白雨霞

（長安大學土地工程學院，陜西 西安 710054）

0 引言

隨著人類活動的增加，大氣中釋放出越來越多的二氧化碳等溫室氣體，溫室效應、環(huán)境污染、能源利用率低等一系列環(huán)境問題隨之產(chǎn)生。土地利用與碳排放研究對土地利用總體規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟發(fā)展、供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革深化、國家能源安全保障、社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

目前國際研究的熱點集中在通過建立區(qū)域尺度數(shù)據(jù)庫、模擬工具箱、開展自然生態(tài)系統(tǒng)及人類活動下碳排放、碳循環(huán)和固碳機制等方面。國內(nèi)學者則圍繞土地利用變化引起的碳排放開展了廣泛的研究，并取得了豐富的成果，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：碳排放機理、碳排放效應、碳排放核算模型、碳排放影響因素等方面［1］。當前，被廣泛應用的碳排放核算模型主要有樣本調(diào)查、模型估算、遙感估算等［2］。學者們從全國、省域、市域等不同尺度出發(fā)研究土地利用的碳排放，如周嘉等通過碳排放系數(shù)法對研究區(qū)30 個省級行政區(qū)的土地利用產(chǎn)生的碳排放與碳吸收情況進行測算研究［3］；鄭永超等采用土地利用類型數(shù)據(jù)和能源消費數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建碳排放模型及計算相關(guān)指數(shù)，對寧夏16 年來不同土地利用碳排放效應進行了分析［4］?；谔寂欧乓暯?，不同學者對碳排放的影響因素進行了一系列研究［5］，如何小鋼對中國工業(yè)行業(yè)碳排放影響因素進行研究，發(fā)現(xiàn)投資規(guī)模會對碳排放產(chǎn)生影響［6］。

本研究從不同土地利用方式的碳排放與碳吸收入手，研究呂梁市2005—2020 年不同土地利用方式的碳排放量變化情況，探討合理利用土地、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)的理論意義及實際價值，以期為呂梁市的土地利用結(jié)構(gòu)規(guī)劃提供思路。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)概況

呂梁市位于山西省中部西側(cè)，因呂梁山脈縱貫全境而得名。地理坐標為北緯36°43'～38°43'，東經(jīng)110°22'～112°19'，西隔黃河與陜西省榆林市相望，東與太原市和晉中市相鄰，南與臨汾市接壤，北與忻州市為鄰。面積2.1 萬km2，占全省總面積的13.5%。全市基本屬于溫帶大陸性季風氣候區(qū)，冬寒夏暑，四季分明。市境總面積21 140 km2，下轄1個市轄區(qū)、10 個縣，代管2 個縣級市。離石區(qū)是呂梁市政府所在地，是全市政治、文化和交通中心。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)使用的呂梁市2005年、2015年、2020年三期土地利用數(shù)據(jù)，均由地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http://www.gscloud.cn）的Landsat8遙感影像數(shù)據(jù)經(jīng)過解譯處理得來，數(shù)據(jù)精度為30 m，所選取的影像遵循時間相近、云量最少的原則，使用ENVI 軟件進行校正、融合、鑲嵌、裁剪、監(jiān)督分類等處理，識別為耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地、未利用地6個地類。

1.3 研究方法

1.3.1 動態(tài)度模型。土地利用動態(tài)度是指某一區(qū)域內(nèi)某一時間段內(nèi)某種土地利用類型面積變化程度及不同地類之間相互轉(zhuǎn)換的趨勢，主要用于反映不同空間在一定時期內(nèi)的數(shù)量變化程度［7］。土地利用動態(tài)度的計算公式為式（1）。

式中：K 為研究期的土地利用動態(tài)度；Ua、Ub分別為研究期初和研究期末研究區(qū)內(nèi)某地類的面積；T為研究期時長。

1.3.2 轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是在馬爾科夫模型的基礎(chǔ)上建立起來的，用于反映研究期初到研究期末各地類的轉(zhuǎn)移方向與規(guī)模［7］。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)學表達形式為式（2）。

