基于土地利用的鹽城濱海碳排放研究

張 威，陳 燕

（東華大學 環境科學與工程學院，上海 201620）

1 引言

濕地是最脆弱，最容易受到外界環境影響，作為濕地中最重要的濱海濕地是全球環境變化最為敏感的地區之一，其土地利用變化可引起濱海濕地多種資源與生態過程的改變[1]。研究濱海濕地土地利用變化所導致碳排放的變化及其對生態環境的影響對于了解區域的生態環境演變乃至全球變化具有重要的意義[2]。

本文的研究對象是江蘇省鹽城濱海濕地。由于江蘇人多地少，政府制定了一系列開發濕地的計劃用以擴大耕地面積，造成天然濕地面積銳減，降低了濕地的生態功能。人地矛盾引發的土地利用問題錯綜復雜，急需從理論和實踐兩方面進行探索和研究。將土地利用的碳排放效應的概念引入到濕地保護中，利用近些年江蘇鹽城濱海濕地基于土地利用的碳排放數據分析江蘇鹽城濱海濕地近些年的演變情況，所得結果能為研究區域實現持續發展提供理論與數據基礎，也能為制定一個有效且具有針對性的保護措施做好準備，所以，開展濕地土地利用的碳排放效應研究對于改善研究區域的生態環境，促進蘇北的經濟發展，保證蘇北的社會穩定，具有重大的理論意義和深刻的實踐價值[3]。

2 數據來源

2.1 土地利用數據

土地利用數據來自于人工目視解譯的鹽城市濱海濕地1983年、2001年、2009年遙感圖像；社會經濟統計等數據源于相應年份的《鹽城市統計年鑒》綜合整理而來。參考《IPCC2006第4卷：農業、林業和其他土地利用》中，將土地利用類別分為林地、農田、草地、濕地、聚居地和其他土地，鹽城市土地利用實測數據有20種土地利用類型，其中濕地類型有13種。將IPCC的6種土地利用類型（一級分類）與鹽城市實測的現行土地利用現狀（二級分類）相對應。具體分類如表1。

2.2 碳排放系數

對于農田、林地、草地、濕地、聚居地的碳排放系數都是根據有關經驗數據總結得出的，其中濕地和聚居地作為一級分類，且對碳排放影響較大，為了統計出較詳細的碳排放數據，將濕地分為6類，聚居地分為2類，分別對這幾個小類進行細致的碳排放統計。各小類的碳排放系數也都是通過有關經驗數據總結得出。具體碳排放系數統計見表2。

3 研究方法及數據核算結果

3.1 鹽城市濱海濕地土地利用類型分類

濕地土地利用類型分類見表1。

3.2 不同土地利用類型的碳排放量計算

本文沒有考慮不同區域內同一土地利用方式（農田、林地、草地、濕地、聚居地）碳吸收與排放系數的差別。根據鹽城市濱海濕地具體土地利用類型，將區域內濕地劃分為湖濱濕地、寬谷濕地、河岸濕地、蘆葦濕地、苔草（Carex）濕地、海岸濕地，且每一種濕地類型碳排放系數都不同，因此將鹽城市濕地類型按此類別分類后，再通過經驗數據分別得出各類濕地類型的碳排放系數。其中碳排放估算公式為：

式中E：碳排放總量；ei：研究區第i種土地利用方式產生的碳排放量；Ti：第i種土地利用方式對應的土地面積；λi：第i種土地利用方式的碳排放（吸收）系數，吸收為負。根據有關經驗數據總結出各土地利用方式的碳排放（吸收）系數（表2）。其中濕地為CH4的排放系數（通量）。

碳排放是一個受多因素綜合影響的過程，且多因素之間并非互排斥，而是存在相互聯系與作用關系，但本文僅考慮土地利用類型的變化對碳排放的影響，因此對于像能源利用、生活消費、人口規模等因素產生的碳排放量均不計入，文中的碳排放系數也都是由前人在土地利用的基礎上總結而得到。

表1 IPCC中土地利用類型與鹽城市土地利用類型對應表

（1）農田碳排放系數方面。農田包括耕地與園地兩種土地利用類型，其中耕地和園地受到人類生產活動的影響，既有碳匯的性質，也有碳源的性質，但從總體考慮還是劃為碳源，碳排放系數為：0.0497kg（C）／（m2a）。

（2）林地和草地碳排放系數方面。林地和草地碳排放整體水平較低，且都是通過植物的呼吸作用所進行的碳吸收，因此將其劃分為碳匯的一類，其碳排放系數就應該為負值，分別為：－5.7700kg（C）／（m2a）與－0.0021kg（C）／（m2a）。

（3）濕地的碳排放系數方面，濕地是一種比較活躍的生態系統類型，它與陸地、大氣圈、水圈作用的絕大部分生物地球化學通量有關。和濕地生態系統有關氣體主要是：CO2、CH4、N2O。濕地中有機質的不完全分解導致濕地中碳和營養物質的積累，濕地可以在有氧條件下通過有氧呼吸釋放CO2，在無氧條件下產甲烷細菌產生并釋放CH4，濕地水分含量高，具備缺氧條件，因此濕地成為CH4的主要源，同時無機化肥的使用，產生N2O，并促使CO2和CH4的進一步釋放。濕地碳循環過程受氣候條件及人類活動的影響，相關研究表明，溫度、水位和基質質量是影響濕地土壤CO2／CH4釋放最重要的3個因子。濕地中雖然同是釋放出CO2和CH4，但濕地中植物呼吸作用同時也要消耗CO2，如下圖1所示，土壤分解產生的CO2，又會被濕地植物呼吸作用和濕地土壤固定在濕地中且在濕地植物較為繁茂的情況下，CO2固定的量要高出釋放量，因此綜合考慮后，濕地還是作為CO2匯和CH4源。相關資料顯示：全球天然濕地每年釋放的CH4約為10億～20億t，全球水稻田每年甲烷的釋放量約為2億～15億t，分別占全球CH4總釋放量的22% 和11%，因此濕地生態系統是大氣中CH4的主要來源。本文所涉及的碳排放是指CO2的排放，目的主要是為以后分析CO2對溫室效應的影響做準備，根據IPCC最新的科學評估報告給定甲烷的增溫潛力值（GWP）在100年尺度上為CO2的25倍（其中CO2的GWP值規定為1），因此將濕地中CH4排放數據的25倍作為濕地CO2排放數據進行計算。

