中国耕地非农化趋势及其对碳收支影响的模拟

伴随快速工业化、城镇化进程,中国耕地非农化不断加快,由此带来碳排放迅速增加、生态环境和温室效应不断恶化。鉴于此,该文将耕地非农化与碳收支纳入统一框架,运用系统动力学方法模拟1996-2020年间耕地非农化带来的碳收支盈亏量。结果表明:1)整体分析判断,中国耕地非农化处于递增趋势且空间分布主要集中在东部,并呈现耕地规模递减、建设用地递增状态。2)模拟结果显示,1996-2020年全国耕地由1.293×108hm2减少到1.204×108hm2,建设用地从2.407×107 hm2增加到3.073×107 hm2,并且耕地非农化碳汇量由7.90×108t减少到7.48×108 t,碳源量从9.34×109t增加到1.17×1010 t。3)区域比较发现,全国耕地非农化碳收支表现为碳源且总体上呈递增趋势,并且2020年东部地区碳支出量最大为5.029×109 t,西部次之为2.261×109 t,中部略小于西部为2.216×109 t,东北地区最小为1.084×109 t。     

基于碳足迹和碳承载力的新疆碳安全评价

[目的]探索新疆碳足迹和碳承载力的的变化,评价其碳安全程度,为新疆低碳经济的发展提供理论依据。[方法]利用碳足迹理论对新疆2000—2014年的碳足迹、植被碳承载力、净碳足迹进行计算分析,并利用碳压力指数(CTI)构建了碳安全评价模型。[结果]新疆碳足迹呈上升趋势,从2000年的1.08×108 t上升到2014年的5.04×108 t,其中化石能源碳足迹占总碳足迹的比重达到96%;碳承载力不断增加,草地固碳量所占的比重最大,其次是森林、农田、园地和城市绿地;人均净碳足迹、碳压力指数均呈现增长趋势,导致新疆碳安全程度不断下降,从2009年开始就处于极不安全的状态。[结论]化石能源消费的增加是导致新疆碳足迹升高和碳安全程度下降的主要原因,虽然其能源利用率不断提高,但在未来一段时间仍然面临严峻的生态环境问题。     

基于土地利用变化的新疆塔城地区碳排放特征分析

[目的] 分析新疆塔城地区1980—2020年的碳排放变化时空特征及效应,为科学制定区域碳减排措施及低碳调控政策提供依据。[方法] 基于1980—2020年土地利用变化数据,计算了塔城地区碳排放量和碳吸收量,并采用碳足迹和碳生态承载力评估了碳排放效应。[结果] ①1980—2020年,塔城地区净碳排放量表现出明显的增加趋势,其中耕地和建设用地的不断扩张是导致塔城地区碳排放量增加的主要诱因,而林地面积的持续减少是造成塔城地区碳吸收量减少的关键因素;②在空间分布上,沙湾县和乌苏市是塔城地区的主要碳源区,解释了塔城地区净碳排放的67.20%,和丰县和额敏县解释了塔城地区净碳排放量的20.89%,托里县是塔城地区的主要碳汇区;③在碳排放效应方面,2000年前塔城地区绝大多数区域都表现为生态盈余,但2000年后开始出现碳排放的生态赤字。[结论] 当前,沙湾县、乌苏市及和丰县,存在明显的生态赤字,是未来塔城地区碳减排的重点控制区域。     

