陕西省土地利用碳排放影响因素及脱钩效应分析

通过测算陕西省2001—2014年土地利用碳排放量,采用LMDI分解法探讨了土地利用碳排放变化的影响因素,并基于因素分解的结果构建脱钩弹性分解量化模型对经济增长和土地利用碳排放的脱钩效应进行分析。主要结论如下:（1）2001—2014年,陕西省土地利用碳排放量呈逐年递增趋势,13年间上升163%。（2）能源强度是唯一抑制土地利用碳排放增加的负效应因素,正效应因素对陕西省土地利用碳排放增加的贡献值由大到小依次为经济规模效应 > 能源碳排放强度效应 > 人口规模效应 > 土地规模效应;（3）各影响因素对土地利用碳排放与经济增长脱钩的贡献由大到小依次为经济规模效应 > 能源强度效应 > 能源碳排放强度效应 > 人口规模效应 > 土地规模效应,且能源强度效应对经济增长与土地利用碳排放脱钩状态的改善具有积极作用。研究结论有利于清晰了解土地利用碳排放影响因素及其影响经济增长和土地利用碳排放脱钩的内在作用机理,从而得出相应的碳减排政策启示。     

河南种植业碳排放时空特征、脱钩效应及其驱动因素

基于2001-2021年河南省以及18个地市历年农资投入和农作物种植两大类碳源,构建种植业碳排放测算体系,评估研究期内河南省种植业碳排放量,分析省域种植业碳排放空间格局;运用Tapio脱钩模型探讨河南省种植业碳排放量与经济发展之间的相互作用,并通过LMDI模型探究种植业碳排放的主要驱动因素。结果表明：（1）河南省种植业碳排放量呈现先上升后下降的趋势,碳排放强度整体呈现逐年递减趋势;（2）农用化肥是种植业碳排放最主要的排放源;（3）河南省种植业碳排放量逐渐呈“南部高,北部低”的特点;同时,各地市的种植业碳排放强度均为递减态势,空间差异也逐步减小;（4）研究期内仅出现强负脱钩、弱脱钩、扩张负脱钩和强脱钩四种脱钩特征;（5）经济增长和城镇化水平对种植业碳排放具有正向影响,生产效率、生产结构和劳动力规模则表现出负向影响。未来应加强创新引领、坚持分类施策并优化种植结构,以实现河南省种植业低碳化高质量发展。     

基于投入视角的农业碳排放与经济增长的脱钩效应分析——以河南省为例

基于农业生产中的6个方面测算了河南省1993—2014年的农业碳排放量和排放强度。22年来河南省农业碳排放总量由1993年的495.12万t增加到2014年的1 704.13万t,年均增长6.12%,总体上呈"高速—低速—高速—低速"四阶段演化特征,农业碳排放强度从1993年的720.60kg/hm~2增加到2014年的2 080.23kg/hm~2,年均增长5.28%。河南省农业碳排放总量与经济发展呈典型的倒"U"型曲线关系,且开始出现拐点,但不明显。农业碳排放总量的组成结构随时间变化,从平均占比情况来看碳排放组成依次为农村用电、化肥、农膜、农药、农用柴油和翻耕。运用Tapio脱钩模型计算了河南省农业碳排放的脱钩弹性系数,结果显示,2004年前农业碳排放与农业经济发展的脱钩关系呈现弱脱钩、扩张负脱钩、扩张连接和强负脱钩4种弹性特征并存,2004年后以弱脱钩为主导,占比81.82%,说明近年来河南省在农业碳减排方面取得了一定成效,未来河南省还须采取措施,从根本上实现农业碳排放与农业经济增长脱钩。     

陕西省碳排放影响因素及其区域分异特征

根据1996-2010年陕西省终端能源消费数据及2010年各市区单位GDP能耗数据,对陕西省碳排放量进行了核算,并基于Kaya恒等式,利用对数平均Divisia指数分解模型对陕西省碳排放的影响因素进行了分解分析。结果表明:(1) 陕西省碳排放总量、人均碳排放量在1996-2000年均为小幅度下降,此后大幅度增加,而碳排放强度总体呈现出下降趋势。从能源消费碳排放比例来看,煤炭消费碳排放量占绝对比重(70.47%)。(2) 陕西省各市区碳排放总量与碳排放强度表现出明显的区域分异特征。陕西省的碳排放总量关中最高,陕北次之,陕南最小;地级市区中:西安市、榆林市和渭南市排放量超过5.00×10⁶ t,杨凌区的碳排放量仅有7.21×10⁴ t;渭南市和榆林市碳排放强度较高,而商洛市和杨凌区碳排放强度较低。(3) 经济产出、产业结构及人口规模对陕西省碳排放量的增加表现为正效应,能源结构和能源强度对陕西省碳排放量的增加表现为负效应。其中经济增长是陕西省碳排放量增加的决定因素,而能源强度降低是碳排放量减少的决定因素。     

