土地利用变化引起的碳排放对全球气候变化有重要影响,调整区域的土地利用方式对适应全球气候变化具有重要的科学意义.本研究利用辽宁省碳排放/吸收参数,估算了辽宁中部城镇密集区土地利用变化的碳排放量.结果表明: 1997—2010年,碳排放量为308.51 Tg C,碳吸收量为11.64 Tg C,碳吸收量可抵消 3.8%的碳排放量.土地利用变化的净碳排放为296.87 Tg C,其中,保持用地类型不变的土地上净碳排放量是182.24 Tg C,对总排放量的贡献为61.4%;发生用地类型转换的土地上净碳排放量是114.63 Tg C,对总碳排放量的贡献为38.6%.通过量化土地利用变化和碳排放之间的映射关系可知,1997—2004年,保持建设用地不变(40.9%)和农田转为建设用地(40.6%)类型对碳源的贡献最大,农田转林地(38.6%)和保持林地不变(37.5%)类型对碳汇的贡献最大;2004—2010年,土地利用类型对碳源和碳汇的贡献类型与前一时段相同,但保持建设用地类型对碳源的贡献提高到80.6%,保持林地类型对碳汇的贡献提高到71.7%.基于不同景观变化类型的碳排放强度,我们从两方面提出低碳土地利用的调控对策:从碳减排方面,严格控制土地利用向建设用地转变,提高建设用地能源利用效率,避免对林地和水域过度开发利用;从碳增汇方面,增加森林覆盖率,实施农田、草地还林,加强对森林、水域的保护,调整农用地内部结构和科学实施农田管理.
Carbon emissions due to land use change have an important impact on global climate change. Adjustment of regional land use patterns has a great scientific significance to adaptation to a changing climate. Based on carbon emission/absorption parameters suitable for Liaoning Province, this paper estimated the carbon emission of land use change in the city and town concentrated area of central Liaoning Province. The results showed that the carbon emission and absorption were separately 308.51 Tg C and 11.64 Tg C from 1997 to 2010. It meant 3.8% of carbon emission was offset by carbon absorption. Among the 296.87 Tg C net carbon emission of land use change, carbon emission of remaining land use type was 182.24 Tg C, accounting for 61.4% of the net carbon emission, while the carbon emission of land use transformation was 114.63 Tg C, occupying the rest 38.6% of net carbon emission. Through quantifying the mapping relationship between land use change and carbon emission, it was shown that during 1997-2004 the contributions of remaining construction land (40.9%) and cropland transform ation to construction land (40.6%) to carbon emission were larger, but the greater contributions to carbon absorption came from cropland transformation to forest land (38.6%) and remaining forest land (37.5%). During 2004-2010, the land use types for carbon emission and absorption were the same to the period of 1997-2004, but the contribution of remaining construction land to carbon emission increased to 80.6%, and the contribution of remaining forest land to carbon absorption increased to 71.7%. Based on the carbon emission intensity in different land use types, we put forward the lowcarbon regulation countermeasures of land use in two aspects. In carbon emission reduction, we should strict control land transformation to construction land, increase the energy efficiency of construction land, and avoid excessive development of forest land and water. In carbon sink increase, we should improve forest coverage rate, implement cropland, grassland transform to forest land, strengthen forest land and water protection, and adjust cropland internal structure and scientifically implement cropland management.