江苏省农田生态系统碳源/汇、碳足迹动态变化

[目的]了解江苏省农田生态系统近年来碳源碳汇的基本演变趋势,识别江苏省农业发展过程中的重要碳排放源,指导江苏农业低碳化发展。[方法]利用模型对农田碳排放量、碳吸收量及碳足迹进行测算,并对其动态变化进行分析。[结果](1)江苏省农田生态系统碳排放总量总体趋向于增加,2001年江苏省碳排放量为4.44×10~6 t,2016年碳排放量为4.60×10~6 t,增幅为3.4%,化肥为碳排放的主要贡献因子。碳排放强度总体表现为下降趋势,各阶段碳排放强度均低于1t/hm~2。(2)碳吸收量总体呈现增加趋势,2001—2016年农作物总碳吸收量增加了3.57×10~7 t,年均复合增长率约为2.2%,单位面积碳吸收量呈整体增加趋势。园艺作物的碳吸收量明显高于粮食作物和经济作物。(3)农田生态系统碳足迹总体呈现降低趋势,存在较大的生态盈余。[结论](1)2001—2016年江苏省农田生态系统的碳吸收量明显高于碳排放量,具有良好的固碳能力,农田生态系统呈现碳汇;(2)农业投入物品对碳排放的影响程度不同,化肥是影响农业碳排放的最关键因子。     

2030年中国主要省域间碳排放配额测算

[目的]在控制碳排放总量条件下,对省域间碳排放配额进行公平科学地分配是实现“双碳”目标的关键途径,也是碳排放交易机制体系的重要基石。分析不同情景下碳排放配额测算结果的碳减排边际成本,以期以最小成本确定最优的碳排放定额分配方案,为区域后期开展分配工作提供理论基础,为地区碳减排方案制定提供工作参考。[方法]在前人建立的碳配额测算指标基础上引入生态性指标,并设置公平、效率、生态、兼顾公平—生态—效率4种情景,利用SBM(slacks-based measure)对偶模型测算不同情景下区域碳边际减排成本,并以此为依据确定最优分配方案。[结果]在公平、效率、生态、兼顾情景下平均碳边际减排成本分别为2 950,3 120,2 910,3 090元/t,引入生态性指标的方案减排成本明显更低,可推断出是碳汇抵消掉部分减排难度较大,成本较高的碳排放所致;兼顾情景下减排成本明显高于公平、生态情景,表明碳排放效率的提升同时会导致碳边际减排成本增加。[结论]生态情景下的碳排放配额是以最低碳边际减排成本实现“双碳”目标的最优方案,在地区碳排放方案及碳交易机制制定时应予以重视。     

河南省碳排放与碳吸收动态分析

为探求河南省化石能源消耗及工业生产过程对省域碳循环影响,利用ORNL和EEA提出的区域碳排放和碳吸收定量模型,估算并分析2000-2009年河南省域碳均衡动态变化。结果表明:2000-2009年河南省碳排放量为119 295.76×104 t,其中化石燃料排放量占碳排放总量的92.3%,工业生产过程碳排放为7.7%;煤炭消耗是化石能源利用中最大碳源,占化石能源碳排放总量的89.53%,其次分别是水泥生产和原油耗用,燃料油消费碳排放量最小,仅占0.43%;近10年来河南省人均碳排放量逐步递增,并于2003年超出全国平均水平,同期万元GDP的碳排放强度先增后降,能源利用效率明显提高;河南省2009年林地碳吸收能力为387.57×104 t,近10年增长了67%,而同期碳排放量增加了1.925倍,导致省域碳赤字迅速增加,并于2009年达到12 886.92×104 t;最后提出了河南省碳减排的措施建议。     

伊犁河谷农田生态系统生产力水平对碳源汇的影响

[目的]分析伊犁河谷农田生态系统碳源汇的变化趋势及农田生态系统碳源汇的影响因素,为农业产业结构调整和农业生产固碳减排提供科学依据。[方法]以2004—2013年伊犁河谷农作物产量、播种面积、农业投入等相关统计数据为依据,采用碳转化系数的方法对伊犁河谷农田生态系统主要碳源汇进行测算。[结果](1)近10a来,伊犁河谷农田生态系统碳吸收总量由2004年的2.32×106 t升到2013年的4.48×106 t,平均增长率为7.57%,单位播种面积碳吸收量也由2004年的7.54t/hm2上升到2013年9.27t/hm2,提高了0.23倍。碳吸收量与水稻、小麦、玉米、蔬菜总产量呈极显著相关与胡麻总产量呈显著负相关。(2)碳排放总量由2004年的2.24×105 t增加到2013年的4.02×105t,10a间增加了0.80倍。对农田生态系统碳排放总量贡献最大的因素为柴油和化肥投入。(3)近10a间,净碳吸收总量由2004年的2.10×106 t增至2013年的4.07×106 t,单位播种面积净碳吸收量由2004年的6.81t/hm2上升至2013年的8.44t/hm2,年均增速2.41%。[结论]在伊犁河谷农业生产的高投入、高产出的模式下,其农田生态系统表现为碳汇系统。     

