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湘江流域土地利用碳收支时空特征研究

2023-12-01 106 上传者：管理员

摘要：本文以市域为基本单元，分析湘江流域土地利用变化的碳收支演变特征。以湘江流域为研究区域，研究其土地利用碳收支演变特征，对于提出对应减排增汇策略，促进双碳目标的实现具有理论和现实意义。

关键词：
可持续发展
土地利用
湘江流域
碳排放量
碳收支
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人类活动对自然界的影响不断加大，全球变暖的主要原因之一是碳排放量的增加。湘江流域是我国生态功能保护区之一，水、土、生物资源丰富，保护湘江流域生态环境对促进地区经济社会可持续发展具有十分重要的意义[1]。但是随着工业化和城镇化进程加快，湘江流域的土地利用变化明显强烈，区域内的自然生态环境遭到破坏。在此背景下，湘江流域是进行土地利用变化碳排放效应研究的典型地区之一。国内外学者对于土地利用碳排放的研究主要集中在土地利用碳排放测算及空间变化特征、土地利用碳排放的机理研究、碳排放效率等方面。而对土地利用结构变化反应碳变化的关系及不同土地利用状态下未来碳收支规模预测较少。本研究土地利用类型具体面积变化和能源消费产生的碳排放结合湘江流域的实际情况，客观分析土地利用结构变化碳排放效应的时空特征。

1、研究区概况及数据源

1.1 研究区概况

湘江古称湘水是长江流域洞庭湖水系中流经范围最广的河流。本研究的湘江流域是永州、郴州、衡阳、娄底、株洲、湘潭、长沙、岳阳八个地级市区域。

1.2 数据来源

本研究以湘江流域8个地级市为研究对象，主要分析土地利用变化碳收支的时空特征[2]。其中，土地利用影像数据使用2000、2005、2010、2015、2020年的Landsat遥感影像。社会经济数据与能源消耗数据均来自于《湖南省统计年鉴》与《湖南省能源统计年鉴》，见图1。

图1 湘江流域区位图

2、研究方法

2.1 土地利用变化动态度

土地利用动态度是一项评价一段时期内土地利用速度变化的指标，其计算公式为：

K为单一土地利用动态度；Ua和Ub研究初末时段某种土地利用类型面积；T为研究时段。

2.2 碳收支核算

碳收支核算主要分为碳吸收计算及碳排放计算。林地、草地、水域、未利用地的碳排放采用直接碳排放系数法[3]。计算公式如下：

Cl表示区域碳排放总量；Ei表示第i类土地利用类型碳排放总量；Ai表示第i类土地利用类型面积；表示第i类土地利用碳排放系数。各类土地利用碳排放系数如表1所示。

而建设用地碳排放计算主要考虑能源消费及人类本身产生的碳排放。能源消费碳排放主要由单位GDP能耗与第二第三产业的产值的乘积得到。建设用地碳排放计算公式如下：

Cj为区域建设用地碳排放量；Ej为第j种能源消耗量；Hj为第j种能源标准煤折煤系数；Kj为第j种能源碳排放系数；P为年末常住人口；L为每人每年呼吸的碳排放量每人0.079t/a。

表1 土地利用碳排放系数

2.4 土地利用净碳排放量

土地利用净碳排放量是指土地利用碳排放与碳吸收的和。计算公式为：

C为净排放量。

3、湘江流域土地利用碳收支时空特征分析

3.1 土地利用变化分析

通过Arc GIS10.5分别对湘江流域2000年、2005年、2010年、2015年、2020年五个时期的土地利用现状图及行政区划图进行分析，得到湘江流域各期各类土地利用面积。整理为表2。将2000～2020年土地利用转移矩阵制成桑基图2。从数据上看，2000～2020年湘江流域土地变化状况为以下三点：（1）从变化量看，耕地、草地、林地为负增长，水域、建设用地、未利用地为正增长；（2）从变化率看，建设用地变化速度最快，20年间，建设用地扩张120%。其次为水域、未利用地均有一定程度的扩张。而草地缩减幅度最大为11.59%，其次为耕地和林地；（3）从流向看，各类土地利用类型都有互相流入流出现象。虽然建设用地、林地、水域流出部分主要都流向耕地，但耕地转出其他用地类型的面积相对更多。耕地、草地及未利用地主要流向林地。

