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        基于碳氧平衡分析的吉泰走廊區(qū)域生態(tài)用地需求研究

        2015-11-25 08:23:48江西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院江西南昌330077
        江西建材 2015年24期
        關(guān)鍵詞:碳氧耗氧吉安市

        ■曾 翔 ■江西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,江西 南昌 330077

        1 引言

        生態(tài)用地是指具有生態(tài)服務(wù)功能的各類用地,是自然生態(tài)系統(tǒng)的載體,承擔(dān)生態(tài)系統(tǒng)的各種服務(wù)功能,包括氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保護(hù)、食物生產(chǎn)、材料生產(chǎn)等生態(tài)服務(wù)功能,是人類生存和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。然而隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快,以人口、產(chǎn)業(yè)集聚為特征的各類建設(shè)用地的不斷擴(kuò)張使得以生態(tài)服務(wù)功能為主的生態(tài)用地面積逐漸減少,引起了一系列生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題,如水土流失、水體污染、生物多樣性減少等,給經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)挑戰(zhàn)。

        在當(dāng)前城鎮(zhèn)化進(jìn)程中各類建設(shè)用地需求不斷增加的壓力下,如何科學(xué)合理地確定生態(tài)用地?cái)?shù)量,正確處理建設(shè)用地與生態(tài)用地的需求矛盾,使經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然生態(tài)保護(hù)的關(guān)系重新走上協(xié)調(diào)發(fā)展的軌道,是保持可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)鍵。

        有鑒于此,本文以吉泰走廊區(qū)域?yàn)槔?,?yīng)用碳氧平衡法通過(guò)對(duì)吉泰走廊區(qū)域碳氧供需情況的研究,進(jìn)而測(cè)算當(dāng)前以及目標(biāo)年的生態(tài)用地最小需求,為編制區(qū)域生態(tài)空間保護(hù)規(guī)劃中生態(tài)用地?cái)?shù)量的確定提供依據(jù)與參考。

        2 研究區(qū)概況

        吉泰走廊區(qū)域位于吉安市中部,范圍包括三縣四區(qū)(吉州區(qū)、青原區(qū)、井開區(qū)、廬陵新區(qū)、吉安縣、吉水縣、泰和縣)下轄的8 個(gè)街道、29 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、6 個(gè)工業(yè)園區(qū),是吉安市乃至江西省發(fā)展基礎(chǔ)較好,經(jīng)濟(jì)聚集度較高,發(fā)展?jié)摿^大的區(qū)域。2013 年吉泰走廊區(qū)域總面積2961 平方公里,占全市面積的11.7%;人口為129.24 萬(wàn)人,占全市人口的25.4%;GDP 達(dá)到561 億元,占全市的50.1%。

        吉泰走廊區(qū)域處于吉泰盆地中部,以贛江干流為軸線向外擴(kuò)展,地貌依次呈平原、崗地、丘陵、山地等階梯狀分布。整個(gè)地勢(shì)東西高聳、中部低平,周邊擁有連綿環(huán)抱的山體、丘陵;以吉安縣的西垅山和青原山南面山麓為南北分界,北面以崗地為主,南面以平原、丘陵為主。

        3 研究方法

        3.1 碳氧平衡模型

        碳氧供需包括碳排放與氧消耗、碳固定與氧釋放兩方面的內(nèi)容,前者主要指人類活動(dòng)引起的排碳耗氧過(guò)程,后者主要指生態(tài)用地的固碳釋氧過(guò)程。根據(jù)國(guó)家土地利用分類標(biāo)準(zhǔn),生態(tài)用地可分為耕地、園地、林地、草地、水域濕地五類。碳氧平衡模型如下所示:

        式中BC為碳平衡系數(shù);BO為氧平衡系數(shù);C排放為碳年排放量;C固定為碳年固定量;O消耗為氧年消耗量;O釋放為氧年釋放量。

        當(dāng)BC與BO小于或等于1 時(shí),則表示碳排放量能夠被生態(tài)用地完全吸收,氧釋放量能夠滿足當(dāng)?shù)氐男枨?,生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);當(dāng)BC與BO大于1 時(shí),則表明生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于超負(fù)荷狀態(tài),難以保持可持續(xù)的發(fā)展。

