孟 梅, 崔雪瑩, 王志強

(新疆農業(yè)大學 管理學院, 新疆 烏魯木齊 830052)

隨著經濟的不斷發(fā)展和工業(yè)化水平的逐漸提高，人類向大氣排放越來越多的CO2，CH4等溫室氣體。溫室氣體的逐漸增加導致溫室效應的加劇，激發(fā)了一系列的環(huán)境問題。例如，天氣極端化、兩極冰層融化致使海平面升高、地球臭氧層遭受破壞等，已嚴重影響到人類社會的健康穩(wěn)定發(fā)展。土地是陸上生態(tài)系統碳排放的載體，是人類活動碳排放的載體，也是碳排放的重要影響因素[1]。土地利用和土地利用結構的改變都對碳的吸收和排放有著巨大的影響[2-3]，不科學的土地利用使土壤的固碳能力下降[4]，導致碳排放的增加。土地利用結構變化已經成為全球碳排放增加的第2大原因，僅次于化石燃料燃燒[5]。因此，如何優(yōu)化配置和科學利用土地資源，控制土地利用中的碳排放量顯得尤為重要。近年來很多學者開始了對土地利用與碳排放間的研究。如楊景成等[6]認為土地利用會改變生態(tài)系統的結構和功能，如改變物種組成和生物多樣性，其影響會作用到生態(tài)系統碳循環(huán)的過程中；賴力[7]認為土地利用碳排放機理可以分成自然干擾、土地利用變化和土地管理方法轉變3類；杜官印等[8]研究了不同土地利用方式對碳排放效應的影響，曲福田等[9]從3個方面總結了土地利用變化對碳排放的影響，都認為農用地向非農用地轉變會增長碳的排放；李國敏[10]提出要將城市、經濟和環(huán)境聯系成一個有機整體，從減排和增匯兩方面著手，通過對土地利用結構優(yōu)化而形成城市土地的低碳利用；趙榮欽等[1]對城市土地利用的碳排放效應進行了研究，提出低碳高密度緊湊型的城市土地低碳利用格局；劉海猛等[11]研究發(fā)現以低碳為導向的土地利用結構優(yōu)化能夠更好地落實土地資源合理利用和可持續(xù)發(fā)展。但上述研究大多僅分析了某個地區(qū)近期土地利用對碳排放的影響，缺少長期的、具體的土地利用結構與碳排放的關系。并且關于烏魯木齊市土地利用碳排放方面的研究也很少，為更好地指導烏魯木齊市土地低碳利用，本研究在已有研究的基礎上，運用灰色關聯分析的方法，對烏魯木齊市的土地利用結構與碳排放量的關系進行測度，分析一定時間范圍內二者的關聯度及其變化特征，找出土地利用碳減排途徑，為烏魯木齊市合理利用土地與生態(tài)、經濟、社會效應的同步提升提供參考。

1 研究區(qū)概況與數據獲取

1.1 烏魯木齊市概況

烏魯木齊市位居亞歐大陸腹地，地處東經86°37′—88°58′，北緯42°45′—44°08′，遠離海洋，氣候干旱。全市面積1.38×108km2，常住人口355萬人。烏市自然資源十分豐富，市內煤炭儲量在1.00×1010t以上，這為烏魯木齊的經濟發(fā)展奠定了堅實的基礎。烏魯木齊市是新疆的政治、經濟、文化中心，是第二座亞歐大陸橋中國西部橋頭堡，是我國聯系西方的重要門戶，同時也是“一帶一路”絲綢之路核心區(qū)。2015年，烏魯木齊市GDP總值達到2 458.98億元，同比增長7.6%，其中，第一產業(yè)實現增加值31.20億元，第二產業(yè)實現增加值788.80億元，第三產業(yè)實現增加值1 860.00億元。

1.2 數據來源

本研究構建的灰色測度模型中，所用數據主要來源于3方面，其中各類用地的碳排放/碳吸收系數通過總結前人文獻獲得。能源消耗數據來自2002—2016年《烏魯木齊市統計年鑒》，根據烏魯木齊市能源消費的實際情況和可得性，選取了此時間段中具有代表性的煤炭、洗精煤、焦炭、原油、汽油、燃料油、柴油、天然氣等8種能源進行能源消耗碳排放量的計算；能源消耗碳排放系數來自《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》，根據清單指南參考確定各種能源的碳排放系數。土地利用結構數據方面，由于研究期土地利用變更調查數據涉及不同的土地劃分標準，為了數據的可比性和土地類型的統一性，本文將研究期內的土地分類統一參照《土地利用現狀分類》(1984年)進行劃分和調整，調整后的土地利用類型分成耕地、園地、林地、草地、居民點及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地以及未利用地，其中各土地利用結構數據來源于《新疆國土資源綜合統計資料冊》和烏魯木齊市土地利用變更調查資料。

