土地利用變化對碳排放的影響

曲福田 盧 娜，2 馮淑怡

(1．南京農業大學公共管理學院，江蘇南京210095;2．江蘇大學財經學院，江蘇 鎮江212013)

土地利用變化對碳排放的影響

曲福田1盧 娜1，2馮淑怡1

(1．南京農業大學公共管理學院，江蘇南京210095;2．江蘇大學財經學院，江蘇 鎮江212013)

大氣中溫室氣體濃度增加是人類面臨的嚴峻挑戰。土地利用變化已成為僅次于化石能源燃燒的第二大溫室氣體排放源。本文在界定土地利用變化碳排放作用機制及內涵的基礎上，從農用地向非農用地轉換、農用地內部土地利用以及非農用地內部土地利用三個方面綜述了土地利用變化對碳排放的影響。農用地向非農用地的轉換會增加碳排放量。農用地內部土地利用變化方面，農田轉換為森林或草地能夠使土壤和植被碳儲量增加，但是土壤碳匯集速率存在一定的差異;農田、森林和草地管理措施對生態系統碳循環的影響目前還存在爭議，但基本觀點是合理的管理措施能夠減少碳排放量。非農用地內部土地利用變化方面，從能源消耗角度考慮，二產用地向三產用地轉換會減少碳排放量。因此合理組織土地利用對幫助我國實現碳減排承諾，發展低碳經濟有重要意義。

土地利用變化;碳排放;土壤碳儲量

氣候變化，特別是全球氣候變暖是當今人類面臨的嚴峻挑戰，是國際社會公認的全球性環境問題。已有研究表明，化石燃料的大量燃燒和非持久性的土地利用等人類活動由于改變了碳素循環的平衡性，導致大氣中CO2濃度升高，是造成氣候變暖的主要原因［1－2］。由于土地利用變化導致溫室氣體排放的作用機理更加復雜，不確定性因素更多，因此這一因素成為全球氣候變化研究的熱點和難點之一。土地利用變化既可以發揮碳源作用，又可以發揮碳匯作用，但事實表明大多數的土地利用變化增加了向大氣中排放CO2的總量。1850－1990年間，土地利用變化導致124 Pg碳釋放到大氣中，約相當于同期化石燃料燃燒釋放量的一半［3］。但是Lal認為科學合理的土地利用和管理方式可以重新固定大約60% －70%已耗損的碳［4］，土地利用對減緩碳排放量的增加可以做出一定的貢獻。本文將在已有研究的基礎上，綜述不同的土地利用變化方式對碳排放的影響，以期為如何通過合理組織土地利用來增加碳匯功能，減緩碳排放提供參考依據。

1 土地利用碳排放作用機制及內涵

土地利用碳排放作用機理目前還無統一的說法，但是可以依據已有的生態系統與碳素循環的相關研究進行總結。Houghton認為陸地與碳素循環之間的關系可以分為兩大類:一類是影響呼吸、生長以及腐爛分解速率等生理代謝的機制，包含CO2濃度增加，氮沉降以及氣候變化等;另一類是恢復機制，包含土地利用和管理的變化對其的影響［5］。Campbell等認為陸地與大氣之間碳的凈通量主要取決于兩個過程:一是土地利用和其他人類活動引起的地表覆被的變化，包含森林砍伐、退耕還林、農田管理等活動;二是自然干擾過程，包含CO2大氣濃度的升高、氮沉降和氣候變化等過程［6］。以上兩位學者關于陸地與碳素循環之間的作用機制雖然描述不完全一致，但是本質是相同的。其中都包括土地利用與管理這一作用機制。賴力將土地利用碳排放機制分為三類:一是自然干擾機制;二是土地利用/覆被類型轉變機制;三是土地管理方式轉變機制［7］。楊景成認為土地利用對生態系統碳貯量的影響主要取決于生態系統類型(如森林生態系統、草地系統或農田系統等)和土地利用方式(如耕作制度、種植制度和化肥投入等)的變化［8］。

土地利用/覆被變化可劃分為兩類:轉換(Conversion)與漸變(Modification)。轉換是指一種土地利用類型向另一種土地利用類型的改變，改變之后生態系統的物理環境和植被功能也發生變化，如林地轉變為農田或草地等;漸變則是指某種土地利用類型，其生態系統內部的變化過程，但是物理環境或植被功能不會發生完全的變化，如對森林進行采伐、農田施肥等農田管理措施的變化。結合以上兩種土地利用變化類型，本文將土地利用碳排放機制細分為兩大類:土地利用類型轉換機制與土地利用類型保持機制(側重于土地管理方式變化引起的土地利用變化)。未包含自然干擾機制主要是因為自然干擾過程不是土地利用的直接反映。

結合土地利用碳排放的作用機制，土地利用碳排放可分為土地利用類型轉換碳排放和土地利用類型保持碳排放，總稱為土地利用直接碳排放。土地是具有承載功能的，人類的活動，包括經濟建設、城市擴展和能源消耗等活動都與土地利用密切相關，并且最終都要落實到不同的土地利用方式上［9］。因此將土地所承載的人類活動引起的碳排放就歸納為土地利用間接碳排放。故土地利用碳排放可分為直接碳排放和間接碳排放兩大類，如圖1所示。土地利用直接碳排放與間接碳排放并不是完全不相關，兩者之間存在一定的交叉點，如直接碳排放類型中的二三產業用地配置變化引致的碳排放變化本質上指的是建設用地所承載的不同產業對能源消耗的差異所引起的，即從土地利用類型考慮歸屬于直接碳排放，而從碳源角度考慮則歸屬于間接碳排放。

