基于碳均衡视角的湖南省碳排放与碳吸收时空差异分析

以中部典型省份湖南省为例,采用湖南省及14个地级市的煤炭、石油、天然气等能源消耗、水泥产量数据以及林地、草地等土地利用数据,基于碳均衡视角,利用碳排放、碳吸收、净排放测算模型,估算并模拟分析湖南省碳排放与碳吸收的时空差异。结果表明:(1)2000-2009年,湖南省碳排放总量年均增加523.98×104 t,其中,化石燃料燃烧碳排放占湖南省碳排放总量的比例长期稳定在85%以上,是最主要碳源;(2)2009年断面数据表明,湖南省碳排放总量存在明显的区域差异,其中,岳阳、娄底、郴州、衡阳、长沙、湘潭6市属高碳区,常德、益阳与株洲3市属中碳区,邵阳、怀化、永州、张家界与吉首5市属低碳区;(3)2003-2009年,湖南省碳吸收量呈现出小幅增长趋势,导致湖南省净排放迅速增加,由2003年的2 608.01×104 t增加到2009年的6 554.62×104 t,7年净排放累计为35 086.11×104 t;(4)2005年断面数据表明,湖南省碳吸收也存在明显的区域差异,其中怀化、永州、郴州与邵阳4市属高值区,衡阳、常德、株洲、张家界、长沙、岳阳及益阳7市属中值区,娄底、湘潭与吉首3市属低值区;(5)2003-2009年,湖南省碳排放与碳吸收之间未达到均衡状态,净排放由2003年的2 608.01×104 t增加到2009年的6 554.62×104 t。     

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。     

基于低碳经济的山东省德州市农田生态系统碳汇估算

依据2001-2010年农作物产量、耕地面积及农业投入等数据,对山东省德州市农田生态系统的碳汇进行了估算,并分析了其变化情况.结果表明,德州市2001-2010年农田生态系统的碳吸收总量呈增加的趋势,且2004年以来增加的趋势较明显;小麦、玉米作为主要的粮食作物,碳吸收量明显高于其他农作物,棉花作为主要经济作物,吸收量不高;2001-2010年,由于德州市发展生态、高效、优质农作物,碳排放呈现先增后减的变化;不同县市由于农业发展方向和发展特色的差异,具有不同的碳排放;在这3种途径的碳排放过程中,化肥施用过程中碳排放所占的比例较大,且呈减少的趋势;2001-2010年德州市碳吸收量为6.35×107t,碳排放总量为4.53×106 t,碳吸收量远远大于碳排放量,说明德州市农田生态系统具有较强的碳汇功能.     

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。     

基于不同土地利用的吉林省碳排放时空格局分析

利用吉林省2000—2013年的土地利用和能源消耗数据,运用基于碳排放系数的碳排放计算模型、K-均值聚类分析法和碳排放—GDP指标组合法,分析吉林省碳排放时空格局特征。研究结果表明:(1)2000—2013年吉林省净碳排放量迅速增加,由2000年的2 323.66×104t增加到2013年的6 258.79×104t。吉林省碳排放状况可划分为2个阶段,分别是经济低速增长碳排放快速增长阶段(2000—2006年)和经济快速增长碳排放缓慢增长阶段(2007—2013年)。(2)建设用地是主要碳排放源,对碳排放的贡献率超过84%,林地为主要碳吸收,但碳吸收量总体却在减少,平均每年减少1.44×104t。(3)吉林省净碳排放量区域差异显著,呈现出从东向西、从南向北(除白城)逐渐增加的趋势,以不同土地利用和净碳排放量为依据,各市州碳排放类型可以划分为4类。(4)分析吉林省各市州碳排放、GDP的变化,白城、辽源、白山和延边属于"低碳排放—低GDP型",松原、四平、长春和吉林属于"高碳排放—高GDP型",通化属于"中碳排放—中GDP型"。     

