全 文 ：第29卷第6期
2010年12月
生态科学
EcologicalS ience
29(6)：558．562
Dec．2010
方恺，沈万斌，C02排放承载力计算模型的构建与应用明．生态科学，2010，29⑩：558-562．
FANGKai，SHENWan-bin．ConstructionandapplicationfcalculationmodelforC02emissioncarryingcapacity[J]．Ecological
Science,2010，29(2)：558·562．
C02排放承载力计算模型的构建与应用
方恺，沈万斌+
吉林大学环境与资源学院，长春130012
【摘要】针对现有生态足迹未考虑C02排放承载力的问题，从碳吸收角度将净初级生产力与生态足迹法相结合，构建了C02排
放承载力计算模型，据此对吉林省近15年的C02排放承载力进行了动态分析。结果显示，1994．-2008年，吉林省人均C02排放
承载力从2．0345hm2减少到1．9504hm2，呈先升后降波动变化趋势。在C02排放承载力构成中，林地、耕地、草地是主体，三
者合计占89．540／0--94．43％；草地变化最大，从0．5692hm2减少到0．1857hm2，降幅达67．38％；低生产力土地面积和草地面积
均与人均C02排放承载力呈极显著相关俾2=-0．806、0．716)，低生产力土地扩张和草地退化是人均C02排放承载力下降的主要影
响因素。研究表明，C02排放承载力模型反映了自然环境对能源废弃物的消纳能力，符合区域资源禀赋的实际情况。
关键词：生态足迹；C02排放承载力；净初级生产力；吉林省
doi：10．3969巧．issn．1008—8873．2010．06．011中图分类号：Q149 文献标识码：A； 文章编号：1008-8873(2010)06．558-05
ConstructionandapplicationofcalculationmodelforC02emissioncarrying
capacity
FANGKai，SHENWan-bin’
CollegeofEnvironmenta dResoumes,JilinUniversity,Changchun130012，China
Abstract：TosolvetheproblemofignofingC02emissioncarryingcapacity(CECC)intraditionalecologicalfootprint，weconstructeda
CECCmodelbycombiningetprimaryp oductivitywithecologicalfootprintmethodfromastandpointofcarbonabsorption,taking
JilinProvinceasacasestudy．Theresultsshowedthaturing1994and2008，theCECCpercapitadecreasedfrom2．0345hm2to1．9504
hrn2，showingafluctuationwithrisingfirstanddecliningafterwards．InthecompositionofCECC，forest，arablelandandgrazingland
alemainparts，accountingfor89．54％to94．43％ofthetotal，andgrazinglanddecreasedmostsignificantlyfrom0．5692hm2to0．1857
hm2，withadecreasingpercentageof67．38．Meanwhile，lessproductivelandareandgrazinglandareashowedhighlysignificant
correlationswithCECCpercapitarespectively(R2一O．806，O．716)，whichndicatedthatthedecreasingofCECCWasmainlyaffectedby
lessproductivelandexpandingandgrasslanddegenerating．TheCECCmodelcouldreflecttheabilityofnaturalenvironmentinenergy
wasteabsorbing，andbeabletoaccordwiththerealsituationofregionalresourceendowmentprecisely．
Keywords：ecologicalf otprint：C02emissioncarryingcapacity；netprimaryproductivity；JilinProvince
收稿El期：2010．06．22收稿，2010-09．28接受
基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(2004cB418505)和国家发改委专项“低碳经济方法学及低碳经济区发展案例研究”资助
作者简介：方恺(1986—1，男，硕士生，主要从事生态环境规划研究，已发表论文4篇。
‘通讯作者：E．mail：shenwanbin国Jlu．edu．en
万方数据
