武汉市不同土地利用结构碳排放效应

摘要：土地是碳吸收和碳排放的载体，不同的土地利用结构及其利用方式是影响净碳排放的主要原因。为了分析不同土地利用结构的碳排放效应，以武汉市为例，根据前人研究成果确定不同土地利用类型碳排放系数、碳吸收系数以及各种能源碳排放系数，利用1996-2008年土地变更数据计算得出各土地利用结构碳排放量、碳吸收量和净碳排放量。结果表明，1996-2008年，由于土地利用结构变化，武汉市碳排放量从1 513.41万t/a增加到2 642.99万t/a，其中建设用地和耕地是主要的碳源，建设用地年碳排放量达1 878.46万t；碳吸收量从1996年的49.26万t增加到2008年的63.75万t，其中林地是最主要的碳汇，但是对于总体的净碳排放控制作用有限。从边际净碳排放效应来看，武汉市建设用地每变化1%年净碳排放量变化为29.708万t，耕地为2.656万t，林地为0.343万t，由此得出建设用地对于净碳排放量变化最为敏感，影响最大。通过对“十二五”期末武汉市的净碳排放进行预测，结果显示到2015年武汉市碳排放大幅增加，而碳吸收量增加则较缓慢，面临严峻的碳减排任务。根据分析结果，从低碳经济角度提出了调控土地利用的相关政策建议。

关键词：土地利用结构；碳源排放/碳汇吸收；净碳排放；武汉市

中图分类号：F301.24 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）12-2751-06

Effect of Carbon Emission of Different Land Use Structures in Wuhan City

YU Xue-zhen，MEI Yun

（College of Land Management， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070，China）

Abstract：Land was the carrier of carbon uptake and carbon emission. The different land use structures and use patterns were the main reasons affecting net carbon emission. Based on the results of previous studies and the data of land change from 1996 to 2008， the carbon emission amount， carbon uptake amount， and net carbon emission amount of each land use structure in Wuhan city were calculated and their carbon emission effects were analyzed. The results showed that the carbon emission amount of Wuhan city increased from 15 134 100 t in 1996 to 26 429 900 t in 2008. The construction land and cultivated land were the main carbon sources， and the annual emission amount of the construction land was 18 784 600 t. The carbon uptake amount increased from 492 600 t in 1996 to 637 500 t in 2008. The forest land was the main carbon source， but its role in controlling carbon emission was limited. The change amount of net carbon emission was 297 080 t when the construction land changed by 1%， while it was 26 560 t and 3 430 t only when the farmland and forest land changed by 1% respectively， which indicated that the effect of construction land on the net carbon emission amount was the greatest. The carbon emission amount of Wuhan city in 2015 would increase steeply， while the carbon uptake amount increased slowly. The carbon emission reduction task of Wuhan city was severe. Besides， some policy suggestions were put forward from the perspective of low carbon economy.

Key words： land use structure； carbon emission/carbon uptake； net carbon emission； Wuhan city

低碳经济的概念是在全球气候变暖对人类生存和发展提出严峻挑战的背景下应运而生的。发展低碳经济是坚持科学发展观的客观要求，是构建“两型社会”走可持续发展道路的必然选择。能源、建筑、交通等领域的变革都因低碳经济这一全新的发展理念而备受关注，但土地利用对碳排放的影响似乎没有得到广泛的重视[1]。尤其是以往研究主要集中在各个自然的生态系统，如森林生态系统、草地生态系统、农田生态系统、湿地生态系统、土壤生态系统等，对于城市生态系统则单纯探讨城市能源的碳排放[2-5]，缺少对城市不同土地利用结构碳排放效应的总体研究。为此，以武汉市为例，讨论该区域不同土地利用结构对碳排放的影响，从而为深入开展土地利用的碳排放研究以及为武汉市低碳经济导向下土地利用调控提供依据和参考。

1 研究区域概况

武汉市是华中地区中心城市，在国家战略“中部崛起”和武汉城市圈“两型社会”建设试验区的经济规划中都处于核心地位。武汉市位于湖北省东部，长江、汉水交汇处，处于东经113°41′-115°05′，北纬29°58′-31°22′。2008年全市辖13个区，面积8 494.41 km2，全市户籍人口达833.24万人。1996-2008年武汉市伴随着城市化飞速发展，城市化率已经突破90%，位居全国前列，GDP从1996年的782.13亿元增长到2008年的3 960.08 亿元。在工业化和城市化水平不断提高的同时，土地生态系统受到人类活动影响较大。分析该区域土地利用变化的碳排放效应对探讨优化土地利用结构与促进低碳经济发展具有一定的意义。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

