；Ti——i类碳排放系数，排放为正，吸收为负；各类土地利用面积，m2。

各类土地利用方式碳排放经验系数，见表1。

2.2 研究数据来源

采用河北省国土资源厅1990～2005年土地利用现状数据，1990～2005年河北省能源消耗数据，河北省土地利用总体规划（2006—2020）以及部分来自《河北省统计年鉴》的数据。

3 结果分析

根据已有1990-2005年土地利用现状数据以及相对应的能源消耗数据，基于各指标的经验系数，利用碳排放估算公式，求算出河北省歷年不同土地利用方式的碳排量（见图1）：（1）1900～2005年河北省历年碳排放总量呈现明显的上涨趋势，尤其是从2000年开始，由于土地利用类型由农转非、由林转工步伐加快，加之工业化、城市化进程的加快，生产生活对能源的消耗量急速增加，造成2000年后全省碳排放总量年涨幅率变大；（2）建设用地历年碳排放量在各种土地利用方式中所占比例最大，并呈逐年大幅增大趋势，碳排量3551.9～11504.9万t（1990～2005年），所占总排放量比例为92.1%～97.7%（1990～2005年）；（3）工矿、交通、水利用地碳排放量占建设用地总碳排放量份额达到91%左右，其余9%左右碳排放量来源于居民日常生活；（4）各种土地利用方式中，碳排放第二来源为耕地，由于耕地面积的逐年减少，耕地碳排放量也在逐年递减，碳排量304.76～ 271.88 万t（1990～2005年），在总碳排放量中所占份额也逐年降低，6.9%～2.3%（1990～2005年）；（5）林地作为主要的碳排放吸收源，由于1990～2005年间，全省植树造林、退更换林和绿化城镇政策的加快实施，林地面积363.36～439.29万hm2（1990～2005年），碳吸收量呈逐年增大趋势2096.59～2534.70 万t（1990～2005年），但由于建设用地碳排放强度明显增大，导致林地吸收碳量占总碳排放量的比例从54.4%降至21.5%。

1990～2005年期间，建设用地面积逐年增加，相对于耕地面积逐年减少，建设用地面积仅有耕地面积的22.2%～26.9% ，但由于建设用地使用对象和特点，其对碳排放影响远远超过耕地，在所有土地利用方式中与碳排放相关系数最大，达到0.976，而耕地仅有0.231（见表2）。

从各类主要用地方式中碳排放和碳吸收强度来看：建设用地的碳排放强度最大，每增加1 km2 建设用地，会增加6.30t碳排量；林地碳吸收强度接近于建设用地碳排放强度，每增加1 km2的林地，可吸收5.77t的排放碳，相当于92%左右的建设用地碳排放，而耕地排放量不是很明显，1 km2耕地碳排放量为0.042t。

根据各类型用地所占的面积不同，参照各类土地利用碳排放量，估算各类用地碳源（汇）的边际变化，即各类土地利用面積每变化1%所对应的碳排放量（吸收量）的变化情况，见表4：土地利用方式变化中对碳源（汇）最敏感的是建设用地，其次为林地，而草地对碳排放的影响程度最迟钝；林地作为碳吸收对象，碳吸收变化程度仅为建设用地的6.10%，而耕地的边际变化仅为建设用地的1.29%，可见建设用地变化是碳排放量增加的主要因素，而作为最主要的碳汇工具，林地面积的增加远远不能抵消建设用地增加带来的碳排放量的增加。

3.2 河北省2010年和2020年碳排放预测

根据河北省土地利用总体规划（2006—2020）：耕地得到有效保护，农业综合生产能力不断提高；土地利用结构更趋合理，布局不断优化；节约集约用地水平不断提高，科学发展用地得到保障；土地生态环境逐步改善，京津冀生态屏障基本建立。依据各类土地利用碳源（汇）边际变化和个土地利用方式碳排放（吸收）经验系数，对河北省2010年和2020年碳排放总量进行预测，见表4：2010年和220年全省碳排放总量较2005年分别降低了16.8%和14.6%；根据总体规划，2010年和2020年河北省林地面积较2005年分别增加43.03和131.75万hm2，这对碳排放的吸收具有很大作用；虽然建设用地面积在逐年增加，但是增幅缓慢，所以碳排放量增幅相对较低；而耕地、草地面积保持在一个相对稳定的级别，所以碳排放（吸收）量没有太大变化。

