土地利用变化碳排放效应研究

【摘要】：气候变化,特别是全球气候变暖是当今人类面临的严峻挑战,是国际社会公认的全球性环境问题。化石能源燃烧和土地利用变化等人类活动造成的温室气体排放增加是引起气候变暖的主要原因。土地作为人类活动的承载体,能源消耗、产业布局、经济建设等人类活动都与土地利用密切相关,并由土地利用类型转换、土地利用结构调整等引起或体现。在发展低碳经济背景下,研究如何通过转换土地利用类型、调整土地利用结构和创新土地利用技术来实现节能减排是有重要意义的。 目前,有关能源消费碳排放的研究主要集中在碳排放与经济增长关系、碳排放影响因素、碳排放动态变化等方面。有关土地利用变化与碳排放相结合的研究主要集中在两个方面：一个方面是采用相关模型分析、预测耕地、林地、草地、建设用地等土地利用类型转换对碳排放的影响；另一个方面是通过长期定位观测试验测定不同土地利用管理方式对碳排放的影响。已有研究大都集中于土地利用变化碳排放研究的某一个方面,缺少一个系统的分析框架探讨不同层面的土地利用变化对碳排放的影响。 本研究将在已有研究基础上,深入系统分析土地利用变化对碳排放的影响,为降低土地利用碳排放强度,并为面向低碳经济的土地利用类型转换、结构调整和技术推广提供参考。本文采用“理论分析框架—实证分析检验—结论与政策建议”的逻辑步骤进行分析,首先构建宏观、中观、微观三个层面的理论分析框架,即土地利用类型转换、土地利用结构调整和土地利用技术变化对碳排放的影响；然后运用相关模型进行了实证分析；最后总结研究结论,提出相应政策建议。 宏观层面从能源消费角度分析土地非农化对碳排放的影响。首先分析了土地非农化碳排放量、碳强度和碳足迹的时空变化特征；然后利用协整理论检验了土地碳排放与经济增长之间的关系；并采用对数均值指数分解法分析经济增长的规模效应(土地产出效应、土地规模效应)、结构效应(产业结构效应、能源结构效应)与技术效应(能源强度效应)对碳排放的贡献。研究结果表明：(1)从碳排放总量来看,2002-2008年我国土地利用碳排放总量增加了0.5 Gt,其中居民点及工矿用地碳排放量占排放总量的85.36%；交通用地碳排放量增长速度最快,年均增长速度13.09%。从碳强度来看,土地非农化导致土地利用碳强度总体呈增加趋势,其中交通用地碳强度最高,平均值达到37.51t/hm2。从终端化石能源消耗角度考虑,土地非农化碳排放并未造成生态赤字,但是生态盈余数量在不断减小,我国面临的生态环境压力不断增强。不同省份各地类的碳排放总量、碳强度差异较大,但是总体上呈现由东部沿海地区向西部逐渐减少的趋势；从碳足迹来看,我国东部地区生态赤字较大,而西部地区则出现生态盈余。(2)土地利用碳排放与经济增长之间存在长期协整关系,但是短期内仅存在土地碳排放是经济增长的Granger原因,反之则不成立,即两变量之间仅存在单向因果关系；结构效应中的能源结构效应与规模效应(土地产出效应、土地规模效应)的累积效应对碳排放呈正效应,而技术效应(能源强度效应)与结构效应中的产业结构累积效应对其呈负效应；不同效应累积贡献率绝对值由大到小依次为土地产出效应能源强度效应产业结构效应能源结构效应土地规模效应。不同地类碳排放主要影响效应类型是不同的,其中能源强度累积效应是农用地碳排放的主要贡献效应类型,土地产出累积效应是居民点工矿用地和交通用地碳排放的主要贡献效应类型。不同效应类型对不同地类碳排放作用方向也并不完全一致,其中能源结构效应对交通用地呈负效应,对农用地和居民点用地作用方向呈波动变化；土地规模效应对农用地呈负效应,对居民点和交通用地呈正效应,能源强度效应与土地产出效应对不同地类分别呈负效应和正效应。 中观层面主要分析土地利用结构调整对碳排放的影响,即建设用地产业结构调整对建设用地碳强度影响和农用地种植业结构调整对农田系统碳净吸收影响。首先通过继续采用对数均值指数分解法分析产业结构调整对实施不同产业发展战略的典型省份—北京、湖北和贵州建设用地碳强度变化的贡献；接着采用碳吸收/排放估算模型、重心移动模型和C-D生产函数分析了种植业结构调整对我国农田系统碳净吸收时空变化的影响。