2 土地利用變化對碳排放的影響

土地利用和土地利用/覆被變化可以直接影響陸地生態系統與大氣之間溫室氣體交換及碳循環過程。本文將分別從農地向非農用地轉換、農地內部土地利用變化和非農用地內部土地利用變化對碳排放的影響三個方面對相關文獻進行回顧總結。其中，農地與非農用地之間相互轉換對碳排放的影響包含直接碳排放和間接碳排放;農地內部土地利用對碳排放的影響主要是直接碳排放，另有部分間接碳排放，包含用地類型轉換和管理措施變化對碳排放的影響;非農用地內部土地利用對碳排放的影響主要是產業用地配置變化對能源消耗需求差異所引致的碳排放變化，歸屬于間接碳排放。

2．1 農地向非農用地轉換對碳排放的影響

我國快速的工業化和城市化進程導致不斷有大量的農用地，特別是耕地轉換為建設用地。在這一轉換過程中，植被大量減少，植被對空氣中碳的固化作用大大減弱;同時植被殘體也將排放大量碳素，土壤對有機碳的固化吸收作用也減弱，故農用地轉換為建設用地將導致碳排放量的大幅度增加［10］。姜群鷗研究表明黃淮海平原耕地向建設用地的轉移是造成植被碳儲量減少的主要原因［11］。也有學者認為這一轉換過程是發揮碳匯作用的，如陳廣生等認為農田是碳源，城市(不包括城市森林和草地)無植被呼吸，即非工業化碳排放是零，因此我國的農地非農化過程可能會減少碳排放量，但這個結論目前還未有明確的證據［12］。因此在有證據支撐的情況下，從植被對碳的固化作用角度考慮，農用地向建設用地轉換會直接造成大量的碳排放。

圖1 土地利用碳排放框架圖Fig．1 Carbon emissions by land use change

也有學者從能源消耗角度對比分析農用地和建設用地兩種用地類型的間接碳排放量。盧娜研究結果表明2008年我國農用地碳排放量僅占不同地類碳排放總量的1．84%;居民點用地及工礦用地和交通用地的碳強度分別為 33．64 t/hm2、47．81 t/hm2，遠遠大于農用地的 0．03 t/hm2［13］。李穎從宏觀角度分析了江蘇省土地利用方式變化的碳排放效應，結果表明建設用地對碳排放貢獻率高達96%以上［14］。以上研究說明了農用地向建設用地轉換會導致間接碳排放量的大量增加。

2．2 農地內部土地利用變化對碳排放的影響

2．2．1 森林、農田、草地和濕地的相互轉換

(1)森林向農田、草地轉換。森林生態系統是最大的陸地碳庫，在全球碳循環中發揮著舉足輕重的作用。Houghton對大氣中由于土地利用/覆被變化導致的CO2增加的機理和貢獻率進行了研究，研究結果表明森林的砍伐和森林向農用地、草地的轉變都會導致CO2等溫室氣體由陸地生物圈向大氣中大量釋放，但CO2的釋放速率受人類利用方式的影響［15］。由于農田耕種措施的采用加速了土壤有機質的分解速率，故森林轉換為農田后會有一定比例的土壤有機碳排放到大氣中，但是不同研究結果表明受農田管理措施和作物種類的影響，該排放比例并不統一［16］。王義祥將森林向農田轉化引起土壤有機碳損失的原因歸納為四點:一是土壤有機質更易于分解;二是呼吸作用和植物殘體分解增強;三是物種改變使土壤中碳素分配比例降低;四是土壤易受到侵蝕而流失碳素［17］。因此森林向農田轉換不僅會造成大氣中溫室氣體的增加，而且土壤有機碳儲量也會有一定的損失。

在大多數情況下，森林的地上(植被)和地下(根系)生物量都是高于草地的，因此，森林向草地轉化的過程是碳排放的過程。但也有研究表明森林轉換為草地后，其土壤碳儲量并不是一直處于減少趨勢，大致8年以后草地表層土壤的碳含量能夠恢復到轉換前森林的土壤碳含量水平［18］。還有研究表明森林轉換為草地后，也有可能增加或減少土壤的有機碳庫，即土壤是發揮碳源作用還是碳匯作用主要取決于草地類型［19］、管理措施［20］及區域降水量和取樣深度［21］等。由此可看出有關森林向草地轉換對土壤碳儲量的影響還沒有一致的結論。

(2)農田向森林、草地轉換。眾多研究表明農田向森林、草地生態系統轉換有利于增加土壤、植被中的有機碳儲量。但是，碳在土壤中匯集的時間和速率差別很大，這與恢復植被的生產力和土壤物理、生物學狀況以及土壤有機質輸入及物理干擾歷史有關［8］。我國眾多學者對退耕還林后土壤碳儲量變化進行了研究。研究結果表明退耕還林初期，土壤有機碳儲量表現出下降趨勢，隨后逐漸恢復甚至高于農田土壤碳儲量［22－23］。有關耕地向草地轉換對土壤碳儲量影響的研究較少。Gebhart等發現美國中部平原地區的耕地轉換為草地之后，30 cm厚度土壤中有機碳含量增加 110 g/m2·a［24］。

(3)草地向森林、農田轉換。草地轉換為耕地或林地后，地上部生物量與土壤層變化情況不盡相同。草地轉換為耕地后地上部生物量變化不大，但是土壤層由于受到人類活動的干擾而遭到破壞，引起土壤耕作層碳損失。Wang等研究發現有機碳流失主要發生在耕層30 cm深度，30 cm以下有機碳沒有變化［25］。