        3.2 排碳耗氧計(jì)算

        從排碳耗氧角度來(lái)看,區(qū)域內(nèi)的排碳耗氧活動(dòng)主要有煤炭的燃燒、原油的燃燒、天然氣的燃燒以及人口的呼吸,其他如排泄物的分解耗氧或是少量其他能源的燃燒在計(jì)算時(shí)暫不予考慮,其計(jì)算模型如表1、表2 所示。

        表1 排碳量計(jì)算模型

        注:1、標(biāo)準(zhǔn)煤含碳量【1】為80.990;標(biāo)準(zhǔn)煤含氫量【1】為2.820。2、原煤折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)【2】為0.7143kgce/kg;燃油折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)【2】為1.471kgce/kg;燃?xì)庹鬯銟?biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)【2】為1.241 kgce/m3。3、每人每天呼吸二氧化碳排放量【3】為0.900kg/人/天。

        表2 耗氧量計(jì)算模型

        3.3 固碳釋氧計(jì)算

        固碳釋氧過(guò)程主要是通過(guò)植物的光合作用來(lái)實(shí)現(xiàn),不同生態(tài)用地的植被生物量均有不同,其固碳釋氧的能力相應(yīng)也有差異(表3)。由于不同生態(tài)用地的固碳釋氧能力只與其地均凈生產(chǎn)量有關(guān),而不同生態(tài)用地類型地均凈生產(chǎn)量值一定,故可根據(jù)不同類型生態(tài)用地的地均凈生產(chǎn)量比例將不同類型的生態(tài)用地?fù)Q算成標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地(表3),統(tǒng)一測(cè)算生態(tài)用地的年固碳釋氧量,計(jì)算模型見(jiàn)表4 所示。

        表3 單位面積生態(tài)用地年固碳釋氧量與類型折算系數(shù)表【4】

        表4 固碳釋氧計(jì)算模型

        3.4 生態(tài)用地需求測(cè)算

        在對(duì)排碳耗氧與固碳釋氧的計(jì)算基礎(chǔ)上,根據(jù)碳、氧平衡公式(1)、(2),分別推導(dǎo)出保持碳平衡和保持氧平衡所需的最小標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積計(jì)算公式。

        保持碳平衡所需最小標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積計(jì)算公式

        保持氧平衡所需最小標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積計(jì)算公式

        根據(jù)IPCC 氣候變化報(bào)告,全球生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中所釋放的二氧化碳有1/3 進(jìn)入大氣,1/3 被海洋吸收,1/3 固定在陸地生態(tài)系統(tǒng)中,因此公式(3)、(4)可改為(5)、(6)所示:

        接下來(lái)根據(jù)計(jì)算結(jié)果,將保持區(qū)域碳平衡和保持區(qū)域氧平衡所需的最小標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積進(jìn)行比較,按照“木桶原則”和“最小因子定律”,取兩值中的最大值作為滿足區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小需求面積。

        最后,根據(jù)吉泰走廊區(qū)域現(xiàn)狀各類生態(tài)用地?fù)Q算成標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地后所占的比重,反推出為了滿足區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的各類生態(tài)用地最小需求面積。

        4 吉泰走廊區(qū)域生態(tài)用地需求測(cè)算

        4.1 排碳耗氧量計(jì)算

        4.1.1 排碳耗氧量現(xiàn)狀

        根據(jù)吉泰走廊區(qū)域2013 年各相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(由于吉泰走廊區(qū)域范圍包括三縣四區(qū)的8 個(gè)街道、29 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、6 個(gè)工業(yè)園區(qū),因此其相關(guān)數(shù)據(jù)根據(jù)吉安市及相關(guān)縣區(qū)統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算得來(lái)),按照表1、表2 進(jìn)行計(jì)算,2013 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧情況如下表所示:

        表5 2013 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧計(jì)算表

        4.1.2 排碳耗氧量預(yù)測(cè)

        (1)人口預(yù)測(cè)。根據(jù)《吉泰城鎮(zhèn)群規(guī)劃(2013-2030)》,2030 年吉泰走廊區(qū)域的人口為202 萬(wàn)人。

        (2)能源消費(fèi)總量預(yù)測(cè)。本文根據(jù)目標(biāo)年GDP 與單位GDP 能耗的變化來(lái)預(yù)測(cè)目標(biāo)年吉泰走廊區(qū)域能源消費(fèi)的總量。能源消費(fèi)總量測(cè)算公式如下:En=GDPn×em×(1-λ)(n-m)/10000

