雙碳背景下昆明市土地利用變化碳效應(yīng)分析及低碳策略研究

柳陽　何鋒

摘要 基于碳達(dá)峰、碳中和背景對碳效應(yīng)的要求，建設(shè)低碳城市已成為當(dāng)今的熱門話題。本文基于GIS和RS軟件，利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和碳效應(yīng)測算模型，分析了昆明市2010—2018年土地利用結(jié)構(gòu)變化和碳效應(yīng)情況。研究結(jié)果表明，2010—2018年，昆明的土地利用/覆被結(jié)構(gòu)變化呈現(xiàn)“三增三減”的特征，即城鄉(xiāng)建設(shè)用地、水域、未利用土地總量增長，耕地、林地、草地面積總量下降；昆明城鎮(zhèn)化步伐加速發(fā)展，城鄉(xiāng)建設(shè)用地?cái)D占耕地、林地和草地的現(xiàn)象越來越明顯；土地利用類型的變化直觀地反映了研究區(qū)的碳效應(yīng)，昆明市近8年來的土地利用/覆地變化所產(chǎn)生碳排放總量較碳匯總量多約152.82 萬t。由此，基于研究結(jié)果從碳減排和碳增匯2個(gè)角度出發(fā)，探究了昆明市土地利用低碳機(jī)制。

關(guān)鍵詞 碳達(dá)峰；碳中和；碳排放；土地利用；低碳策略

中圖分類號(hào) F301? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào) A

文章編號(hào) 1007-7731（2023）10-0178-05

人類活動(dòng)碳排放量總額的1/3是由土地利用變化產(chǎn)生的[1]。在過去的50年里，我國土地利用變化引起的碳排放已達(dá)到106 億t，約占全球因土地利用變化引起的全部碳排放的12%[2]。2020年9月，中國在聯(lián)合國大會(huì)上宣布了力爭在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要在社會(huì)經(jīng)濟(jì)、能源、科學(xué)和技術(shù)等各方面進(jìn)行重大變革，這勢必會(huì)對城市發(fā)展模式提出挑戰(zhàn)。因此，尋求低碳發(fā)展模式至關(guān)重要。

迄今為止，國內(nèi)外學(xué)者已對土地利用的碳排放進(jìn)行了大量的研究，主要涉及土地利用變化與碳排放體系的關(guān)系、碳排放量化核算方法、碳排放影響和驅(qū)動(dòng)因素的分析等[3，4]。自“碳排放”“碳中和”目標(biāo)被提出以來，國內(nèi)外諸多學(xué)者致力于土地利用碳排放影響因素以及碳減排方面的研究，例如，Rong 等[5]通過研究量化了土地利用碳排放，構(gòu)建了土地利用碳排放網(wǎng)格，并模擬了2000—2018年中國不同情景下的未來土地利用模式；趙慧等[6]利用IPCC碳排放系數(shù)法來計(jì)算研究區(qū)的碳源和碳匯，并用碳足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字3個(gè)方面來表示研究區(qū)的碳排放效應(yīng)；Sebastian等[7]將動(dòng)態(tài)全球植被模型（DGVM）應(yīng)用于一個(gè)概率框架和基準(zhǔn)系統(tǒng)，通過觀測來約束不確定的模型參數(shù)，并量化土地利用和土地覆蓋變化（LUCC）的碳排放；魏媛等[8]采用多學(xué)科方法調(diào)查和預(yù)測研究區(qū)域內(nèi)土地利用碳排放的演變規(guī)律，并探索實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的具體實(shí)施路徑。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者對土地利用碳排放的測量、影響碳排放的因素和低碳優(yōu)化進(jìn)行了廣泛而深入的探討，研究所取得的成果對解決以全球變暖為主的環(huán)境問題具有重要的參考意義。本文基于GIS和RS軟件，利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和碳效應(yīng)測算模型，分析了昆明市2010—2018年土地利用結(jié)構(gòu)變化和碳效應(yīng)情況。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

昆明位于中國西南部，云貴高原中部，其在東部連接沿海與黔桂，北經(jīng)川渝進(jìn)入中原，南由越南、老撾到達(dá)泰國、柬埔寨，西由緬甸連接印度、巴基斯坦。有得天獨(dú)厚的位置優(yōu)勢?？偯娣e21 012.54 km2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)包括昆明市2010和2018年2期的土地覆被、昆明市統(tǒng)計(jì)年鑒和昆明縣級行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)；土地利用數(shù)據(jù)來自全球公共地理信息平臺(tái)Globe-Land 30；能源數(shù)據(jù)主要來自昆明市統(tǒng)計(jì)局。

