低碳導(dǎo)向的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究——以赤峰市為例.pdf

1、由于面臨越來越大的氣候變化及能源替代壓力，低碳經(jīng)濟(jì)迅速成為國內(nèi)外各界關(guān)注的焦點(diǎn)。低碳經(jīng)濟(jì)的特征是以減少溫室氣體排放為目標(biāo)，構(gòu)筑低能耗、低污染為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系，包括低碳能源系統(tǒng)、低碳技術(shù)和低碳產(chǎn)業(yè)體系。土地資源作為承載人類一切活動(dòng)的載體，是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類社會(huì)的發(fā)展離不開對(duì)土地的利用和改造，可以說人與土地的這種關(guān)系是整個(gè)人類社會(huì)發(fā)展史中最基本的生產(chǎn)關(guān)系。土地利用變化對(duì)全球大氣二氧化碳含量的增加起著重要的作用，其影響僅

2、次于化石燃料的燃燒。根據(jù)政府間氣候變化委員會(huì)的評(píng)估報(bào)告，自1850年以來全球有1/3的溫室氣體排放由土地利用變化直接導(dǎo)致，如大量的林地、草地、農(nóng)用地、濕地等轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，從而直接導(dǎo)致了碳匯能力下降以及碳源量快速增長(zhǎng)。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，土地利用變化導(dǎo)致的碳排放量也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此，在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，研究如何通過低碳導(dǎo)向的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)土地利用類型轉(zhuǎn)換，土地利用管理技術(shù)創(chuàng)新等具有重要意義。
　　基于

3、以上思考，本文在可持續(xù)發(fā)展理論、系統(tǒng)論、土地生態(tài)經(jīng)濟(jì)理論、人地關(guān)系理論以及區(qū)位理論的支撐下，采用系統(tǒng)分析法、定性與定量相結(jié)合的方法、理論研究與實(shí)證分析相結(jié)合的方法，具體分析了土地利用變化與碳循環(huán)之間的關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)提出低碳導(dǎo)向的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路。論文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:(1)土地利用變化與碳循環(huán)的關(guān)系研究。重點(diǎn)研究不同土地利用方式、強(qiáng)度、類型與碳收支的關(guān)系。分析了土地利用碳排放的自然干擾因素，土地利用變化與碳循環(huán)的關(guān)

4、系，特別是土地利用變化與碳循環(huán)的直接關(guān)系，即土地利用方式、土地結(jié)構(gòu)及土地利用強(qiáng)度的變化對(duì)碳循環(huán)的影響;簡(jiǎn)要分析了土地利用變化與碳循環(huán)的間接關(guān)系，即各土地利用類型所承載的全部人為碳源排放。分析了全國土地利用結(jié)構(gòu)變化所引起的碳積蓄量及碳排放量的變化，借助前人的研究成果，探討了土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的碳減排效果。(2)不同管理方式下各地類碳排放效應(yīng)分析。首先界定了管理方式的內(nèi)涵，土地利用管理方式主要是土地經(jīng)營管理方式，即不同土地利用類型的利用強(qiáng)度。

5、然后分析了不同管理方式下各用地類型的碳排放效應(yīng)，并提出各地類碳密度及碳排放系數(shù)的測(cè)算方法。(3)基于低碳目標(biāo)的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化。首先探討了低碳對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的導(dǎo)向作用，一方面體現(xiàn)在對(duì)區(qū)域土地利用的總體碳源控制方面，主要依靠于遏制建設(shè)用地的擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)科學(xué)控制區(qū)域建設(shè)用地的碳排放量。另一方面體現(xiàn)在區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力提升方面，主要依靠增加林地、草地、濕地等碳匯用地的面積來實(shí)現(xiàn)碳捕捉和碳存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)土地凈碳排放量的有效降低。然后闡述

6、了低碳目標(biāo)下土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的原則，包括減排增匯原則，整體性原則，繼承性原則，持續(xù)性原則，動(dòng)態(tài)性原則，因地制宜原則，宏觀、中觀、微觀相結(jié)合原則。接著選擇了線性規(guī)劃模型作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，確定碳積蓄最大和碳排放最小作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，并設(shè)定了約束條件。重點(diǎn)對(duì)不同情景下的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案進(jìn)行了研究，根據(jù)情景分析法，劃分了三類情景，即一般情景、較消極情景、較理想情景。并分析了不同情景下，各地類最可能采用的管理方式（利用強(qiáng)度），進(jìn)而