草地轉換為人工林地后，土壤有機碳儲量在10年內迅速降低，主要是由于造林過程中對土壤的干擾造成的，之后變化速度減緩并隨著地表植被和落葉等殘體的增加，其土壤碳儲量會不斷提高到林地土壤碳儲量水平［26］。在干旱、半干旱地區，由于人為干擾強烈、氣候變化或過度放牧等原因會造成大量木本植物在草地擴散，這個過程是一個比較緩慢，而且不易察覺的土地利用/覆被變化過程。草地向木本植物這種土地覆被類型轉化的后果是土壤養分和碳含量的空間異質性增加，土壤碳含量發生變化。Houghton認為木本植物入侵能夠增加植被碳儲量，估算結果表明由于木本植物入侵能夠使全球在20世紀90年代每年大約固碳0．04 Pg［27］。也有研究表明木本植物入侵能夠增加土壤碳儲量［28］或維持不變［29］。Jackson的研究卻出現相反的研究結果，他認為木本植物入侵草地的過程中生態系統是發揮碳源作用的［30］。可以看出，草地被人為轉換為林地后其土壤碳儲量會增加;而被木本植物自然入侵后其土壤碳儲量的變化研究結論還不一致。

(4)濕地變化。濕地是陸地生態系統重要的碳庫之一，其碳儲量約占全球陸地生態系統碳庫的10%［31］。資料表明，我國的CH4排放源主要來自稻田，約占全國CH4總排放量的一半［32］。有研究認為濕地對CH4的釋放量不足以抵消其對CO2的吸收量，因此自然濕地系統是發揮碳匯功能的［33］。郝慶菊研究結果表明如果只考慮CH4和N2O兩種氣體的綜合增溫潛力，水田綜合增溫潛力占沼澤濕地的0．27－0．32，旱田綜合增溫潛力占沼澤濕地的0.05－0．24，即三江平原沼澤濕地開墾有助于降低溫室效應［34］。由于濕地對CO2的吸收和CH4的排放過程較為復雜，故濕地是發揮碳源功能還是碳匯功能還存在較大的爭議。

2．2．2 農用地管理措施變化

(1)森林、草地管理措施變化。森林的管理措施包含森林收獲、森林砍伐、森林恢復以及森林退化等。森林收獲在大多數情況下不會對土壤碳產生影響或影響很小，主要取決于植被類型［16］。Detwiler認為森林的砍伐和燃燒不會導致土壤碳損失，有時還會使之增加，土壤碳減少的原因不是因為砍伐，而是砍伐后土地的利用，如砍伐后變為農田或草地［35］。Johnson總結了48個火燒后森林有機碳的變化，結果表明在10年后土壤有機碳增加，在短期內則沒有影響［36］。在森林恢復過程中，固氮物種和化肥(氮肥、磷肥)的施用能夠顯著增加土壤碳匯集［37－38］。但是土壤碳匯集速率差異較大，主要是由恢復前耕種歷史及其空間異質性引起的［39］。由于人類對森林資源的需求，使得原始林轉化為次生林，從而打破了原始林相對封閉的養分循環，使原始林面臨養分限制的威脅;同時這個轉化過程也會造成大量的碳排放到大氣中［40］。

世界范圍內的草地多存在過度放牧和粗放管理等問題。許多研究表明草地的過度放牧和粗放管理造成大量土壤有機質以CO2形式排放到大氣中［41］。由于草地的土壤有機質含量是相當可觀的，因此改善草地管理措施不僅能夠提高牧草產量，而且能夠增加土壤有機質含量。

(2)農田管理措施變化。農田系統也是陸地生態系統一個重要的碳庫，除了土壤溫度、水分、光照、微生物等因素，農田管理措施的變化對農田系統溫室氣體排放和土壤碳儲量也有著較顯著的促進或抑制作用。農田系統CO2排放主要是通過土壤和植被的呼吸作用將植被通過光合作用固定的CO2排放到大氣中;在厭氧條件下，土壤有機碳以及一部分植被光合作用固定的碳則以CH4形式向大氣中釋放［42］。土壤有機質至關重要，因為其既能決定作物產量，同時也是大氣CO2的源和匯。農田管理措施通過改變土壤的溫度和濕度、根系生長狀況以及作物殘茬的數量和質量來影響土壤有機質的變化，從而影響土壤有機碳儲量。本文將分別綜述耕作和施肥措施對溫室氣體排放和土壤碳儲量的影響。

保護性耕作核心內容是指少、免耕和秸稈還田。一般認為少免耕一方面由于節省燃料而能夠減少CO2釋放量;另一方面由于減緩了土壤有機質的分解速率，導致土壤呼吸作用減弱從而減少CO2排放量［43］。但是美國德克薩斯州不同種植體系下耕作試驗卻表明常規耕作轉為免耕后雖然可以使土壤碳儲量增加，但CO2釋放量與常規耕作相同甚至更多［44］。許多研究表明，較傳統耕作，保護性耕作減少了對土壤的擾動，有利于土壤中CH4的氧化，從而能夠減少CH4的排放量。伍芬琳［45］、胡立峰［46］研究表明翻耕或旋耕都促進稻田CH4排放，在無稻全年休閑地CH4排放通量最低。但Rex等的研究表明較深松和翻耕，玉米大豆輪作體系中，免耕排放了更多的CH4［47］。總體而言保護性耕作能夠降低碳排放量。