2 研究方法

2.1 土地利用變化

2.1.1 土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)。土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)用于計(jì)算各類型土地利用變化值，也可用于估計(jì)土地利用隨時(shí)間變化的趨勢[9]。計(jì)算公式如下：

2.1.2 土地利用變化重要性指數(shù)。土地利用變化重要性指數(shù)用于選擇研究區(qū)域內(nèi)土地利用變化的主導(dǎo)類型。該指數(shù)的數(shù)值越高，意味著相應(yīng)的土地利用類型越占優(yōu)勢[10]。計(jì)算公式如下：

2.1.3 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。昆明市土地利用/覆蓋類型隨時(shí)間變化方向通過建立一個(gè)二維矩陣來進(jìn)行分析。具體步驟：利用ArcGIS 10.2軟件對2個(gè)時(shí)間段（2010、2018年）的土地利用類型數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉分析，然后使用Excel軟件創(chuàng)建透視表，生成昆明市2010—2018年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。

2.2 碳效應(yīng)測算模型

結(jié)合以往對碳影響測量模型的研究[11]的基礎(chǔ)上，建立了碳影響測量模型，對昆明市2010—2018年期間因土地利用/覆被變化引起的碳效應(yīng)變化進(jìn)行量化。昆明市碳效應(yīng)測算模型的計(jì)算公式如下：

根據(jù)方精云等[12]的研究結(jié)果，本文將林地、草地、水域歸為碳匯，并將耕地、建設(shè)用地歸為碳源，其中主要碳源是建設(shè)用地。耕地、林地、草地、水域等碳源（碳匯）系數(shù)借鑒方精云等研究。另外，由于建設(shè)用地上的碳排放主要來源于人類基于其上的活動(dòng)以及化石燃料燃燒排放的溫室氣體，因此本研究采取間接估算法[13]，以第二、三生產(chǎn)總值和單位GDP能耗間接計(jì)算昆明市2010、2018年建設(shè)用地碳排放量。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用/覆被變化分析

2010、2018年，利用ArcGIS對昆明市各類型土地利用分類結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并對昆明2010—2018年的土地利用/覆被變化進(jìn)行分析。

3.1.1 變化幅度分析。2010—2018年昆明市土地利用類型變化如表2所示，由表2可知，8年間，土地利用/覆被的總體趨勢是耕地、林地和草地面積減少，水域、建設(shè)用地和未利用地面積增加，總體趨勢呈現(xiàn)“三增三減”。與2010年相比，2018年昆明市耕地面積凈減少190.44 hm2，林地減少112.01 hm2，草地減少289.72 hm2，水域面積增加9.76 hm2，建設(shè)用地增加585.01 hm2，未利用地增加2.20 hm2。根據(jù)各種土地利用指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，土地利用動(dòng)態(tài)指數(shù)最高的是建設(shè)用地，為13.58%，并且其土地利用變化重要性指數(shù)也是最高的，達(dá)到49.20%。這說明建設(shè)用地類型是昆明市2010—2018年間土地利用變化中最重要的土地利用類型，其次是草地、耕地和林地。水域面積的增加主要得益于2017年昆明市政府帶頭實(shí)施的“滇池保護(hù)治理公益訴訟專項(xiàng)活動(dòng)”[15]取得卓越成效，從而使得滇池水域面積較前增加。未利用地變化不明顯。

3.1.2 變化方向和強(qiáng)度分析。為進(jìn)一步明確2010—2018年昆明市土地利用類型的轉(zhuǎn)變方向，本文利用ArcGIS 10.2和EXCLE數(shù)據(jù)透視表分析制作了8年間研究區(qū)的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，如表3所示。由表3可知：2010—2018年間，耕地→林地，耕地→草地，林地→耕地，林地→草地，草地→耕地，草地→林地為最主要的轉(zhuǎn)換類型，即昆明市最主要的土地轉(zhuǎn)出者為耕地、林地和草地，同時(shí)它們也是最主要的土地接收者，但從總體來看，3種土地類型實(shí)際面積較2010年都有所減少，意味著即使三者互相轉(zhuǎn)換，但轉(zhuǎn)換結(jié)果并沒有使土地面積增加，相反地，它們被建設(shè)用地占用的部分使得建設(shè)用地的面積增加。這表明，近年來昆明市經(jīng)濟(jì)的迅速增長，城市居民對土地資源的要求在飛速發(fā)展中，但是耕地、林地、草地的面積卻明顯呈現(xiàn)下降趨勢。為了追求昆明經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)綠色建筑、保護(hù)農(nóng)業(yè)用地、研究低碳土地利用、實(shí)現(xiàn)低碳城市發(fā)展目標(biāo)將成為昆明可持續(xù)發(fā)展的首要任務(wù)[16]。