陕西省能源消费碳排放影响因素分析与政策启示

根据IPCC碳排放计算方法计算了陕西省1980—2010年的能源消费碳排放量,系统分析了陕西能源消费碳排放总量、碳排放结构的变化,并对陕西碳排放进行阶段划分,同时运用对数平均迪氏指数法LMDI,定量分析了碳排放影响因素的作用程度。结果表明:1980—2010年,陕西省碳排放总量和人均碳排放呈波动上升的“N”型曲线,煤炭消费是碳排放的主要来源,在其他因素不变的情况下,能源消费量直接决定碳排放量和人均碳排放量;陕西省碳排放经历了3个阶段,分别是经济快速增长碳排放低速增长阶段（1980—1996年）,经济低速增长碳排放缓慢降低阶段（1996—2000年）,经济和碳排放快速增长阶段（2000—2010年）;陕西碳排放的主要驱动因素是经济产出,对碳排放的整体贡献为216.17%;其次为产业结构,整体贡献为9.72%;最后是人口,整体贡献为8.81%;主要抑制因素是能源强度,整体贡献为-131.96%;能源结构的整体贡献为-2.75%。     

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。     

香港温室气体排放及驱动因素分析

研究并总结香港温室气体排放特征和气候行动的有益经验,可为全国其他地区的减排行动提供科学依据。利用脱钩指数和LMDI因素分解模型分析了1992—2015年香港温室气体排放变化特征、结构特征和主要影响因素。结果表明:(1)研究期内香港温室气体排放和能源消费已初步实现达峰,峰值均出现在2014年;2015年碳强度比2005年降低了40.82%,已实现2030年目标;(2)香港碳排放与经济发展为非常理想的强脱钩状态;(3)能源消费碳排放对香港碳排放总量起的是减排作用,非能源消费碳排放起的是增排作用;能源强度、能源消费碳排放系数和碳强度这3个驱动因素的累积影响对香港起了积极的减排作用,能源强度因素贡献最大;人均GDP、人口、能源结构和碳排放结构因素的累积影响对香港一直起增排作用,人均GDP和人口因素的累积增排贡献最大,高耗能的发电行业能源消费比例和碳排放比例居高不下是能源结构和碳排放结构因素起增排作用的重要原因。清洁发电、节约用电是未来香港气候行动的工作重点。     

江苏省种植业碳排放的测算及达峰分析

在实现“碳达峰、碳中和”的目标背景下，明确农业温室气体排放现状，模拟预测峰值，为促进江苏省农业低碳减排提供科学依据。基于农业物资投入和农田土壤利用2类碳源，采用IPCC碳排放系数法和清单法综合测算江苏省1990—2020年间种植业碳排放量，运用Tapio脱钩模型对农业碳排放量与农业经济增长的脱钩关系进行分析，并根据灰色预测模型GM(1,1)对2021—2060年碳排放量进行预测。结果表明：(1)2020年江苏省种植业碳排放为1 999.53万t, 1990—2020年间呈现先增加后降低再增加然后趋于平稳的趋势；种植业碳排放主要来源于农田土壤利用，农田土壤利用碳排放占比为77.73%～86.95%,农资投入碳排放占比为13.05%～22.27%;(2)化肥是农资投入碳排放源中最主要的排放源，其占比为69.15%～79.20%,其次是农药和农膜，农机、灌溉、翻耕占比均较低；(3)水稻是农田土壤利用排放源中最主要的排放源，其占农田土壤利用碳排放的79.76%～87.23%,其次是小麦和蔬菜，大豆、玉米、棉花占比均较低；(4)脱钩关系以弱脱钩和强脱钩为主，表明随着种植业生产总值的提高，农业种植...     

