摘要：土地是碳吸收和碳排放的載體，不同的土地利用結構及其利用方式是影響凈碳排放的主要原因。為了分析不同土地利用結構的碳排放效應，以武漢市為例，根據(jù)前人研究成果確定不同土地利用類型碳排放系數(shù)、碳吸收系數(shù)以及各種能源碳排放系數(shù)，利用1996-2008年土地變更數(shù)據(jù)計算得出各土地利用結構碳排放量、碳吸收量和凈碳排放量。結果表明，1996-2008年，由于土地利用結構變化，武漢市碳排放量從1 513.41萬t/a增加到2 642.99萬t/a，其中建設用地和耕地是主要的碳源，建設用地年碳排放量達1 878.46萬t；碳吸收量從1996年的49.26萬t增加到2008年的63.75萬t，其中林地是最主要的碳匯，但是對于總體的凈碳排放控制作用有限。從邊際凈碳排放效應來看，武漢市建設用地每變化1%年凈碳排放量變化為29.708萬t，耕地為2.656萬t，林地為0.343萬t，由此得出建設用地對于凈碳排放量變化最為敏感，影響最大。通過對“十二五”期末武漢市的凈碳排放進行預測，結果顯示到2015年武漢市碳排放大幅增加，而碳吸收量增加則較緩慢，面臨嚴峻的碳減排任務。根據(jù)分析結果，從低碳經(jīng)濟角度提出了調控土地利用的相關政策建議。

關鍵詞：土地利用結構；碳源排放/碳匯吸收；凈碳排放；武漢市

中圖分類號：F301.24 文獻標識碼：A 文章編號：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

低碳經(jīng)濟的概念是在全球氣候變暖對人類生存和發(fā)展提出嚴峻挑戰(zhàn)的背景下應運而生的。發(fā)展低碳經(jīng)濟是堅持科學發(fā)展觀的客觀要求，是構建“兩型社會”走可持續(xù)發(fā)展道路的必然選擇。能源、建筑、交通等領域的變革都因低碳經(jīng)濟這一全新的發(fā)展理念而備受關注，但土地利用對碳排放的影響似乎沒有得到廣泛的重視[1]。尤其是以往研究主要集中在各個自然的生態(tài)系統(tǒng)，如森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、土壤生態(tài)系統(tǒng)等，對于城市生態(tài)系統(tǒng)則單純探討城市能源的碳排放[2-5]，缺少對城市不同土地利用結構碳排放效應的總體研究。為此，以武漢市為例，討論該區(qū)域不同土地利用結構對碳排放的影響，從而為深入開展土地利用的碳排放研究以及為武漢市低碳經(jīng)濟導向下土地利用調控提供依據(jù)和參考。

1 研究區(qū)域概況

武漢市是華中地區(qū)中心城市，在國家戰(zhàn)略“中部崛起”和武漢城市圈“兩型社會”建設試驗區(qū)的經(jīng)濟規(guī)劃中都處于核心地位。武漢市位于湖北省東部，長江、漢水交匯處，處于東經(jīng)113°41′-115°05′，北緯29°58′-31°22′。2008年全市轄13個區(qū)，面積8 494.41 km2，全市戶籍人口達833.24萬人。1996-2008年武漢市伴隨著城市化飛速發(fā)展，城市化率已經(jīng)突破90%，位居全國前列，GDP從1996年的782.13億元增長到2008年的3 960.08 億元。在工業(yè)化和城市化水平不斷提高的同時，土地生態(tài)系統(tǒng)受到人類活動影響較大。分析該區(qū)域土地利用變化的碳排放效應對探討優(yōu)化土地利用結構與促進低碳經(jīng)濟發(fā)展具有一定的意義。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

碳吸收主要指生態(tài)系統(tǒng)對空氣中的碳以有機物的形式存儲于體內的過程。陸地生態(tài)系統(tǒng)中各類植被是碳的主要吸收者，包括森林、耕地、草地、園地和水域等生態(tài)系統(tǒng)[6]。碳排放可以分類為人工碳排放和自然碳排放，人工碳排放是由人類活動引起的碳排放，主要包括能源消耗、工業(yè)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的碳排放，其主要的承載土地類型為建設用地，主要包括居民及工礦用地、交通用地等，此外還包括耕地；自然碳排放主要來自海洋、土壤、巖石和生物體等。根據(jù)武漢市實際情況，主要選擇碳吸收量較大的林地、耕地、園地、牧草地等土地利用類型作為碳匯，借鑒前人研究經(jīng)驗，基于各種用地類型的碳排放系數(shù)進行測算。同時選取武漢市在生產(chǎn)生活中碳排放主要涉及的11種能源作為建設用地的碳排放進行測算[7]。武漢市凈碳排放總量即為碳排放總量與碳吸收總量之差。