3.2 土地利用變化的碳效應(yīng)分析

通過應(yīng)用碳效應(yīng)測算模型，結(jié)合研究區(qū)一定年限內(nèi)的相關(guān)土地利用數(shù)據(jù)[17]，本文估算了2010—2018年昆明市九大土地利用類型轉(zhuǎn)換引起的區(qū)域碳效應(yīng)變化，其結(jié)果見表4。

由表4可知，2010—2018年昆明市土地利用/覆被變化產(chǎn)生的碳源增量遠(yuǎn)超過碳匯增量，達(dá)到152.82 萬t。這一時(shí)期的主要碳排放源主要來自建筑用地對耕地、林地和草地的占用，這3種土地利用類型變化占總碳排放量的99%。因此，林地和草地是該地區(qū)的主要碳匯，它們帶來的生態(tài)效益非常顯著。另外，城鎮(zhèn)化的加快意味著建設(shè)用地急速占用耕地、林地以及草地，如何協(xié)調(diào)好這4類土地類型將是昆明市低碳工作的重中之重。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

2010—2018年，昆明市土地利用/覆蓋變化明顯，呈現(xiàn)出“三增三減”的特征，即耕地面積、林地面積、草地面積減少，建設(shè)用地面積、水域面積、未利用地面積增加；與2010年相比，2018年建設(shè)用地面積增加了585.01 hm2，并且建設(shè)用地的土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)和土地利用變化重要性指數(shù)最高。因此，在這8年期間，建設(shè)用地是土地利用變化的主要類型。與2010年相比，2018年草地面積減少最明顯，減少了289.72 hm2；這8年里，不同土地類型的轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)出復(fù)雜而多向的特點(diǎn)，大致可分為9種轉(zhuǎn)變類型。耕地、林地和草地是土地轉(zhuǎn)出的主要領(lǐng)域，也是主要受益者，但土地轉(zhuǎn)型過程中并沒有增加這3類土地的面積，而是增加了建設(shè)用地的面積，因?yàn)檫@3類土地被建設(shè)用地占用；土地利用格局的變化直接影響著區(qū)域碳效應(yīng)。2010—2018年昆明市土地利用/覆被變化所帶來的碳排放量比碳吸收量多152.82 萬t，分別為152.82 萬t和15.13 萬t。

由此可知，林地和草地是研究區(qū)主要碳匯來源，因此退耕還林還草是昆明市進(jìn)行低碳工作的必由之路。另外，城鎮(zhèn)化的加快意味著建設(shè)用地急速占用耕地、林地以及草地，如何協(xié)調(diào)好這4類土地類型以及合理規(guī)劃建設(shè)用地的擴(kuò)張，也成為昆明市低碳工作的重中之重。

4.2 建議

根據(jù)研究結(jié)果和研究地區(qū)的實(shí)際情況以及雙碳背景對昆明市的新要求，下文從減少碳排放和增加碳吸收2個(gè)方面提出了碳管理建議。

（1）從碳減排的角度來看，昆明的土地利用結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化。建設(shè)用地是主要碳源，要合理控制建設(shè)用地的增加規(guī)模。在未來的城市建設(shè)中，昆明應(yīng)嚴(yán)格限制建設(shè)用地的過度擴(kuò)張，注重土地的集約節(jié)約利用，避免重復(fù)性的低層建筑造成的碳排放；對高碳排放的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行再利用和升級，大力發(fā)展綠色新能源，逐步減少使用傳統(tǒng)化石能源；加強(qiáng)農(nóng)用地管理，減少農(nóng)業(yè)的碳排放。

（2）從碳增匯的角度來看，要繼續(xù)落實(shí)“退耕還林還草”政策，增加昆明市森林面積，減少對森林和草原生態(tài)系統(tǒng)的人為破壞，完善環(huán)境保護(hù)，提高區(qū)域碳匯水平。

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（責(zé)編：張宏民）