2 研究方法

2.1 碳排放量的計算

基于以往學者的文獻研究發(fā)現，土地利用碳排放可分成兩方面：一方面，人類將土地作為勞動對象直接利用土地而產生的碳排放，稱之為土地利用直接碳排放；一方面，人類把土地作為載體，在土地上生活活動而發(fā)生的碳排放，稱之為土地利用間接碳排放。其中，土地利用直接碳排放關系耕地、園地、林地、草地，間接碳排放主要是人為能源消費。

2.1.1 直接碳排放測算 借鑒前人的研究成果，測算公式為：

QA=∑eim=∑Sim·?m

(1)

式中：QA——耕地、林地、園地及草地4種用地類型的碳支出總量(t)；eim——第m種用地類型在第i年的碳支出量或碳吸納量(t)；Sim——第m種用地類型在第i年的用地面積(hm2)； ?m——第m種用地類型的碳排放系數；i——年份；m——用地類型。其中，直接碳排放/碳吸收系數詳見表1。

表1 直接碳排放/碳吸收系數

2.1.2 間接碳排放測算 目前已有很多學者對能源燃燒產生的碳排放核算進行研究，總結方法可以分為兩類，一類是排放系數法，如IPCC能源碳排放系數法、ORNL碳排放消耗系數法等，第二類是基于長期動態(tài)監(jiān)測的實測法和遙感圖像碳儲量估算法。本研究采用IPCC能源碳排放系數計算模型，通過確定各能源的碳排放系數來核算碳排放量，其計算公式為：

(2)

式中：QB——碳支出量(104t);Kin——能源n的第i年能源碳排放系數;En——第n種能源的消費量(104t)，按104t標準煤計算;n——能源種類;i——年數。能源消費碳排放系數詳見表2。

表2 相關能源消耗碳排放系數

注：數據來源于《IPCC2006年報告》。

2.1.3 碳排放總量測算 凈碳排放就是直接碳排放量和間接碳排放量加總求和，測算公式為：

Q=QA+QB

(3)

式中：Q——凈碳排放量;QA——直接碳排放量;QB——間接碳排放量。

2.2 土地利用結構與碳排放關聯測度模型

為分析土地利用結構與碳排放之間的關系，并且考慮到二者間樣本少、信息少的不確定現象，本文運用灰色關聯分析方法，建立土地利用結構與碳排放的關聯測度模型：

首先，設參考序列分別為凈碳排放量、碳排放強度及人均碳排放量：

{Y0i′(1),Y0i′(2)，…,Y0i′(k)}

設比較序列為不同各用地類型面積占總面積比值：

{Xj′(1),Xj′(2)，…,Xj′(k)}

由于參考序列與比較序列存在著不同的數量級，為了便于比較，需對數據采用均值化變化，消除量綱，以參考序列為例(對比較序列處理相同)，轉化公式為：

(4)

將每個比較序列與參考序列進行絕對差值計算，計算公式為：

Δij(k)=|Xj(k)-Y0i(k)|

(5)

比較序列與參考序列在第K個點上的相對差值稱為該比較序列對參考序列在K點的關聯系數，計算公式為：

(6)

式中：Δi(min)，Δi(max)——各個分析區(qū)域兩比較序列絕對差中的最大值和最小值；ρ——分辨系數，通常ρ∈(0，1)，本研究中取ρ=0.5。

關聯度γij為各序列在各個時期時的關聯系數的平均值：

(7)