6期 方恺，等：c0：排放承载力计算模型的构建与应用 559
1引言(Introduction)
从系统角度看，人类活动必须限制在生态系统
可承受的阈值之内。承载力作为这一阂值的重要判
据，其理论与研究方法备受国内外学者关注，成为近
年来生态学、地理学与环境学等学科交叉的前沿领域
【1】。但由于受众多因素和不同时空条件的制约，目前
该领域仍处于理论探讨的初步阶段【2J。因此，深化承
载力研究特别是进行定量模型的构建，对促进区域可
持续发展具有重要意义。
目前承载力计算的方法主要有两种，即净初级生
产力法和生态足迹法【l】。净初级生产力法通过测算自
然植被的净初级生产力(netpdmar、／productivity,M谰
及其与本底数据的偏离程度，来确定自然体系的承载
力指示值【3】。该方法虽然可以比较准确地反映生态系
统的结构、功能及受干扰状况，但结果不如生态足迹
法表征的生态生产性土地面积(以下简称生态生产面
积)直观，应用相对较少。生态足迹法具有简明形象、
便于操作等优点，应用非常广泛，它通过计算区域所
能提供的5类生态生产面积的总和【4，5J，获得对该区
域承载力的定量认识。但该方法最大的问题是忽略
CO：排放承载力，如果将该部分也折算为生态生产面
积，人类实际拥有的承载力就会明显扩大【6】。
本文在参考国内外C02排放承载力相关成果睁8J
的基础上，从碳吸收角度入手，将NPP与生态足迹
法相结合，构建C02排放承载力计算模型，据此对
吉林省近15年的C02排放承载力进行动态分析，以
期为社会经济发展规划提供参考，同时推动区域承载
力研究不断发展。
2C02排放承载力计算模型(Calculationmodelfor
C02emissioncarryingcapacity)
气候变暖的事实说明，能源开采和利用的速率已
经超过全球生态系统吸收C02的能力【9】。要调整能源
消费、减少C02排放，使地球回到可持续的范围内，
首先需要清楚不同区域实际能够吸收的C02排放量。
由于全球绝大部分土地都在参与碳循环，因此可将该
吸收量用土地面积表征。基于这一前提，C02排放承
载力可定义为“区域所能提供的用于吸收C02的生
态生产总面积”。资源禀赋的类别性和区域性差异表
明，不仅不同类型生产性土地的碳吸收能力相差很
大，同类土地的碳吸收能力也有很大不同。为使不同
区域间的COz排放承载力可以直接比较，采用转换
因子(类似于生态足迹法中的产量因子)和均衡因子，
将区域生态生产面积调整为具有全球平均生态生产
力的生态生产面积。C02排放承载力计算模型具体构
建如下：
2．1各类土地的NPP计算
采用周广胜等‘101根据植物生理生态学特点及水
热平衡联系方程建立的自然植被净初级生产力模型
计算林地、草地和耕地的NPP．
NPP=RDI，掣篇考。exp(-4—9．87+6—．25RDl)(R+，)·(兄2+，．2)
其中：
R=0．596RDI·，．
RDI：0．629+0．237PER一0．00313PER2
PER=PETl r=58．93BT／r
BT：l／12y厶
式中：RDI为辐射干燥度；，．为年降水量；心为陆地
表面所获得的年净辐射；PER为可能蒸散率；咫r
为可能蒸散量；BT为生物温度；☆为0---30℃的第f
月均温(当ti30"C时取30。C)。
竺!竺竺望!竺竺!!竺!!兰!!!!竺竺!!!翌兰!兰!
嚣学筹喜
愁l。枷 4．243 14．8 2．12l
G草地razinmd 4．835 29．8 2．418
恭盟 ∞97 2．o ¨98
轰芝慧卷撇 5觯 2¨ 2邡2
资料来源：文献【l1】So．Be：Reference11；注Nate：低生产力地是指除上
述土地#1-1拘陆地Lowproductivitylandrefertolandsexceptthosem ntioned
above
万方数据
其他生态生产性土地的M甲尚未有明确的测算
模型，以VenetoulisJ等㈣提供的全球平均数据(表1)
代替。 ．
2．2区域平均削叩计算
由各类生态生产性土地的NPP及其对应生态
生产面积得到整个区域的平均删以下简称区域
NPP、：
∑艘J·4‘一‘ j
N即Ieg=立弋_一
∑4
j=I
式中，MD：％为区域朋尸；M鼍为第，类生态生
产性土地的Ⅳ：PP；4为区域内第，类生态生产面积。
2．3转换因子计算
由区域NPP与全球平均NPP的比值得到C02
排放承载力的转换因子：
NPP
cf= !12
NPPgl。
式中，cf为转换因子；吼。为全球平均NPP。
由全球各类生态生产性土地的平均M甲及其生态生
产面积(表1)，计算得到朋叩凶为2．000tC·hm-2．a-1。
2．4区域C02排放承载力计算
通过均衡因子将各类生态生产面积累加后，再由
转换因子调整为具有全球平均生态生产力的生态生
产总面积：
cPc严万1·CEc岱专·cf·∑4·弓N N 厶一： ：
式中，cecc为人均C02排放承载力；CECC为
C02排放承载力；N为人口数；rj为第j类生态生产
性土地的均衡因子(表1)。
3吉林省C02排放承载力计算(CalculationforC02
emissioncarryingcapacityofJinlinProvince)
3．1区域NPP和转换因子动态
计算结果如表2所示，1994～2008年吉林省区域
NPP呈现先升后降的变化趋势，从1994年的4．163