基于脱钩理论的烟台市碳排放效应分析

[目的]通过分析烟台市2000—2011年碳排放与经济发展之间的关系,为烟台市碳减排及发展低碳经济提供参考。[方法]基于土地利用碳源/碳汇研究的理论框架和计算模型,首先对烟台市土地利用、能源消费等数据进行分析,计算了不同土地利用类型的碳源/汇。然后利用Tapio脱钩模型分析该区碳排放与经济发展之间的脱钩弹性关系。[结果](1)建设用地是主要碳源,其面积与净碳排放量成倒U型库兹涅茨曲线关系。(2)林地为主要碳汇,其他用地影响较小且主要表现为碳汇。(3)烟台市净碳排放量在2001—2011年持续增长,年均增长率不断降低。[结论]烟台市碳减排工作已取得一定的成效,但减排形势依然严峻。其经济发展3个阶段(连接阶段、脱钩阶段Ⅰ和脱钩阶段Ⅱ)分别对应于其碳排放的高速增长、较快增长、稳定阶段这3阶段。     

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。     

农田生态系统碳循环模型研究进展和展望

农田生态系统是陆地生态系统碳循环过程中最活跃的碳库。研究农田生态系统碳循环,对温室气体减排及研究全球气候的变化都具有极其重要的意义。农田生态系统碳循环研究是一个非常复杂的过程,碳循环模型是研究农田生态系统碳循环最有效的手段。该文综述了农田生态系统碳循环的最新研究进展,总结了农田生态系统碳循环的流动过程,介绍了碳素在不同碳库以及碳库不同组分之间迁移转化的规律,梳理了从1960年至今的农田生态系统碳循环模型并进行了分类,阐述了国际主要模型以及中国自主开发的碳循环模型的应用情况。未来农田生态系统碳循环的研究方向为:1)探索农田生态系统碳循环机制;2)从空间时间上完善对碳循环过程的研究;3)考察氮循环、水循环、微生物与碳循环的关系;4)利用碳循环模型来估算不同的管理实践下碳在不同农田的再分配;5)开发利用碳循环模型,为政府制定相关政策提供相关数据参考。     

Soil aggregation and organic carbon in short-term stockpiles

Surface mining is known to drastically reduce soil organic carbon (OC) pools through various mechanisms associated with topsoil salvage, stockpiling and respreading. Stockpiling is an important management practice; however, the effects of this practice on reductions and recovery of soil aggregation and aggregate OC are poorly understood. Objectives of this research were to monitor soil aggregation and aggregate OC in the surface of a short‐term stockpile (<3 yr) followed by a second movement of stockpiled soils to a temporary location. Samples were analysed for aggregate size distribution, aggregate fractions, OC, and organic matter turnover using ¹³C natural abundance. Macroaggregate proportions increased and microaggregate proportions decreased after 3 yr of storage, possibly indicating recovery of soil structure. Following the removal of the stockpile and placement in a temporary pile, macroaggregation decreased and free silt and clay fractions increased relative to initially stockpiled soils. The second disturbance resulted in greater destruction of aggregate structure than the initial disturbance during topsoil salvage. Aggregate organic matter (as indicated by OC) increased significantly between the early sampling of the stockpiled soils (<1 yr in storage) and the placement of the topsoil in a temporary pile in macroaggregates and remained the same for microaggregates. Organic matter not protected within aggregates decreased with storage time as this material was available for utilization by microbes while aggregate protected organic matter (OM) remained unchanged or slightly increased for macro‐ and microaggregates with stockpile storage time. Aggregate δ¹³C values did not indicate inclusion of new OM within soil aggregates after 3 yr of topsoil stockpiling. Short‐term stockpiling was beneficial for aggregation in the surface layers where plant roots and microbial communities were active; however, subsequent movement of the topsoil resulted in a greater loss of soil aggregation relative to the initial topsoil salvage without impacting soil OC.     

基于InVEST和CA-Markov模型的黄河流域碳储量时空变化研究

区域土地利用/覆被变化是导致生态系统碳储量变化的主要原因,预测未来土地利用/覆盖变化及其对碳储量的影响对区域陆地生态系统的认识具有重要意义。本研究基于黄河流域2005—2018年土地利用/覆被变化规律,运用CA-Markov模型分别预测了生态保护情景(EVC)和自然变化情景(NVC)下的土地利用/覆被空间格局,采用修正后的碳密度,运用InVEST模型评估黄河流域2005—2030年6期碳储量。结果表明:2005—2018年黄河流域林地、水域和建设用地面积持续增加,耕地、草地和未利用土地面积减少, 13 a间全流域碳储量减少28.734×10~6 t。与自然变化情景相比,在生态保护情景下2030年草地和耕地相比2018年减少幅度较小,建设用地规模扩大得到了限制,产生了生态效应。2030年,自然变化情景和生态保护情景下的碳储量较2018年分别减少258.863×10~6 t和30.813×10~6 t,生态保护情景下土地利用覆被格局固碳能力高于自然变化情景,该研究可为黄河流域土地利用结构调整和土地利用管理决策提供科学依据。     