式中：Sij為由地類i轉(zhuǎn)為地類j的面積，m2。

1.3.3 碳排放模型。土地利用碳排放是指人類在土地及土地上的生產(chǎn)要素進行改造的過程中產(chǎn)生的碳排放過程［8］。耕地、建設(shè)用地是碳排放的主要來源，林地、草地是碳吸收的主力軍。碳排放計算公式為式（3）。

式中：E 為碳排放總量，t；ei為不同類型土地的碳排放量，t；Ti為不同類型土地的面積，m2；di為不同類型土地的碳排放系數(shù)，t/m2。

參考相關(guān)研究［9-10］，本研究將呂梁市的耕地、林地、草地、水體和未利用地的碳吸收系數(shù)分別確定為：0.459 5 t/（hm2·a），0.612 5 t/（hm2·a），0.022 t/（hm2·a），0.025 3 t/（hm2·a），0.005 t/（hm2·a）；耕地與建設(shè)用地的碳排放系數(shù)分別為0.42 t/（hm2·a），0.733 t/（hm2·a）。

2 土地利用與碳排放時空分析

2.1 土地利用動態(tài)度分析

對2005年、2015年、2020年這三期土地利用數(shù)據(jù)進行交叉分析，得到的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1 所示，2005—2015年，面積變化最多的是建設(shè)用地，達到了612.170 km2；變化幅度最大的是未利用地，為20.34%，不過由于該地類面積基數(shù)小，面積數(shù)量變化并不大；耕地、林地、水域面積均有所減少。2015—2020 年，除林地和建設(shè)用地少量增加，其余地類面積依然有微弱幅度的減少?？傮w來看，2005—2020年，耕地、林地、水域、面積減少，減少幅度分別為0.37%、0.37%、1.57%；草地、建設(shè)用地、未利用地面積有所增加，且建設(shè)用地面積增加幅度較大，達到了14.32%，增加面積達到了613.167 3 km2。

表1 2005—2020年土地利用動態(tài)度變化

2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

借助ArcGIS 空間疊加功能，得到2005—2020年呂梁市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。由表2 可知，各類土地的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出方向，其中，耕地、林地、草地的轉(zhuǎn)出幅度較大，耕地的主要轉(zhuǎn)出方向為林地、草地和建設(shè)用地；林地的主要轉(zhuǎn)出方向為耕地、草地和建設(shè)用地；草地的主要轉(zhuǎn)出方式為耕地、林地和建設(shè)用地。

表2 2005—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 單位：km2

2.3 碳排放量與碳吸收量

基于各土地利用類型的碳排放系數(shù)，計算出2005 年、2015 年、2020 年呂梁市土地利用碳排放量與碳吸收量，結(jié)果如表3 所示。由于呂梁市林地面積較大，各年份的碳吸收總量遠大于碳排放總量。從總體趨勢上來看，呂梁市碳排放量總體呈現(xiàn)上升趨勢，碳吸收量則逐年下降趨勢。

3 結(jié)論

本研究基于土地利用數(shù)據(jù)，對呂梁市2005—2020 年的土地利用變化與碳排放變化進行研究。2005—2020年，呂梁市各土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)換較為顯著，建設(shè)用地的變化尤為明顯，呈明顯增加趨勢。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，建設(shè)用地的碳排放對碳排放總量貢獻最大；林地碳吸收量則是碳匯的主要來源。導致這種現(xiàn)象的主要原因可能是呂梁地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展滯后，近年來通過城鎮(zhèn)化建設(shè)來發(fā)展經(jīng)濟，建設(shè)用地擴張加劇。研究結(jié)果還表明呂梁市碳排放量與碳吸收量均呈現(xiàn)逐年增加的態(tài)勢，但土地利用碳吸收并不能作為主要的碳吸收方式，呂梁市能源消耗較大，主要應該從技術(shù)方向入手，節(jié)能減排，轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)，提倡使用綠色能源，從而減緩碳排放量的增加趨勢，進一步達到保護生態(tài)環(huán)境的目的。