tC·hm-2．a。1最高上升到2001年的4．531 tC·hm-2·a1，之
后迅速减少，到2003时下降到3．874tC·hm-2．a～，从
2004年开始基本稳定在3．830tC·hm-2．a1。转换因子
从1994年的2．0814下降到2008年的1．9146，总体
有所减少。其间2001年达到最高值2．2654，分别比
相邻年份高出0．1563和0．1915，一是由于该年土地
构成较为合理，林地、草地等高M甲类型生态生产
面积处于15年中较高水平；二是由于水热等气象条
件较好，各类生态生产性土地的NPP普遍相对较高。
3．2人均C02排放承载力动态
吉林省人均C02排放承载力总体呈波动下降趋
势(图l，表3)，从1994年的3．7428l咖2下降到2008
年的3．3498hm2，减少了O．3930l蚰2，年均减少
0．80％。具体变化过程可分为3个阶段：1994--2000
年呈微小波动趋势，共减少了1．70％：2001～2004年
出现大幅振荡，最高升至2001年的4．2414耐，最
低降至2003年的3．2953hmZ，两者相差近1hm2：
2005-2008年一直缓慢下降，共减少了0．02％。总体
来看，人均C02排放承载力的波动幅度比区域NPP
和转换因子更大，说明除后两者外，各类生态生产面
积的变化也直接对其产生影响。
■^
薹喜
R邑
餐．兽
幅譬
鬟堇
88
笺8
199419961998200020022004
年份Year
图1吉林省1994～2008年人均C02捧放承载力动态
Fig．1DynamicsofCECCpercapitaofJilinfrom1994to2008
从人均C02排放承载力构成上看(表3，图2)，
林地所占比例最高，一直保持在54．360／0-064．93％，从
1994年的2．0345hrn2下降到2008年的1．9504hm2，
呈先升后降趋势；耕地所占比例次之，保持在
16．83％、一25．95％，从1994年的0．8306hm2上升到
2008年的0．8634hm2，呈先降后升趋势；再次为草
4
2
O
8
6
4
2
O
4
4
4
3
3
3
3
3
万方数据
6期 方恺，等：c0。排放承载力计算模型的构建与应用 561
表3吉林省1994-2008年的人均C02排放承载力(hm2·人。1)
Table3CECCpercapitaofJilinfrom1994to2008(hm2·cap。1)
年份 耕地 林地 草地 建设用地 水域 低生产力地 合计
塑 坐垒!!地垒 里旦塑!地璺鱼堕鳖望四 曼竺!!!垡鲤坠坚墨壁!塑塑堡垒巫壁垦丝垒 坠堕1
1994 0．8306 2．0345 0．5692 0．0279 0．1361 0．1446 3．7428
1995
1996
1997
1998
1999
2000
200l
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
0．8563
0．8444
0．6688
0．6715
0．6717
O．6693
O．7140
O．8524
O．8455
0．9007
0．8882
O．8784
O．8645
0．8634
2．0580
2．055l
2．0521
2．0638
2．075l
2．0925
2，6859
2．4391
1．9518
2．0188
1．9908
1．9688
1．9528
1．9504
0．5687
0．5667
0．5658
0．5656
O．5654
O．5655
O．6051
0．1948
0．18lO
0．1926
0．1899
O．1876
O．1859
0．1857
0．0300
0．0321
0．0321
0．0295
O．0350
0．0350
0．0375
0．0343
0．0378
0．0396
0．0393
O．0390
0．0389
0．0390
0．1359
0．1354
0．1352
0．1352
O．135l
0．1351
0．1446
0．1315
0．1222
0．1334
0．1316
0．1301
0．1291
0．1289
0．1190
O．1168
0．2021
0．2020
0．1857
O．1817
0．0544
O．1040
O．1571
O．1867
0．1838
O．1814
0．1830
0．1824
3．7678
3．7505
3．6562
3．6676
3．6679
3．6791
4．2414
3．7562
3．2953
3．4719
3．4234
3．3853
3．3541
3．3498
零
一
嚣
丑
R
轼
1祷
辎
砭
o
露
_<
一耕地ArabelLandm草地C,razingLaad
·—，一林地ForestLand
—*一建设用地BuiltLand
—_，p水域Water
—o一低生产力地Lawl‘toduetivityLard
。州：一竹√一＼▲、巾叶—一
19941996199820002002200420062008
年份Year
图2吉林省1994-2008年人均能源生态承载力构成动态
Fig．2DynamicscompositionofEECCpercapitaofJilinfrom
1994to2008
地，从1994年的0．5692hm2骤降至2008年的0．185
