长江中下游典型区域土地利用...风险——以江西省九江市为例_刘春英.pdf

第 卷第期 年月水土保持通报 ，收稿日期：修回日期：资助项目：江西省教育厅科技项目“基于地统计学的鄱阳湖区农田土壤重金属生态风险研究”（）第一作者：刘春英（），女（汉族），江西省南康市人，博士，副教授，主要从事土地利用与生态环境评价研究。：。长江中下游典型区域土地利用碳排放风险 以江西省九江市为例刘春英，檀斯园，王骏博，刘 莉（江西财经大学 旅游与城市管理学院，江西 南昌 ；赣州市住房公积金管理中心，江西 赣州 ）摘要：目的定量测算江西省九江市土地利用碳排放，揭示其时空演变特征，并估算土地利用碳排放风险，为九江市构建绿色低碳土地利用方式提供科学参考。方法采用土地利用碳排放系数法测度 年九江市土地利用碳排放和时空变化规律，并从网格化的视角，利用碳排放风险指数识别各县区碳排放风险，基于对数平均迪式指数（）模型，分析土地利用碳排放的影响因素。结果 年九江市土地利用净碳排放量呈递增趋势，年均增幅为 ，建设用地是主要碳源，占碳排放量的 以上，林地是主要碳汇。九江市净碳排放量呈现“东北高，西南低”的空间分布特征，森林覆盖率好的武宁县、修水县一直处于碳汇功能，濂溪区、浔阳区、湖口县、瑞昌市的碳排放量占九江市净碳排放量的 以上。九江市土地利用碳排放风险整体偏低，并呈现“东北高，西南低”的分布特征，长江沿岸县区濂溪区、浔阳区和柴桑区处于高度碳排放风险区。经济发展水平是碳排放增加的主要因素，能源消费强度则是抑制碳排放的关键因素。结论 年九江市土地利用碳排放大幅增加，应控制新增碳源用地，优化土地利用结构，并积极探索低碳绿色能源利用体系，着力推进长江经济带绿色低碳发展的“九江模式”建设。关键词：土地利用；碳排放；影响因素；模型；碳排放风险；江西省九江市文献标识码：文章编号：（）中图分类号：，文献参数：刘春英，檀斯园，王骏博，等长江中下游典型区域土地利用碳排放风险水土保持通报，（）：；，（）：，（.，；.，）：，（），“”，“”，“”：；（）；近年来，温室效应引发的气候变暖严重威胁地区自然生态和人类生存环境，如何有效减少碳排放量，发展绿色低碳经济，成为世界各国关注的焦点。党的十九大报告明确提出，建立健全绿色低碳循环发展的现代化经济体系，努力形成人与自然和谐共生的新发展格局。并在 年月 日的第七十五届联合国大会上提出“双碳”目标。大量研究表明，土地利用变化带来的碳排放量仅次于化石燃料燃烧产生的碳排放量。近 来，中国处于新型城镇化与工业化快速发展阶段，城镇化的快速发展将导致土地利用土地覆被产生显著变化。因此，研究土地利用变化碳排放，对指导区域实现“双碳”目标、发展绿色低碳经济和改善生态环境具有重要意义。目前国内外学者对土地利用碳排放的研究主要集中在土地利用碳排放的测算及空间变化特征、土地利用碳排放的机理研究、碳排放效率、碳排放与经济增长的关系 等方面。在研究尺度上，研究者多从省域，、市域等 较大尺度上展开研究，不同区域土地利用变化及经济发展水平的差异，导致碳排放效应也不同。在影响因素研究方面大多采用 模型 、模型 、恒等式和灰色关联模型等 方法。方法将碳排放量的影响因素进行乘积分解，通过权重来测算因素的重要程度，被广泛应用。如范建双等 从全要素的视角研究了土地利用碳排放效率。综上所述，土地利用碳排放研究已逐渐成熟，但忽略了区域内差异及城市功能群格局对土地利用变化碳排放强度变化的影响，以县域作为研究单元分析某一区域土地利用碳排放的研究较为缺乏。