全 文 :辽宁中部城镇密集区土地利用变化的
碳排放及低碳调控对策
郗凤明1,2∗ 梁文涓1,2 牛明芬2 王娇月1
( 1中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016; 2沈阳建筑大学, 沈阳 110168)
摘 要 土地利用变化引起的碳排放对全球气候变化有重要影响,调整区域的土地利用方式
对适应全球气候变化具有重要的科学意义.本研究利用辽宁省碳排放 /吸收参数,估算了辽宁
中部城镇密集区土地利用变化的碳排放量.结果表明: 1997—2010 年,碳排放量为 308.51
Tg C,碳吸收量为 11.64 Tg C,碳吸收量可抵消 3.8%的碳排放量.土地利用变化的净碳排放为
296.87 Tg C,其中,保持用地类型不变的土地上净碳排放量是 182.24 Tg C,对总排放量的贡献
为 61.4%;发生用地类型转换的土地上净碳排放量是 114.63 Tg C,对总碳排放量的贡献为
38.6%.通过量化土地利用变化和碳排放之间的映射关系可知,1997—2004 年,保持建设用地
不变(40.9%)和农田转为建设用地(40.6%)类型对碳源的贡献最大,农田转林地(38.6%)和
保持林地不变(37.5%)类型对碳汇的贡献最大;2004—2010 年,土地利用类型对碳源和碳汇
的贡献类型与前一时段相同,但保持建设用地类型对碳源的贡献提高到 80.6%,保持林地类
型对碳汇的贡献提高到 71.7%.基于不同景观变化类型的碳排放强度,我们从两方面提出低碳
土地利用的调控对策:从碳减排方面,严格控制土地利用向建设用地转变,提高建设用地能源
利用效率,避免对林地和水域过度开发利用;从碳增汇方面,增加森林覆盖率,实施农田、草地
还林,加强对森林、水域的保护,调整农用地内部结构和科学实施农田管理.
关键词 城镇密集区; 土地利用变化; 碳排放; 低碳调控对策
本文由国家自然科学基金项目(41473076)、国家科技支撑计划项目(2012BAJ15B06)、中国清洁发展机制(CDM)基金赠款项目(2013051,
2013124)和沈阳市科技计划项目(F14⁃232⁃6⁃01, F14⁃134⁃9⁃00)资助 This work was supported by the National Natural Science Foundation of China
(41473076), the National Science⁃technology Support Project of China (2012BAJ15B06), Clean Development Mechanism (CDM) Fund Grant Program
of China (2013051, 2013124) and the Shenyang Science and Technology Program (F14⁃232⁃6⁃01, F14⁃134⁃9⁃00) .
2015⁃05⁃06 Received, 2015⁃11⁃22 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: xifengming@ iae.ac.cn
Carbon emissions and low⁃carbon regulation countermeasures of land use change in the city
and town concentrated area of central Liaoning Province, China. XI Feng⁃ming1,2∗, LIANG
Wen⁃juan1,2, NIU Ming⁃fen2, WANG Jiao⁃yue1 ( 1Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of
Sciences, Shenyang 110016, China; 2Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China) .
Abstract: Carbon emissions due to land use change have an important impact on global climate
change. Adjustment of regional land use patterns has a great scientific significance to adaptation to a
changing climate. Based on carbon emission / absorption parameters suitable for Liaoning Province,
this paper estimated the carbon emission of land use change in the city and town concentrated area
of central Liaoning Province. The results showed that the carbon emission and absorption were sepa⁃
rately 308.51 Tg C and 11.64 Tg C from 1997 to 2010. It meant 3.8% of carbon emission was offset
by carbon absorption. Among the 296. 87 Tg C net carbon emission of land use change, carbon
emission of remaining land use type was 182. 24 Tg C, accounting for 61. 4% of the net carbon
emission, while the carbon emission of land use transformation was 114.63 Tg C, occupying the rest
38.6% of net carbon emission. Through quantifying the mapping relationship between land use
change and carbon emission, it was shown that during 1997-2004 the contributions of remaining
construction land (40.9%) and cropland transform ation to construction land (40.6%) to carbon e⁃
mission were larger, but the greater contributions to carbon absorption came from cropland transfor⁃
mation to forest land (38.6%) and remaining forest land (37.5%). During 2004-2010, the land
应 用 生 态 学 报 2016年 2月 第 27卷 第 2期 http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2016, 27(2): 577-584 DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201602.002
use types for carbon emission and absorption were the same to the period of 1997-2004, but the
contribution of remaining construction land to carbon emission increased to 80.6%, and the contri⁃
bution of remaining forest land to carbon absorption increased to 71.7%. Based on the carbon emis⁃
sion intensity in different land use types, we put forward the low⁃carbon regulation countermeasures
of land use in two aspects. In carbon emission reduction, we should strict control land transforma⁃
tion to construction land, increase the energy efficiency of construction land, and avoid excessive
development of forest land and water. In carbon sink increase, we should improve forest coverage
rate, implement cropland, grassland transform to forest land, strengthen forest land and water pro⁃
tection, and adjust cropland internal structure and scientifically implement cropland management.
Key words: city and town concentrated area; land use change; carbon emission; low⁃carbon regu⁃
lation countermeasures.