区域农田生态系统碳足迹时空差异分析——以江苏省为案例

以江苏省为案例,应用江苏省1995—2009年化肥用量、农药消耗量、灌溉面积、农机燃料用量、农膜用量、耕地面积、农作物产量等数据,测算了区域农田生态系统碳吸收、碳排放及碳足迹的变化动态,以及在各地市的空间分布特征。结果表明：近15a来,江苏省农作物碳吸收总量和碳吸收强度呈＂V＂字形变化,变化范围分别为2933.6×104～3896.9×104t·a-1和6.04～7.71t·hm-2·a-1。农业投入碳排放呈逐渐上升趋势,由727.2×104t·a-1增长至882.7×104t·a-1,同时碳排放强度从1.43t·hm-2·a-1上升到1.88t·hm-2·a-1,增长了31.5%,化肥排放始终占据主导地位。农田生态系统碳足迹呈现波动增长,变化在13.68×105～17.56×105hm·2a-1之间,占同期耕地面积的比重达到27.0%～36.1%,碳生态盈余呈明显减少趋势,变化在36.99×105～32.22×105hm2·a-1之间。各地市之间碳足迹存在明显差异,空间分布格局为由北向南递减。     

基于投入视角的山东省农地利用碳排放与经济发展脱钩研究

[目的]分析山东省2000—2012年农地利用碳排放与经济发展关系,为该区碳减排工作和农业相关政策的制定提供理论依据。[方法]基于农地利用的投入视角,采用碳排放计算模型和脱钩弹性测算方法,计算了2000—2012年山东省17个地级市农地利用碳排放量,及其与经济发展的脱钩关系,将该省划分为不同的脱钩类型,揭示两者的时空演变规律。[结果](1)2000—2012年山东省碳排放量增量显著,由7.12×106 t升至8.39×106 t,年均增长9.77×104 t,潍坊市的碳排放量最大,莱芜市的排放量最小。(2)山东省农地利用碳排放强度存在显著的空间差异性,呈东高西低的空间分异格局。(3)山东省主要表现为强脱钩与弱脱钩并存的状态,并以强脱钩为主。(4)山东全省脱钩类型空间分布规律较明显,强脱钩分布广泛,弱脱钩集中于西南地区。[结论]山东省农地利用碳排放和经济发展存在一种科学的、合理的脱钩弹性关系,但仍需加大对于农地利用的科技投入,合理分配农用物质的投入比例。     

基于低碳经济导向的土地利用结构优化研究——以福建省福州市为例

[目的]研究基于低碳经济导向的福州市土地利用结构优化方案,为相关部门进行土地利用规划及其调整提供参考。[方法]采用灰色多目标线性规划法,建立目标函数,获得土地利用结构优化方案。[结果]通过与土地规划方案对比发现,中碳排放型的的优化方案最佳。在该方案下,预计到2020年福州市土地碳排放量达1.30×107 t,土地经济效益为7 701.24亿元,土地生态效益为785.33亿元。[结论]低碳经济导向的土地利用结构优化方案有利于该区域经济效益的发挥和生态环境的改善,实现碳减排目标。     