另外，土地利用碳排放的空间变化特征主要以行政区划为评价单元，不能够充分揭示碳排放的空间分布特征，对于国土空间分区规划和土地低碳利用模式的构建起不到实际指导意义。九江市位于江西省最北部，地处长江、鄱阳湖、京九铁路三大经济开发带交叉点，滨江傍湖，长江过境长度 ，是长江经济带中重要节点城市，也是东部沿海开发向中西部推进的过渡地带，被定位为江西省区域合作创新示范区。对维护长江、鄱阳湖区经济稳定发展，守住长江中下游生态屏障，保护鄱阳湖“一湖清水”具有重要作用。继 年月“十四五”长江经济带发展实施方案 提出生态环保、绿色低碳等重大任务之后。九江市也于 年月正式发布 九江市绿色低碳发展行动计划，提出到 年，努力把九江打造成长江经济带绿色低碳发展示范城市，形成可复制、可推广的绿色低碳发展“九江模式”。因此，本文基于县域尺度，以江西省九江市为研究区，通过测算 年土地利用下的碳排放量，分析碳排放变化规律以及区域内的差异，利用 模型解析空间差异的影响因素，并从网格化的视角研究土地利用碳排放风险，以期为九江市区域内差异化制定碳减排政策、构建低碳土地利用模式和生态文明建设提供理论依据。研究区概况及数据来源研究区概况九江市地处江西省北部，东经 ，北纬 ，东西 ，南北 ，是长江经济带的重要节点城市，也是中国东部沿海地区经济社会发展向中西部推进的重要过渡地区。全市下辖县（修水、武宁、永修、德安、都昌、湖口、彭泽），区（浔阳、濂溪、柴桑），个省辖县级市（瑞昌、共青城、庐山），年末，全市年末常住人口数为 水土保持通报第 卷 人，城镇化率为 ，生产总值为 元，能源消费总量 标准煤，居于全省第二。规模以上工业能源消费量由 年的 标准煤上升到 年的 标准煤，分别占能源消费总量的 和 ，居于全省首位。九江市是江西省高能耗、重化工的老工业基地，作为长江经济带的重要节点城市，承载着东部发达地区向内地的产业转移，能源消费总量不断增加，建设用地的需求更为突出。数据来源九江市 ，年期土地利用栅格数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心（：）开发的土地覆被分类数据集，空间分辨率为。社会经济数据来源于 ，年 江 西 省 统 计 年鉴，年 九江统计年鉴及相应年份的九江市国民经济与社会发展统计公报。研究方法土地利用碳排放测算土地利用碳排放的测算：采用不同地类面积乘于其碳排放系数，得出农用地及建设用地的碳排放量之和。农用地土地利用碳排放量主要包括耕地、林地、草地、水域、未利用地等。碳排放计算公式 为：（）式中：表示第种土地利用类型的碳排放（）；代表第种土地利用类型的面积（）；代表第种土地利用类型的碳排放系数（）。其中，分别表示耕地、林地、草地、水域和未利用地，考虑到这些利用方式的碳排放在较长的时期内变化不大，因此采用赖力等研究的碳排放系数，林地、草地、水域和未利用地的碳排放系数依次为 ，。建筑用地为主要碳源，其碳排放量效应主要通过间接测算其所承担的由人类行为产生的碳排放量。在相关研究成果的基础上，本 文 重 点考虑 建设用地上的能源消费和人类产生的碳排放。计算公式为：（）（）（）式中：为建设用地碳排放量（）；为第种能源消耗量（）；为第种能源标准煤折算系数（）；为第种能源的碳排放系数。各能源类型碳排放系数参考 中国能源统计年鉴 和 年 国家温室气体清单指南（表）。