3 實證結果與分析

3.1 2001-2015年烏魯木齊市土地利用結構變化情況

對已得的數據進行分析，結果顯示，2001—2015年烏魯木齊市總土地面積由1.14×106hm2持續(xù)上升到1.38×106hm2，增長了2.40×105hm2，原因是在2009年米泉市撤市，與原烏魯木齊東山區(qū)合為烏魯木齊市米東區(qū)，因此2015年烏魯木齊市各類型用地面積相比2001年均有所增加。除去2008—2009年的突變，從年變化率的角度分析，耕地、草地和未利用地在2001—2008年和2009—2015年2個時期均呈減少的趨勢，其中耕地、牧草地的減少速度在逐漸放緩，未利用地變化率相對穩(wěn)定；居民點及工礦用地、交通運輸用地的面積呈增加的趨勢，且增加速率呈緩慢加快；園地、林地、水域及水利設施用地在2001—2008年期間呈增加趨勢，2009—2015年呈減少勢頭。從土地利用結構來看，農用地占總面積的比例逐漸減小，由2001年的79.2%下降到2015年的67%，其中牧草地減少最為迅速；建設用地占總面積的比例則逐漸上升，由6.5%增長到9.7%，其中居民點及工礦用地增長最為迅速。

3.2 2001-2015年烏魯木齊市碳排放情況

根據公式(1)—(3)，可求得烏魯木齊市2001—2015年的碳排放總量，為了更好地研究近些年碳排放與各用地類型的關聯度情況，并計算出碳排放強度(碳排放總量/GDP)和人均碳排放量(碳排放總量/常住人口數)來描述烏魯木齊市土地利用碳排放特征(表3)。從表3可以得出，烏魯木齊市2001—2015年的碳排放總量大幅增加，由8.31×106t增長到2.10×107t，年平均增長率為10.9%，增長了約2.5倍。2015年碳排放總量為2.10×107t，雖仍處在較高水平，但較上年有所下降，出現回落的趨勢。烏魯木齊市碳排放強度呈逐漸減少勢頭，從2001年的2.54×104t/億元減小到2015年的7 800 t/億元，國內生產總值快速升高，且增長速度超越了碳排放總量的增加速度。烏魯木齊市人均碳排放量逐漸增長，從2001年的3.99×104t/萬人增加到2011年的6.69×104t/萬人，人均增長了2.7 t/人，在2011年后有回落趨勢。

表3 烏魯木齊市2001-2015年碳排放總量、碳排放強度及人均碳排放量

3.3 烏魯木齊市土地利用結構與碳排放關聯度測算及分析

3.3.1 關聯度的測算 利用公式(4)—(7)計算可以得到2001—2015年烏魯木齊市8種用地類型與碳排放總量、碳排放強度、人均碳排放量的關聯度，結果詳見表4。

表4 烏魯木齊市土地利用結構與碳排放的關聯度

3.3.2 關聯度的靜態(tài)特征分析 由表4可以得出，土地利用結構與碳排放總量的關聯度由大到小依次為：交通運輸用地>未利用地>園地>居民點及工礦用地>林地>耕地>水域及水利設施用地>牧草地。由排列順序可知，與碳排放總量關聯最大的是交通運輸用地，其次是未利用地，兩者與碳排放總量的關聯度大于0.7，相關性高。交通運輸用地是城市能源消耗的重要載體，造成了巨大的碳排放，未利用地承擔一定程度的碳匯功能，面積的減少伴隨了碳排放總量的增加。此外，園地、居民點及工礦用地、林地、耕地和水域及水利設施用地與碳排放總量的關聯度也均在0.5以上，相關性較高。牧草地與碳排放總量的關聯度是0.471 5，相對較低。這是由于烏魯木齊牧草地較多，面積變化不大，提供穩(wěn)定的碳吸收，對碳排放總量變化影響不大。土地利用結構與碳排放強度的關聯由大到小依次為：牧草地>水域及水利設施用地>耕地>林地>居民點及工礦用地>園地>未利用地>交通運輸用地。由排列順序可以知道，與碳排放強度關聯最大的是牧草地，關聯度大于0.7，相關性高。牧草地占總面積的60%左右，是主要碳匯，面積的變化與碳排放強度的變化趨勢都隨著時間變化不斷減少，說明牧草地利用與碳排放強度關系密切。土地利用結構與人均碳排放量的關聯度由大到小排列順序依次為：園地>林地>居民點及工礦用地>耕地>水域及水利設施用地>未利用地>牧草地>交通運輸用地。烏魯木齊市園地以果園為主，在城市周邊起一定程度的碳匯作用，林地是吸收碳排放、凈化大自然的有效途徑，居民點及工礦用地是生產生活過程中最主要的碳源，耕地和水域及水利設施用地既是碳源也是碳匯，所以這幾種土地類型與人均碳排放量有著非常緊密的關系。

