苏南地区耕地变化碳排放核算与预测研究

【摘要】：由碳排放引起的全球气候与生态环境问题,给人类的生活带来了严重的影响。耕地是重要的碳排放来源之一,因此研究耕地的碳排放对于实现碳减排目标具有重要意义。苏南地区是江苏省最发达的地区,具有我国典型发达城市带的特征,耕地利用变化较为剧烈,有必要对其耕地利用碳排放进行深入研究。本文以江苏省苏南地区(包括南京、苏州、无锡、常州、镇江)为研究区域,选取1990、1995、2000、2005、2010以及2015年六个时间点五个时间段的土地利用数据,采用土地利用转移矩阵获取五个时间段的耕地变化面积;构建适用于该地区使用的簿记模型,对区域内耕地变化的碳排放数量进行系统核算;然后根据1990-2015年苏南地区耕地变化碳排放核算结果,采用灰色GM(1,1)和BP神经网络模型对该区域2020-2025年碳排放数量进行预测;最后从耕地利用的角度提出碳减排的对策与建议。结果表明:(1)苏南地区耕地变化中,建设用地是耕地转入的主要来源,也是耕地转出的主要方向,水域与耕地之间的转换面积次之,草地与耕地转换面积最少。1990-2000时段耕地面积变化平稳且数量较少,2000-2010时段耕地面积变化快速增加,2010-2015时段变化又趋于平缓。(2)研究时段内苏南地区耕地转出土壤碳排放耕地转入土壤碳排放耕地转出植被碳排放耕地转入植被碳排放,耕地转出土壤碳排放占耕地变化总碳排放的97.97%,是耕地变化碳排放的主要来源,耕地转入植被碳仅占0.04%。(3)在耕地转出碳排放方面,1990-2015年间苏南地区由于耕地转出产生净碳排放2909.80万吨。其中1990-2000时段耕地转出净碳排放数量较少,2000-2010时段净碳排放数量快速增加,年均增长率达到6.09%,2010-2015时段净碳排放量缓慢增加,年均增长率为1.78%。苏州市耕地转出净碳排放数量最大,达到1076.13万吨,南京市次之,镇江市耕地转出净碳排放数量最少。(4)在耕地转入碳排放方面,由于研究区耕地转入的主要来源是建设用地和水域,因此耕地转入净碳排放为负值,表现为碳吸收的作用。研究时段内耕地转入净碳吸收47.98万吨,南京市耕地转入净碳吸收量最大,为22.28万吨,苏州市次之,镇江市耕地转出净碳吸收量最小。(5)在苏南地区耕地变化碳排放的预测中,BP神经网络模型预测的平均绝对误差(MAE)、误差均方根(RMSE)以及平均相对误差(MRE)值均低于灰色GM(1,1)模型,其拟合效果优于灰色GM(1,1)模型,最终选择BP神经网络模型对苏南地区未来耕地变化碳排放进行预测。(6)BP神经网络模型预测结果显示2020-2025年苏南地区耕地变化碳排放数量呈现出逐年增加的趋势,应采取有效措施减少由于耕地变化所产生的碳排放数量。本研究实现了苏南地区耕地利用碳排放的核算及预测,研究结果可为苏南地区实施碳减排提供数据支撑,也丰富了我国不同类型区耕地利用碳排放的核算与预测研究,并可以为其他区域耕地变化碳排放的研究提供参考和借鉴。