区域土地利用变化的碳效应是全球气候变化研
究的核心内容之一[1] .土地利用变化直接影响陆地
生态系统植被和土壤碳的固定及排放[2],间接影响
着区域土地利用格局的碳源 /汇功能.目前,发达国
家已经较为全面地估算了本国生态系统的碳汇[3],
而中国的研究多集中于特定植被或土壤碳汇的估
算.例如,张梅等[4]研究了中国 6 大分区的土地利用
变化(LUCC)碳排放强度;赵荣钦等[5]估算了沿海
10省市的农田碳源汇;张兴榆等[6]应用 IPCC 的方
法研究了环太湖地区土地利用变化对植被碳储量的
影响.然而,目前尚缺乏对生态系统和社会经济系统
全面的碳效应研究[7] .辽宁省作为我国典型的老工
业基地,在振兴东北老工业基地的大背景下,辽宁中
部城镇密集区土地利用方式发生了剧烈变化[8],相
应的碳收支特征也变化显著.因此,对该区域土地利
用变化的碳收支进行估算,不仅是一个科学问题,更
是区域经济可持续发展的需要.
本研究基于以往对中国分区域土地利用变化碳
排放强度的研究,综合考虑土地利用发生变化后自
然和社会总系统的碳源及碳汇效应,对土地利用变
化的碳排放强度核算体系加以改进,生成辽宁省土
地利用变化的碳排放强度矩阵,估算了 1997—2010
年辽宁中部城镇密集区土地利用变化的综合碳排放
量;定量讨论了土地利用变化与碳排放 /吸收之间的
映射关系;通过对不同土地利用变化类型碳收支强
度的数值比较,从减排和增汇两个方面,提出了低碳
土地利用调控对策.
1 研究地区与研究方法
1 1 研究区概况
辽宁中部 城 镇 密 集 区 位 于 辽 宁 省 中 部
(39°54′6″—42°32′24″ N,121°58′46″—124°30′28″ E),
是辽宁中部城市群的核心区域,包括沈阳市的 9 个
中心城区、铁岭市的铁岭县、银州区和调兵山市、抚
顺市中心城区及抚顺县、本溪市 3个中心城区、鞍山
市中心城区及海城市、辽阳市和营口市全市域范围
(图 1),面积 23911 km2,占辽宁中部城市群总面积
的 36.9%.城镇密集区内城市面积为 1215.83 km2,占
城市群城市用地面积(1340.15 km2)的 90.3%.近年
来,辽宁中部城镇密集区土地利用变化剧烈[9],土
地利用动态受到辽宁中部城市群城市发展的直接影
响,生态环境问题突出.
1 2 土地利用转移矩阵
本研究将辽宁中部城镇密集区的土地利用类型
分为农田、林地、草地、水域、建设用地 5 种.其中,建
设用地为城市、农村居民点、工矿用地的合并. 利用
Arc GIS 的空间分析模块,将研究区 1997 和 2004
年、2004和 2010年土地利用 GRID格式分布图通过
Map Calculator 两两叠加,得出 1997—2004、2004—
2010年两个时期的土地利用转移矩阵.
图 1 辽宁中部城镇密集区地理位置
Fig.1 Location of city and town concentrated area in central
Liaoning Province.
875 应 用 生 态 学 报 27卷
1 3 土地利用变化的碳排放估算方法
土地利用的综合碳排放指土地载体上生态系统
自然源和经济社会人为源的加总[10] .根据 IPCC
(2006)农林土地利用变化温室气体排放清单[11],采
用已有的生态系统碳密度经验数据,将每种土地利
用类别进一步细分为 2 类:保持用地类型不变的土
地和转变为另一种土地利用类别的土地[10] .基于文
献[5]和[12]对中国分区域土地利用碳排放强度的
研究,结合土地利用变化后生态系统的碳源效应,本
文对碳排放强度核算体系加以改进.
1)保持用地类型的碳排放核算方法如下:
P ii = Ii+E i (1)
C ii =AiiP iiT (2)
式中:P ii和 C ii分别是保持用地类型的净碳收支强度
和净碳收支量;i 为保持土地利用类型的地类;Ii为
保持用地类型的碳吸收强度(t C·hm-2·a-1);E i表
示保持用地类型的碳排放强度( t C·hm-2·a-1);T
表示研究时段长度,分别取 7(1997—2004 年)和 6
(2004—2010年).