碳吸收（排放）測算公式為：

Ex=∑ei=∑Si·Qi

式中，Ex為碳吸收（排放）總量；ei為第i種土地利用方式的碳吸收（排放）總量；Si為第i種土地利用方式的面積；Qi為第i種土地利用方式的碳吸收（排放）系數(shù)。

能源消耗碳排放測算公式為：

Ep=∑ni=∑Mi·Qi

式中，Ep為能源消耗碳排放總量；ni為第i種能源消耗的碳排放總量；Mi為第i種能源的質量；Qi為第i種能源的碳排放系數(shù)。

凈碳排放量測算公式為：

Ed=Ep-Ex

式中Ed為凈碳排放總量。

根據(jù)有關經(jīng)驗數(shù)據(jù)，參考文獻[8-11]，總結各土地利用類型及能源消耗碳吸收/排放系數(shù)見表1。

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

1996-2008年土地利用變更數(shù)據(jù)采用武漢市土地信息中心數(shù)據(jù) ，其中2001年及其之前的土地利用變更數(shù)據(jù)采用的土地利用分類體系不同于2001年之后的分類體系，為了保持研究區(qū)域土地利用結構變更的前后一致，將前后兩個時間段分類體系統(tǒng)一采用2001年之后的《全國土地分類（過渡期間適用）》土地利用分類體系。1996-2008年全市能源消耗數(shù)據(jù)來源于《武漢市統(tǒng)計年鑒》。

3 結果與分析

3.1 武漢市1996-2008年碳吸收量和碳排放量估算結果及分析

根據(jù)武漢市歷年土地利用變更數(shù)據(jù)、能源消耗量數(shù)據(jù)和以上相關公式，得出與碳排放關系密切的幾種土地利用類型1996-2008年碳吸收及排放量（表2和圖1）。結果表明，1996-2008年武漢市碳匯吸收量相對于碳排放量數(shù)量小，波動平緩，整體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，12年增加14.49萬t，增長率為29.41%。碳排放量增長幅度較大，2008年比1996年增加1 129.58萬t，增長率為74.64%。但是其增長是階段性的，1996-2001年平緩發(fā)展變化較小，而2002-2006年隨著經(jīng)濟的加速進而增長較快，2007-2008年迅猛增長的態(tài)勢有所緩和。凈碳排放量是由碳排放量減去碳吸收量所得，因此其總體趨勢主要依賴于數(shù)量較大的碳排放量，2008年比1996年增長1 115.09萬t，增長率為76.16%。

由圖2可知，碳匯中林地、園地、湖泊河流等水域的碳吸收量在1996-2008年呈現(xiàn)緩慢增長的趨勢，這是伴隨著土地類型的面積而增長的。隨著武漢市“兩型社會”的發(fā)展，對環(huán)境保護不斷加強。碳匯吸收量中所占比例最大的林地在這期間面積不但沒有減少反而有所增加，使得總的吸收量持續(xù)增加，對于減少凈碳排放量起到一定作用。相比較于林地覆蓋率高的其他地區(qū)，對于武漢市巨大的碳排放量，2008年林地面積同比有所下降，林地保護的形勢依然嚴峻。碳匯中牧草地以及荒草地、灘涂等未利用地的碳吸收量持續(xù)減少，主要是因為武漢城市化發(fā)展，不斷盲目開發(fā)未利用地，使其面積持續(xù)減少，碳匯作用降低。武漢市1996-2008年不同土地類型碳吸收量比例變化見圖3。

