柳陽　何鋒

摘要 基于碳達(dá)峰、碳中和背景對碳效應(yīng)的要求，建設(shè)低碳城市已成為當(dāng)今的熱門話題。本文基于GIS和RS軟件，利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和碳效應(yīng)測算模型，分析了昆明市2010—2018年土地利用結(jié)構(gòu)變化和碳效應(yīng)情況。研究結(jié)果表明，2010—2018年，昆明的土地利用/覆被結(jié)構(gòu)變化呈現(xiàn)“三增三減”的特征，即城鄉(xiāng)建設(shè)用地、水域、未利用土地總量增長，耕地、林地、草地面積總量下降；昆明城鎮(zhèn)化步伐加速發(fā)展，城鄉(xiāng)建設(shè)用地擠占耕地、林地和草地的現(xiàn)象越來越明顯；土地利用類型的變化直觀地反映了研究區(qū)的碳效應(yīng)，昆明市近8年來的土地利用/覆地變化所產(chǎn)生碳排放總量較碳匯總量多約152.82 萬t。由此，基于研究結(jié)果從碳減排和碳增匯2個角度出發(fā)，探究了昆明市土地利用低碳機(jī)制。

關(guān)鍵詞 碳達(dá)峰；碳中和；碳排放；土地利用；低碳策略

中圖分類號 F301? ?文獻(xiàn)標(biāo)識號 A

文章編號 1007-7731（2023）10-0178-05

人類活動碳排放量總額的1/3是由土地利用變化產(chǎn)生的[1]。在過去的50年里，我國土地利用變化引起的碳排放已達(dá)到106 億t，約占全球因土地利用變化引起的全部碳排放的12%[2]。2020年9月，中國在聯(lián)合國大會上宣布了力爭在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要在社會經(jīng)濟(jì)、能源、科學(xué)和技術(shù)等各方面進(jìn)行重大變革，這勢必會對城市發(fā)展模式提出挑戰(zhàn)。因此，尋求低碳發(fā)展模式至關(guān)重要。

迄今為止，國內(nèi)外學(xué)者已對土地利用的碳排放進(jìn)行了大量的研究，主要涉及土地利用變化與碳排放體系的關(guān)系、碳排放量化核算方法、碳排放影響和驅(qū)動因素的分析等[3，4]。自“碳排放”“碳中和”目標(biāo)被提出以來，國內(nèi)外諸多學(xué)者致力于土地利用碳排放影響因素以及碳減排方面的研究，例如，Rong 等[5]通過研究量化了土地利用碳排放，構(gòu)建了土地利用碳排放網(wǎng)格，并模擬了2000—2018年中國不同情景下的未來土地利用模式；趙慧等[6]利用IPCC碳排放系數(shù)法來計算研究區(qū)的碳源和碳匯，并用碳足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字3個方面來表示研究區(qū)的碳排放效應(yīng)；Sebastian等[7]將動態(tài)全球植被模型（DGVM）應(yīng)用于一個概率框架和基準(zhǔn)系統(tǒng)，通過觀測來約束不確定的模型參數(shù)，并量化土地利用和土地覆蓋變化（LUCC）的碳排放；魏媛等[8]采用多學(xué)科方法調(diào)查和預(yù)測研究區(qū)域內(nèi)土地利用碳排放的演變規(guī)律，并探索實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的具體實(shí)施路徑。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者對土地利用碳排放的測量、影響碳排放的因素和低碳優(yōu)化進(jìn)行了廣泛而深入的探討，研究所取得的成果對解決以全球變暖為主的環(huán)境問題具有重要的參考意義。本文基于GIS和RS軟件，利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和碳效應(yīng)測算模型，分析了昆明市2010—2018年土地利用結(jié)構(gòu)變化和碳效應(yīng)情況。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

昆明位于中國西南部，云貴高原中部，其在東部連接沿海與黔桂，北經(jīng)川渝進(jìn)入中原，南由越南、老撾到達(dá)泰國、柬埔寨，西由緬甸連接印度、巴基斯坦。有得天獨(dú)厚的位置優(yōu)勢。總面積21 012.54 km2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)包括昆明市2010和2018年2期的土地覆被、昆明市統(tǒng)計年鑒和昆明縣級行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)；土地利用數(shù)據(jù)來自全球公共地理信息平臺Globe-Land 30；能源數(shù)據(jù)主要來自昆明市統(tǒng)計局。