4 结论与讨论

4.1 结论

（1）根据以上分析结果表明，在所有土地利用方式中，建设用地和耕地是主要碳源，以2005年为据，河北省建设用地利用所产生的碳排放每年可达1.15×108 t，占到总碳排量的97%以上，耕地每年碳排量可达2.71×106 t，而建设用地碳排放量中91%以上来源于工矿企业交通水利能源消耗的碳排量；林地为主要的碳汇，对碳排放量的吸收每年可达2.53×107t，所以扩大林地面积对碳排放的吸收是很有必要的。

（2）在所有土地利用类型中，建设用地与碳排放量的相关系数最高，而根据1990～2005年历年碳排放量计算可得，每增加1km2的建设用地，将会产生6.3t的碳排放，而每增加1km2的林地，将会吸收5.77t的碳排放，所以林地在碳排放吸收中起到主导作用；基于土地利用对碳影响的边际变化分析， 林地作为碳吸收对象，碳吸收变化程度仅为建设用地的6.10%，所以就碳平衡来说，目前河北省林地面积和建设用地面积极不平衡，需要采取严格措施，保证生态平衡。

（3）通过对2010年和2020年土地利用碳排放的预测，可见2010年和2020年基于2005年碳排放量有明显降低，虽然碳减排有所成效，但碳排放总量还处于一个很高的水平，所以要继续做好节能减排工作，调整土地利用结构的平衡。

4.2 调整土地利用方式降低碳排量的建议

21世纪是经济社会发展的重要战略机遇期，也是资源环境约束加剧的矛盾凸显期，土地利用结构不合理，土地利用不充分，从而加剧了人地矛盾。因此，必须建立低碳排、消除人地矛盾的土地利用结构。

（1）在严格保护耕地的基础上，节约集约用地，统筹各类用地。稳定耕地数量，不断提高耕地质量和农业综合生产能力；转变土地利用方式，推进土地节约集约利用，加强建设用地空间管制，促进城乡用地统筹，不断提高土地利用效率与效益。

（2） 加强土地生态环境保护与建设。合理进行植树造林活动，统筹安排生产、生活和生态用地，加强各类自然保护区、森林公园、湿地保护与建设，促进生态环境不断改善。

（3）严格控制建设用地规模，促进建设用地节约集约利用。严格执行国家和省各类建设项目投资强度、容积率、建筑密度、人均用地、生产用地比重、绿化率等控制指标，挖掘已有建设用地潜能，尤其是工矿企业用地，推进建设用地集约利用。

（4）提高能源利用率，调整能源结构。不断科技创新，提高能源利用率，实现减排。同时，加快能源结构调整，大力发展清洁能源和低碳排放替代能源。

参考文献

[1]Mohan K W， Fatih E， Tristram O. Assess in terrestrial ecosystem sustainability： Useful nessofregional carbon and nitrogen models [J]. Nature & Resources，1999，35（4）：21-33.

[2]Nefiel A， Mocr E， Oeachger H. Evidence from polar ice comes for the increase in atmospheric CO2 in the past centuries [J]. Nature，1985，315：45-47.

[3]世界资源研究所. 2005年世界各国碳排放量排名[R]. http：//www.chinaxhjr.org/content.asp？id=590.

[4]曲福田，卢娜，冯淑仪. 土地利用变化对碳排放的影响[J]. 中国人口·资源与环境，2011，21（10）：76-83.

[5]赵荣钦，秦明周，中国沿海地区农田生态系统部分碳源/汇时空差异[J].生态与农村环境学报，2007，23（2）：1-7.

[6]徐国泉，刘则渊，姜照华.中国碳排放的因素分解模型及实证分析：1995-2004[J].中国人口.资源与环境，2006，16（6）：158-161.

[7]Cai Zucong， Kang Guoding， Tsuruta H， et al. Estimate of CH4 Emissions from Year-Round Flooded Rice Field During Rice Growing Season in China[J]. Pedosphere，2005，15（1）：66-71.

[8]方精云，郭兆迪，朴世龙，等.1981～2000 年中国陆地植被碳汇的估算[J].中国科学：D 辑.2007，37（6）：804-812.

[9]李颖，黄贤金，甄峰. 江苏省区域不同土地利用方式的碳排放效益分析[J]. 农业工程学报，2008，24（S2）：102-107.

[10]余洋. 基于逐步宽容约束法的土地利用优化配置研究[J]. 资源与产业，2010，06：101-105.

作者简介

石岩（1987-），女，助教，主要从研究方向为土地资源管理。