國內外許多研究表明保護性耕作能夠增加土壤有機碳含量。Andreas對比分析了加拿大西部的35個少耕試驗，結果表明土壤平均每年能夠多固定320±150 kg/hm2碳［48］。國內的王成已等通過統計分析，表明長期保護性耕作，農田表土有機碳含量總體呈上升趨勢;與少免耕相比，秸稈還田更有利于促進表土有機碳積累［49］。另外合理輪作可以加速土壤碳匯集，在輪作中加入常綠牧草可增加土壤碳含量，且不同作物間的輪作對土壤碳匯集影響不同，如水稻連作土壤碳匯集高于水稻/玉米輪作［50］。但也有研究表明，免耕與少耕對提高土壤碳儲量作用不明顯［51］，特別是對深層土壤有機碳儲量影響不大［52］。總體而言，保護性耕作較傳統耕作能夠提高土壤碳儲量是得到廣泛認同的。

有機肥和無機肥單施或配施對土壤CO2、CH4的排放都有顯著的影響。Jones觀測試驗表明增施有機肥，土壤CO2排放量是不施肥的1．6倍［53］;但是 Richard的研究表明長期增施氮肥能夠降低土壤微生物的活性而減少CO2的排放［54］。長期單施化肥較有機無機肥配施相比，CO2排放強度提高了55% －85%［55］。CH4排放量大小受施入有機肥的C/N比影響較大，隨著含碳量和C/N比的降低而減少［56］。需要注意的是化肥生產是以燃燒化石燃料為代價的，每生產1單位的氮肥要釋放1－1．5單位的碳［57］。如果考慮化肥生產過程中對能源的消耗而產生的溫室氣體排放和化肥施用導致的溫室氣體排放，采用測土配方施肥技術由于減少了化肥施用量而能降低溫室效應。如盧娜采用生命周期評價方法分析太湖流域生產1t水稻，較傳統施肥技術，采用測土配方施肥技術能夠將溫室效應指數降低6．32%，且溫室氣體減少量主要來源于農資階段化肥生產過程中對能源消耗的減少［13］。

化肥施用通過兩條途徑改變土壤有機質動態和碳儲量，一是能夠提高作物產量，增加土壤中作物殘茬等有機質輸入，進而提高土壤有機碳含量;二是影響土壤微生物量及其活性，加速作物殘茬的分解和土壤礦化的速度，降低土壤有機碳含量。但是微生物活性的提高促進了作物對養分的吸收，從而增加了作物殘茬和根有機質的輸入。因此施肥能夠提高土壤有機碳儲量，但如果過分依賴化肥，在提高土地利用強度的同時忽視了有機肥的施用，會使土壤肥力下降［58］。眾多研究表明有機肥和無機肥配施的土壤固碳潛力較大［59－60］。

許多研究認為合理的管理措施是引起植被和土壤碳儲量增加的主要原因之一，是陸地生態系統未知“碳匯”的重要來源之一［61］。關于不同管理措施對生態系統碳循環影響的研究結論不盡相同，但是基本觀點是合理的管理措施(如免耕、科學施肥等)能夠通過增加系統碳吸收量或減少碳損失量來固定更多的碳，從而減少碳排放量。

2．3 非農用地內部土地利用變化對碳排放的影響

本文所說的非農用地主要指的是建設用地，其土地利用變化指的是二三產業用地配置變化。在變化過程中，其土壤和植被碳儲量受影響較小或幾乎不受影響，故較少考慮。由于我國還未公布二三產業用地規模數據，因此目前還未有研究直接依據產業用地規模數據來分析產業用地配置變化對碳排放的影響。一些學者通過問卷調查法［62］、土地用途產業類別法和原土地分類統計法［63］獲取產業用地數據。受研究范圍和數據獲取的限制，以上方法的普適性不高。因為產業用地的配置變化將直接導致產業結構的調整，而不同用地類型所承載的不同產業的能源消耗水平是存在較大差異的，從而碳排放量也存在顯著差別。第二產業是我國的物質生產部門，我國在工業化發展初期建立的高能耗、高污染、高排放的產業無疑是碳排放的主要來源，特別是重工業生產;第三產業是非物質生產部門，勞動力使用高于生產資料的使用，對能源的消耗需求小于第二產業，并且對能源效率提高的貢獻較大，所以碳排放量較小［64］。因此從能源消耗角度考慮，二產用地配置向三產轉移一定程度上是會降低碳排放量的。眾多學者從能源消耗角度間接分析產業結構調整對碳排放的影響。馬艷等通過理論模型與實證分析得出產業結構調整是影響碳排放的重要因素之一［65］。魏楚等進一步發現以“退二進三”為主導的產業結構調整在一定程度上能夠改善能源利用效率，減少碳排放量［66］。盧娜研究表明“退二進三”產業結構調整可以降低碳強度，但是二產用地向三產用地轉換對降低處于不同經濟發展階段地區碳強度的貢獻是存在一定差異的，即不同地區不能只依靠“退二進三”來實現節能減排目標，還應特別注重二產，特別是重工業能源利用效率的提高［13］。總之，從能源消耗角度考慮，二產用地向三產用地轉換會減少向大氣中的碳排放量，但對不同地區碳強度的影響是存在一定差異的。

