城市土地利用碳通量測算、碳效應(yīng)分析及調(diào)控機(jī)制研究——以武漢市為例.pdf

1、溫室效應(yīng)引起的全球氣候異常已經(jīng)成為國際社會日益關(guān)注的全球性環(huán)境問題，溫室氣體排放與人類活動之間的關(guān)系是當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界研究的熱點。含碳化合物的排放是溫室氣體的主要來源，人類活動導(dǎo)致的碳排放顯著改變了區(qū)域碳循環(huán)過程，走低碳發(fā)展道路逐漸成為全人類的共識。土地作為人類活動的空間載體，城市擴(kuò)張、產(chǎn)業(yè)布局、能源消耗等人類活動都與土地利用密切相關(guān)，土地利用變化直接改變區(qū)域自然碳循環(huán)過程，并間接改變區(qū)域人為碳排放水平。在低碳發(fā)展的背景下，如何建立土地

2、低碳利用調(diào)控機(jī)制，以通過調(diào)整土地利用方式、結(jié)構(gòu)、規(guī)模和強(qiáng)度來實現(xiàn)城市土地低碳利用，對城市發(fā)展過程中兼顧經(jīng)濟(jì)增長與實現(xiàn)碳減排有重要意義。
　　關(guān)于土地利用和碳排放之間關(guān)系的現(xiàn)有研究多集中在區(qū)域土地利用低碳評價、土地利用碳排放影響因素、區(qū)域土地利用碳排放核算和土地利用變化碳效應(yīng)等方面，并沒有在此基礎(chǔ)上提出系統(tǒng)的土地利用低碳調(diào)控路徑和機(jī)制。因此，根據(jù)國內(nèi)外土地利用碳排放的相關(guān)研究，本文首先全面梳理城市系統(tǒng)碳流通過程和發(fā)生機(jī)理，并厘清城市

3、系統(tǒng)內(nèi)各用地類型的碳流通過程和用地類型轉(zhuǎn)換對碳流通的影響機(jī)理。其次，構(gòu)建城市系統(tǒng)垂直碳通量核算體系，明確各碳通量來源的測算方法，以武漢市為實證對象，測算2002-2012年武漢市垂直碳通量并對其碳運行情況進(jìn)行分析;在垂直碳通量測算的基礎(chǔ)上，建立碳通量來源與各用地類型之間的對應(yīng)關(guān)系，測算2002-2012年武漢市土地利用碳通量并對其碳土地利用碳源/匯強(qiáng)度和土地利用碳足跡進(jìn)行分析。再次，利用土地利用碳通量測算結(jié)果，運用環(huán)境庫茲涅茨曲線分析武

4、漢市建設(shè)用地擴(kuò)張的碳效應(yīng)，運用多變量協(xié)整方法探討武漢市各土地利用因素與碳排放量之間的長期均衡關(guān)系，并用LMDI方法將各土地利用變化的碳效應(yīng)分解量化。最后，通過土地利用低碳調(diào)控的不同路徑方案碳效應(yīng)與現(xiàn)行土地利用規(guī)劃碳效應(yīng)之間的比較，從宏觀規(guī)劃層面和微觀用地政策層面提出相應(yīng)的土地利用低碳調(diào)控機(jī)制。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)比較自然生態(tài)系統(tǒng)和城市“自然—社會”二元系統(tǒng)的碳流通過程，描述兩者各自的碳流通特征，并分析城市系統(tǒng)碳流通的時間

5、機(jī)理和空間機(jī)理。分別分析包括耕地、園地、林地和草地在內(nèi)的農(nóng)用地碳過程特征和包括城鎮(zhèn)村用地、工礦用地和交通用地在內(nèi)的人工用地碳過程特征以及水域碳過程特征，從自然碳過程和人為碳過程兩個方面討論土地利用變化對城市系統(tǒng)碳過程的影響機(jī)理，在此基礎(chǔ)上明確土地利用對城市碳流通的調(diào)控機(jī)理，提出基于宏觀層面規(guī)劃調(diào)控思路和微觀層面用地政策的調(diào)控思路。
　　(2)建立城市系統(tǒng)垂直碳排放核算體系，其中碳輸入核算包括植物光合作用和水域碳吸收，而碳輸出核算包