3.2 土地利用碳收支时空特征分析

3.2.1 湘江流域碳收支时间变化特征

根据土地利用碳收支公式，基于湘江流域2000～2020年土地利用数据和能源消耗数据，计算得到2000、2005、2010、2015、2020五期湘江流域碳源、碳汇和碳排放量。表3反映出湘江流域20年间净碳排放量总体呈现“先增加后减少”的态势，总量从2000年2528.15万t增加到2020年4441.62万t，总体增加幅度为75.69%。其变化主要由碳源的变化引起，碳汇二十年来始终小幅增加或减少。

表2 2000～2020年各土地利用类型面积变化（万公顷）

图2 2000～2020年土地利用变化桑基图

表3 2000～2020年湘江流域各土地利用类型碳排放量（万t)

3.2.2 湘江流域碳收支空间分布特征

根据土地利用碳收支公式，分别计算各研究年份湘江流域各地级市土地利用净碳排放量，并在Arc GIS上绘制各地级市土地利用净碳排放量空间分布图，见图3。

图3 湘江流域土地利用净碳排放空间分布图

在空间上，湘江流域碳排放总体呈“西高东低，上游低下游高”的分布特征。湘江流域碳排放主要分布在湘江下游岳阳地带以及娄底市。因其能源消费以生产消费为主，工业水平化提高且工业耗能占比大，消费结构以煤炭为主，致使碳源效应明显。而湘江上游区域，则地形以山地、盆地为主。山林面积大，碳汇效应明显。而长沙位于湘江下游，碳排放量较少原因在于其新兴产业快速发展，产业结构转型。控制高能耗企业的能源消费量促使其产业升级、技术升级。

从土地利用净碳排放总量来看，2000～2020年，湘江流域土地利用净碳排放区际差异较为明显，岳阳、娄底碳排放量处于最高等级，这与岳阳和娄底的工业水平提高，能源消耗增加离不开关系。而碳排放最低的是永州，永州省植物资源丰富，建设用地面积较小，林地面积较大，碳汇效应明显。

4、结论和讨论

通过对湘江流域土地利用变化以及碳排放时空效应进行研究得出三点：（1)2000～2020年，湘江流域建设用地、水域、未利用地面积增加。与湘江流域经济快速发展，城市化水平提高和退耕还湖政策有关。而耕地、草地、林地面积下降，说明在建设用地、水域、未利用地扩张的过程中侵占了其他用地；（2)20年间湘江流域碳汇量呈“先减少后增加”的态势，变化不明显。但碳源碳汇比例差距明显，碳汇效应不显著。20年间，湘江流域土地利用的碳排放量持续增加，2020年碳排放量为4441.62万t，为2000年的1.75倍。主要原因为城市化与工业化水平提高，能源消耗量急剧增加，碳源量增加；（3）湘江流域净碳排放空间差异显著，呈“西高东低，上游低下游高”的分布特征，且该特点随时间逐步强化。碳排放主要分布在岳阳、娄底地区。而永州山地、林地面积较大，建设用地分布较少，工业化程度低、碳排放较少。由于数据的可得性,关于建设用地碳排放的核算，只统计了常用的能源消耗。今后研究也将基于土地利用碳收支特征基础上进一步给出相应减排增汇策略,为用地空间规划提供理论依据以尽快实现碳平衡目标。

参考文献:

[1]阳凯,等.洞庭湖区域土地利用变化的碳排放效应研究[J].生态科学,2023,42(02):193-201.

[2]王胜蓝.巴南区土地利用景观格局变化及生态阻力研究[D].西南大学,2017.

[3]马远,等.黄河流域土地利用碳排放的时空演变及影响因素研究[J].生态经济,2021,37(07):35-43.

文章来源:李彬.湘江流域土地利用碳收支时空特征研究[J].石材,2023(12):138-140.