宁夏回族自治区平罗县主要农作物碳足迹研究

农田碳足迹可以全面地反映农作物生产过程中各种因素引起的碳排放效应,是指导农业生产节能减排的重要指标。为探明农作物生产的碳足迹,基于宁夏回族自治区平罗县农田生产的实地调查数据,利用碳足迹的基本理论和方法,测算了该县农作物碳足迹。结果表明,水稻、玉米和小麦的碳足迹分别为1 487.56±164.59,913.03±142.99和809.75±144.99kg Ce/(hm2.a);碳成本分别为0.17±0.05,0.08±0.02g和0.12±0.03kg Ce/kg;化肥的施用量是影响碳足迹的主要因素,而水稻生产过程中灌溉水及育秧过程也是其碳足迹较高的主要原因。为了提高农田固碳减排增汇效益,应压缩水稻种植面积,扩大玉米和小麦种植,同时,建立节肥低碳高效的种植模式是实现平罗县农田节能减排的有效途径。     

农业化学投入与农业经济增长脱钩关系研究——以河南省为例

[目的]在测算河南省农业化学投入与农业经济之间脱钩弹性的基础上,进一步分析河南省农业化学投入增减的影响及时空格局演化,为该省农业资源环境保护提供依据。[方法]采用Tapio脱钩模型分析河南省农业化学投入与农业经济之间的脱钩关系,利用LMDI分解模型对影响农业化学投入的影响因素进行分解,运用K-means方法对河南省农业化学效率进行聚类分析。[结果] 1993—2016年河南省农业化学投入总体呈"先升后降"态势,农膜、农药和化肥投入分别于2012,2014和2016年出现下降趋势;23 a来河南省农业化学投入与农业经济增长态势出现了从相对脱钩和扩张性负脱钩并存到相对脱钩再到开始出现绝对脱钩趋势的转变;耕地效应是农业化学投入增加的主要推动力量,效率效应对农业化学投入具有明显抑制作用,规模效应的影响不明显;从空间格局上看,豫东南地区农业经济增长对农业化学生产资料依赖程度较高,豫中和豫西北地区农业化学参与农业经济增长的程度较低。[结论]整体上看,河南省农业化学投入对农业经济增长呈现出了脱钩状态,但在区域内部还存在着较大的空间差异,未来河南省应采取差异化的农业化学控制政策。     

浙江省碳安全评价及其影响因素研究

[目的]研究浙江省碳足迹、碳承载力的测度及结构,分析其碳安全程度及影响因素,为发展低碳经济提供参考和依据。[方法]测度2000—2015年浙江省碳足迹和碳承载力,构建碳压力指数、碳足迹指数评价体系评价其碳安全程度;采用STIRPAT模型和岭回归方法对浙江省碳足迹的影响因素进行实证分析。[结果]浙江省碳足迹经历了先增加后稳定并略微下降的过程,碳承载力基本稳定;能源利用效率逐年提高,经济发展对能源的依赖程度降低;浙江省碳压力指数在1.35~4.19,碳足迹指数在0.21~0.59,碳足迹总体处中等以上水平;回归结果表明,人口、城镇化率、GDP、第二产业占比、原煤碳足迹占比是浙江省碳足迹的主要驱动因素。[结论]浙江省碳足迹较大,碳安全程度总体较低。为实现低碳经济目标,应通过控制人口数量,提高城镇化质量,发展低碳产业,促进高碳产业低碳化,推广使用清洁能源等措施减少碳足迹,同时增加城市绿化面积,保护森林以增加碳承载力。     

江西省2007-2011年水资源生态足迹和生态承载力动态特征

[目的]为定量评价江西省水资源可持续发展状态。[方法]以水资源生态足迹的基本原理和计算模型为基础,分析了江西省2007—2011年水资源生态足迹、生态承载力和水资源负载指数的动态变化。[结果]2007—2011年江西省水资源生态承载力整体上呈现增加的趋势,从2007年的2.029 12×108 hm2增加到2010年的4.151 51×108 hm2。总水资源生态足迹5a整体上呈现增加的趋势,从2007年的3.882 09×107 hm2增加到2011年的4.344 7×107 hm2。万元GDP生态足迹呈逐渐增加的势,水资源利用率有所降低。[结论]水资源生态足迹的变化与社会经济发展密切相关。应该充分调整产业结构,合理调度、利用水资源,促进江西省整个社会经济的持续发展。     