7、確定了不同情境下土地碳密度及碳排放系數(shù)。(4)以赤峰市為例，重點(diǎn)分析了不同管理方式下各地類的碳排放效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上，測(cè)算了赤峰市不同情景下分類土地碳密度及碳排放系數(shù)，并據(jù)此對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，最后提出赤峰市不同情景下低碳土地利用策略。(5)提出主要研究結(jié)論及實(shí)現(xiàn)低碳土地利用的政策措施。
　　通過論文的理論與實(shí)證研究，得出以下主要結(jié)論:
　　(1)土地利用碳排放的自然干擾因素，包括氣候、土壤理化性質(zhì)、生物因素以及氮沉降因素

8、等，這是土地與自然系統(tǒng)間碳交換的基礎(chǔ)。土地利用變化與碳循環(huán)的關(guān)系表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是土地利用變化與碳排放，二是土地利用變化與碳匯。其中，土地利用變化所引起的碳排放，又可以分為土地利用類型轉(zhuǎn)變的碳排放效應(yīng)，包括林地向耕地的轉(zhuǎn)變，林地向草地的轉(zhuǎn)變，草地向耕地的轉(zhuǎn)變，農(nóng)林牧用地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變以及濕地向其他用地類型的轉(zhuǎn)化和土地管理方式的轉(zhuǎn)變對(duì)碳排放的影響，包括林業(yè)管理策略，農(nóng)業(yè)耕作策略，草牧場(chǎng)使用策略，建設(shè)用地利用策略等土地利用和管理行為;而

9、土地利用變化的碳匯效應(yīng)主要表現(xiàn)在退耕還林還草后林地和草地為主的碳吸收。此外，由于土地利用具有較大復(fù)雜性及空間異質(zhì)性，因此土地利用變化對(duì)碳循環(huán)的影響程度、區(qū)域差異、碳源/匯等問題仍存在較大不確定性。
　　(2)在各類農(nóng)田管理措施中，施肥可以從兩個(gè)方面影響土壤有機(jī)質(zhì)含量及其變化。一是改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，影響土壤微生物的活性，從而影響土壤有機(jī)物的分解;二是增加作物產(chǎn)量，從而提高作物（殘茬和根）還田量。草地不同管理方式（包括草地開墾，過度放

10、牧，草原火災(zāi)等）對(duì)土壤碳庫影響顯著。其中草地開墾會(huì)導(dǎo)致草原土壤裸露，土壤有機(jī)碳隨之分解釋放，損失掉的碳素占土壤中碳素總量的30‰50％;過度放牧?xí)龠M(jìn)草地土壤的呼吸作用，此外動(dòng)物踩踏會(huì)增加土壤容重，導(dǎo)致有機(jī)碳釋放。林業(yè)部門主要通過以下四類管理活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)林地的減排增匯。一是減少森林采伐，植樹造林，保持或增加森林面積;二是優(yōu)化林齡結(jié)構(gòu)，改良林木品種，保持或提高林分水平碳密度（單位面積碳儲(chǔ)量）;三是加強(qiáng)管理，減少森林火災(zāi)、病蟲害，提高或保持景

11、觀水平碳密度;四是以林業(yè)生物質(zhì)燃料替代化石燃料。每類減排增匯活動(dòng)及其成本效益都有其特定的時(shí)間尺度，短期內(nèi)效益最大的無疑是減少或避免碳排放（即降低毀林或退化、林火和森林病蟲害控制等）。不同集約利用水平下建設(shè)用地碳排放效應(yīng)研究尚處于探討階段，不同的研究區(qū)測(cè)算結(jié)果存在一定的差異。以內(nèi)蒙古自治區(qū)為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)兩者間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.99，土地集約利用水平提高1個(gè)百分點(diǎn)，碳排放量就會(huì)增加0.126個(gè)單位?？梢?，簡(jiǎn)單的測(cè)算建設(shè)

12、用地集約利用水平與碳排放之間的關(guān)系可能存在一定的偏差。因?yàn)?，?dāng)前各地所處的發(fā)展階段不同，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張仍然是多數(shù)地區(qū)發(fā)展中存在的問題，而由建設(shè)用地?cái)U(kuò)張帶來的能源消耗的碳排放大大抵消了由于建設(shè)用地集約利用水平提高所帶來的碳減排效應(yīng)。所以在數(shù)據(jù)上仍表現(xiàn)為隨著建設(shè)用地集約利用水平的提高，碳排放量增加。
　　(3)各土地利用類型在不同情境下所采用的管理方式不同，對(duì)于耕地來說，從肥料投入的角度來看，越是追求高的經(jīng)濟(jì)效益，化肥的投入量將越大。對(duì)

13、于草地來說，從放牧強(qiáng)度來看，越是追求高的經(jīng)濟(jì)效益，放牧強(qiáng)度越高。對(duì)于林地來說，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)林地管理的影響不大，多數(shù)情況是影響林地的采伐強(qiáng)度。但隨著我國生態(tài)建設(shè)力度的加大，封山育林、林地保護(hù)區(qū)劃定等一系列措施相繼展開，林地管理手段和措施均處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，受經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響較小。對(duì)于建設(shè)用地來說，從利用強(qiáng)度的角度來看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)建設(shè)用地管理的影響是正向的，即經(jīng)濟(jì)發(fā)展會(huì)促進(jìn)資本及勞動(dòng)力資源的投入，從而提高建設(shè)用地集約利用水平;但同時(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也推