        式中En 為目標(biāo)年能源消費(fèi)總量;GDPn為目標(biāo)年GDP 預(yù)測(cè)值;em為基期年單位GDP 能耗;λ 為單位GDP 能耗年均降低率。

        在我國(guó)步入穩(wěn)步增長(zhǎng)期,經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”的大環(huán)境下,綜合考慮吉安市近幾年GDP 增速情況,設(shè)定2013 年—2020 年GDP 增速為12%,2020 年—2030 年增速為8%,則吉安市2030 年GDP 為5365億元;2013 年吉安市單位GDP 能耗為0.397 噸標(biāo)煤/萬(wàn)元GDP;根據(jù)《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》,我國(guó)十二五期間單位GDP 能耗消耗年均降低率約為3%,本文按3%作為基期年至目標(biāo)年期間單位GDP 能耗消耗年均降低率。

        則2030 年吉安市能源消費(fèi)總量為

        En=5365 億元×0.397 噸標(biāo)煤/萬(wàn)元GDP×(1-3%)(2030-2013)=1266.14 萬(wàn)噸標(biāo)煤

        吉泰走廊區(qū)域作為吉安市的經(jīng)濟(jì)核心,江西省經(jīng)濟(jì)發(fā)展軸線的重要組成部分之一,其在吉安市的經(jīng)濟(jì)比重將不斷加大,假設(shè)至2030 年吉泰走廊區(qū)域GDP 占全市比重由2013 年的50%增長(zhǎng)至60%,則吉泰走廊區(qū)域2030 年能源消費(fèi)總量為759.68 萬(wàn)噸標(biāo)煤。

        (3)各類能源消費(fèi)量預(yù)測(cè)。2013 年吉安市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤炭為主,在整個(gè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中,煤炭消費(fèi)比重為80%,石油比重為19.5%,天然氣比重為0.5%。

        根據(jù)《BP 世界能源展望2035》對(duì)2035 年中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè),到2035 年我國(guó)煤炭消費(fèi)比重為51%,天然氣消費(fèi)比重達(dá)到12%,石油消費(fèi)比重為18%,非化石能源比重為19%。本文按照以上各類能源消費(fèi)占比,作為2030 年吉泰走廊區(qū)域能源消費(fèi)的構(gòu)成,并以此測(cè)算各類化石能源的消費(fèi)量。

        表6 2030 年吉泰走廊區(qū)域各類能源消費(fèi)量測(cè)算表

        (4)排碳耗氧量預(yù)測(cè)?;谝陨系脑O(shè)定,對(duì)2030 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧量進(jìn)行測(cè)算,其結(jié)果如下表所示:

        表7 2030 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧計(jì)算表

        4.2 生態(tài)用地需求預(yù)測(cè)

        4.2.1 生態(tài)用地現(xiàn)狀

        根據(jù)2013 年土地利用變更數(shù)據(jù),吉泰走廊區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有耕地77389公頃,園地3806 公頃,林地131620 公頃,草地4434 公頃,水域濕地14516 公頃,換算成標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積為201129.32 公頃。

        表8 2013 年吉泰走廊區(qū)域生態(tài)用地一覽表

        4.2.2 2013 年生態(tài)用地需求

        根據(jù)吉泰走廊區(qū)域2013 年排碳耗氧情況,維持區(qū)域碳平衡所需的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小面積為:

        A標(biāo)=(C排放/3)/C固定=198.77 ÷3 ÷9.03=7.34 萬(wàn)頃

        維持區(qū)域碳平衡所需的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小面積為:

        A標(biāo)=(O消耗/3)/O釋放=586.68 ÷3 ÷24.07=8.12 萬(wàn)頃

        因此,2013 年保持區(qū)域碳氧平衡的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小需求面積為8.12 萬(wàn)公頃。

        根據(jù)現(xiàn)狀各類生態(tài)用地?fù)Q算成標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地后所占的比重,將標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小需求面積換算為各類生態(tài)用地最小需求面積,結(jié)果如下表所示。

        表9 2013 年吉泰走廊區(qū)域各類生態(tài)用地最小需求面積

        從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,吉泰走廊區(qū)域最小生態(tài)用地需求面積遠(yuǎn)小于現(xiàn)有各類生態(tài)用地面積,區(qū)域生態(tài)用地的固碳釋氧能力完全能夠維持區(qū)域自身的碳氧平衡。