河南省城市化与生态环境耦合协调状态的时空格局

[目的] 探索河南省城市化与生态环境耦合协调状态的空间聚集特征,提出相关的发展建议,为河南省城市可持续发展提供科学的参考。[方法] 通过构建城市化与生态环境评价体系,利用改进的耦合协调度模型,研究2008—2018年河南省城市化与生态环境发展水平及耦合协调度,对河南省17个地级城市耦合协调度进行时空格局分析。[结果] 2008—2018年全省耦合度值都在0.9以上,耦合协调度呈波动上升趋势;多数城市的城市化水平低于生态环境水平,各市城市化与生态环境的耦合协调度等级有基本不协调、基本协调、协调、高级协调;城镇化与生态环境耦合协调存在空间正相关性,有西部和中部耦合协调度高、东南部耦合协调度低的聚类特征。[结论] 河南省整体城镇化进程加快,经济城市化和生态环境压力分别对城市化和生态环境两大系统产生了重要影响。应加强郑州市中心城市的发展,推动河南东南部城市的发展。     

利用GRACE卫星研究河南省水储量时空变化特征

[目的]分析河南省2002—2014年的水储量时空动态变化,为该省水资源管理、评价及可持续发展提供依据。[方法]借助GRACE重力卫星反演河南省水储量变化,分析2002—2014年水储量时空动态变化过程及其影响因素。[结果](1)河南省的水储量年内分布呈典型的"余弦函数曲线"特征,1—7月处于亏损状态,8—12月处于盈余状态;水储量变化峰值出现时间滞后降水峰值2个月。(2)河南省水储量观测期内呈递减趋势,递减速率为-6.34mm/a;空间上,水储量减少速率自南向北递增。[结论]通过定量计算人类活动总耗水量及水储量年变化率可初步推断,河南省水储量变化1/3受人类活动影响,2/3受自然因素影响。     

农地非农化过程中农民土地权益损益研究——以吉林省四平市为例

[目的]对在农地非农化过程中农民土地权益损益进行研究,为国家制定新的补偿标准提供科学依据。[方法]以吉林省四平市为例,从价值的哲学概念入手,构建农用地综合价值体系,运用收益还原法、当量因子法和影子价格法对四平市农地综合价值进行量化和评估。[结果](1)农地综合价值为1.33×106元/hm2。其中,经济价值为4.56×105元/hm2,生态价值为3.74×105元/hm2,社会价值为2.87×105元/hm2,农地发展权价值为2.18×105元/hm2;(2)农地非农化实际补偿价值为4.50×105元/hm2;(3)农地非农化过程中农民土地权益损益为8.84×105元/hm2,损益价值占农地综合价值的66.3%。[结论]2012年四平市的农地非农化实际补偿价值仅占农地综合价值的33.7%,证明被征地农民的土地权益受到严重侵害,认为对农地价值认识的局限、征地补偿标准不合理、征地制度不完善、农地产权不清晰是造成农地非农化过程中失地农民土地权益受损的主要原因。     

县域土地利用变化的碳排放效应——以山西省洪洞县为例

[目的]为了分析土地利用变化对碳排放的影响,以洪洞县为例,研究分析县域尺度上土地利用变化的碳排放效应。[方法]选取2000,2010和2013年山西省洪洞县遥感影像,通过解译遥感影像,最终获得洪洞县的土地利用数据。采用碳排放估算模型,估算了洪洞县13a不同土地利用变化导致的碳排放效应。[结果]2000—2013年洪洞县的碳排放量呈现逐年增长的趋势,期间净碳排放放量共增加了6.12×105t。作为主要碳源汇——建设用地和林地,二者的面积不断增长,但建设用地带来的碳排放远超过林地所能吸收的量。洪洞县各个乡镇在这13a中的净碳排放空间差异变化明显。[结论]优化县域土地利用结构,能够有效地减轻碳排放问题。