碳吸收主要指生态系统对空气中的碳以有机物的形式存储于体内的过程。陆地生态系统中各类植被是碳的主要吸收者，包括森林、耕地、草地、园地和水域等生态系统[6]。碳排放可以分类为人工碳排放和自然碳排放，人工碳排放是由人类活动引起的碳排放，主要包括能源消耗、工业以及农业生产过程中的碳排放，其主要的承载土地类型为建设用地，主要包括居民及工矿用地、交通用地等，此外还包括耕地；自然碳排放主要来自海洋、土壤、岩石和生物体等。根据武汉市实际情况，主要选择碳吸收量较大的林地、耕地、园地、牧草地等土地利用类型作为碳汇，借鉴前人研究经验，基于各种用地类型的碳排放系数进行测算。同时选取武汉市在生产生活中碳排放主要涉及的11种能源作为建设用地的碳排放进行测算[7]。武汉市净碳排放总量即为碳排放总量与碳吸收总量之差。

碳吸收（排放）测算公式为：

Ex=∑ei=∑Si·Qi

式中，Ex为碳吸收（排放）总量；ei为第i种土地利用方式的碳吸收（排放）总量；Si为第i种土地利用方式的面积；Qi为第i种土地利用方式的碳吸收（排放）系数。

能源消耗碳排放测算公式为：

Ep=∑ni=∑Mi·Qi

式中，Ep为能源消耗碳排放总量；ni为第i种能源消耗的碳排放总量；Mi为第i种能源的质量；Qi为第i种能源的碳排放系数。

净碳排放量测算公式为：

Ed=Ep-Ex

式中Ed为净碳排放总量。

根据有关经验数据，参考文献[8-11]，总结各土地利用类型及能源消耗碳吸收/排放系数见表1。

2.2 数据来源及处理

1996-2008年土地利用变更数据采用武汉市土地信息中心数据 ，其中2001年及其之前的土地利用变更数据采用的土地利用分类体系不同于2001年之后的分类体系，为了保持研究区域土地利用结构变更的前后一致，将前后两个时间段分类体系统一采用2001年之后的《全国土地分类（过渡期间适用）》土地利用分类体系。1996-2008年全市能源消耗数据来源于《武汉市统计年鉴》。

3 结果与分析

3.1 武汉市1996-2008年碳吸收量和碳排放量估算结果及分析

根据武汉市历年土地利用变更数据、能源消耗量数据和以上相关公式，得出与碳排放关系密切的几种土地利用类型1996-2008年碳吸收及排放量（表2和图1）。结果表明，1996-2008年武汉市碳汇吸收量相对于碳排放量数量小，波动平缓，整体呈现缓慢上升趋势，12年增加14.49万t，增长率为29.41%。碳排放量增长幅度较大，2008年比1996年增加1 129.58万t，增长率为74.64%。但是其增长是阶段性的，1996-2001年平缓发展变化较小，而2002-2006年随着经济的加速进而增长较快，2007-2008年迅猛增长的态势有所缓和。净碳排放量是由碳排放量减去碳吸收量所得，因此其总体趋势主要依赖于数量较大的碳排放量，2008年比1996年增长1 115.09万t，增长率为76.16%。

由图2可知，碳汇中林地、园地、湖泊河流等水域的碳吸收量在1996-2008年呈现缓慢增长的趋势，这是伴随着土地类型的面积而增长的。随着武汉市“两型社会”的发展，对环境保护不断加强。碳汇吸收量中所占比例最大的林地在这期间面积不但没有减少反而有所增加，使得总的吸收量持续增加，对于减少净碳排放量起到一定作用。相比较于林地覆盖率高的其他地区，对于武汉市巨大的碳排放量，2008年林地面积同比有所下降，林地保护的形势依然严峻。碳汇中牧草地以及荒草地、滩涂等未利用地的碳吸收量持续减少，主要是因为武汉城市化发展，不断盲目开发未利用地，使其面积持续减少，碳汇作用降低。武汉市1996-2008年不同土地类型碳吸收量比例变化见图3。