2)变化地类的碳排放核算方法如下:
P ij =
Di-D j
n
+ENT j( i≠j) (3)
ENT j = I j+E j (4)
C ij =AijP ijT (5)
式中:P ij和 C ij分别是发生土地利用类型转变的净碳
收支强度和净碳收支量( i≠j);i表示土地利用变化
前的地类;j 表示变化后的地类;D 表示生态系统碳
密度,为植被碳密度和土壤碳密度之和[5];ENT j为
变化为 j地类后的净碳收支强度;I j表示变化为 j 地
类后的碳吸收强度;E j表示变化为 j 地类后的碳排
放强度( t C·hm-2·a-1 ) ;n = 20年(根据 IPCC报
表 1 东北地区不同土地利用类型的生态系统碳密度[4]
Table 1 Ecosystem carbon density of different land use
types in Northeast China ( t C·hm-2) [4]
土地利用类型
Land use types
生态系统碳密度
Carbon density of ecosystem
(t C·hm-2)
农田 Cropland 161.8
林地 Forest land 212.4
草地 Grassland 161.7
建设用地 Construction land 135.3
未利用地 Unutilized land 179.0
告,陆地生态系统发生转变后,土壤碳密度通常需要
约 20年达到均衡).
根据辽宁省生态系统碳密度清单(表 1) [4],生
成辽宁省土地利用变化碳收支强度转移矩阵.净碳
收支强度转移矩阵与土地利用变化转移矩阵对应元
素相乘,可得 1997—2004 年、2004—2010 年两个时
段的净碳收支量转移矩阵.
2 结果与分析
2 1 辽宁中部城镇密集区土地利用变化
由表 2 可以看出,1997—2004 年,辽宁中部城
镇密集区土地利用变化的主要贡献类型是农田、林
地和建设用地,共占转出贡献率的 94.6%.其中,农
田的转出贡献率最高,达 45. 5%,转出面积为
3103 65 km2,主要的去向是建设用地和林地;林地
的转出贡献率为 28 8%,主要转换去向是农田;建
设用地中的农村居民点转出贡献率为 20.4%,主要
转换去向是农田.
2004—2010年,研究区土地利用变化较前一阶
段变缓.贡献的土地利用类型主要是农田、林地和建
设用地,共占转出贡献率的 88.1%. 其中,农田的转
出贡献率最高,达40.9%,转出面积为856.01 km2,
表 2 1997—2004、2004—2010年研究区土地利用变化转移矩阵
Table 2 Land use transition matrix of 1997-2004, 2004-2010 in the study area (km2)
时期
Period
土地用地类型
Land use type
农田
Cropland
林地
Forest land
草地
Grassland
水域
Water
建设用地
Construction land
1997—2004 农田 Cropland 6447.21 1408.72 108.54 115.38 1471.01
林地 Forest land 1362.99 8603.64 67.32 94.28 436.43
草地 Grassland 61.15 28.92 230.8 1.03 28.04
水域 Water 102.42 95.35 1.62 197.09 46.94
建设用地 Construction land 1015.37 313.52 27.42 32.8 1512.95
2004—2010 农田 Cropland 8238.35 299.02 18.62 66.54 471.83
林地 Forest land 390.69 9899.33 48.44 20.72 143.07
草地 Grassland 125.98 41.54 248.43 0.63 19.2
水域 Water 27.57 17.26 0.43 407.28 16.43
建设用地 Construction land 269.64 84.76 6.87 22.04 3127.98
9752期 郗凤明等: 辽宁中部城镇密集区土地利用变化的碳排放及低碳调控对策
表 3 辽宁省碳收支强度转移矩阵
Table 3 Carbon budget intensity transition matrix in
Liaoning Province ( t C·hm-2·a-1)
土地利用类型
Land use
type
农田
Cropland
林地
Forest land
草地
Grassland
水域
Water
建设用地
Construction
land
农田 Cropland 0.31 -3.01 3.35 -0.36 64.04
林地 Forest land 2.84 -0.48 5.88 -0.36 66.57
草地 Grassland 0.31 -3.01 3.34 -0.36 64.04
水域 Water 9.38 5.68 9.66 -0.41 65.60
建设用地
Construction land
-1.01 -4.33 2.02 -0.03 62.72
+: 碳排放 Carbon emission ; -: 碳吸收 Carbon absorption. 下同 The
same below.