为年末常住人口数，为每人每年呼吸的碳排放量，为每人 。净碳排放量是土地利用直接和间接碳排放量汇总后的净碳排放量，计算公式为：（）式中：为土地利用净碳排放量（）；表示耕地碳排放和林地、草地、水域、未利用地的碳吸收量总和（）；为建设用地碳排放量（）。表各类能源标准煤换算系数和碳排放系数 能源类型折标准煤系数碳排放系数原 煤 焦 炭 原 油 汽 油 煤 油 柴 油 燃料油 天然气 注：数据来自 中国能源统计年鉴；数据来自 年 国家温室气体清单指南。碳排放风险指数计算土地碳排放风险指数大小由评价单元内的各土地利用类型面积和其碳排放系数共同决定，碳排放风险指数越大说明单位区域内碳排放量越大，反之则越小 。计算公式为：（）式中：为土地碳排放风险指数；为第种土地利用类型的面积（）；为区域土地利用总面积（）；为第种土地利用类型的碳排放系数。建设用地的碳排放系数根据研究区建设用地碳排放量与建设用地面积的比值确定。影响因素分解模型以往对土地利用碳排放影响因素的研究主要侧重于能源方面，本文综合考虑了与土地利用碳排放相关的能源、经济、土地和人口等方面因素，从能源碳排放强度、能源消费强度、经济发展水平、土地利用效率和建设用地规模等个方面建立了九江市土地利用碳排放影响因素指标。采用对数均值迪氏指数分解法（）分析九江市土地利用碳排放的影响因素。分解模型如下：（）第期刘春英等：长江中下游典型区域土地利用碳排放风险式中：为土地利用净碳排放量（）；为能源消费总 量（标 准 煤）；为 地 区 生 产 总 值（元）；为常住人口数（人）；为建设用地面积（）。其中，设：；（）则土地利用净碳排放量可表示为以上各个因素的乘积，计算公式为：（）式中：为单位能源消费的碳排放量，表示能源碳排放强度；为单位 的能源消耗量，表示能源消费强度；为人均 ，表示经济发展水平；为单位建设用地上的人口数量，表示土地利用效率；为建设用地面积，表示建设用地规模。本文将研究期初期的净碳排放量设为，第期净碳排放量设为。则九江市土地利用净碳排放量的变化效应如公式（）所示。（）式中：，分别代表所选影响因素的贡献值（，），其表达式分别如公式（）所示。；（）为进一步掌握各影响因素对九江市土地利用碳排放变动的贡献程度，各因素的贡献率计算过程如公式（）所示。；（）结果与分析九江市土地利用碳排放时空特征分析根据九江市 年能源消耗量及土地利用数据，计算得出各类型土地利用碳排放量（图，表）。间九江市碳源、碳汇及净碳排放量皆呈上升趋势。净碳排放量从 增至 ，年均增长率为 。在碳源方面，间累计增加 ，年均增长率为 。建设用地是九江市最主要碳源，从 年的 增加到 年的 ，占碳源总量的 以上，而且呈递增的趋势。相反，耕地的碳源占比不到，而且逐渐 下 降，从 年 的 下 降 到 年的 。在碳汇方面，间累计增加了 ，年均增长率为，林地是主要碳汇，占碳吸收量的 以上，承担最主要的碳吸收作用。秦岩等 的研究也得出相似的结论。水域的碳吸收量介于 之间，并呈上升的趋势，草地和未利用地的碳吸收量不足。而且林地、草地和未利用地的碳吸收量均呈下降的趋势，下降幅度分别为，。图九江市 年土地利用净碳排放量变化 表九江市 年土地利用碳排放占比 年 份碳 源耕 地建设用地碳 汇森 林草 地水 域未利用地 为了更加直观地对比区域间碳排放差异，利用自然断点法将九江市各县区的净碳排放量划分为个等级（图）：微度排放区（），低度排放区（），中度排放区（），高度排放区（），重度排放区（）。