由圖4可知，碳源中作為能源消耗載體的建設用地所產(chǎn)生的碳排放在1996-2008年持續(xù)大幅增加，12年增加1 173.70萬t，增幅為94.06%，各能源折標煤量此期間增加1 481.93萬t，增幅達到65.57%。建設用地碳排放量占到總排放量的80%以上，其中主要是居民點及工礦用地、交通用地。從建設用地碳排放強度角度來分析，在1996-2001年間建設用地的碳排放強度在總體上有所下降，為127.67～111.81 t/（hm2·a），主要因為此階段雖然建設用地面積不斷增加，但是土地利用集約化不足，粗放利用嚴重；2001-2006年建設用地的碳排放強度為111.81～181.86 t/（hm2·a），由于武漢城市化發(fā)展要求，城市擴張，建設用地面積依然持續(xù)增加，工業(yè)企業(yè)高能耗低端發(fā)展，同時隨著國家對于土地集約利用的重視，土地集約化利用程度也有所增強，單位面積建設用地承載的經(jīng)濟指標和能源消耗不斷增加；2006、2007、2008年建設用地的碳排放強度分別為181.86、177.27、177.60 t/（hm2·a），此期間有所減少并趨于平緩，主要是由于國家要求企業(yè)節(jié)能減排，使得經(jīng)濟發(fā)展向著創(chuàng)新型和擺脫資源依賴型方向轉型。次要的碳源地是耕地，其碳排放強度為6.68 t/（hm2·a），1996-2008年耕地面積持續(xù)減少，表面上看，應對凈碳排放量的減少起到一定緩解作用，相反凈碳排放量卻持續(xù)大幅增加，這主要是耕地減少的流向是城市化發(fā)展，即建設用地的擴張。大量耕地被建設用地所替代，相當于其碳排放強度提高了近30倍。武漢市1996-2008年碳源地碳排放量比例變化見圖5。

凈碳排放量的變化是不同土地利用結構碳排放效應的綜合體現(xiàn)。由于各類型用地所占的面積不同，故測算其凈碳排放效應的邊際變化，用以反映不同土地利用類型凈碳排放效應的敏感程度。結果（表3）表明，建設用地是最為敏感的類型，而林地僅為建設用地的1%左右?？梢娊ㄔO用地面積的變化是影響凈碳排放量的最主要因素，而且林地面積增加所產(chǎn)生的碳匯能力遠遠難以抵消建設用地增加所帶來的碳排放量。

3.2 武漢市“十二五”期末主要土地利用類型凈碳排放量預測

研究依據(jù)《武漢市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》以及《武漢市年土地利用總體規(guī)劃（2006—2020）》中有關“十二五”期末武漢市單位生產(chǎn)總值能耗下降目標、國內生產(chǎn)總值預測值和各種土地利用類型預測面積，對武漢市2015年凈碳排放進行預測。到“十二五”期末，武漢市國內生產(chǎn)總值將超過萬億元，節(jié)能目標單位生產(chǎn)總值能耗相比于2006年下降35.92%，達到萬元地區(qū)生產(chǎn)總值能源消耗0.58 t標煤。與碳匯密切相關的耕地，林地，園地，牧草地，荒草地和灘涂等，湖泊、河流等水域預期性面積分別為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類型所產(chǎn)生的凈碳排放總量明顯增加，將達到5 939.13萬t，是2006年的2.37倍。占碳匯貢獻率70%以上的林地面積“十二五”期間有所增加，因此碳吸收量隨之增加，但是漲幅不大，對于凈碳排放量的增長控制有限。耕地面積維持穩(wěn)定，其碳排放量基本不變。居民及工礦用地和交通用地面積相比于2006年增長20%左右，而建設用地承載的碳排放量相比于2006年迅速增加，增幅達到147%，建設用地的邊際凈碳排放效應明顯增大。雖然按照土地利用總體規(guī)劃安排，林地面積有所增加，耕地面積保持穩(wěn)定，建設用地面積擴張得到一定限制，朝著土地利用結構低碳化方向發(fā)展，但是由于經(jīng)濟保持高速增長，能源消耗即使達到預期的節(jié)能目標，凈碳排放量依然成倍增加。這說明武漢市建設用地集約化程度不斷加強，單位建設用地面積承載GDP和碳排放量強度持續(xù)高速增長。想要控制凈碳排放量的過快增長，僅僅依靠優(yōu)化土地利用結構是無法實現(xiàn)的，還需要土地利用方式和經(jīng)濟發(fā)展方式的轉變，使得國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)朝著低能源消耗方向發(fā)展。

4 結論與建議

4.1 結論

根據(jù)以上分析，得出武漢市土地利用結構變化對于該區(qū)域碳排放、碳吸收和凈碳排放的影響程度，并對未來凈碳排放量進行了預測。結論主要包括以下幾點：

1）武漢市建設用地是影響該區(qū)域凈碳排放最主要的因素，相比于其他的土地利用類型，其碳排放強度最高，邊際碳排放量最大，與凈碳排放量相關程度最高。預計到“十二五”期末，武漢市建設用地凈碳排放量占到凈碳排放量的97.48%。2006-2015間，建設用地增幅為30%左右，而建設用地碳排放量增幅則達到147%，未來建設用地擴張的趨勢雖然得到一定控制，但是并沒有使得其承載的碳排放量增加的趨勢出現(xiàn)明顯減緩。