现代烟草农业的碳效应核算与分析——以陕西省烟草合作社为例

通过构建烟草农业碳效应核算体系,运用调研获取的陕西省烟草专业合作社393户烟农数据,对农户在烟草种植各个环节产生的碳排放量、碳汇量、碳效率、碳密度和碳强度等多项综合碳效应指标进行测算与分析,探究陕西省烟草农业碳效应水平,更具针对性地制定减排政策,以促进烟草农业的低碳化发展。研究结果表明：调研区域烟农种植的641.17 hm²烟田总计碳排放量为3 276.27 t,每公顷碳排放量5.11 t。其中农用能源消耗排放量最大,占碳排放总量的68.21%;其次是农资投入环节,占碳排放总量的24.88%;农业废弃物处理、农田管理以及农田耕地土壤N₂O排放所产生的碳排放量所占比重较低。各地区每公顷碳排放量由大到小依次为宝鸡、商洛、安康、汉中。调查烟田的总碳汇量为1 361.86 t,每公顷碳汇量2.12 t。通过秸秆还田、免耕、化肥与有机肥合理配施等措施引致的土壤固碳占总碳汇量的81.12%。各地区每公顷碳汇量排序为商洛、宝鸡、汉中、安康。总净碳汇量为-1 914.41 t,每公顷净碳汇量-2.99 t。研究区烟草农业总碳排放量大于碳汇量,呈现负的净碳汇效应。此外,汉中烟草专业合作社通过采取调整管理经营模式、优化农户投入结构、提高农资利用效率、改进烟草农业技术和转变农户耕作方式等措施,使其碳效率、碳强度和碳密度等综合碳效应均呈现为最优,每公顷净碳汇量最大。     

上海农业碳源碳汇现状评估及增加碳汇潜力分析

农田是上海的重要碳汇资源,但考虑了农业活动的碳排放后,是否还是净碳汇呢?本文利用《上海统计年鉴》的数据,对上海近年来的农业活动的碳吸收和碳排放进行了估算。发现近年来随着农田面积的不断减少,其碳吸收能力也在不断减弱。上海农业活动的碳排放主要来自施用化肥和灌溉。总体而言,上海农业仍是个巨大的净碳汇,数量约为380万t.a-1。由于耕地面积和技术条件限制,上海通过农业增产提高碳吸收能力的潜力很小,但通过改良耕作技术,推广生态、低碳的农业耕作方式,仍有较大的碳汇发展潜力。其关键在于把农业碳汇纳入市场体系,激励农户的低碳耕作行为。     

张掖市农田生态系统碳源/汇时空分布特征

[目的]探究农田生态系统的碳源/汇状况,为绿洲农田生态系统农作物类型及其种植模式研究提供参考。[方法]利用2001—2010年张掖市主要农作物产量、耕地面积、农作物播种面积及农业投入等数据,根据农田碳吸收、碳排放模型估算各县区农田生态系统的碳吸收、碳排放及碳汇,并分析其时空分布特征。[结果]张掖市各县区碳吸收、碳排放、碳汇强度存在明显的时空差异;同一农作物的碳吸收强度仅与单产量有关,且成正比;经济作物中棉花的单位面积变化量对碳吸收的贡献率最大,粮食作物中大豆的贡献率最大。碳排放量是化肥施用量、农作物种植面积、农业机械总动力及灌溉面积的一次函数,化肥施用量的单位变化量对碳排放的贡献率最大,碳排放量呈逐年增加的趋势;灌溉面积次之,且逐年有降低的趋势;农业机械碳排放所占比例较小,低于碳排放总量的5%。[结论]近10a来张掖市农田生态系统碳吸收总量整体上呈显著增加趋势,碳排放总量呈减小趋势,表明张掖市农田生态系统具有较强的碳汇能力。     

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。     

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。     

快速城市化地区土地利用变化的生态环境效应——以杭州市中心城区为例

[目的]评价和分析杭州中心城区1995—2014年土地利用变化的生态环境综合效应,为土地利用管理和城市生态环境治理提供依据。[方法]基于杭州市中心城区1995,2000,2005,2010和2014年5期TM影像数据,获取不同时段土地利用变化数据,并利用生态系统价值评估、碳排放核算和景观格局指数等分析方法。[结果]近20a来,杭州市生态系统服务总价值从1995年的32.43亿元下降至2014年的23.96亿元,共减少26%,占同期GDP比重从5.86%下降至0.56%;土地利用净碳排放从1995年的4.26×10t增加至2014年的1.51×107 t,碳吸收从7.22×105 t下降至6.49×105 t,2014年碳排放的社会成本已高达145亿元;生态服务低价值区主要以中部为中心向周围蔓延,土地利用生态景观分析结果显示破碎化程度降低,连通性提高趋势,但多样性锐减。[结论]研究区内林地和水体面积减少,建设用地增加是生态系统服务总价值减少的主要原因。建设用地碳排放急剧增加和林地的碳吸收锐减是土地利用净碳排放增加的主要原因。研究区土地利用变化引起的生态景观格局变化明显,生态服务价值空间分布不均。     