由图可知，九江市土地利用碳排放量总体呈现“东北高西南低”的分布特征，县区间土地利用净碳排放量变化显著。除武宁、水土保持通报第 卷都昌、德安、永修县和庐山、共青城市属于低度排放区外，其余县区均处于波动增长状态。武宁县由于森林覆盖率高达 ，一直起到碳汇的作用。瑞昌市和湖口县的碳排放量在研究区内大幅度增长，从低度碳排放区上升为高、重度碳排放区；而柴桑区和彭泽县碳排放量也呈上升趋势，但上升幅度相对较小，从低度排放区上升为中度排放区。在 年，除了浔阳、濂溪区经济相对较好，碳排放量占九江市净碳排放量的 以上。其余大部分县区经济发展水平不高且差异小，土地利用净碳排放量差异不显著，但湖口县和瑞昌市的碳排放量增长较快。年以后，随着湖口县、瑞昌市社会经济的发展，土地利用碳排放量增长幅度大，特别是湖口县，碳排放量年增长率为 ，碳排放量的比例由 年的 增长至 年的 。到 年，濂溪区、浔阳区、湖口县、瑞昌市的碳排放量占九江市净碳排放量的 ，这个县区均是沿着长江沿岸地区，且瑞昌港区、城西港区、城区港区、湖口港区同属九江港（在长江 个港口中货物吞吐量位于第），货物的吞吐量大，经济得以快速发展，进而导致碳排放量较高。图九江市 年土地利用净碳排放空间格局 九江市土地利用碳排放风险分析为了更加直观展现九江市各县区土地利用碳排放风险状况，参考前人的研究成果 ，结合研究区域的实际情况，从相对重要性的角度出发，对九江市的土地利用数据进行网格单元划分，以 的等间距共划分得出 个网格。并利用自然间断点法，将碳排放风险指数划分为类等级（为低风险区，为中风险区，为高风险区，为重风险区）（表），得出九江市土地利用碳排放风险的空间分布格局（图）。由表可知，九江市土地利用碳排放风险总体偏低，间低风险区的网格数占总网格数的 以上，但低风险区的网格数及其比例呈下降趋势，从 年的 下降到 年的 。而九江市在 年的土地利用碳排放风险则呈增加趋势，中、高、重度风险区网格数比例都呈现出上升的趋势，从 年的 增加到 年的 ，尤其是重度风险区网格数比例由增长至 。从空间分布特征来看，九江市土地利用碳排放风险呈现出“东部高西部低”的空间分布特征，重度风险区逐渐向周边扩散，而低度风险区却不断缩减，并逐渐向中度、高度、重度风险区转移（图）。低风险区要集中于修水、武宁、都昌、永修、彭泽县和瑞昌市，这个县区的总网格数占九江市低风险区总网格数的 ，尤其是武宁县和修水县，其比例为 ，主要是因为该地区多为林地和草地等植被覆盖度高的地类，其中，武宁 县和 修 水 县 森 林 覆 盖 率 分 别 为 和，天然植被丰富，生态系统自我调节平衡能力强。中度风险区主要分布在瑞昌市的东北部、彭泽县的西北部和柴桑区的中北部地区，这个县区的总网格数占九江市中度风险区总网格数的 ，其中瑞昌市的桂林街道分布的中度风险区最为显著，彭泽第期刘春英等：长江中下游典型区域土地利用碳排放风险县在龙城镇和棉船镇比较明显，柴桑区的中度风险主要分布于城门乡。高度风险区主要位于浔阳区和濂溪区，两者的总网格数占九江市高度风险区总网格数的 ，这两个市辖区以建设用地分布为主，工业产业快速发展，能源消耗量大，导致土地利用碳排放较高。而重度风险区则主要分布于浔阳区、濂溪区和柴桑区，到 年，这个市辖区的总网格数占九江市重度风险区总网格数的 。