圖1 濕地生態系統碳的生物化學過程

濕地的碳排放系數方面，對于鹽城市實測的土地利用類型，濕地包括13種土地利用類型，全球水循環可能產生重要的碳匯，濕地作為陸地和水域的交匯處，是巨大的有機碳儲庫，但在人為干預影響下，濕地也變成了碳源的一類。根據IPCC報告對濕地的定義，濕地所處地理位置和濕地中的主要植物類型又對濕地又細劃為6種大類，分別為：湖濱濕地、寬谷濕地、河岸濕地、蘆葦濕地、苔草（Carex）濕地、海岸濕地。上述6大類濕地的碳排放系數都可根據前人經驗得到，且均為CH4的排放系數（通量），為了使得測算比較簡便，將濕地中CH4的排放數據的25倍作為濕地中的碳排放數據進行計算。

（4）聚居地的碳排放系數方面。聚居地分別為交通用地和村鎮用地，通過參考相關文獻《2005年各省市自治區不同地類的碳排放強度》分別得出交通用地與城鄉居住用地（村鎮用地）的碳排放系數，分別為：0.4477kg（C）／（m2a）與0.0506kg（C）／（m2a），但因受數據限制，很難分別查到1983、2001、2009年各省市自治區不同地類的碳排放強度，所以用《2005年各省市自治區不同地類的碳排放強度》中的江蘇省交通用地和城鄉居住用地數據代替進行計算[8]。

（5）未用土地的碳排放系數方面。雖然未用土地的土地表面植被較少，但由于土壤的分解作用也會產生CO2，因此也將其歸于碳源的一種。參考了相關文獻處理方法，將未用土地碳排放系數定為：0.0005kg（C）／（m2a）[9]（表3）。

表2 不同土地利用類型的碳排放系數

表3 1983～2009年土地利用與相應碳排放詳細數據

4 結果與討論

4.1 土地利用方面

由江蘇省鹽城濱海濕地土地利用數據統計得知，各個地類都有不同程度的增減，以聚居地面積變化速度最快，最為活躍，這與鹽城市1980年后社會經濟，人口數量快速增長相對應；農田面積的年變化率雖不及林地和聚居地大，看似與人口數量和聚居地面積增長不相符合，但從鹽城市的經濟情況與農業技術投入狀況可得知：提高耕地與園地的產出效率也可滿足人們的生活所需；1983～2009年作為碳匯的草地面積在這段時間內在減少，且只從統計數據上看，在1983～2001年間草地的退化速度很快，但在2001～2009年間草地面積回升也很迅速，這也與鹽城市經濟與人口數量增長相關，因為2000年后單純的解決衣食住行已經難以滿足市民日益增長的物質文化需求，為了提高人民生活質量，必須加大城市基礎設施的綠化與新建居民區內綠化面積，這就使得草地面積在2000年后迅速增長；濕地的面積總體在增加，具體是天然濕地面積在減少，人工濕地面積在增加，因為為了滿足人們生活需要，人為占用天然濕地的現象比較多見，這就使得天然濕地面積在急劇減少，取而代之的是像鹽田，海水養殖、灌排渠道等的人工濕地在增加，同時在海岸濕地中由于海岸線退化等原因每年都會淤漲出大面積的光灘，這兩個原因綜合后使得濕地面積在增加。

4.2 土地利用基礎上的碳排放方面

因為碳排放量的變化可從側面反映出某地經濟增長速度。從碳排放總量上看，1983～2009年間的碳排放總量都是在增加且從具體數據上可看出：1983～2001年近20年的碳排放增加量和2001～2009年這9年的碳排放增加量相當，都是近0.6108kg。從總體碳排量變化可見2000年后鹽城的經濟和人口增長速度顯著提高，相應的碳排放量也在增多。針對這一情況，應采取以下措施：（1）加大對未利用地的合理開發；（2）對濕地資源合理利用，盡量減少對天然濕地的破壞；（3）擴大聚居地內作為碳匯的林地和草地面積，這樣不僅能對碳排放量減少起到作用，而且能對聚居地內綠化做出貢獻，使得聚居地更適宜人們居住與生活。

5 結語

基于土地利用的碳排放的研究是目前溫室氣體研究的熱點問題。要弄清楚某一地區基于土地利用的碳排放情況，就要先對此地區土地利用數據進行整理歸類，同時要了解此地區各個土地利用類型的碳排放（濕地為CH4排放）系數，再選取合適的估算方法進行碳（CH4）排放總量的計算。本文選取的碳排放系數都是由前人的經驗數據經過優化處理后得來的。由于能源消耗是碳排放的主體，建設用地是最主要的碳源[25]，但本文只考慮基于土地利用的碳排放，沒有將能源消耗，人為排放等因素考慮在內，因此本文所得結論是單一的反應基于土地利用的碳排放。

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