近30年渭南市秸秆生物能及其分布重心变化

基于农作物草谷比系数、可收割系数和折标煤系数,测算了1978—2011年渭南市各区县秸秆资源的生物能量,利用重心模型研究了渭南市秸秆生物能的重心分布范围及其空间变化情况。结果表明,2008—2011年渭南市秸秆资源年均理论蕴藏量为3.79×106 t,年均可收集量为3.17×106 t,年均折标煤量为8.81×105 t,秸秆资源中以粮食作物秸秆为主,约占90%,其中小麦和玉米约占98%;1978—2011年渭南市秸秆生物能量呈现波动上升趋势,其整体分布重心逐渐向西南方向移动,但移动幅度逐渐变缓;依据渭南市秸秆资源相关指标的地理分布情况,将其秸秆资源能源化利用区划分为重点开发区(临渭区、大荔县、富平县),适度开发区(蒲城县、合阳县、澄城县、华县和华阴市)和不宜开发区(韩城市、潼关县、白水县);渭南市秸秆生物能工厂初步选址可定在大荔县与蒲城县交界处且较为靠近临渭区的地段。     

2012年湖南省农业生态系统的能值分析

[目的]构建农业生态系统的能值评价体系,完善能值分析数据库。[方法]利用能值分析理论,选取能值密度、人均能值使用量、能值自给率、能值投资率、净能值产出率、能值货币比、环境负载率和可持续发展指数等8个指标;通过计算投入能值和产出能值的方法,对2012年湖南省农业生态系统能值进行了分析。[结果]8个评价指标的计算值分别为1.15×1012,3.4×1015 sej,22.35%,3.47,1.5,3.15×1012 sej/$,3.56和0.42。[结论]湖南省农业生态系统能值整体处于中等水平。解决农业能值投入结构是改善该农业生态系统的重要手段。     

河南省农业生产碳汇的演变趋势及其集聚特征分析

农业生产具有碳排放和碳吸收的双重属性,针对当前农业生产碳汇研究系统边界模糊不清、中观尺度研究成果少、核算项目缺失统一性和完整性等问题,本文在全面核算2000—2015年河南省传统农业碳排放和碳吸收的基础上,分析了该省农业生产碳汇的演变趋势,并利用基尼系数和洛伦兹曲线研究其空间集聚特征。研究结果表明,河南省农业生产系统表现碳汇特征,其碳汇量整体呈现逐渐增长趋势,至2015年全省农业生产碳汇量为3 235.11万t,相当于当年能源消费碳排放量的22.53%,因此农业生产对于减缓温室效应等方面具有一定的作用。河南省农业生产碳汇量增长的主要原因在于随着农业现代化的不断推进和农业生产能力的不断提高,其农业生产碳吸收能力快于碳排放增长速度。自然因素是河南省农业碳排放的主要方面,至2015年自然因素产生的碳排放占河南省农业生产碳排放总量的70.15%;而人工农资投入碳排放增长率相对较快,是全省碳排放量增长的主要原因,2000—2015年全省人工农资投入碳排放量年均增长率为3.27%,是其自然因素碳排放年均增长率的3.85倍。河南省各地农业生产碳汇在地域空间上表现增长的普遍性、相对稳定性和较显著集聚性特征,呈现显著的南北和东西差异,东部和北部农业地区碳汇数值相对较高,而南部和西部农业碳汇数值对较低。     