主要的去向是建设用地;林地的转出贡献率为
28 8%,主要转换去向是农田;建设用地中的农村居
民点转出贡献率为 18.3%,主要转换去向是农田.
2 2 辽宁中部城镇密集区土地利用变化的碳收支
2 2 1净碳收支强度 由表 3 可以看出,保持利用
类型的建设用地净碳收支强度最高,为 62 72
C·hm-2·a-1,而保持利用类型的农田净碳收支强
度最低,为 0.31 C·hm-2·a-1;转变为建设用地的
土地利用变化类型的净碳收支强度最高,为 64.04~
66 57 t C·hm-2·a-1,而建设用地转为其他用地类
型 的 净 碳 收 支 强 度 较 低, 为 -4.33 ~ 2 02
t C·hm-2·a-1 .
2 2 2净碳收支量 由表 4 可以看出,1997—2004
年,辽宁中部城镇密集区土地利用变化造成 154.73
Tg C的净碳排放.其中,保持用地类型的碳排放量和
贡献分别为 65.43 Tg C 和 42.3%;发生土地利用类
型转换的净碳排放和贡献分别为 89. 30 Tg C 和
57 7%.碳源量 162.42 Tg C,碳汇量 7.69 Tg C,碳汇
量可抵消 4.7%的碳源量.土地利用类型转换的碳贡
献大于保持用地类型的碳贡献.地均碳排放强度
9 24 t C·hm-2·a-1 .
2004—2010年,研究区净碳排放 142.14 Tg C.
保持用地类型的碳排放量和贡献分别为 116 81
Tg C和 82.2%;发生土地利用类型转换的碳排放和
贡献分别为 25.33 Tg C 和 17.8%.碳源量 146.10 Tg
C,碳汇量 3.96 Tg C,碳汇量可抵消 2.7%的碳源量.
保持用地类型的碳贡献(82.2%)是土地利用类型转
换(17.8%)的 4.6 倍,前者的碳贡献相当可观.单位
碳排放强度为 9.91 t C·hm-2·a-1 .
1997—2010 年,研究区净碳排放量 296 87
Tg C.保持用地类型的净碳排放和贡献率分别为
182.24 Tg C和 61.4%;发生土地利用变化的净碳排
放和贡献率分别为 114.63 Tg C 和 38.6%.研究区的
碳排放量为 308.51 Tg C,碳吸收量为 11.64 Tg C,碳
吸收量可抵消 3.8%的碳排放量;地均碳排放强度
99 55 t C·hm-2·a-1 .两个时段的碳排放项目各有
侧重,1997—2004 年,剧烈土地利用变化导致的碳
排放占主导;2004—2010 年,保持用地类型的碳排
放量贡献突出.总体而言,2004—2010年土地利用变
化较 1997—2004 年变缓,总碳收支下降 0. 1%(图
2).说明在城市发展过程中,人为干预可以有效提高
城市碳汇,进而在区域水平上控制碳排放.
2 2 3土地利用变化与碳源汇的映射关系 由表 5
可以看出,1997—2004 年,对碳源贡献较大的土地
利用 /变化类型依次为:保持的建设用地(贡献率为
40.9%) >农田转为建设用地(40.6%) >林地转为建
设用地(12.5%) >林地转为农田(1.7%),这 4 种类
型对碳源的累计贡献达 95.7%.2004—2010 年,对碳
源贡献较大的类型依次为:保持的建设用地
(80 6%)>农田转为建设用地(12.4%) >林地转为
建设用地(3.9%)>保持的农田(1.1%),这 4 种类型
对碳源的累计贡献达到 97.9%.