2）武漢市耕地作為碳源的另一土地利用類型，面積總體上呈現(xiàn)逐年減少的趨勢，但是限于《土地利用總體規(guī)劃》耕地保護的約束性指標，面積趨于穩(wěn)定。耕地面積持續(xù)減少，表面上來看，應該對于凈碳排放量起到一定緩解作用，相反凈碳排放量卻持續(xù)大幅增加，這主要是耕地減少的流向是城市化發(fā)展，即建設用地的擴張。大量耕地被建設用地所替代，相當于碳排放強度提高了近30倍。

3）武漢市碳匯中林地、牧草地等土地利用類型的碳匯作用不明顯。尤其是作為最大碳吸收量的林地，面對著經(jīng)濟不斷發(fā)展、城市不斷擴張，雖然面積沒有減少反而有所增加，使得總的吸收量持續(xù)增加，對于減少凈碳排放量起到一定作用，但是由于總體上林地面積較少，即使逐年增長，也難以對快速增加的碳排放量起到顯著的抑制作用。預測到“十二五”期末，相比于2006年，林地的碳吸收量增幅僅為19%，遠小于碳排放量增長率。

4）通過對過去碳排放與土地利用結構關系的分析以及對未來碳排放量的預測，不難得出想要控制凈碳排放量的過快增長，僅僅依靠優(yōu)化土地利用結構是無法實現(xiàn)的，還需要土地利用方式和經(jīng)濟發(fā)展方式的轉變，使得國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)朝著低能源消耗方向發(fā)展。

4.2 構建低碳排放的土地利用體系的建議

武漢市正處于工業(yè)化、城市化發(fā)展的快速時期，同時也是經(jīng)濟轉型，實現(xiàn)“兩型社會”跨越式發(fā)展的攻堅階段。對于節(jié)能減排，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟發(fā)展，既面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，同時也是一個巨大的機遇。所以，要構建低碳排放的土地利用體系必須從以下幾個方面著手：

1）優(yōu)化土地利用結構。根據(jù)武漢市土地利用結構的實際情況，合理布局產(chǎn)業(yè)結構，避免因重復建設造成土地浪費和多余碳排放，嚴格控制建設用地無節(jié)制地占用林地、牧草地以及盲目開發(fā)荒草地、灘涂、水域等。加大植樹造林力度，增加城市森林覆蓋率和林業(yè)碳匯。加強武漢市湖泊、河流等水域的保護，嚴禁圍湖造田、填湖造地建房，并逐步實現(xiàn)退田還湖。充分利用城市的空閑用地，城市的濕地、園地、水系、各種綠地等都同時具有景觀價值及生態(tài)固碳功能，對增強土地的碳匯功能具有重要意義。

2）轉變土地利用方式。增加建設用地供應的碳排放指標考核，促進土地供應向低碳產(chǎn)業(yè)轉移[12]。對于建設用地利用的集約度的考核，在資源逐漸枯竭、環(huán)境日趨惡化的背景下，應逐步構建基于低碳經(jīng)濟的土地節(jié)約集約利用評價指標體系，在考查土地節(jié)約集約利用效率時，全面考查土地利用的生態(tài)效益。開發(fā)利用新能源，改變傳統(tǒng)的能源消耗模式，降低化石能源的消耗。調整土地政策， 對符合低碳經(jīng)濟的項目以及低碳的土地利用方式予以供地扶持。增強農(nóng)田管理，適當?shù)墓芾泶胧┠軌蛟黾油寥缹μ嫉墓潭?，減少耕地碳排放。研究表明，改進施肥、灌水管理措施、提高復種指數(shù)、降低撂荒頻率、合理的作物輪作、作物品種的選擇、免耕等都能夠提高土壤的碳含量，減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放。

3）加強經(jīng)濟調控。從低碳經(jīng)濟的視角，土地低碳化利用實質就是土地利用的效益最大化。而低碳經(jīng)濟包括了“低碳”和“經(jīng)濟”的雙重要求，通過制度創(chuàng)新、技術創(chuàng)新、新能源開發(fā)、產(chǎn)業(yè)轉型等多種手段，降低傳統(tǒng)化石燃料的消耗，減少碳排放。通過經(jīng)濟杠桿的調控作用，影響土地的布局優(yōu)化，從而實現(xiàn)土地低碳化利用。完善土地交易市場，逐步建立土地利用碳排放交易市場，完善土地征稅和征收環(huán)境污染治理費用等手段來實現(xiàn)土地低碳化利用[13]。

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