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中国土地利用的碳排放效应研究

赖力  
【摘要】:碳素循环是生物地球化学研究的核心内容之一,含碳化合物在地球表层系统各大圈层中的循环过程,直接影响着人类发展和生物生存之环境的稳定。20世纪70年代以来,由于大气CO2浓度增加导致了明显的温室效应,对全球农牧业、生态系统、水资源、海岸带、社会经济等造成巨大影响,相关报道和研究已经引起国际广泛关注。包括森林砍伐、湿地排水、农牧生产等在内的土地利用行为,已成为除化石能源燃烧排放以外的第二大温室气体排放源,约占人为总排放的1/3。近20a,陆地生态系统碳循环成为国际和国内学界研究的持续热点,相关的理论和应用研究取得丰厚成果。但是,土地不仅是陆地生态系统碳汇的自然载体,更是人类生产生活碳排放的经济社会空间载体,当前研究更多考虑生态覆被变化和土地利用活动的碳排放效应,没有在更广泛层面上统筹考虑土地载体上所有人为源排放;而对于国内,符合中国土地利用及其植被特征、并与现行土地利用分类体系相一致的碳排放清单尚没有形成;相关研究对于提升国家应对气候变化能力的政策指导性,特别是从土地规划的角度去引导低碳型土地利用方式的尝试仍有待突破。 据此,论文在总结国内外对土地利用变化的碳排放机理和效应研究的基础上构建了基于ARC/INFO的1km-Grid碳排放评估模型,分析了1980's以来中国陆地生态系统碳收支的时空格局,在此基础上,结合国家碳排放清单概算,尝试性地将陆地生态系统碳收支和人为源碳排放进行统筹考虑,提出基于土地利用方式的综合碳排放清单。进一步的,对新一轮全国土地利用总体规划纲要的碳排放效果进行了评估和优化,分析了土地管理政策的碳减排潜力,并提出了碳增汇减排的土地管理政策保障体系。研究主要内容如下: 一、对国内外研究进展进行综述,从土地利用/覆被变化的碳排放机理、效应、模型、方法及核算结果等方面进行了系统归纳,并对现有的国内研究基础进行了评述,指出目前研究对于辅助低碳导向土地利用决策的不足。 二、从自然干扰、土地类型转换和土地经营管理等三方面系统归纳了土地利用变化的碳排放响应机理。在此基础上,结合1985年、1995年、2000年和2005年四期Landsat TM影像源和2009年的Modis影像源的土地利用栅格数据,对1980's以来中国土地利用变化格局与陆地生态系统碳蓄积特征进行了描述,分别指出中国六大区域土地利用变化及陆地生态系统碳蓄积变化的趋势。 三、以1km-Grid土地利用栅格数据为基础,配合气候带类型图、植被分布图和土壤类型图等辅助图层,和大量国内陆地生态系统碳循环的研究参数成果,构建了土地利用变化对陆地生态系统碳蓄积影响的综合评估模型,系统评估了1980's以来中国土地利用变化的碳收支效应。整体来看,中国陆地生态系统是明显的碳汇,年均碳汇水平约在140-151TgC的水平;其中植被碳汇在(96.7-107.8TgC yr-1)的水平;土壤碳汇能力约为59TgC;陆地水域碳循环呈现碳排放效果,排放为16.0TgC。从土地利用的角度来看,土地类型保持是陆地生态系统碳汇的主要贡献因子,碳汇能力在[161.7,168.0]TgC·yr-1之间,而土地利用类型变化对陆地生态系统的效果为碳源,取值区间为[-23.2,-13.4]TgC-yr-1。 四、依照《2006IPCC国家温室气体清单指南》的方法,收集了大量中国部门碳排放的特征经验参数,对中国国家及省级层面的人为源碳排放进行了初步评估,包括能源部门、工业过程和产品使用、农林和其他土地利用部门、废弃物处理部门等在内的4大部类,48亚类。结果显示,1985年中国碳净排放的当量为1.69±0.11Pg;到2009年,中国净排放当量达8.45±0.49Pg;近20a来中国人为源碳排放增长远快于陆地生态系统的碳吸纳能力的提升。 五、从用地类型的角度,分析了中国及各省、市、自治区的用地碳排放强度水平,得出中国单位国土面积碳排放强度是世界平均水平的1.38倍,而单位面积建设用地碳排放为全世界2.4倍的结果。据此,基于碳排放产生机理和土地利用分类标准,将陆地生态系统碳收支和人为源碳排放进行整合,尝试性构建了中国土地利用的综合碳排放清单。如此方便决策者从土地利用结构优化的角度来调控人为源排放。进一步的,对中国土地利用的综合碳排放进行了空间分布模拟,结果显示土地利用强度和效益、土地利用格局现状和变化是我国土地利用综合碳排放空间格局形成的的主要驱动因素。 六、对《全国土地利用总体规划纲要(2006-2020)》的土地利用结构目标进行生态系统有机碳蓄积和综合碳减排的效果评估。结果显示,按照《纲要》,到2020年中国陆地生态系统碳蓄积年均可增加171TgC,汇碳效果值得肯定。同时,采用Lingo软件包建立线性规划模型,对规划目标进行优化:有机碳蓄积最大化目标模型显示,未来15年中国土地利用结构优化的碳蓄积潜力仍较大,较规划情景仍有69.0TgCyr-1的蓄积潜力;综合碳减排目标优化模型显示,规划期内通过土地利用结构调整,可减少年均人为源碳排放81.7TgCyr-1。进一步的,对未来中国的综合碳排放进行展望,结果显示,土地利用的生态杠杆效应和经济杠杆效应对中国净碳排放的影响均较为显著;土地利用结构优化的减排潜力约为常规低碳政策的1/3,为达成中国承诺的到2020年单位GDP减排40-45%目标,两类政策应并举,缺一不可。 七、论文对各类土地利用政策的碳减排潜力进行估算和比较,结果显示土地利用结构优化的碳减排潜力最大;而造林、农地管理和建设用地规模控制的碳减排潜力也不容忽视。并据此从碳减排和碳增汇两个角度提出了低碳导向的土地利用政策配套体系。 八、结论和讨论。介绍了论文的主要观点、结论和可能创新点、存在的不足之处以及对相关研究进行了展望。


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