2 研究方法

2.1 土地利用變化

2.1.1 土地利用動態(tài)度指數(shù)。土地利用動態(tài)度指數(shù)用于計算各類型土地利用變化值，也可用于估計土地利用隨時間變化的趨勢[9]。計算公式如下：

2.1.2 土地利用變化重要性指數(shù)。土地利用變化重要性指數(shù)用于選擇研究區(qū)域內(nèi)土地利用變化的主導(dǎo)類型。該指數(shù)的數(shù)值越高，意味著相應(yīng)的土地利用類型越占優(yōu)勢[10]。計算公式如下：

2.1.3 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。昆明市土地利用/覆蓋類型隨時間變化方向通過建立一個二維矩陣來進(jìn)行分析。具體步驟：利用ArcGIS 10.2軟件對2個時間段（2010、2018年）的土地利用類型數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉分析，然后使用Excel軟件創(chuàng)建透視表，生成昆明市2010—2018年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。

2.2 碳效應(yīng)測算模型

結(jié)合以往對碳影響測量模型的研究[11]的基礎(chǔ)上，建立了碳影響測量模型，對昆明市2010—2018年期間因土地利用/覆被變化引起的碳效應(yīng)變化進(jìn)行量化。昆明市碳效應(yīng)測算模型的計算公式如下：

根據(jù)方精云等[12]的研究結(jié)果，本文將林地、草地、水域歸為碳匯，并將耕地、建設(shè)用地歸為碳源，其中主要碳源是建設(shè)用地。耕地、林地、草地、水域等碳源（碳匯）系數(shù)借鑒方精云等研究。另外，由于建設(shè)用地上的碳排放主要來源于人類基于其上的活動以及化石燃料燃燒排放的溫室氣體，因此本研究采取間接估算法[13]，以第二、三生產(chǎn)總值和單位GDP能耗間接計算昆明市2010、2018年建設(shè)用地碳排放量。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用/覆被變化分析

2010、2018年，利用ArcGIS對昆明市各類型土地利用分類結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計分析，并對昆明2010—2018年的土地利用/覆被變化進(jìn)行分析。

3.1.1 變化幅度分析。2010—2018年昆明市土地利用類型變化如表2所示，由表2可知，8年間，土地利用/覆被的總體趨勢是耕地、林地和草地面積減少，水域、建設(shè)用地和未利用地面積增加，總體趨勢呈現(xiàn)“三增三減”。與2010年相比，2018年昆明市耕地面積凈減少190.44 hm2，林地減少112.01 hm2，草地減少289.72 hm2，水域面積增加9.76 hm2，建設(shè)用地增加585.01 hm2，未利用地增加2.20 hm2。根據(jù)各種土地利用指標(biāo)的計算結(jié)果，土地利用動態(tài)指數(shù)最高的是建設(shè)用地，為13.58%，并且其土地利用變化重要性指數(shù)也是最高的，達(dá)到49.20%。這說明建設(shè)用地類型是昆明市2010—2018年間土地利用變化中最重要的土地利用類型，其次是草地、耕地和林地。水域面積的增加主要得益于2017年昆明市政府帶頭實(shí)施的“滇池保護(hù)治理公益訴訟專項活動”[15]取得卓越成效，從而使得滇池水域面積較前增加。未利用地變化不明顯。

3.1.2 變化方向和強(qiáng)度分析。為進(jìn)一步明確2010—2018年昆明市土地利用類型的轉(zhuǎn)變方向，本文利用ArcGIS 10.2和EXCLE數(shù)據(jù)透視表分析制作了8年間研究區(qū)的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，如表3所示。由表3可知：2010—2018年間，耕地→林地，耕地→草地，林地→耕地，林地→草地，草地→耕地，草地→林地為最主要的轉(zhuǎn)換類型，即昆明市最主要的土地轉(zhuǎn)出者為耕地、林地和草地，同時它們也是最主要的土地接收者，但從總體來看，3種土地類型實(shí)際面積較2010年都有所減少，意味著即使三者互相轉(zhuǎn)換，但轉(zhuǎn)換結(jié)果并沒有使土地面積增加，相反地，它們被建設(shè)用地占用的部分使得建設(shè)用地的面積增加。這表明，近年來昆明市經(jīng)濟(jì)的迅速增長，城市居民對土地資源的要求在飛速發(fā)展中，但是耕地、林地、草地的面積卻明顯呈現(xiàn)下降趨勢。為了追求昆明經(jīng)濟(jì)社會的快速可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)綠色建筑、保護(hù)農(nóng)業(yè)用地、研究低碳土地利用、實(shí)現(xiàn)低碳城市發(fā)展目標(biāo)將成為昆明可持續(xù)發(fā)展的首要任務(wù)[16]。