表九江市 年土地利用碳排放风险网格数及比例 风险等级 年风险网格数风险网格数比例 年风险网格数风险网格数比例 年风险网格数风险网格数比例 年风险网格数风险网格数比例 年风险网格数风险网格数比例低 中 高 重 图九江市 年土地利用碳排放风险空间格局 九江市土地利用碳排放影响因素分析采用 分解法，基于公式（）（）计算出能源碳排放强度、能源消费强度、土地利用效率、经济发展水平、建设用地规模对九江市土地利用碳排放的影响（表，图）。由表和图可知，经济社会发展水平和建设用地规模对九江市土地利用碳排放起到主要的正向促进作用。九江市的经济增长速度一直处于全省前列，地区生产总值从 年的 元增长至 年的 元，年均增长率为 。受经济高速发展影响，间九江市土地利用 累 计 碳 增 量 ，占 碳 排 放 增 量 的 。同时，建设用地规模随着区域经济的高速发展不断扩大，九江市建设用地面积从 年的 增加到 年的 ，年均增长率达到 。建设用地规模累计增加了 的碳排放量，占碳排放增长总量的 。能源消费强度、土地利用效率以及能源碳排放强度则对土地利用碳排放起到抑制作用。九江市的能源消费强度从 年的每万元产值 标准煤减少到 年的 标准煤，年均减少率为。受能源消费强度降低影响，碳排放减少量达 ，占碳排放减少总量的 ，表明能源消费强度已成为九江市土地利用碳排放量增加的主要抑制因素。在低碳转型发展的目标条件下，九江市能源和 水土保持通报第 卷产业的不断调整、新能源技术的开发使得能源利用效率得以普遍提高，从而土地利用碳排放大幅下降。李玲玉等 的研究也表明，能源强度效应对碳排放减小的贡献率达 。另外，土地利用效率累计减少了 的碳排放量，占碳排放减少总量的 ，土地利用效率越高，对土地的生产活动所依赖的物资投入也就减少，从而土地利用碳排放量逐渐减少。表九江市 年土地利用碳排放影响因素贡献值 年份能源碳排放强度能源强度经济发展水平土地利用效率建设用地规模综合效率 累积贡献值 注：“”表示碳排放正向效应；“”表示碳排放的负向效应。图九江市 年土地利用碳排放影响因素累积贡献率 讨论与结论讨 论本文基于土地利用碳排放系数法，测算了 年九江市土地利用碳排放量，从网格化的视角出发，估算了土地利用碳排放风险，并运用 模型，从能源碳排放强度、能源消费强度、土地利用效率、经济发展水平、建设用地规模等方面探讨土地利用碳排放的影响因素，揭示其时空演变特征并分析主要影响因素，对九江市构建绿色低碳的土地利用方式具有重要的现实意义。年九江市土地利用净碳排放量呈现持续增长的态势，年均增长率达 ，主要是因为工业化和城市化的快速发展以及人口的不断增长，导致建设用地扩张和能源消耗的增长，这是碳排放量增长的直接原因，间九江市建设用地面积增长了 ，年平均增长率达到，其中耕地面积减少了 ，有 转出为建设用地（图）。李小康等的研究也表明，建设用地总量每增加会引起净碳排放量增加。等 的研究也表明城市碳排放高的主要原因是建设用地的快速扩张和农业用地的不合理利用，由此促进了净碳排放量的快速增加。九江市土地利用碳排放风险也随着生产建设活动的开展、能耗的增加而增加。中高风险区也主要分布在湖口县、浔阳区、濂溪区、柴桑区、瑞昌市和彭泽县等长江流域沿岸城市，而森林覆盖率较高的区域，如武宁县和修水县主要起到碳汇的作用，土地利用碳排放风险低。等 的研究表明，提高城市绿地指数，森林覆盖率，能很好的增加碳汇。因此，在“双碳”背景下，政府在制定碳减排目标时，应综合考虑各县区发展的差异与土地利用特点，应积极寻求降碳措施，加快退耕还林、荒山造林等重大工程，增加碳汇面积，从而减少碳排放量，综合提升长江流域及鄱阳湖流域的生态承载力。