6、括化石燃料燃燒、生產(chǎn)過程碳輸出、呼吸作用碳輸出、水域碳揮發(fā)和廢棄物管理碳輸出五個部分，在此基礎(chǔ)上確定各碳通量來源的核算方法。測算武漢市垂直碳通量，并對其碳運行狀態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示:1）研究期內(nèi)武漢市碳排放量總體上呈先增后減的趨勢，其中2002-2010年武漢市碳排放量由1710.65萬噸逐年增加到3633.85萬噸;而2010-2012年由3633.85萬噸減少到3288.14萬噸;2）武漢市在研究期內(nèi)人為碳效應(yīng)指數(shù)由80.67％上升

7、到86.65％，碳壓力指數(shù)由7.00上升到11.21，人為活動對武漢市碳過程的影響逐年上升;3）從研究期整體來看，武漢市碳排放與經(jīng)濟(jì)增長之間脫鉤彈性指數(shù)為0.34，處于弱脫鉤狀態(tài);從研究期內(nèi)歷年來看，脫鉤狀態(tài)呈擴(kuò)張性耦合—弱脫鉤—強(qiáng)脫鉤的變化趨勢。
　　(3)分析農(nóng)用地、人工用地和水域的碳源/匯特征，建立土地利用類型和碳通量核算項目之間的對應(yīng)關(guān)系，測算武漢市土地利用碳通量并分析其碳源/匯強(qiáng)度和碳足跡，結(jié)果表明:1）歷年城鎮(zhèn)村及工礦

8、用地是碳輸出的最主要來源，其中2012年占碳輸出總量的87.2％;而交通用地是碳輸出量增長最快的用地類型，研究期內(nèi)增長了159％;2)非人工用地碳匯強(qiáng)度的變化決定了總體碳匯強(qiáng)度的變化趨勢，而人工用地碳源強(qiáng)度決定了總體碳源強(qiáng)度的變化趨勢;3）城鎮(zhèn)村及工礦用地歷年碳足跡總量最大，2012年占碳足跡總量的88.32％，其次為交通用地，占碳足跡總量的10.74％。
　　(4)從理論上推導(dǎo)城市系統(tǒng)土地利用碳效應(yīng)，運用庫茲涅茨曲線分析武漢市建

9、設(shè)用地擴(kuò)張與碳排放強(qiáng)度之間的關(guān)系，結(jié)果顯示建設(shè)用地總量和城鎮(zhèn)村及工礦用地與各自碳排放強(qiáng)度之間呈倒U型曲線關(guān)系;而交通用地與其碳排放強(qiáng)度之間呈向上傾斜的N型曲線關(guān)系。將土地利用變化分解為土地碳排放強(qiáng)度、土地利用結(jié)構(gòu)、土地利用效率、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口規(guī)模五個因素的變化，運用多變量協(xié)整方法分析其與碳排放量之間的關(guān)系并用LMDI方法將五個因素的碳效應(yīng)分解量化，結(jié)果表明:1）五個因素與碳排放量之間存在穩(wěn)定的長期均衡關(guān)系。2）經(jīng)濟(jì)發(fā)展對碳排放拉動作用最

10、強(qiáng)，研究期內(nèi)其貢獻(xiàn)值達(dá)2627.21萬噸;其次為土地結(jié)構(gòu)效應(yīng)，其貢獻(xiàn)值達(dá)到了1020.97萬噸;土地利用強(qiáng)度和人口規(guī)模的貢獻(xiàn)值相對較小，分別為550.87萬噸和517.03萬噸;而土地利用效率對碳排放起抑制作用，其貢獻(xiàn)值達(dá)-3138.59萬噸。土地利用效率提高對城市碳減排起到的積極效應(yīng)遠(yuǎn)大于單位土地碳排放強(qiáng)度提高和土地利用結(jié)構(gòu)改變帶來的負(fù)面效果。
　　(5)通過與現(xiàn)行規(guī)劃方案碳效應(yīng)的比較，運用兩變量協(xié)整模型分析城市建設(shè)用地規(guī)模管控

11、路徑，運用多元線性規(guī)劃分析土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化路徑，運用蒙特卡洛模擬分析土地利用碳排放強(qiáng)度管制路徑。從土地利用低碳調(diào)控路徑出發(fā)，第一，提出以建設(shè)用地規(guī)模管控和用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化為導(dǎo)向的空間管制手段，包括低碳化土地利用總體規(guī)劃、低碳化城市總體規(guī)劃和低碳化主體功能區(qū)規(guī)劃;第二，提出制定以降低土地利用碳排放強(qiáng)度為導(dǎo)向的城市土地利用政策，調(diào)控土地供應(yīng)政策，降低碳排放強(qiáng)度，實現(xiàn)土地低碳利用;最后，從宏觀上的空間管控手段和微觀上的用地政策手段兩個層面入手