Study on Carbon Emissions of Land Use Change in Xi'an City

LIU Huan

摘要：本文運(yùn)用以面積為標(biāo)準(zhǔn)的碳排放/碳吸收量計(jì)算模型，研究陜西省西安市土地利用變化的碳排放量，探索土地利用節(jié)能減排的途徑。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，2008年至2017年西安市碳排放量增長近一倍，與碳吸收關(guān)聯(lián)度最大的土地利用類型為林地，碳排放總量和碳排放強(qiáng)度最大的為建設(shè)用地。建議從轉(zhuǎn)變土地利用方式、提高土地集約利用水平、保護(hù)林地等方面入手，促進(jìn)土地的低碳利用，控制碳排放總量。

Abstract： This paper uses the standard carbon emission/carbon absorption calculation model to study the carbon emissions of land use change in Xi'an and explore ways to save energy for land use. According to the study， the carbon emissions of Xi'an increased nearly double from 2008 to 2017. The land use type with the greatest correlation degree with carbon absorption was woodland， and the construction land had the greatest total carbon emissions and carbon emission intensity. This paper suggested that changing the land use pattern， improving the level of intensive land use and protecting forest land to promote low-carbon land use and control the total carbon emissions.

關(guān)鍵詞：土地利用;碳排放;碳排放強(qiáng)度;西安

Key words： land use;carbon emissions;carbon emissions intensity;Xi'an

中圖分類號：X87;F301.24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）32-0233-03

0? 引言

人類社會伴隨著能源的開發(fā)和利用，社會經(jīng)濟(jì)文化得到了長足的發(fā)展，從原始的農(nóng)耕文明走向現(xiàn)代化的工業(yè)文明。然而隨著全球人口數(shù)量的上升和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增長，人類燃燒石油煤炭等向大氣中排放了越來越多的二氧化碳等溫室氣體，帶來了溫室效應(yīng)、環(huán)境污染、能源利用率低等一系列問題，化石能源等常規(guī)能源的使用造成的環(huán)境問題及后果不斷地為人們所認(rèn)識，人類提出了節(jié)能減排發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，嘗試推進(jìn)以高能效、低排放為核心的“低碳革命”，實(shí)現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展。

中國是目前世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國，面臨巨大的節(jié)能減排壓力。我國已將減排目標(biāo)納入政府五年規(guī)劃，制定出臺相關(guān)政策，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。開展土地利用與碳排放研究，對于土地利用總體規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、深化供給側(cè)改革、確保國家能源安全、實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展等方面具有重大意義。

土地是人類進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的載體，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳吸收、碳排放的載體。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、原材料的生產(chǎn)運(yùn)輸與消耗、供給側(cè)改革等都與土地利用有較大關(guān)系，可以運(yùn)用土地利用數(shù)據(jù)推斷碳排放與吸收情況。國內(nèi)外學(xué)者對土地利用碳排放做了一些研究，主要有涉及碳排放機(jī)理、碳排放效應(yīng)、碳排放核算等方面，其中碳排放核算主要有模型估算、樣本調(diào)查、遙感和地圖估算等方法[1-3]。賴力基于ARC/INFO的1km-Grid碳排放評估模型，構(gòu)建了中國土地利用對陸地生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)的評估模型框架[4];蘇雅麗等在回歸分析、IDW插值的基礎(chǔ)上，把Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類分析引入到土地利用碳排放效益的模擬研究中[5];徐國泉[7]等采用對數(shù)平均權(quán)重Divisia分解法，構(gòu)建了我國人均碳排放分解模型[6];曲福田等[8]在研究土地利用變化碳排放作用機(jī)制及內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，對土地利用變化對碳排放的影響進(jìn)行了綜述探討[7]。碳排放量受不同用途土地面積變化影響較大[1-3]，曾鵬、王金艷、孫賢斌等人以面積為標(biāo)準(zhǔn)的碳排放量計(jì)算模型，分別探討分別遼寧大連市[9]、貴州銅仁市[1]、安徽省[2]土地利用結(jié)構(gòu)與能源消耗碳排放的關(guān)系。前人對碳排放量計(jì)算進(jìn)行研究，選取的樣本時(shí)間較短，且關(guān)于對西安市的土地利用碳排放研究較少。

本文在查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，從不同土地利用方式的碳排放/碳吸收入手，研究西安市自2008年至2017年十年間不同土地利用方式的碳排放量變化情況，從土地利用方式的角度，探討土地低碳利用的途徑和方式，啟迪合理利用土地的理論意義和實(shí)用價(jià)值，為西安市土地利用規(guī)劃與經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供思路。