3 結語

土地利用變化是僅次于化石能源燃燒，造成大氣中溫室氣體濃度增加的重要原因，對陸地生態系統碳循環有顯著影響，因此其所受關注程度不斷增強，成為一個研究的熱點。農用地向建設用地的轉換會增加碳排放量。我國目前正處于工業化和城市化的快速發展階段，有大量的農用地轉變為建設用地，因此為減緩碳排放應限制建設用地的過度擴展。森林向農田、草地轉化會造成植被溫室氣體的大量排放，但是受多因素限制，其土壤有機碳含量變化趨勢及速率不盡相同。農田轉化為森林或草地會增加植被和土壤中的有機碳儲量，但是土壤碳匯集速率存在一定的差異。20世紀80年代以來我國實行的“退耕還林還草”政策，吸納了一定比例的人為源碳排放，為減緩碳排放量增加做出了一定的貢獻。關于農田、森林和草地管理措施對生態系統碳循環的影響目前還存在爭議，但是基本觀點是合理的管理措施不僅能夠提高作物、林木或牧草的產量，而且可以穩定，甚至增加土壤碳儲量，通過增加碳吸收量或減少碳損失量來減少碳排放量。從能源消費角度考慮，二產用地碳排放量高于三產用地，因此“退二進三”成為一些地區實現節能減排目標的產業發展戰略，但是對不同地區的貢獻還是存在一定差異的。由于土地利用變化內涵較為廣泛，目前已有研究多是從各自領域對某一方面的土地利用變化對碳排放的影響進行分析，還缺乏一個系統的分析框架進行全面深入的研究;另外由于人類活動的復雜性，關于定量化研究管理措施對碳排放的影響較少，有待于今后開展長期的試驗來進行定量化研究。

作為負責任的大國，我國確定了“十二五”期間單位GDP能耗下降16%及單位GDP碳排放強度下降17%的目標［67］。根據國家發改委能源研究所的低碳情景設定，土地利用結構優化的碳減排潛力約為常規低碳政策的1/3［10］。在土地利用/覆被變化過程中，如果所有適當的管理措施都能夠實施，全球每年能夠增加5．65－8．71 Pg碳固定(包括淡水和陸地生態系統的管理)［68］。因此土地利用結構調整和土地管理措施等土地利用變化對我國實現減排承諾，發展低碳經濟可以發揮至關重要的作用，不可忽視。

References)

［1］Watson R T，Verardo D J．Land-use Change and Forestry［M］．London:Cambridge University Press，2000．

［2］IPCC．Land-use，Land-use Change and Forestry［A］．In:Watson R T，Noble I R，Bolin B，et al，eds．A Special Report of the IPCC［C］．Cambridge:Cambridge University Press，2000．

［3］Houghton R A，Hackler J L．Emissions of Carbon from Forestry and Land-Use Change in Tropical Asia［J］．Global Change Biology，1999，5(4):481 －492．

［4］Lal R．Soil Carbon Dynamics in Cropland and Rangeland［J］．Environmental Pollution，2002，116(3):353 －362．

［5］Houghton R A．Magnitude，Distribution and Causes of Terrestrial Carbon Sinks and Some Implications for Policy［J］．Climate Policy，2002，2(1):71 －88．

［6］Campbell C A，Zentner R P，Liang B-C，et al．Organic C Accumulation in Soil Over 30 Years in Semiarid Southwestern Saskatchewan-Effect of Crop Rotations and Fertilizers［J］．Canadian Journal of Soil Science，2000，80:179 －192．

［7］賴力．中國土地利用的碳排放效應研究［D］．南京:南京大學，2010．［Lai Li．Carbon Emission Effect of Land Use in China［D］．Nanjing:Nanjing University，2010．］

［8］楊景成，韓興國，黃建輝，等．土地利用變化對陸地生態系統碳貯量的影響［J］．應用生態學報，2003，14(8):1385－1390．［Yang Jingcheng，Han Xingguo，Huang Jianhui，et al．Effects of Land Use Change on Carbon Storage in Terrestrial Ecosystem［J］．Chinese Journal of Applied Ecology，2003，14(8):1385 －1390．］

［9］趙榮欽，劉英，郝仕龍，等．低碳土地利用模式研究［J］．水土保持研究，2010，17(5):190 － 194．［Zhao Rongqin，Liu Ying，Hao Shilong，et al．Research on the Low-Carbon Land Use Pattern［J］．Research of Soil and Water Conservation，2010，17(5):190 －194．］

［10］楊慶媛．土地利用變化與碳循環［J］．中國土地科學，2010，24(10):7－12．［Yang Qingyuan．Land Use Changes and the Carbon Cycling［J］．China Land Science，2010，24(10):7 － 12．］

［11］姜群鷗，鄧祥征，戰金艷，等．黃淮海平原耕地轉移對植被碳儲量的影響［J］．地理研究，2008，27(4):839－846．［Jiang Qunou，Deng Xiangzheng，Zhan Jinyan，et al．Impacts of Cultivated Land Conversion on the Vegetation Carbon Storage in the Huang-Huai-Hai Plain［J］．Geographical Research，2008，27(4):839 －846．］

［12］陳廣生，田漢勤．土地利用/覆蓋變化對陸地生態系統碳循環的影響［J］．植物生態學報，2007，31(2):189 －204．［Chen Guangsheng，Tian Hanqin．Land Use/Cover Change Effects on Carbon Cycling in Terrestrial Ecosystems［J］．Journal of Plant Ecology，2007，31(2):189 －204．］

［13］盧娜．土地利用變化碳排放效應研究［D］．南京:南京農業大學，2011．［Lu Na．The Research on Carbon Emission Effects of Land Use Change［D］．Nanjing:Nanjing Agricultural University，2011．］

［14］李穎，黃賢金，甄峰．江蘇省區域不同土地利用方式的碳排放效應分析［J］．農業工程學報，2008，24(Supp．2):102 －107．［Li Ying，Huang Xianjin，Zhen Feng．Effects of Land Use Patterns on Carbon Emission in Jiangsu Province［J］．Transactions of the CSAE，2008，24(Supp．2):102 －107．］