7hm2，年均下降8．69％；低生产力地居第四，约占
1．28％5．46％，并呈先升后降再升的波动趋势，总体
增加了0．0378hm2；水域约占3．41％v3．85％，基本呈
缓慢下降趋势，总体减少了0．0072hm2：建设用地
所占比例仅为0．75％1．16％，年均增长2．42％。从变
化幅度上看，耕地、林地、草地、建设用地、水域、
低生产力地的绝对变化分别为0．0328、-0．084l、
．0．3835、0．0l1 、-0．0072、0．0387hm2，相对变化
分别为3．95％、4．31％、-67．38％、39．84％、．5．26％、
26．16％。草地的变化幅度最大，原因是其面积在15
年中缩减了191．46×104hm2，加之沙化和盐碱化趋
势加剧，导致草地的NPP也有所减少。此外，林地、
耕地和草地共占人均C02排放承载力的
89．54％94．43％，说明生物资源用地是区域C02吸收
主体。
加∞∞加∞加m
O
^琴一暑ld日u矗厶_36目u-o
Ilo屯odo_Id
万方数据
3．3人均能源生态承载力与生态生产面积的关联分析
为探讨生态生产面积变化对人均C02排放承载
力的影响，借助SPSSl7．0对两者进行关联分析，结
果显示(表钔：人均C02排放承载力与草地面积呈极
显著正相关，与耕地、建设用地和低生产力地面积呈
极显著负相关，表明人均COz排放承载力的减少与
草地退化，以及耕地、建设用地和低生产力地扩张关
系密切。尽管各类生态生产性土地中林地的NPP和
均衡因子最高，但15年中林地面积仅改变了3．70％，
对区域C02排放承载力变化的影响有限，因此相关
性不明显。生态生产面积的变化方面，15年中耕地、
建设用地、低生产力地分别增加了61．26×104、36．10
X104、63．74×104hm2，草地锐减了191．46×104hm2，
降幅高达64．71％。不论在总量水平还是人均水平上，
各类生态生产面积与人均C02排放承载力的相关程
度均为：低生产力地>草地>建设用地>耕地>水域>林
地。可见，低生产力地扩张和草地退化是吉林省人均
C02排放承载力整体下降的两个主要影响因素。
表4 1994～2008年吉林省人均C02排放承载力与各类生态
生产面积的相关性
Table4Correlativecoefficientsb tweenCECCpercapita
andeachtypeofecologicalproductiveareaofJilinfrom1994
to2008
生态生产面积
Ecological
ProductiveArea
相关系数
CorrelationCoefficient
耕地ArableLand
林地ForestLand
草地GrazingLand
建设用地BuiltLand
水域Water
洼：I为人均C02排放承载力与各类牛态牛产两积的相哭系数：II为人均
c02排放承载力与人均各类牛态生产面积的相关系数。”为ppandeachtypeofecologicalproductivearea；CorrelationCOCmcientn11is
betweenCECCpercapitaandeachtypeofecologicalproductiveareap r
capita．·+isp<0．01．*isp<0．05
4结论(Conclusion)
对吉林省近15年的研究表明，林地、耕地和草
地是人均C02排放承载力的构成主体；人均C02排
放承载力总体呈波动下降趋势，低生产力地扩张和草
地退化是主要影响因素。说明现阶段全省特别是西部
生态脆弱区应重点推进还草还林，通过合理保护发挥
自然植被的能源生态承载能力。
本文提出的C02排放承载力计算模型，从碳吸
收角度反映了自然环境对能源废弃物的消纳能力，符
合不同区域资源禀赋的实际情况，一定程度上是对现
有生态足迹的补充和完善。下一步需在满足精确性、
可比性与可操作性的同时逐步统一M甲测算方法，
并在模型中适当引入新参数，以表征科技、管理等人
为因素对C02排放承载力的影响。同时，对区域C02
排放的足迹与承载力进行综合分析与比较，以便更全
面、客观的判断能源消费的生态可持续性。
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万方数据
CO2排放承载力计算模型的构建与应用
作者： 方恺， 沈万斌， FANG Kai， SHEN Wan-bin
作者单位： 吉林大学环境与资源学院,长春,130012
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2010,29(6)

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22.Venetoulis J.Talberth J Refining the ecological footprint 2008(4)

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引证文献(1条)
1.方恺.沈万斌.郑沁敏.高凯.刘景帅 化石能源地生态承载力研究[期刊论文]-环境科学与技术 2011(12)


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