1? 研究區(qū)概況

西安市位于渭河流域中部關(guān)中盆地，東經(jīng)107.40度～109.49度和北緯33.42度～34.45度之間，北部為沖積平原，南部為剝蝕山地。大體地勢是東南高，西北與西南低，呈一簸箕狀。秦嶺山脈橫旦于西安以南，山脊海拔2000～2800米，是我國地理上北方與南方的重要分界。西安是陜西省會、關(guān)中平原城市群核心城市，是“一帶一路”核心區(qū)、中國西部地區(qū)重要的中心城市，國家中心城市、國際性綜合交通樞紐。下轄11區(qū)2縣并代管西咸新區(qū)，面積10752km2，2018年末常住人口1000.37萬人，常住人口城鎮(zhèn)化率74.01%，全年地區(qū)生產(chǎn)總值8349.86億元，比上年增長8.2%。其中，第一產(chǎn)業(yè)258.82億元，增長3.3%;第二產(chǎn)業(yè)2925.61億元，增長8.5%;第三產(chǎn)業(yè)5165.43億元;增長8.3%。西安市GDP占陜西省約1/3強(qiáng)，第二三產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)，城市化水平較高，研究西安市土地利用類型的碳排放具有一定的典型意義。

2? 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

本文以《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2008-2018）、《西安市統(tǒng)計(jì)年鑒》（2008-2018）為數(shù)據(jù)源，提取歷年耕地、林地、建設(shè)用地等相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以陜西省年度能源消耗總量與GDP數(shù)據(jù)計(jì)算單位GDP能耗系數(shù)，然后以西安市GDP計(jì)算年度能源消耗總量以及碳排放量。

2.2 研究方法

2.2.1 碳排放量計(jì)算

土地利用碳排放是指人類在土地及土地上的生產(chǎn)要素進(jìn)行改造的過程中產(chǎn)生的碳排放過程。不同土地利用類型對碳排放/碳吸收的影響不同，主要受投入強(qiáng)度、利用方式、空間布局合理度等影響。其中，建設(shè)用地、耕地等是碳排放的主要來源，林地、園地主要是碳吸收的主力軍。

根據(jù)人類利用土地進(jìn)行生產(chǎn)生活的情況，碳排放包括直接碳排放和間接碳排放。直接碳排放是人類直接利用耕地等土地而產(chǎn)生的碳排放;間接碳排放是指人類在土地上進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)而產(chǎn)生的碳排放，如人類在建設(shè)用地上進(jìn)行的能源消耗等[10]。

根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會2006年發(fā)布的《IPCC溫室氣體指南》以及前人研究成果[3-6]，耕地等碳排放變化系數(shù)取0.422t/hm2。

公式（1）中，E為碳排放總量;Ti為不同土地類型面積;di為各土地類型的碳排放變化系數(shù)。

建設(shè)用地碳排放量采用年度能源消耗總量（噸標(biāo)準(zhǔn)煤）轉(zhuǎn)換、計(jì)算取得。根據(jù)前人研究成果[3-6]，建設(shè)用地碳排放系數(shù)在0.702～0.756（C）/t之間，本文區(qū)平均值0.733t（C）/t。

公式（2）中，E為建設(shè)用地碳排放量;M為能源消耗總量（噸標(biāo)準(zhǔn)煤）;f為能源消耗碳排放量轉(zhuǎn)換系數(shù)。

2.2.2 碳吸收量計(jì)算

碳吸收主要是指林地、園地等土地上附著的植被進(jìn)行光合作用等所吸收的碳;耕地的碳吸收主要是指農(nóng)作物進(jìn)行光合作用吸收的碳，以及土壤中微生物的固碳作用所吸收固定的碳。

根據(jù)前人的研究成果，林地、園地的碳吸收系數(shù)[5]分別取-0.644t/hm2、-0.020t/hm2;同時(shí)耕地也在一定程度上充當(dāng)碳吸收的載體，其吸收系數(shù)[5]取-0.50t/hm2。計(jì)算公式同公式（1）。

2.2.3 碳排放強(qiáng)度計(jì)算

碳排放強(qiáng)度是指單位面積土地上的碳排放量，計(jì)算公式如下：

公式（3）中，Cp為單位土地面積碳排放量（t/hm2）;Si為相應(yīng)的土地類型面積（hm2）;Cti為各種土地利用類型的碳排放量（t）。

3? 結(jié)果分析

3.1 土地利用變化情況

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，2008年至2017年十年間西安市土地總面積變化較小，從10108km2減少為10096.81km2，變化量僅為11.19km2。建設(shè)用地面積增加了為268.76km2，年均增長率為2.73%，其中在2013-2014年建設(shè)用地面積增加較大，增長量分別為41.81km2、35.28km2，年增長率在3%以上，主要是受城市發(fā)展快速擴(kuò)張的影響，如閻良區(qū)臨潼區(qū)等區(qū)域的快速發(fā)展;園地面積增加215.03km2，年增長率23.38%，是面積變化最大的用地類型，其中在2010年至2016年間增速逐步變小，2017年增速急劇上升，增長率為36.44%，這與西安市近年來大力倡導(dǎo)建設(shè)生態(tài)園林城市息息相關(guān);耕地面積減少108.80km2，年變化率為0.42%，因2018年西安市統(tǒng)計(jì)年鑒包括西咸新區(qū)耕地面積，所以2017年度西安市耕地面積比2016年略有增加，即增長了184.33km2;林地面積減少278.50km2，年變化率為0.55%（見圖1），主要是受各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)占用林地所致。