碳中和目标下河北省土地利用碳排放格局演变与多情景模拟

分析和优化土地利用碳排放的格局演变可以为构建低碳排放的国土空间格局、助力碳中和战略目标实现提供参考和借鉴。该研究利用土地利用类型、能源消耗和农业活动碳排放系数法,基于GIS软件和PLUS模型核算了河北省2000—2020年土地利用直接碳排放、间接碳排放和净碳排放量及空间格局演变,模拟了自然发展、碳增汇优先发展和碳减排优先发展3种情景下河北省2030和2060年土地利用格局,并核算了生态系统增汇管理下不同情景土地利用碳排放量,结果表明：1）研究期间河北省土地利用直接碳排放量基本保持稳定,表现为碳吸收;土地利用间接碳排放量和土地利用净碳排放量呈现持续增加趋势,但增加速度明显下降。2）研究期间碳吸收区域和中净碳排放栅格单元空间上呈现收缩趋势,低净碳排放、中高净碳排放和高净碳排放栅格单元空间上呈现扩张趋势。碳吸收区域和低净碳排放栅格单元占比最大,但净碳排放主要产生在中高净碳排放区域和高净碳排放栅格单元。3）碳增汇优先发展情景下,林草地分布范围更广,在环渤海区域水域数量明显增加,土地利用直接碳排放绝对值最大。碳减排优先情景下石家庄、唐山、保定等大城市中心城区向外扩张的范围略有收缩,建设用地集约效果有一定体现,土地利用净碳排放值最小。碳减排是未来实现碳中和战略的根本。     

基于景观格局的土地整理风险与固碳功能评价

通过生态风险指数构建和碳储量服务模拟,评价土地整理对生态风险和固碳功能的影响,由于生态系统服务在生态风险研究中的缺乏,利用土地整理前后生态风险变化和碳储量服务变化之间的相关关系分析,探讨利用生态系统服务变化评价生态风险的可能。以吉林省西部重大土地整理区为研究对象,基于景观格局变化构建生态风险指数,利用InVEST模型分析碳储量服务变化,结果表明:土地整理使整理区的景观结构发生较大变化,优势景观类型由盐碱地和草地转变为耕地,耕地破碎度和分离度降低,盐碱地和草地的分离度和破碎度增加。土地整理后,耕地、建设用地和其他用地的景观损失度指数降低,其他景观类型的景观损失度指数增加。土地整理前后整理区生态风险等级以较低风险区和中等风险区为主,整理后低和较低风险区面积变化明显,其他等级风险区的面积变化不大。InVEST模拟结果表明,土地整理前后整理区总碳储量分别为990.82、1 145.22万t,总碳储量增加154.40万t,土地整理导致固碳功能的增加。相关分析结果表明整理区碳储量服务变化与生态风险变化呈显著负相关关系,表明生态系统服务变化在生态风险评价中应用的可能。     

基于土壤系统分类的中国土壤有机碳库分析

Changes in soil organic carbon (SOC) of rice paddies in China were simulated from 1980 to 2000 by linking a coupled bio-physical model to GIS database. The coupled model consists of two sub-models including Crop-C for simulating net primary productivity and hence residue retention and Soil-C for computing the turnover rates of SOC. The GIS database included parameters of climate, soils and agricultural activities with the resolution of 10 km × 10 km. Model simulation indicated that Chinese rice paddies covering 22.6 Mha sequestrated a considerable amount of C, about 0.15 ± 0.07 Pg C from 1980 to 2000. Annual sequestration rate increased sharply from -180 ± 45 kg C ha-1 year-1 in 1980 to 440 ± 170kg C ha-1 year-1 in 1989. Thereafter, a steady sequestration rate of 460 ± 170 kg C ha-1 year-1 occurred till 1994 and declined since then. Approximately 84% of the Chinese rice paddies sequestrated carbon, while 15% lost carbon and 1%kept balance over the 20 years. Great SOC sequestration occurred in eastern, southern and central China, while a slight decline of SOC existed in some regions of northeastern and southwestern China.     