由图4可知，碳源中作为能源消耗载体的建设用地所产生的碳排放在1996-2008年持续大幅增加，12年增加1 173.70万t，增幅为94.06%，各能源折标煤量此期间增加1 481.93万t，增幅达到65.57%。建设用地碳排放量占到总排放量的80%以上，其中主要是居民点及工矿用地、交通用地。从建设用地碳排放强度角度来分析，在1996-2001年间建设用地的碳排放强度在总体上有所下降，为127.67～111.81 t/（hm2·a），主要因为此阶段虽然建设用地面积不断增加，但是土地利用集约化不足，粗放利用严重；2001-2006年建设用地的碳排放强度为111.81～181.86 t/（hm2·a），由于武汉城市化发展要求，城市扩张，建设用地面积依然持续增加，工业企业高能耗低端发展，同时随着国家对于土地集约利用的重视，土地集约化利用程度也有所增强，单位面积建设用地承载的经济指标和能源消耗不断增加；2006、2007、2008年建设用地的碳排放强度分别为181.86、177.27、177.60 t/（hm2·a），此期间有所减少并趋于平缓，主要是由于国家要求企业节能减排，使得经济发展向着创新型和摆脱资源依赖型方向转型。次要的碳源地是耕地，其碳排放强度为6.68 t/（hm2·a），1996-2008年耕地面积持续减少，表面上看，应对净碳排放量的减少起到一定缓解作用，相反净碳排放量却持续大幅增加，这主要是耕地减少的流向是城市化发展，即建设用地的扩张。大量耕地被建设用地所替代，相当于其碳排放强度提高了近30倍。武汉市1996-2008年碳源地碳排放量比例变化见图5。

净碳排放量的变化是不同土地利用结构碳排放效应的综合体现。由于各类型用地所占的面积不同，故测算其净碳排放效应的边际变化，用以反映不同土地利用类型净碳排放效应的敏感程度。结果（表3）表明，建设用地是最为敏感的类型，而林地仅为建设用地的1%左右。可见建设用地面积的变化是影响净碳排放量的最主要因素，而且林地面积增加所产生的碳汇能力远远难以抵消建设用地增加所带来的碳排放量。

3.2 武汉市“十二五”期末主要土地利用类型净碳排放量预测

研究依据《武汉市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》以及《武汉市年土地利用总体规划（2006—2020）》中有关“十二五”期末武汉市单位生产总值能耗下降目标、国内生产总值预测值和各种土地利用类型预测面积，对武汉市2015年净碳排放进行预测。到“十二五”期末，武汉市国内生产总值将超过万亿元，节能目标单位生产总值能耗相比于2006年下降35.92%，达到万元地区生产总值能源消耗0.58 t标煤。与碳汇密切相关的耕地，林地，园地，牧草地，荒草地和滩涂等，湖泊、河流等水域预期性面积分别为338 300、104 500、14 400、280、10 210、288 920 hm2。由表4可知，到“十二五”期末，全市主要的土地利用类型所产生的净碳排放总量明显增加，将达到5 939.13万t，是2006年的2.37倍。占碳汇贡献率70%以上的林地面积“十二五”期间有所增加，因此碳吸收量随之增加，但是涨幅不大，对于净碳排放量的增长控制有限。耕地面积维持稳定，其碳排放量基本不变。居民及工矿用地和交通用地面积相比于2006年增长20%左右，而建设用地承载的碳排放量相比于2006年迅速增加，增幅达到147%，建设用地的边际净碳排放效应明显增大。虽然按照土地利用总体规划安排，林地面积有所增加，耕地面积保持稳定，建设用地面积扩张得到一定限制，朝着土地利用结构低碳化方向发展，但是由于经济保持高速增长，能源消耗即使达到预期的节能目标，净碳排放量依然成倍增加。这说明武汉市建设用地集约化程度不断加强，单位建设用地面积承载GDP和碳排放量强度持续高速增长。想要控制净碳排放量的过快增长，仅仅依靠优化土地利用结构是无法实现的，还需要土地利用方式和经济发展方式的转变，使得国民经济支柱产业朝着低能源消耗方向发展。