3.2 土地利用變化的碳效應(yīng)分析

通過應(yīng)用碳效應(yīng)測算模型，結(jié)合研究區(qū)一定年限內(nèi)的相關(guān)土地利用數(shù)據(jù)[17]，本文估算了2010—2018年昆明市九大土地利用類型轉(zhuǎn)換引起的區(qū)域碳效應(yīng)變化，其結(jié)果見表4。

由表4可知，2010—2018年昆明市土地利用/覆被變化產(chǎn)生的碳源增量遠(yuǎn)超過碳匯增量，達(dá)到152.82 萬t。這一時期的主要碳排放源主要來自建筑用地對耕地、林地和草地的占用，這3種土地利用類型變化占總碳排放量的99%。因此，林地和草地是該地區(qū)的主要碳匯，它們帶來的生態(tài)效益非常顯著。另外，城鎮(zhèn)化的加快意味著建設(shè)用地急速占用耕地、林地以及草地，如何協(xié)調(diào)好這4類土地類型將是昆明市低碳工作的重中之重。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

2010—2018年，昆明市土地利用/覆蓋變化明顯，呈現(xiàn)出“三增三減”的特征，即耕地面積、林地面積、草地面積減少，建設(shè)用地面積、水域面積、未利用地面積增加；與2010年相比，2018年建設(shè)用地面積增加了585.01 hm2，并且建設(shè)用地的土地利用動態(tài)度指數(shù)和土地利用變化重要性指數(shù)最高。因此，在這8年期間，建設(shè)用地是土地利用變化的主要類型。與2010年相比，2018年草地面積減少最明顯，減少了289.72 hm2；這8年里，不同土地類型的轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)出復(fù)雜而多向的特點(diǎn)，大致可分為9種轉(zhuǎn)變類型。耕地、林地和草地是土地轉(zhuǎn)出的主要領(lǐng)域，也是主要受益者，但土地轉(zhuǎn)型過程中并沒有增加這3類土地的面積，而是增加了建設(shè)用地的面積，因?yàn)檫@3類土地被建設(shè)用地占用；土地利用格局的變化直接影響著區(qū)域碳效應(yīng)。2010—2018年昆明市土地利用/覆被變化所帶來的碳排放量比碳吸收量多152.82 萬t，分別為152.82 萬t和15.13 萬t。

由此可知，林地和草地是研究區(qū)主要碳匯來源，因此退耕還林還草是昆明市進(jìn)行低碳工作的必由之路。另外，城鎮(zhèn)化的加快意味著建設(shè)用地急速占用耕地、林地以及草地，如何協(xié)調(diào)好這4類土地類型以及合理規(guī)劃建設(shè)用地的擴(kuò)張，也成為昆明市低碳工作的重中之重。

4.2 建議

根據(jù)研究結(jié)果和研究地區(qū)的實(shí)際情況以及雙碳背景對昆明市的新要求，下文從減少碳排放和增加碳吸收2個方面提出了碳管理建議。

（1）從碳減排的角度來看，昆明的土地利用結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化。建設(shè)用地是主要碳源，要合理控制建設(shè)用地的增加規(guī)模。在未來的城市建設(shè)中，昆明應(yīng)嚴(yán)格限制建設(shè)用地的過度擴(kuò)張，注重土地的集約節(jié)約利用，避免重復(fù)性的低層建筑造成的碳排放；對高碳排放的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行再利用和升級，大力發(fā)展綠色新能源，逐步減少使用傳統(tǒng)化石能源；加強(qiáng)農(nóng)用地管理，減少農(nóng)業(yè)的碳排放。

（2）從碳增匯的角度來看，要繼續(xù)落實(shí)“退耕還林還草”政策，增加昆明市森林面積，減少對森林和草原生態(tài)系統(tǒng)的人為破壞，完善環(huán)境保護(hù)，提高區(qū)域碳匯水平。

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（責(zé)編：張宏民）