［15］Houghton R A．Releases of Carbon to the Atmosphere from Degradation of Forests in Tropical Asia［J］．Canadian Journal of Forest Research，1991，21:132 －142．

［16］Johnson D W．Effects of Forest Management on Soil Carbon Storage［J］．Water，Air＆ Soil Pollution，1992，64(1 －2):83 －120．

［17］王義祥，翁伯琦，黃毅斌．土地利用和覆被變化對土壤碳庫和碳循環的影響［J］．亞熱帶農業研究，2005，1(3):44 －51．［Wang Yixiang，Weng Boqi，Huang Yibin．Effects of Land Use/Cover Changes on Soil Carbon Storage and Carbon Cycle［J］．Subtropical Agriculture Research，2005，1(3):44 －51．］

［18］Jener L M，Carlos C C，Jerry M M，et al．Soil Carbon Stocks of the Brazilian Amazon Basin［J］．Soil Science Society of America Journal，1995，59:244 －247．

［19］Tate K R，Scott N A，Ross D J，et al．Plant Effects on Soil Carbon Storage and Turnover in A Montane Beech Forest and Adjacent Tussock Grassland in New Zealand［J］．Australian Journal of Soil Research，2000，38(5):685 －698．

［20］Nepstad D C，Uhl C，Serrao E A S．Recuperation of a Degraded Amazonian Landscape:Forest Recovery and Agricultural Restoration［J］．Ambio，1991，20(6):248 －255．

［21］Guo L B，Gifford R M．Soil Carbon Stocks and Land Use Change:A Meta Analysis［J］．Global Change Biology，2002，8(4):345 －360．

［22］白雪爽，胡亞林，曾德慧，等．半干旱沙區退耕還林對碳儲量和分配格局的影響［J］．生態學雜志，2008，27(10):1647－1652．［Bai Xueshuang，Hu Yalin，Zheng Dehui，et al．Effects of Farmland Afforestation on Ecosystem Carbon Stock and Its Distribution Pattern In Semi-Arid Region of Northwest China［J］．Chinese Journal of Ecology，2008，27(10):1647 －1652．］

［23］王春梅，劉艷紅，邵彬，等．量化退耕還林后土壤碳變化［J］．北京林業大學學報，2007，29(3):112 －119．［Wang Chunmei，Liu Yanhong，Shao Bin，et al．Quantifying the Soil Carbon Changes Following the Afforestation of Former Arable Land［J］．Journal of Beijing Forestry University，2007，29(3):112 －119．］

［24］Gebhart D L，Johnson H B，Mayeux H S，et al．The CRP Increases in Soil Organic Carbon［J］．Journal of Soil and Water Convertion，1994，49(5):488 －492．

［25］Wang Y，Amundson R，Trumbore S．The Impact of Land Use Change on C Turnover in Soils［J］．Global Biogeochemical Cycles，1999，13(1):47 －57．

［26］Polglase，Philip J，Australian Greenhouse Office．Change in Soil Carbon Following Afforestation or Reforestation:Review of ExperimentalEvidence and Development of A Conceptual Framework［R］．National Carbon Accounting System Technical Report，NO．20．Canberra，2000．

［27］Houghton R A．Revised Estimates of the Annual Net Flux of Carbon to the Atmosphere From Changes in Land Use and Land Management 1850 － 2000［J］．TellusSeriesB Chemicaland Physical Meteorology，2003，55(2):378 －390．

［28］Hibbard K A，Archer S，Schimel D S，et al．Biogeochemical Changes Accompanying Woody Plant Encroachment in A Subtropical Savanna［J］．Ecology，2001，82(7):1999 －2011．

［29］Smith D L，Johnson L C．Expansion of Juniperus Virginiana L．in the Great Plains:Changes in Soil Organic Carbon Dynamics［J］．Global Biogeochemical Cycles，2003，17:1062．

［30］Jackson R B，Banner J L，Jobba E G，et al．Ecosystem Carbon Loss with Woody Plant Invasion of Grasslands［J］．Nature，2002，277(7):2000－2003．

［31］IPCC．A Special Report of IPCC Working GroupⅢ:Summary for Policymakers，Emission Scenarios［R］．Cambridge:Cambridge University Press，2001．

［32］李克讓．土地利用變化和溫室氣體凈排放與陸地生態系統碳循環［M］．北京:氣象出版社，2002．［Li Kerang．Land Use Change and Net Greenhouse Gas Emissions and the Carbon Cycle of Terrestrial Ecosystems［M］．Beijing:Meteorological Press，2002．］［33］WBGU．The Accounting of Biological Sinks and Sources Under the Kyoto Protocol:A Step ForwardsorBackwardsforGlobal Environmental Protection?［R］．German Advisory Council on Global Change，Bremerhaven，1998．

［34］郝慶菊．三江平原沼澤土地利用變化對溫室氣體排放影響的研究［D］．北京:中國科學院研究生院，2005．［Hao Qingju．Effect of Land-Use Change on Greenhouse Gases Emissions in Freshwater Marshes in the Sanjiang Plain［J］．Beijing:Graduate University of Chinese Academy of Sciences，2005．］

［35］Detwiler R P．Land Use Change and the Global Carbon Cycle:the Role of Tropical Soils［J］．Biogeochemistry，1986，2(1):67 －93．

［36］Johnson C E，Johnson A H，Huntington T G，et al．Whole-tree Clear-Cutting Effects on Soil Horizons and Organic-Matter Pools［J］．Soil Science Society of America Journal，1991，55(2):497．