1997—2004年,对碳汇贡献较大的土地利用及
表 4 1997—2004、2004—2010年土地利用变化的净碳收支量转移矩阵
Table 4 Net carbon budget transition matrix of 1997-2004, 2004-2010 (×104 t C)
时期
Period
土地利用类型
Land use type
农田
Cropland
林地
Forest land
草地
Grassland
水域
Water
建设用地
Construction land
总计
Total
1997—2004 农田 Cropland 140.81 -296.62 25.41 -2.91 6594.35 15473.09
林地 Forest land 271.15 -287.88 27.69 -2.38 2033.75
草地 Grassland 1.31 -6.10 53.96 -0.03 125.69
水域 Water 67.23 37.90 1.09 -5.66 215.56
建设用地 Construction land -72.00 -95.09 3.88 -0.06 6642.03
2004—2010 农田 Cropland 154.22 -53.97 3.74 -1.44 1812.99 14213.82
林地 Forest land 66.62 -283.91 17.08 -0.45 571.46
草地 Grassland 2.32 -7.51 49.79 -0.01 73.77
水域 Water 15.51 5.88 0.25 -10.02 64.67
建设用地 Construction land -16.39 -22.04 0.83 -0.03 11770.46
085 应 用 生 态 学 报 27卷
图 2 1997—2010年土地利用变化的净碳收支情况
Fig.2 Net carbon budget of land use change from 1997 to 2010
(Tg C).
Ⅰ: 净碳收支量 Net carbon budget; Ⅱ: 保持土地类型的净碳收支
量 Net carbon budget of remaining land use types; Ⅲ:土地利用变化的
净碳收支量 Net carbon budget of land use change; Ⅳ: 碳源量 Carbon
source; Ⅴ: 碳汇量 Carbon sink.
变化类型依次为:农田转林地(38.6%)>保持的林地
(37.5%)>建设用地转林地(12.4%)>建设用地转农
田(9.4%),4 种类型对碳汇的累计贡献达 97.8%.
2 004—2010年,对碳汇贡献较大的仍然是这4种类
型,贡献率大小排序为:保持的林地(71.7%) >农田
转林地(13 6%)>建设用地转林地(5.6%) >建设用
地转农田(4.1%),这 4种类型对碳汇的累计贡献达
95.1%.
1997—2010,研究区土地利用 /变化的碳效应有
显著差异.2004—2010年的土地利用变化较 1997—
2004年变缓,建设用地的扩张变慢,退耕还林的比
例增大,城市趋向更集约的增长态势.保持的农田面
积广阔(面积比例约 30%),对碳源的贡献却很小,
仅有 0.9%~1.1%.保持的建设用地面积很小(面积
比例 6. 4% ~ 13. 0%),对碳源的贡献却非常可观
(40 9%~80.6%),应限制建设用地的进一步扩张.
保持的林地面积广阔(面积比例为 36.1%~41.2%),
碳汇显著,为 37.5% ~ 71.7%.合理规划城镇密集区
土地利用方式、增加农业用地和生态用地的面积,将
有助于提升城镇密集区的碳汇水平[13] .
2 3 低碳土地利用调控对策
土地利用变化的碳排放机理复杂,不确定性因
素较多,明晰土地利用变化净碳收支强度的相对大
表 5 研究区土地利用变化与碳源汇的映射关系
Table 5 Mapping relationship of land use change and carbon sources / sinks in the study area
LUCC类型
LUCC type
1997—2004
面积
Area
(km2)
碳效应
Carbon effect
(×104 t C)
2004—2010
面积
Area
(km2)
碳效应
Carbon effect
(×104 t C)
农田(保持)Cropland (hold) 6447.21 140.81 8238.35 154.22
农田→林地 Cropland→Forest land 1408.72 -296.62 299.02 -53.97
农田→草地 Cropland→Grassland 108.54 25.41 18.62 3.74
农田→水域 Cropland→Water 115.38 -2.91 66.54 -1.44
农田→建设用地 Cropland →Construction land 1471.01 6594.35 471.83 1812.99
林地→农田 Forest land→Cropland 1362.99 271.15 390.69 66.62
林地(保持)Forest land (hold) 8603.64 -287.88 9899.33 -283.91