基于GIS的亚热带典型地区土壤有机碳空间分布预测

Spatial distribution of organic carbon in soils is difficult to estimate because of inherent spatial variability and insufficient data. A soil-landscape model for a region, based on 151 samples for parent material and topographic factors, was established using a GIS spatial analysis technique and a digital elevation model (DEM) to reveal spatial distribution characteristics of soil organic carbon (SOC). Correlations between organic carbon and topographic factors were analyzed and a regression model was established to predict SOC content. Results for surface soils (0-20 cm) showed that the average SOC content was 12.8 g kg^-1, with the SOC content between 6 and 12 g kg^-1 occupying the largest area and SOC over 24 g kg^-1 the smallest. Also, soils derived from phyllite were the highest in the SOC content and area, while soils developed on purple shale the lowest. Although parent material, elevation, and slope exposure were all significant topographic variables (P < 0.01), slope exposure had the highest correlation to SOC content (r = 0.66). Using a multiple regression model (R² = 0.611) and DEM (with a 30 m × 30 m grid), spatial distribution of SOC could be forecasted.     

A carbon balance model for organic layers of acid forest soils

Organic layers of acid forest soils are highly dynamic carbon reservoirs. During forest succession the stored amount of organic carbon (OC) changes drastically. Because of feedback between OC storage in organic layers and in mineral soils and other compartments of the environment (plant, atmosphere, and groundwater), there is a strong need for applicable carbon balance models, particularly for organic layers. In this paper a simplified model for the carbon balance of organic layers (CABOLA model) of acid forest soils is presented. The model considers two horizons, the L and O horizon. Decomposition and transport processes are described by first order differential equations. C input into the organic layer is due to litter fall onto the L horizon. The governing equations are solved by integration. To demonstrate the model's capability of simulating the OC dynamics of organic layers, data on OC storage in organic layers of acid sandy forest soils with deep groundwater tables (Podzols) under pine stands were used. Together with literature data and some assumptions, these data were used for a first, rough estimation of the model parameters. Model calculations confirm that the CABOLA model is in principle able to simulate the dynamics of OC storage in organic layers during forest succession. Nevertheless, intensive research efforts will be necessary to independently parameterize the model for broad applications.     

耕作、残茬及施肥管理对土壤有机质动态变化影响的情景分析

Based on data from 10-year field experiments on residue/fertilizer management in the dryland farming region of northern China, Century model was used to simulate the site-specific ecosystem dynamics through adjustment of the model＇s parameters, and the applicability of the model to propose soil organic carbon （SOC） management temporally and spatially, in cases such as of tillage/residue/fertilization management options, was identified v/a scenario analysis.Results between simulations and actual measurements were in close agreement when appropriate applications of stover,manure and inorganic fertilizer were combined. Simulations of extreme C/N ratios with added organic materials tended to underestimate the measured effects. Scenarios of changed tillage methods, residue practices and fertilization options showed potential to maintain and enhance SOC in the long run, while increasing inorganic N slowed down the SOC turnover rate but did not create a net C sink without any organic C input. The Century model simulation showed a good relationship between annual C inputs to the soil and the rate of C sequestration in the top 20 cm layer and provided quantitative estimations of changes in parameters crucial for sustainable land use and management. Conservation tillage practices for sustainable land use should be integrated with residue management and appreciable organic and inorganic fertilizer application, adapted according to the local residue resource, soil fertility and production conditions. At least 50% residue return into the soil was needed annually for maintenance of SOC balance, and manure amendment was important for enhancement of SOC in small crop-livestock systems in which crop residue land application was limited.     

黑碳添加对土壤有机碳矿化的影响

通过室内培养试验,向土壤中分别添加不同温度制备的黑碳,热解温度分别为350℃(T350)、600℃(T600)和850℃(T850),研究了黑碳添加对土壤有机碳矿化的影响。结果表明,不同温度条件制备的黑碳在15℃和25℃培养条件下,土壤CO2释放速率总的趋势是前期分解速率快,后期缓慢。在整个培养过程中(112天),随着培养时间的延长,土壤CO2释放速率下降趋势逐渐降低,CO2释放速率相对值的大小随着培养温度的的升高而增大。在不同温度培养条件下,添加黑碳后土壤CO2-C累计量均是T350>T600>T850,T350土壤CO2-C累计量最高分别为415.26 mg/kg和733.82 mg/kg。添加不同黑碳后,土壤有机碳矿化增加率存在极显著差异(p<0.01),表明不同温度制备的黑碳对土壤有机碳矿化的影响显著。