我國城鎮密集區景觀變化碳排放研究綜述

梁文涓，劉 歡

(沈陽建筑大學市政與環境工程學院，遼寧沈陽 110168)

全球氣候變暖是當今人類面臨的一個嚴峻挑戰。土地利用變化對全球大氣CO2含量增加起著重要的作用，其作用僅次于化石燃料的燃燒［1］。據估算，1850～1998年景觀變化及其引起的碳排放是人類活動影響造成碳排放總量的1/3［2］。持續的城市增長等景觀變化活動所引起的碳排放，對全球氣候變化的影響日益凸顯。在持續的城市化進程中，城市群已成為世界城市化發展的新特點。特別是城鎮密集區是受人類活動影響最為強烈的區域，此類區域交通發達，城市增長和人類活動密集，受政策的影響敏感。科學合理的土地利用可以減緩氣候變化。

1 城鎮密集區景觀類型碳庫

城市發展驅動了劇烈的景觀變化，景觀變化的過程伴隨著碳的排放。大多數研究均涉及《2006年IPCC指南》中的6種景觀類型:林地、農田、草地、濕地、聚居地和其他土地［3］，而IPCC(政府間氣候變化專門委員會)忽略了城市綠地作用。在每種景觀類型中，碳效應涉及5種碳庫:地上部生物量、地下部生物量、死木、枯枝落葉和土壤。

通常森林的碳儲量高于農田和草地［4］。森林演替為成熟林的階段起碳匯作用，成熟林可能轉變為碳源。天然次生林的土壤是強匯，人工林的土壤是弱匯［5］。農田的植被和土壤碳儲量取決于作物類型、管理做法，以及土壤和氣候類型。長期大規模翻耕和秸稈燃燒造成土壤的碳排放。草地地下碳含量較高，主要集中在根部和土壤有機質。濕地碳儲量約占全球陸地生態系統碳庫的10%［6］，但有研究認為，濕地對CH4的釋放量不足以抵消其對CO2的吸收量而發揮碳匯功能［7］。

由于生物物理環境的局限和人為干擾，在城鎮占很大土地比例和快速城鎮化地區的綠地植被和土壤碳庫常不及天然林。城市土壤碳儲量一般高出植被碳儲量數倍［8］。城鎮密集區景觀變化對碳排放/吸收的影響機制歸納為表1。

表1 城鎮密集區景觀變化對碳排放的影響

2 城鎮密集區景觀變化碳排放格局與過程

表2為我國城鎮密集區碳排放的典型案例，通過對典型案例的比較分析，明確了城鎮密集區景觀變化碳排放的以下特征。

2.1 城鎮密集區景觀變化碳排放的數量特征 通過對比研究發現，上述諸位學者的研究結果與表1中景觀變化對碳排放影響趨勢基本一致，只是在數量特征上因方法、模型、研究區域的選取不同而有差異。

耕地和建設用地是城鎮密集區主要的碳源，其中，建設用地的碳排放能力最強。在快速城鎮化的鄱陽湖區(2000～2010年)，每增加1 hm2耕地，僅增加碳排放量約0.497 t，每增加1 hm2建設用地會增加碳排放量約160.42 t，是耕地的320 倍［20］。

城鎮密集區的耕地大量地轉化為建設用地，造成了顯著的碳排放。中原城市群(2000～2010年)城市邊緣的耕地大量轉變為建設用地，建設用地比例由17.6%增加到22%，建設用地碳排放幾乎增加了2倍［18］。

未利用地和水域轉化為耕地導致碳排放。上海(1994～2006年)水域、未利用地向農田轉化，導致22.48×104t土壤有機碳釋放［16］。與此相反，黃淮海平原(1988～2000年)未利用地、草地和水域向耕地轉移，使植被碳儲量增加了0.43×103t。

林地的碳匯作用最大，但通常不足以抵消建設用地增加的碳排放量。農田和城市綠地的土壤有機碳匯對城鎮密集區的碳匯貢獻顯著。鄱陽湖地區(2000～2010年)每增加1 hm2林地，碳吸收量增加約0.581 t，卻僅為1 hm2建設用地增加碳排放量的0.36%［20］。環太湖地區(1980～1990年)耕地轉移為林地使得碳儲量增加了113 261.43 Mg。

表2 城鎮密集區主要景觀變化類型的碳排放特征

2.2 城鎮密集區景觀變化碳排放的空間特征 城市群或城鎮密集區景觀變化的劇烈程度存在明顯的區域差異。核心城市的碳排放強度一般高于其他城市。這種現象與各分區的地理狀況、經濟狀況以及政策等因素密切相關。如上海市土地利用變化的碳排放量表現為由市區中心－近郊－遠郊遞減的趨勢［22］。黃淮海平原耕地轉移導致植被碳儲量減少為:黃海平原＞京津唐平原＞太行山麓平原＞膠西黃泛平原。鄱陽湖區各縣(市區)年均碳排放強度分為顯著的3個等級［20］。

建設用地的變化與各個地市的經濟發展水平密切相關，同時也受資源和政策的影響。例如在中原城市群，焦作市景觀變化碳排放不顯著，是由于焦作市在區域內的功能定位由一個資源型城市向旅游城市轉型。

我國各城鎮密集區的碳排放強度與其劇烈的景觀變化有很強的關聯特征。長三角城市群、珠三角城市群、京津唐城市群和遼中南城市群四大城市群以及一些新興城市群的高強度碳排放與其占國土面積的比例不協調。

3 城鎮密集區景觀變化碳排放的驅動力

探討景觀變化過程中造成的碳排放驅動力，本質上在于追究景觀變化的驅動力。對于城鎮密集區景觀變化碳排放的驅動機制探討，社會經濟類的驅動因素是研究的熱點。

驅動因子在驅動力系統中的狀態與功能因研究尺度的不同而表現出復雜的變異。景觀變化碳排放背后的潛在驅動因素必須在特定時空框架下加以辨析，不存在可同時適用于分析不同尺度的土地利用驅動因子［23］。

在短時間尺度上，受制度、技術和經濟因素決定的人類活動是最主要的驅動因素;在較長時間尺度上，自然生物因素起著主要作用。另外，驅動力系統內諸多因素之間存在相互“驅動”關系。

4 研究不足與展望

國內外對于歷史時期景觀變化的碳排放研究較多，對于未來景觀變化潛在碳排放的預測研究較少［24］。需要進一步建立和完善城鎮密集區域尺度景觀變化的溫室氣體清單編制方法。我國區域尺度上的景觀變化的溫室氣體清單研究較少，IPCC溫室氣體清單編制方法有其局限性。探討城鎮密集區景觀變化碳排放特征和驅動機制，是明晰低碳景觀變化的調控機制的前提和基礎。

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