林地→草地 Forest land→Grassland 67.32 27.69 48.44 17.08
林地→水域 Forest land→ Water 94.28 -2.38 20.72 -0.45
林地→建设用地 Forest land→Construction land 436.43 2033.75 143.07 571.46
草地→农田 Grassland→Cropland 61.15 1.31 125.98 2.32
草地→林地 Grassland→Forest land 28.92 -6.10 41.54 -7.51
草地(保持)Grassland (hold) 230.80 53.96 248.43 49.79
草地→水域 Grassland→Water 1.03 -0.03 0.63 -0.01
草地→建设用地 Grassland→Construction land 28.04 125.69 19.20 73.77
水域→农田 Water→ Cropland 102.42 67.23 27.57 15.51
水域→林地 Water→ Forest land 95.35 37.90 17.26 5.88
水域→草地 Water→Grassland 1.62 1.09 0.43 0.25
水域(保持)Water (hold) 197.09 -5.66 407.28 -10.02
水域→建设用地 Water→ Construction land 46.94 215.56 16.43 64.67
建设用地→农田 Construction land→ Cropland 1015.37 -72.00 269.64 -16.39
建设用地→林地 Construction land→Forest land 313.52 -95.09 84.76 -22.04
建设用地→草地 Construction land→Grassland 27.42 3.88 6.87 0.83
建设用地→水域 Construction land→Water 32.80 -0.06 22.04 -0.03
建设用地(保持) Construction land (hold) 1512.95 6642.03 3127.98 11770.46
1852期 郗凤明等: 辽宁中部城镇密集区土地利用变化的碳排放及低碳调控对策
小是建立调控对策的前提[14] .根据辽宁中部城镇密
集区土地利用变化的碳收支分析结果和净碳收支强
度(图 3),从减排和增汇两方面提出低碳型土地利
用调控对策.
2 3 1碳减排调控对策 1)严格控制用地类型向建
设用地转变.原因在于农田和生态用地(林地、草地、
水域)转变为建设用地后的碳排放强度增大(62~67
t C·hm-2·a-1),以林地转变为建设用地最显著
(66.57 t C·hm-2·a-1).
2)提高建设用地能源利用效率. 2004—2010
年,保持土地利用方式的碳排放贡献(82.2%)高于
1997—2004年(42.3%),说明城市发展到一定程度,
固有建设用地碳排放占总碳排放量的比例已经很
高,通过减缓土地利用变化和单纯控制建设用地扩
张,并不是控制区域碳排放的有效方式.应着眼于提
高单位建设用地的能源利用效率,降低能源消耗总
量,如建立生态工业园区,通过产业集群避免工矿用
地的零散分布和重复建设[15],从而降低碳排放.
3)避免对林地和水域的过度开发利用,避免林
地向农田和草地的转出.水域转草地、水域转农田的
碳源强度相当,约为 9.5 t C·hm-2·a-1;林地转草
地、水 域 转 林 地 的 碳 源 强 度 相 当, 约 为 5 8
t C·hm-2·a-1;农田转草地和保持草地的碳源强度
相当,约为 3.34 t C·hm-2·a-1;林地转农田、建设用
地转草地的碳源强度相当,为 2 ~ 3 t C·hm-2·a-1 .
这些土地利用变化类型应重点监督,减弱其碳源
效应.
4)减少低排放强度的土地利用类型变化.如保
持的农田和草地转变为农田,二者碳源强度相当,约
为 0.3 t C·hm-2·a-1 .要使农田的碳排放强度降低,
最根本的方法是降低农业生产投入中肥料施用、机
械动力、灌溉过程中的间接碳排放.辽宁中部城镇密
集区西部地势平坦,农田连续性较好,农田的碳源作
用会对总体碳排放产生显著贡献[16],应优化农田的
耕作方式,减少单位面积农田上的碳排放.
2 3 2碳增汇调控对策 1)增加森林覆盖率.林地
和转变为林地(除了水域转林地)都是较强碳汇,其
中,建设用地转林地的碳汇强度最大 ( 4 33
t C·hm-2·a-1),造林和增加城镇绿地碳汇是最有
效的土地增汇措施,应结合城市土壤、气候特点,选
用碳汇能力强的树种[17] .
2)农田、草地转变为林地能够增加城镇密集区
的碳汇.草地转林地、农田转林地的碳汇强度相当,
约为 3 t C·hm-2·a-1 .应在不适合耕作的地域(如
坡度大于 25°的区域)退耕还林,推进荒山造林
工程.
3)加强对森林、水域的保护.林地、水域碳汇强
度相当,约为 0.4 ~ 0.5 t C·hm-2·a-1 .林地构成了
城镇密集区碳汇的基础,应加强对东部林地的保护
力度,加强辽河流域防护林体系生态工程的建设;减
少为农业生产而进行的湿地排水.