研究结果表明：(1)产业结构效应对北京、湖北建设用地碳强度变化呈负效应,对贵州则呈正效应；对于北京这类实施产业转移战略,并且产业结构较优化的地区,产业结构调整效应对降低建设用地碳强度的贡献小于第二产业碳强度；对于湖北省这类产业结构优化速度缓慢,承接产业转移的地区,其产业结构调整对降低建设用地碳强度的贡献不足以抵消第二产业造成的碳强度的增加；对于贵州省这类承接产业转移,产业结构调整处于波动状态的地区,产业结构调整对其建设用地碳强度贡献小于产业强度,但是不可忽略。(2)我国农田系统碳净吸收呈波动增加趋势,其中以粮食作物净吸收所占比重为主；东南区与蒙新区是农田系统碳净吸收比重下降和增加速度最快的地区,而西南区已逐渐成为我国农田系统碳净吸收的主要贡献区；碳净吸收重心偏离我国几何中心,总体呈向西北方向移动的趋势。种植结构调整对碳净吸收影响较大,并且对不同区域碳净吸收作用方向与贡献率不同,对除东北区和长江中下游区以外其他六区域的碳净吸收影响较显著。虽然粮食作物播种面积所占比重不断下降对农田系统碳净吸收产生了较显著的负效应,但是目前在我国大多数区域,其对碳净吸收的负效应还不足以抵消常规投入(如化肥)对其产生的正效应。 微观层面主要分析农业生产技术引致的土地利用变化对碳排放的影响。以太湖流域水稻生产为例,借助产业生态学评价方法—生命周期评价方法,评价不同施肥技术(常规施肥技术和测土配方施肥技术)下水稻生产生命周期温室气体排放对环境产生的影响。研究结果表明：与常规施肥技术相比,测土配方施肥技术能够使单位面积养分投入量减少40.38 kg/hm2,从而生产1t水稻能够使能源消耗减少227.74 MJ,全球变暖潜力减少40.48 kg CO2-eq;氮素投入的减少,同时使环境酸化潜力减少3.76 kg SO2-eq,富营养化潜力减少0.71 kg PO43-eq。采用测土配方施肥技术能够使水稻生产过程中产生的温室效应指数减小6.32%。虽然降低幅度不大,但是该技术对减缓温室效应发挥了一定的作用,能够促进农业生产的节能减排。 基于以上研究结论,我们可以得到以下三点政策启示：(1)合理控制土地非农化数量,有效提高能源利用效率。在不影响经济增长的前提下,通过提高技术效应和优化结构效应,一定程度上可以减缓碳排放量的大量增加。通过改革能源价格,将环境成本和资源稀缺成本内部化；通过建立透明的价格形成机制,引导能源的合理消费,并且提高能源利用效率。(2)优化土地利用结构,减少碳源,增加碳汇。在实施“退二进三”发展战略过程中,不同地区承担角色的不同决定了不同地区的侧重点不同。产业转移区应侧重降低产业碳强度,特别是第二产业碳强度；产业承接区应侧重提高产业准入门槛,并淘汰落后的高耗能、高污染、高排放产业,一定程度上提高产业的清洁生产。在不影响粮食安全的前提下,通过加大经济作物的种植比重,提高农业产出,从农田系统碳吸收的角度考虑一定程度上是可行的；在耕地资源较稀缺的农业生产区域,可以通过提高农业生产技术和管理水平提高作物碳吸收量,如实行农林复合种植模式,实行少免耕耕作方式等。(3)提高土地利用技术,减缓温室效应。环境友好型农业生产新技术有利于实现农业节能减排,因此可以一方面从行政管理入手,制定农业减排目标,建立农业减排评价体系,逐步推进农业节能减排的发展；另一方面,从政策引导入手,通过制定相关经济政策,形成农业减排的激励机制,促进农业减排的快速发展；第三,政府对农业生产土地利用新技术的支持力度应该不断加大,用以扩展农业减排的空间。

【关键词】：土地利用变化 碳排放 土地利用类型转换 土地利用结构调整 土地利用技术变化
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X502;F301.2
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