［37］Nohrstedt H A，Arnebrant K，Baath E，et al．Changes in Carbon Content，Respiration Rate，ATP Content，and Microbial Biomass in Nitrogen Fertilized Pine Forest Soils in Sweden［J］．Canadian Journal of Forest Research，1989，19:323－328．

［38］Schiffman P M，Johnson W C．Phytomass and Detritus Storage During Forest Regrowth in the Southeastern United States Piedmont［J］．Canadian Journal of Forest Research，1990，19:69－78．

［39］Post W M，Kwon K C．Soil Carbon Sequestration and Land-Use Change:Processes and Potential［J］．Global Change Biology，2000，6(3):317 －327．

［40］Dixon R K，Solomon A M，Brown S，et al．Carbon Pools and Flux of Global Forest Ecosystems［J］．Science，1994，263(5144):185 －190．

［41］Abril A，Bucher E H．The Effects of Overgrazing on Soil Microbial Community and Fertility in the Chaco Dry Savannas of Argentina［J］．Applied Soil Ecology，1999，12(2):159 －167．

［42］江長勝．川中丘陵區農田生態系統主要溫室氣體排放研究［D］．北京:中國科學院研究生院，2005．［Jiang Changsheng．Study on Emission of Major Greenhouse Gases from Agro-Ecosystems in a Central Sichuan Hilly Area of Southwest China［D］．Beijing:Graduate University of Chinese Academy of Sciences，2005．］

［43］Rattan L，Griffin M，Apt J，et al．Managing Soil Carbon［J］．Science，2004，304(5669):393．

［44］Franzluebbers A J，Hons F M，Zuberer D A．Tillage-induced Seasonal Changes in Soil Physical Properties Affecting Soil CO2Evolution Under Intensive Cropping［J］．Soil＆ Tillage Research，1995，34(1):41 －60．

［45］伍芬琳，張海林，李琳，等．保護性耕作下雙季稻農田甲烷排放特征及溫室效應［J］．中國農業科學，2008，41(9):2703 －2709．［Wu Fenlin，Zhang Hailin，Li Lin，et al．Characteristics of CH4Emission and Greenhouse Effects in Double Paddy Soil with Conservation Tillage［J］．Scientia Agricultura Sinica，2008，41(9):2703 －2709．］

［46］胡立峰，李琳，陳阜，等．不同耕作制度對南方稻田甲烷排放的影響［J］．生態環境，2006，15(6):1216 －1219．［Hu Lifeng，Li Lin，Chen Fu， et al． Effect of Different Tillage on Methane Emissions in Paddy Field［J］．Ecology and Environment，2006，15(6):1216 －1219．］

［47］Rex A O，Tony J V，Doug R S，et al．Soil Carbon Dioxide and Methane Fluxes From Long-Term Tillage Systems in Continuous Corn and Corn-Soybean Rotations［J］．Soil and Tillage Research，2007，95(1－2):182－195．

［48］Andreas M A，Alfons W，Ken J，et al．Cost Efficient Rotation and Tillage Options to Sequester Carbon and Mitigate GHG Emissions from Agriculture in Eastern Canada Agriculture［J］．Ecosystems ＆Environment，2006，117(2 －3):119 －127．

［49］王成己，潘根興，田有國．保護性耕作下農田表土有機碳含量變化特征分析:基于中國農業生態系統長期試驗資料［J］．農業環境科學學報，2009，28(12):2464 － 2475．［Wang Chengji，Pan Genxing，Tian Youguo．Characteristics of Cropland Topsoil Organic Carbon Dynamics Under Different Conservation Tillage Treatments Based on Long-term Agro-ecosystem Experiments Across Mainland China［J］．Journal of Agro-Environment Science，2009，28(12):2464 －2475．］

［50］Witt C，Cassman K G，Olk D C，et al．Crop Rotation and Residue Management Effects on Carbon Sequestration，Nitrogen Cycling and Productivity of Irrigated Rice Systems［J］．Plant and Soil，2000，225(1－2):263－278．

［51］Campbell C A，McConkey B G，Zentner R P，et al．Long-term Effects of Tillage and Rotations on Soil Organic C and Total N in A Lay Soil in Southwestern Saskatchewan［J］．Canadian Journal of Soil Science，1996，76:395 －401．

［52］John M B，Tyson E O，Rodney T，et al．Tillage and Soil Carbon Sequestration:What Do We Relly Know?［J］．Agriculture，Ecosystems ＆ Environment，2007，118(1 －4):1 －5．

［53］Jones S K，Rees R M，Skiba U M，et al．Greenhouse Gas Emissions from A Managed Grassland［J］．Global and Planetary Change，2005，47(2 －4):201 －211．

［54］Bowden R，Davidson E，Savage K，et al．Chronic Nitrogen Additions Reduce Total Soil Respiration and Microbial Respiration in Temperate Forest Soils at the Havard Forest［J］．Forest Ecology and Management，2004，196(1):43 － 56．

［55］鄭聚鋒．長期不同施肥條件下南方典型水稻土有機碳礦化與 CO2、CH4產生研究［D］．南京:南京農業大學，2007．［Zheng Jufeng．SOC Mineralization and CO2，CH4Production Under Long-term Different Fertilizations from Two Typical Paddy Soils of South China［D］．Nanjing:NanjingAgricultural University，2007．］

［56］Denier Van der Gon H A C，Neue H U．Influence of Organic Matter Incorporation on the Methane Emission From A Wetland Rice Field［J］．Global Biogeochemical Cycles，1995，9(1):11 －22．

［57］Janzen H H，Campbell C A，Izaurralde R C，et al．Management Effects on Soil C Storage on the Canadian Prairies［J］．Soil ＆Tillage Research，1998，47(3－4):181－195．