图九江市 年土地利用变化 另外，经济发展水平是九江市土地利用碳排放量增加的最主要促进因素，这与李玲玉等 的研究结论第期刘春英等：长江中下游典型区域土地利用碳排放风险一致。九江市是长江经济带重要节点城市和副省域中心城市，九江港又是长江 个主枢纽港之一，其 的快速增长势必会引来更多的人才、资金等生产要素涌入，最终形成人口和产业的大量聚集，导致各种产品和生活资料的消耗不断增加，从而促进了土地利用碳排放量的增加。当建设项目用地规模增加后，所承担的所有人类社会活动如工业、生活和能源消耗等都大大增加，并由此造成了土地利用碳排放量的急剧增加。由于建设用地承担了几乎所有的人类活动，因此建设用地的规模几乎是决定城市碳排放量的主要因素。能源消费强度体现在单位 的能源消耗量、能源结构及利用效率等相关指标上，对碳排放的累计贡献率达 ，表明降低单位 能耗、提高能源利用效率、优化能源结构以及开发新能源等是抑制碳排放量增长的有力措施，“十三五”期间九江市能耗年均下降。但“十三五”期间九江市土地利用净碳排放量持续增长，说明能源消费强度的降低、土地利用效率的提高对碳排放量的抑制作用还比较薄弱，这就需要推动绿色低碳示范项目建设，探索建成九江低碳绿色综合能源利用体系，并进一步优化产业结构，提高土地利用效率，防止碳汇用地大面积向碳源用地转变。结 论（）年，九江市碳源量、碳汇量和净碳排放量均呈上升趋势，建设用地为主要碳源，占碳源总量的 以上，耕地占碳源总量的。林地对碳汇的贡献率最大，达到 左右，水域为次要碳汇，草地和未利用地发挥着弱碳汇作用。从空间分布特征看，各县区市的净碳排放量差异较大，湖口县、浔阳区、濂溪区、柴桑区、瑞昌市和彭泽县等长江流域沿岸城市是碳排放高值区。（）在土地利用碳排放风险方面，九江市土地利用碳排放风险水平整体偏低，占 以上，但逐渐向中度、高度和重度风险区转移。在空间分布上碳排放风险呈现出“东部高，西部低”的空间分布特征。低风险区主要分布在武宁县和修水县，中度风险区主要分布在都昌县、瑞昌市和彭泽县，高度风险区主要分布在濂溪区、柴桑区和彭泽县，而重度风险区集中于濂溪区、浔阳区和柴桑区。（）在土地利用碳排放影响因素方面，经济发展水平与建设用地规模是土地利用碳排放量增加的正向促进因素，其中经济发展水平累积实现碳增量 ，占到碳排放量增加总量的 。能源消费强度、能源碳排放强度与土地利用效率是土利用碳排放量增加的负向抑制因素，其中能源消费强度累积实现碳减量 ，占到碳排放减少总量的 ，为主要负向抑制因素。参考文献刘纪远，邵全琴，延晓冬，等土地利用变化对全球气候影响的研究进展与方法初探地球科学进展，（）：，：，（）：，（）：曲福田，卢娜，冯淑怡 土地利用变化对碳排放的影响中国人口资源与环境，（）：张梅，赖力，黄贤金，等中国区域土地利用类型转变的碳排放强度研究资源科学，（）：孙赫，梁红梅，常学礼，等中国土地利用碳排放及其空间关联经济地理，（）：李颖，黄贤金，甄峰江苏省区域不同土地利用方式的碳排放效应分析农业工程学报，（）：李小康，王晓鸣，华虹土地利用结构变化对碳排放的影响关系及机理研究生态经济，（）：马晓哲，王铮土地利用变化对区域碳源汇的影响研究进展生态学报，（）：张苗，甘臣林，陈银蓉基于 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