4 结论与建议

4.1 结论

根据以上分析，得出武汉市土地利用结构变化对于该区域碳排放、碳吸收和净碳排放的影响程度，并对未来净碳排放量进行了预测。结论主要包括以下几点：

1）武汉市建设用地是影响该区域净碳排放最主要的因素，相比于其他的土地利用类型，其碳排放强度最高，边际碳排放量最大，与净碳排放量相关程度最高。预计到“十二五”期末，武汉市建设用地净碳排放量占到净碳排放量的97.48%。2006-2015间，建设用地增幅为30%左右，而建设用地碳排放量增幅则达到147%，未来建设用地扩张的趋势虽然得到一定控制，但是并没有使得其承载的碳排放量增加的趋势出现明显减缓。

2）武汉市耕地作为碳源的另一土地利用类型，面积总体上呈现逐年减少的趋势，但是限于《土地利用总体规划》耕地保护的约束性指标，面积趋于稳定。耕地面积持续减少，表面上来看，应该对于净碳排放量起到一定缓解作用，相反净碳排放量却持续大幅增加，这主要是耕地减少的流向是城市化发展，即建设用地的扩张。大量耕地被建设用地所替代，相当于碳排放强度提高了近30倍。

3）武汉市碳汇中林地、牧草地等土地利用类型的碳汇作用不明显。尤其是作为最大碳吸收量的林地，面对着经济不断发展、城市不断扩张，虽然面积没有减少反而有所增加，使得总的吸收量持续增加，对于减少净碳排放量起到一定作用，但是由于总体上林地面积较少，即使逐年增长，也难以对快速增加的碳排放量起到显著的抑制作用。预测到“十二五”期末，相比于2006年，林地的碳吸收量增幅仅为19%，远小于碳排放量增长率。

4）通过对过去碳排放与土地利用结构关系的分析以及对未来碳排放量的预测，不难得出想要控制净碳排放量的过快增长，仅仅依靠优化土地利用结构是无法实现的，还需要土地利用方式和经济发展方式的转变，使得国民经济支柱产业朝着低能源消耗方向发展。

4.2 构建低碳排放的土地利用体系的建议

武汉市正处于工业化、城市化发展的快速时期，同时也是经济转型，实现“两型社会”跨越式发展的攻坚阶段。对于节能减排，实现低碳经济发展，既面临着严峻的挑战，同时也是一个巨大的机遇。所以，要构建低碳排放的土地利用体系必须从以下几个方面着手：

1）优化土地利用结构。根据武汉市土地利用结构的实际情况，合理布局产业结构，避免因重复建设造成土地浪费和多余碳排放，严格控制建设用地无节制地占用林地、牧草地以及盲目开发荒草地、滩涂、水域等。加大植树造林力度，增加城市森林覆盖率和林业碳汇。加强武汉市湖泊、河流等水域的保护，严禁围湖造田、填湖造地建房，并逐步实现退田还湖。充分利用城市的空闲用地，城市的湿地、园地、水系、各种绿地等都同时具有景观价值及生态固碳功能，对增强土地的碳汇功能具有重要意义。

2）转变土地利用方式。增加建设用地供应的碳排放指标考核，促进土地供应向低碳产业转移[12]。对于建设用地利用的集约度的考核，在资源逐渐枯竭、环境日趋恶化的背景下，应逐步构建基于低碳经济的土地节约集约利用评价指标体系，在考查土地节约集约利用效率时，全面考查土地利用的生态效益。开发利用新能源，改变传统的能源消耗模式，降低化石能源的消耗。调整土地政策， 对符合低碳经济的项目以及低碳的土地利用方式予以供地扶持。增强农田管理，适当的管理措施能够增加土壤对碳的固定，减少耕地碳排放。研究表明，改进施肥、灌水管理措施、提高复种指数、降低撂荒频率、合理的作物轮作、作物品种的选择、免耕等都能够提高土壤的碳含量，减少农田生态系统的碳排放。

3）加强经济调控。从低碳经济的视角，土地低碳化利用实质就是土地利用的效益最大化。而低碳经济包括了“低碳”和“经济”的双重要求，通过制度创新、技术创新、新能源开发、产业转型等多种手段，降低传统化石燃料的消耗，减少碳排放。通过经济杠杆的调控作用，影响土地的布局优化，从而实现土地低碳化利用。完善土地交易市场，逐步建立土地利用碳排放交易市场，完善土地征税和征收环境污染治理费用等手段来实现土地低碳化利用[13]。

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