河南省畜禽养殖粪便年排放量估算

基于河南省2008年畜牧业统计年报数据和各种估算参数,估算了河南省2008年主要畜禽粪便排放总量及其有机质、氮、磷、钾含量。结果表明,河南省2008年主要畜禽粪便排放总量为18329.5万t,尿排放总量为9790.8万t,折算成氮169.84万t、磷96.33万t、钾142.93万t。不同畜禽中,生猪的畜禽粪便排放量最高,占河南省排放总量的39.5%;其次为肉牛,占排放总量的27.0%。尿的排放总量构成中,生猪的排放量最高,占总量的83.4%;其次为肉牛,占11.6%。不同地市中以驻马店的畜禽粪便排放总量最高,其次是南阳、周口、商丘和开封,5市的总和接近河南省粪便排放总量的一半。河南省畜禽粪便农用地的平均负荷高达40.79t·hm-2,远远超过了全国平均负荷4.19t·hm-2,说明河南省农村生态环境面临着畜禽养殖污染的巨大生态压力。     

四川省广元市不同土地利用类型的碳排放效应研究

利用土地利用变化及能源消耗资料,采用直接碳排放系数法,对四川省广元市近20a的不同土地利用类型的碳排放效应进行了估算。结果表明,在土地利用变化的影响下,该区域碳排放量明显增加,从1990年的2.11×107 t增长到2010年的3.98×107 t,增长幅度为88.9%;建设用地是主要的碳源,碳排放量从1990年的2.73×107 t迅速增长到2010年的4.91×107 t,其碳排放量占总碳排放量的99%以上,平均年增长速度为1.09×106 t;林地作为最大的碳汇,20a间有所增长,但水域、草地、未利用地碳汇效益不明显;从碳排放的空间格局来看,市中心区利州区的碳排放量最大,年平均碳排放量1.60×107 t。依据相关研究结果,提出了减少广元市碳排放量的相关建议。     

基于Landsat遥感影像和1∶50 000土壤数据库的福州市耕地有机碳动态变化研究

耕地土壤碳库是全球碳库中最为活跃的部分,其变化对全球气候变化产生重要影响。目前对耕地土壤有机碳估算多采用中、小系列比例尺的土壤数据库,较少结合遥感影像与大比例尺土壤数据库进行估算。基于此,本研究采用Landsat遥感影像和1∶50 000高精度土壤数据库,以福建省福州市为例,基于遥感与碳循环过程模型对1987年和2016年耕地土壤有机碳动态变化进行研究。结果表明,利用Landsat影像反演得到的耕地土壤基础呼吸与土壤有机碳相关性强,建立的1987年和2016年模型R²分别为0.637和0.752。研究期间,全市耕地土壤有机碳密度从东部沿海向西部内陆地区递增,整体发挥着“碳汇”作用,有机碳密度和储量分别增加0.20 kg·m^-2和2.946×10⁵ t。从不同土壤类型比较得出,黄壤、红壤和水稻土是“碳汇”,有机碳密度分别增加0.70 kg·m^-2、0.40 kg·m^-2和0.19 kg·m^-2;其他土类为“碳源”,其中,水稻土碳储量最大,两期在全市总碳储量中占比均超过90%。从不同行政区比较得出,仓山区、长乐区、马尾区和连江县为“碳源区”,其他地区为“碳汇区”,其中,仓山区碳储量一直为全市最低,两期占比均不足0.5%,而福清市则一直居于全市首位,占比均高于20%。总体而言,福州市耕地土壤有机碳30年间空间动态变化显著,在不同土类和行政区间存在差异,今后应根据不同耕地土壤类型和行政区的有机碳情况有针对性进行耕地管理。     

甘肃省庆阳市董志塬水土保持功能服务价值估算

[目的]估算水土保持服务功能价值,为水土流失综合治理和促进水土保持可持续发展提供科学依据。[方法]基于水土保持功能的定义,利用参照法、市场价值法和替代成本法等方法对庆阳市董志塬区土地的水土保持服务功能价值进行估算。[结果]庆阳市董志塬区水土保持服务功能的总价值为1.94×109元,每1m2的水土保持服务功能价值为4.3元。其中,占总服务价值最大的是固碳释氧服务价值,为7.05×108元,其次为改善物种多样性功能的价值,为5.34×108元;最小的是保存土壤肥力功能价值,为3.37×107元。[结论]庆阳市董志塬区的水土保持措施具有较高的功能服务价值,未来应继续保持或完善相关水保措施,以发挥更大的功能服务价值。