14、動(dòng)了建設(shè)用地的擴(kuò)張。從兩者對(duì)碳排放的影響來分析，后者的影響顯然更為直接，影響也更大。
　　(4)結(jié)合實(shí)證發(fā)現(xiàn)，不同管理方式下各地類碳密度及碳排放系數(shù)存在明顯差異。100cm土體內(nèi)單施化肥、單施有機(jī)肥、化肥有機(jī)肥配施、秸稈還田和不施肥的有機(jī)碳儲(chǔ)量分別為91.3、95.7、104.2、100.6、87.7 t·hm-2?；视袡C(jī)肥配施處理顯著增加了土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量，其次為單施有機(jī)肥、秸稈還田、單施化肥，不施肥效果最差。從不同管理方式對(duì)土

15、壤碳平衡的影響來看，如果考慮全年土壤CO2排放，在化肥有機(jī)肥配施和單施有機(jī)肥樣地中，土壤的碳平衡為正值，土壤每年盈余655.4和100.3 kg C·hm-2，其他處理有機(jī)碳呈虧損狀態(tài)，單施化肥處理由于沒有有機(jī)肥投入，虧缺量最大，為2244.8kg C·hm-2，其次是不施肥數(shù)據(jù)，虧缺量為2070.8 kg C·hm-2，秸稈還田可增加殘茬量，減少土壤CO2排放，土壤有機(jī)碳虧損為1785.7kg C·hm-2。
　　草地不同放牧強(qiáng)

16、度對(duì)土壤有機(jī)碳影響顯著，圍封樣地、輪牧樣地有機(jī)碳含量顯著高于過牧及開墾樣地，特別是在地表20cm以上土層中，差異非常明顯。草地的開墾也確實(shí)顯著降低了土壤有機(jī)碳含量，其對(duì)碳儲(chǔ)量的影響與過度放牧相當(dāng)。從各土層土壤有機(jī)碳的變化幅度來看，表層(0～10cm)土壤有機(jī)碳變化幅度最大，圍封樣地為33.24g·kg-1，開墾樣地僅為21.61g·kg-1，降低了近1/3，這與草地開墾為農(nóng)田后會(huì)損失掉原來土壤中碳素總量的30％～50％的研究結(jié)論相符。<

17、br>　　林地在特定管理方式下經(jīng)計(jì)算得出，森林資源碳匯儲(chǔ)量為2466.04萬噸，林分面積130.01萬公頃，粗略計(jì)算其植被碳密度為18.96 t·hm-2，符合方精云的測(cè)算結(jié)果6.47～118.14 t·hm-2，森林植被（不包括灌木）年固碳量為209.07萬噸，林地土壤年固碳量為61.1萬噸，森林年固碳總量為270.07萬噸，林地面積約171.72萬公頃，計(jì)算出森林年碳匯系數(shù)為1.57 t·hm-2，結(jié)合林地年排放系數(shù)0.007 t·

18、hm-2，得到林地年凈碳排放系數(shù)-1.563 t·hm-2。
　　考察建設(shè)用地集約利用水平與碳排放之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，赤峰市能源消耗的碳排放與建設(shè)用地集約利用水平呈正相關(guān)關(guān)系，建設(shè)用地集約利用水平提高1個(gè)百分點(diǎn)，碳排放量就會(huì)增加0.006個(gè)單位。
　　(5)在分析不同管理方式下各地類碳排放效應(yīng)的基礎(chǔ)上，測(cè)算了赤峰市不同情景下分類土地碳密度及碳排放系數(shù)，并據(jù)此對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，綜合三種情景，比較其碳積蓄量及碳排放量

19、可見，較消極情景下碳積蓄量相對(duì)于其他兩種情景最小，而碳排放量則最大。較理想情景下，土地碳積蓄量最大，碳排放量最小。由此可見，在采用科學(xué)合理土地管理方式基礎(chǔ)上，對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，能夠有效的遏制土地利用的碳排放，增加碳匯。
　　(6)論文最后提出了促進(jìn)低碳土地利用的政策措施。包括間接影響碳循環(huán)的各項(xiàng)土地利用政策，如土地供應(yīng)規(guī)模、地價(jià)杠桿調(diào)節(jié)、土地儲(chǔ)備和土地供應(yīng)方式等。
　　論文最后在結(jié)論中介紹了論文的主要觀點(diǎn)、結(jié)論和可能創(chuàng)