4)调整农用地内部结构,科学实施农田管理.辽
宁是农业大省,在保证粮食安全的前提下,适当地将
耕地转变为果园和鱼塘,农用地内部结构调整,既能
图 3 土地利用变化的碳排放强度
Fig.3 Carbon emission intensity of land use change.
T11: 农田(保持)Cropland (hold); T12: 农田→林地 Cropland→Forest land; T13: 农田→草地 Cropland→Grassland; T14: 农田→水域 Cropland
→Water; T15: 农田→建设用地 Cropland→Construction land; T21: 林地→农田 Forest land→Cropland; T22: 林地(保持) Forest land ( hold);
T23: 林地→草地 Forest land→Grassland; T24:林地→水域 Forest land→Water; T25: 林地→建设用地 Forest land→Construction land; T31:草地
→农田 Grassland→Cropland; T32:草地→林地 Grassland→Forest land; T33:草地(保持) Grassland (hold); T34:草地→水域 Grassland→Water;
T35: 草地→建设用地 Grassland→Construction land; T41:水域→农田 Water→Cropland; T42:水域→林地 Water→Forest land; T43:水域→草地
Water→Grassland; T44: 水域(保持) Water (hold); T45: 水域→建设用地 Water→Construction land; T51: 建设用地→农田 Construction land→
Cropland; T52: 建设用地→林地 Construction land→Forest land; T53: 建设用地→草地 Construction land→Grassland; T54: 建设用地→水域 Con⁃
struction land→Water; T55: 建设用地(保持)Construction land (hold) .
285 应 用 生 态 学 报 27卷
优化经济效益,又能减少耕地的高碳排放效应[19] .
科学合理的耕作制度和秸秆的合理利用(如秸秆还
田、秸秆做饲料、秸秆做有机肥等)也可以降低农用
地的碳排放.
3 结 论
本文对辽宁中部城镇密集区土地利用变化的碳
收支进行估算,得出以下结论:1997—2010 年,总碳
收支为 296.87 Tg C的净碳排放,保持用地类型的碳
排放及贡献分别为 182.24 Tg C和 61.4%;发生用地
类型转换的碳排放及贡献分别为 114. 63 Tg C 和
38 6%.碳排放量和碳吸收量分别为 308.51 和 11.64
Tg C,碳吸收可抵消 3.8%的碳排放.对土地利用变
化和碳排放之间的映射关系进行了量化,结果表明
1997—2004年,保持建设用地(40.9%)和农田转为
建设用地(40.6%)类型对碳源的贡献最大,农田转
林地(38.6%)和保持林地(37.5%)类型对碳汇的贡
献最大;2004—2010 年,土地利用类型对碳源和碳
汇的贡献类型与前一时段相同,但保持建设用地类
型对碳源的贡献提高到 80.6%,保持林地类型对碳
汇的贡献提高到 71.7%.对净碳收支强度进行数值
比较,提出了低碳土地利用调控对策.碳减排对策包
括严格控制土地用地向建设用地转变,提高建设用
地能源利用效率,避免对林地和水域的过度开发利
用,减少低排放强度的土地利用类型变化.碳增汇对
策包括增加森林覆盖率,实施农田、草地还林,加强
对森林、水域的保护,调整农用地内部结构和科学实
施农田管理.
今后的研究需要对城市、农村居民点、工矿用
地、交通用地、水利用地等建设用地的碳排放强度进
一步细分.水域的碳排放强度有待地域化,未利用地
微弱的碳汇效应尚有待量化[12] .
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作者简介 郗凤明,男,1980年生,博士. 主要从事土地利用
变化碳排放、碳循环、温室气体清单编制、低碳城市发展等研
究. E⁃mail: xifengming@ iae.ac.cn
责任编辑 杨 弘
郗凤明, 梁文涓, 牛明芬, 等. 辽宁中部城镇密集区土地利用变化的碳排放及低碳调控对策. 应用生态学报, 2016, 27(2):
577-584
Xi F⁃M, Liang W⁃J, Niu M⁃F, et al. Carbon emissions and low⁃carbon regulation countermeasures of land use change in the city and town
concentrated area of central Liaoning Province, China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(2): 577-584 (in Chinese)
485 应 用 生 态 学 报 27卷