        4.2.3 2030 年生態(tài)用地需求

        根據(jù)對(duì)吉泰走廊區(qū)域2030 年排碳耗氧情況的預(yù)測(cè),維持區(qū)域碳平衡所需的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小面積為

        A標(biāo)=(C排放/3)/C固定=516.35 ÷3 ÷9.03=19.06 萬(wàn)頃

        維持區(qū)域碳平衡所需的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小面積為

        A標(biāo)=(O消耗/3)/O釋放=1523.26 ÷3 ÷24.07=21.09 萬(wàn)頃

        因此,2030 年保持區(qū)域碳氧平衡的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小需求面積為21.09 萬(wàn)公頃。

        根據(jù)現(xiàn)狀各類生態(tài)用地?fù)Q算成標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地后所占的比重,將標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地最小需求面積換算為各類生態(tài)用地最小需求面積,結(jié)果如下表所示。

        表10 2030 年吉泰走廊區(qū)域各類生態(tài)用地最小需求面積

        通過(guò)與2013 年現(xiàn)狀生態(tài)用地面積比較,2030 年吉泰走廊區(qū)域需增加各類生態(tài)用地共12802 公頃,才能滿足保持區(qū)域碳氧平衡的最低需求。

        5 結(jié)論與討論

        (1)2013 年吉泰走廊區(qū)域生態(tài)環(huán)境良好,各類生態(tài)用地的固碳釋氧數(shù)量遠(yuǎn)高于人類活動(dòng)引起的排碳耗氧數(shù)量,區(qū)域現(xiàn)有各類生態(tài)用地的數(shù)量滿足保持區(qū)域碳氧平衡的生態(tài)用地最小面積需求。

        (2)隨著新型城鎮(zhèn)與工業(yè)化的加速發(fā)展以及人口的增加,吉泰走廊區(qū)域內(nèi)的排碳耗氧水平將大幅上升。經(jīng)預(yù)測(cè),到2030 年區(qū)域內(nèi)的排碳量和耗氧量將分別達(dá)到516.35 萬(wàn)噸和1523.26 萬(wàn)噸。在優(yōu)化調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、倡導(dǎo)低碳消費(fèi)生活的前提下,保持區(qū)域碳氧平衡所需的最小標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)用地面積為21.09 萬(wàn)公頃,按現(xiàn)狀生態(tài)用地構(gòu)成換算為各類生態(tài)用地的總面積為244567 公頃。也就是說(shuō),至2030 年,為了保持區(qū)域碳氧平衡、保持區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展,吉泰走廊區(qū)域的生態(tài)用地面積不得小于2445.67 平方公里,城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積不得大于515.33 平方公里。

        (3)通過(guò)對(duì)吉泰走廊區(qū)域?qū)嵗难芯?,表明基于碳氧平衡法測(cè)算區(qū)域或城市的生態(tài)用地最小需求,確定保持可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)用地的數(shù)量“底線”,具有一定的可行性和可操作性。但由于碳氧平衡法在計(jì)算過(guò)程中忽略了研究的區(qū)域與周邊生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系,忽略了一些較小的排碳耗氧活動(dòng)以及難以取得數(shù)據(jù)的排碳耗氧活動(dòng),如排泄物的分解耗氧、秸稈燃燒等,而且計(jì)算過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)均取自于現(xiàn)有的研究成果,未有針對(duì)特定區(qū)域的實(shí)證研究檢驗(yàn),計(jì)算結(jié)果存在一定的誤差,研究結(jié)果的準(zhǔn)確性仍有待于相關(guān)研究的發(fā)展。

        [1]國(guó)家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心.煤物理特性和化學(xué)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[EB/OL].http://www.ccqtc.com,2010-08-15/2013-12-09.

        [2]《綜合能耗計(jì)算通則》GBT2589-2008.

        [3]楊士弘.城市綠化樹木碳氧平衡效應(yīng)研究[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),1996,9(1):37-39.

        [4]張穎,王群,李邊疆,等.應(yīng)用碳氧平衡法測(cè)算生態(tài)用地需求量實(shí)證研究[J].中國(guó)土地科學(xué),2008,21(6):23-28.

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