3.2 碳排放/碳吸收量分析

從圖1、圖2、圖3可知，自2008年至2017年十年間西安市各類用地類型中，建設(shè)用地是的碳排放量的主角，占碳排放量的99.5%，這與建設(shè)用地上進(jìn)行的工業(yè)生產(chǎn)等主要經(jīng)濟(jì)活動(dòng)有極大關(guān)系;西安市碳排放量遠(yuǎn)大于碳吸收量，約為碳吸收量的30倍以上，因此西安市為純碳源區(qū)，十年間碳排放量增長量為1161.29×104t，年均增量為116×104t，近些年來，西安市加快調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加大節(jié)能減排力度，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，加強(qiáng)煤炭清潔高效利用，采取了煤改電、煤改氣、煤改熱或清潔能源替代等措施;加快節(jié)能減排技術(shù)的推廣應(yīng)用，有序發(fā)展太陽能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉矗?008年至2017年十年間西安市GDP增量為5153.75億元，而單位GDP能耗由0.768噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元降低為0.380噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，采取得了單位GDP能耗顯著降低的成績。

3.3 碳排放強(qiáng)度分析

從表1可知，西安市在2008年至2017年間碳排放總量由1578.43×104t增長為3175.33×104t，年均增長率為10.12%，總量增長近一倍，在2017年碳排放總量出現(xiàn)了降低趨勢，比上年度減少13.72%。2008年至2016年地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度、人均碳排放強(qiáng)度處于逐漸上升狀態(tài)。由于近年來西安市工業(yè)生產(chǎn)低位增長和鐵腕治霾工作推進(jìn)力度的不斷加大，西安市工業(yè)能耗由增轉(zhuǎn)降，同時(shí)西安市人才引進(jìn)措施不斷出臺，城市人口的快速增長，2017年西安市常住人口增加78.46萬人，因此碳排放總量、地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度、人均碳排放強(qiáng)度則在2017年迅速降低。

3.4 土地利用類型與碳吸收/碳排放關(guān)系

從圖2、圖3可知，各類土地利用類型中碳吸收總量大小關(guān)系為：林地>耕地>園地;與碳吸收關(guān)聯(lián)度最大的土地利用類型為林地，林地是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，以其植被的高覆蓋度，運(yùn)用光合作用吸收二氧化碳，是吸收碳源、凈化自然的有效方式;耕地因其具有一定的固碳能力，既能進(jìn)行碳排放也能進(jìn)行碳吸收。土地利用類型與碳排放總量的關(guān)系為：建設(shè)用地>耕地。碳排放強(qiáng)度最大的土地類型也為建設(shè)用地，這與人類在建設(shè)用地上進(jìn)行的工業(yè)生產(chǎn)、發(fā)電供暖、交通運(yùn)輸?shù)却笠?guī)模耗能活動(dòng)有關(guān)，這也是節(jié)能減排、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵所在。

4? 結(jié)論

通過研究可知，西安市土地利用結(jié)構(gòu)與碳排放總量關(guān)系最為密切的為建設(shè)用地，也是碳排放強(qiáng)度最高的土地利用類型;而林地、園地等是吸收碳源的主力;2008年至2017年十年間，西安市碳排放總量也不斷上升，這也是經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)期。西安市“2018綠色發(fā)展示范城市”和“2018首批生態(tài)型城市”稱號，對土地的低碳節(jié)能利用刻不容緩。建議從以下幾個(gè)方面入手，促進(jìn)土地的低碳節(jié)能：①嚴(yán)格控制建設(shè)用地規(guī)模，提高土地集約利用水平。落實(shí)最嚴(yán)格的土地管理制度，集約高效和嚴(yán)格控制建設(shè)用地規(guī)模，加大批后監(jiān)管力度，嚴(yán)格落實(shí)用地責(zé)任;轉(zhuǎn)變土地利用方式，提高產(chǎn)業(yè)用地準(zhǔn)入門檻和土地利用效率;②淘汰高耗能產(chǎn)業(yè)，加快節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新。加快推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級，大力推進(jìn)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新，提高能源利用率;③增加城市綠化，提高森林覆蓋率。抓好林地保護(hù)，推行林地占補(bǔ)平衡政策，積極開展城市綠化，加大開展造林綠化力度，增強(qiáng)“地球之肺”固碳能力。

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作者簡介：劉歡（1986-），女，陜西西安人，高級工程師，主要研究方向?yàn)闇y繪地理信息及土地利用規(guī)劃等。