3.3.3 關聯度的動態(tài)特征分析 將烏魯木齊市2001—2015年各年的耕地、園地、林地、牧草地與碳排放的關聯系數求和后求平均，對應得到該年的農用地與碳排放的關聯系數。同理，可得各年建設用地與碳排放的關聯系數(圖1)。由圖1可知，2001—2015年烏魯木齊市農用地、建設用地與碳排放的關聯系數隨著社會經濟發(fā)展呈現出波動形態(tài)。建設用地與碳排放的關聯系數總體波動不大但均處于較高水平，對碳排放的影響較大且較為穩(wěn)定。農用地與碳排放的關聯系數變化幅度較大，這一變化與農用地面積的持續(xù)減少有著密切的聯系。綜合近年來的農用地、建設用地的關聯系數得出農用地、建設用地與碳排放的關聯度分別為0.59和0.65，建設用地與碳排放的關聯度略高于農用地，且根據城市現狀，建設用地與碳排放關聯度會一直保持較高水平，對以后的土地利用碳排放的影響可能會繼續(xù)增強。

圖1 農用地、建設用地與碳排放總量關聯系數

4 結論與建議

通過本研究可以得出，烏魯木齊市土地利用結構與碳排放總量、碳排放強度和人均碳排放量的關聯度最高的分別是交通用地、牧草地和園地。隨著烏魯木齊市經濟發(fā)展不斷加快，汽車保有量與日俱增，城市交通運輸用地也隨之增加，帶來的必然是高能耗、高碳排，交通運輸用地是主要碳源之一，建設用地作為載體，對碳排放有很高的貢獻率。烏魯木齊市牧草地占總面積的60%，是最主要的碳匯，大量吸收碳并伴隨著氧氣的制造，但由于建設用地擴張導致牧草地和林地減少，碳吸收減少相應的碳排放增加。園地既是碳匯也是碳源，在一定程度上也具有碳吸收能力，然而近年來面積也逐漸減少，抑制了其碳匯能力的發(fā)揮。由此可見土地利用結構對土地利用碳收支的影響效應較大。因此，通過對土地利用結構進行合理地優(yōu)化，從而實現控制碳排放量是可行的。根據研究結果，依據各地實際情況發(fā)揮土地利用結構變化對碳收支的作用對實現土地的低碳利用具有重要意義。

烏魯木齊市已是國家低碳試點城市，對土地的低碳利用刻不容緩。根據上述結果和分析，可以嘗試從下面幾個方向去促進土地低碳利用。 ①優(yōu)化布局土地利用結構，嚴格管控建設用地擴張。烏魯木齊市土地利用結構與碳排放關聯度最高的是建設用地，控制建設用地過度擴張對減少土地利用碳排放起著重要作用。同時控制建設用地規(guī)?？梢苑乐罐r用地過快地轉化為高能耗、高投入的建設用地，堅守耕地紅線，保證足夠的耕地供應面積。烏魯木齊市是一個牧草地資源極其豐富的城市，牧草地是天然的制氧廠，要加大對牧草地資源的保護，提高城市的生態(tài)功能。 ②引進新能源技術，提升能源利用率。面對烏魯木齊市能源消耗碳排放量的增長勢頭，利用高效清潔能源、提升能源利用率能很好地控制碳排放增加的趨勢。因此在今后的發(fā)展中，要依托烏魯木齊市的地理優(yōu)勢，充分開發(fā)和利用太陽能、風能等高效清潔的可再生能源，并積極引進新能源技術和產品。要利用技術改造、系統升級等提升能源的利用率，大力推動節(jié)能減排技術，創(chuàng)造低碳型經濟結構。 ③編制低碳規(guī)劃。規(guī)劃是發(fā)展的先導，在編制土地利用總體規(guī)劃和專項規(guī)劃時考慮碳減排因素，編制面向低碳發(fā)展的土地利用規(guī)劃，對發(fā)展低碳化的土地利用模式具有重要作用。同時，也應該將碳減排目標納入到城市總體規(guī)劃中，編制面向低碳發(fā)展的城市總體規(guī)劃中，以低碳理念優(yōu)化城市布局，強化城市土地的節(jié)約集約利用，并盡量均衡分布城區(qū)的公園綠地建設，增強城市的碳匯功能。

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