［58］孟磊，蔡祖聰，丁維新．長期施肥對土壤碳儲量和作物固定碳的影響［J］．土壤學報，2005，42(5):769 － 776．［Meng Lei，Cai Zucong，Ding Weixin．Carbon Contents in Soils and Crops as Affected by Long-Term Fertilization［J］．Acta Pedologica Sinica，2005，42(5):769 －776．］

［59］Cai Z C，Qin S W．Dynamics of Crop Yields and Soil Organic Carbon in A Long-Term Fertilization Experiment in the Huang-Huai-Hai Plain of china［J］．Geoderma，2006，136(3 －4):708 －715．

［60］Loretta T，Anna N，Gianni G，et al．Can Mineral and Organic Fertilization Help Sequestrate Carbon Dioxide in Cropland［J］．European Journal of Agronomy，2008，29(1):13 －20．

［61］Canadell J G．Land Use Effects on Terrestrial Carbon Sources and Sinks［J］．Science in China(series C)，2002，45(supp 1):1 －9．

［62］王梅，劉瓊，曲福田．工業土地利用與行業結構調整研究:基于昆山1400多家工業企業有效問卷的調查［J］．中國人口·資源與環 境，2005，15(2):80 － 84．［Wang Mei，Liu Qiong，Qu Futian．Studies on the Assessment for Land Use of Industrial Fields and Industry Structure Adjustment in Kunshan City-based on the One Thousand Valid Questionnaires［J］． ChinaPopulation，Resources and Environment，2005，15(2):80 － 84．］

［63］劉平輝．基于產業的土地利用分類及其應用研究［D］．北京:中國農 業 大 學，2003．［Liu Pinghui．Study of the Land Use Classification Based on Industry and It’s Application［D］．Beijing:China Agricultural University，2003．］

［64］金三林．國內能源效率偏低，二氧化碳排放量增長較快［EB/OL］．中國經濟，2010－07 －06．http://www．cnstock．com/index/gdbb/201007/650655．htm．［Jin Sanlin．The Domestic Energy Efficiency is Low，the Carbon Emission Speed is Fast［EB/OL］．China Economy，2010 －07 －06．http://www．cnstock．com/index/gdbb/201007/650655．htm．］

［65］馬艷，嚴金強，李真．產業結構與低碳經濟的理論與實證分析［J］．華南師范大學學報:社會科學版，2010，5:119 －123．［Ma Yan，Yan Jinqiang，Li Zhen．Theoretical and Empirical Analysis of Industrial Structure and Low-carbon Economy［J］．Journal of South China Normal University:Social Science Edition，2010，5:119 －123．］

［66］魏楚，沈滿洪．結構調整能否改善能源效率:基于中國省級數據的研究［J］．世界經濟，2008，11:77 － 85．［Wei Chu，Shen Manhong．Can Structure Change Improve the Energy Efficiency?An Empirical Study Based on Provincial Data［J］．The Journal of World Economy，2008，11:77 －85．］

［67］發改委:十二五期間碳減排指標近期下發［EB/OL］．新京報，2011－03 －29．http://news．sina．com．cn/c/2011 －03 －29/015522196602．shtml． ［NationalDevelopmentand Reform Commission:The Carbon Emission Reduction Index of the Twelfth Five-Year Plan Period Will to be Send Down［EB/OL］．The Beijing News，2011－03 －29．http://news．sina．com．cn/c/2011 －03 －29/015522196602．shtml．］

［68］Metting F B，Smith J L，Amthor J S，et al．Science Needs and New Technology for Increasing Soil Carbon Sequestration［J］．Climatic Change，2001，51(1):11 －34．

Effects of Land Use Change on Carbon Emissions

QU Fu-tian1LU Na1，2FENG Shu-yi1
(1．College of Public Administration，Nanjing Agricultural University，Nanjing Jiangsu 210095，China;2．School of Finance and Economics，Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212013，China)

The increase of greenhouse gas in the atmosphere is now one of the greatest challenge to human beings．Following the burning of fossil fuels，land use change has become the second largest source of greenhouse gas emissions．This paper explored the mechanisms of carbon emissions caused by land use change and reviewed the effects of land use change，including the conversion of farmland to construction land，internal changes of land use in farmland and internal changes of land use in construction land on carbon emissions．The conversion of farmland to construction land increases carbon emissions．Regarding internal changes of land use in farmland，the conversion of cultivated land to forestland or grassland increases the carbon storage in vegetation and soil，while the rate of carbon accumulation in soil varies;the effects of cultivated land，forestland and grassland management practices on ecosystem carbon cycle are still under debate．However，it is generally recognized that appropriate management practices could reduce carbon emissions．Regarding internal changes of land use in construction land，from the perspective of energy consumption，the conversion of construction land used for the secondary industry to the tertiary industry reduces carbon emissions．Therefore appropriate land use is extremely necessary for achieving carbon emission reduction commitments and for developing low carbon economy in China．

land use change;carbon emission;soil carbon storage

X22

A

1002－2104(2011)10－0076－08

10．3969/j．issn．1002－2104．2011．10．012

2011－08－26

曲福田，博士，教授，主要研究方向為資源經濟與可持續發展。

馮淑怡，博士，教授，主要研究方向為資源經濟與可持續發展。

國家自然科學基金重點項目“農村發展中生態環境管理研究”(編號:70833001);教育部“新世紀優秀人才支持計劃”(編號:NCET－10－0494);中央高校基本科研業務費“自主創新重點研究項目”。

(編輯:田 紅)