土地利用碳排放效应及其低碳管理研究进展

土地利用是造成全球温室气体排放量迅猛增长的重要因素,但由于土地利用的碳排放在时间和空间上受社会经济活动与自然过程的共同作用,相对自然生态系统碳排放的过程和机制更加复杂,因此,其研究也越来越多地受到包括学者、政府决策者、企业、非政府组织等利益相关者的关注,并被诸多能源与生态环境领域的国内外重大科学研究计划列为核心内容。通过对土地利用的直接和间接碳排放效应及其低碳管理的国内外研究进展进行综述,较全面地对上述研究中已取得的成果以及尚存在的不足与挑战进行了总结,并对未来研究应如何完善现有研究的不足提出了几点展望,以期为科学编制低碳目标导向的土地利用规划提供理论基础和实践管理经验,从而全面引导城市的低碳发展。     

碳税政策对农业土地利用变化及其碳排放的影响

农业生态系统具有碳源和碳汇的双重特征,其在减缓气候变化中的重要性已得到国际社会的广泛认可。相较于技术手段的创新,碳税、补贴等经济手段被认为是较为简单、可行、易出台的碳排放减缓政策。采用气候变化综合评估模型-GOPer-GC模型,构建国际碳税情景,模拟分析了2008年至2050年碳税政策的实施对全球各区域农业土地覆被及土地利用变化碳排放的影响。模拟结果表明,情景2和情景3中全球农业土地利用变化累计碳排放分别达到49.6 GtC和23.1 GtC,明显低于基准情景的累计排放量51.9 GtC。这说明,实施碳税政策后,相较于将碳税收入用作一般性财政收入,将碳税收入补贴至农业部门在一定程度上减缓农业碳排放。此外,林业部门获取更多的碳税补贴时,多数区域农业土地利用变化碳排放规模大幅减少,主因是耕地变为林地、草地变为林地面积的增加。情景3中,中国的碳汇量较其他情景显著增加,主要来自耕地变为林地、草地变为林地,累计碳汇量分别达到1.7和3.7 GtC。因此,对于中国、美国、印度等大部分区域来说,碳税收入更多地补贴至林业部门有利于在整体上减缓农业碳排放,而欧盟、日本、东亚、马来西亚、印度尼西亚、俄罗斯、东欧地区,碳税收入平均补贴至种植业、畜牧业和林业反而具有相对更好的减排效果。     

长株潭经济圈土地利用变化的碳排放量及生态补偿研究

根据2000 和2014 年遥感影像获取土地利用现状数据, 采用碳排放评价模型, 对长株潭经济圈碳排放量进行评估,估算碳排放生态补偿标准。结果显示: 2000-2014 年间碳排放总量减少; 三市地均建设用地的碳排放强度均有所减少, 其中长沙市的减少量最大; 2014 年经济圈各县(市、区)的碳排总量以湘潭市区最大, 最低的是浏阳市, 14 县(市、区)的建设用地碳排放量以市区最大; 据我国造林成本的平均值计算, 长沙市区、湘潭市区和株洲市区应该向周边的县(市、区)进行生态补偿, 补偿标准分别为0.27×10⁸ 元、8.4×10⁸ 元、4.03×10⁸ 元; 提出减少碳排放的措施。     

低氧胁迫下外源硝态氮对樱桃根系功能及氮代谢相关酶活性的影响

以樱桃组培苗‘吉塞拉5号’（Prunun cerasus × P. canescens）为试材,采用营养液水培控制溶氧浓度的方法,研究了短期低氧胁迫下外源硝态氮对其根系功能及氮代谢相关酶活性的影响.结果表明：与对照（7.5 mmol NO₃^-·L^-1）相比,低氧加氮处理（15和22.5 mmol NO₃^-·L^-1）使樱桃体内代谢原料充足,保证了各类酶蛋白的合成,使植株根系活力升高,根系呼吸未受到明显抑制,与氮代谢相关的硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）及谷氨酸脱氢酶（NADH-GDH）活性升高,从而为低氧逆境下樱桃根系的吸收作用提供了足够的能量,保证了糖酵解和电子传递的顺利进行,并及时同化了NO₃^-还原生成NH₄⁺,避免了铵毒害,缓解了樱桃的低氧伤害,且22.5 mmol NO₃^-·L^-1处理的缓解效果优于15 mmol·L^-1处理;低氧缺氮处理（0 mmol NO₃^-·L^-1）的樱桃植株根系活力下降,根系呼吸受到抑制,NR、GS及NADH-GDH活性降低.这说明低氧胁迫下,适当提高生长介质中的NO₃^-浓度可调控樱桃的根系功能及氮代谢,缓解低氧胁迫对樱桃根系的伤害.     

江西县域土地利用变化碳排放时空演变及其影响因素

查明县域尺度下土地利用变化碳排放,对于推进县域低碳发展和土地资源的可持续利用与管理具有重要意义。以江西省为例,基于2000-2020年江西省土地利用数据、社会经济数据等,利用空间自相关模型和对数平均迪氏指数分解法(LMDI) 法,对其县域土地利用碳排放时空演变及影响因素进行分析。结果表明:①2000-2020年间,区县土地利用碳排放均呈上升趋势,碳排放量增速和平均碳排放强度均有下降,但部分区县碳排放增速在2015年后出现提高的变化特征。建设用地是碳排放量增长的首要碳源,林地则具有重要的碳汇作用。②空间上,土地利用变化碳排放呈现出明显的空间差异,表现为北高南低的分布特征和较为稳定的聚类模式,即轻度和重度及以上排放区空间分布上较为集中。经济发达区县成为碳排放量增长"核心",欠发达区县则是碳排放量增长"外围",且这种"核心-外围"格局在不断强化。③总体上,抑制碳排放量增长的主要因素为碳排放强度及土地利用效率;驱动因素则有经济发展水平和建设用地规模。但部分区县碳排放强度可能表现为"前期驱动后期抑制"作用,且抑制作用小于驱动作用,故这类区县土地利用碳排放量仍显著增长。因此,江西省各区县应积极调整产业结构和继续降低碳排放强度及通过优化土地资源配置,提高土地利用效率,如用适度集约模式提高建设用地利用效率以免盲目性扩张浪费。另外,欠发达地区和发达地区需加强在资金、技术等领域的交流与合作,不同区县还应因地制宜,各自明确发展目标,走具有各自县域特色的低碳高质量发展道路。     

盐城市土地利用变化碳排放效益及影响因素分解研究

土地利用类型变化对碳排放产生重要影响。通过对盐城市的土地利用碳排放效益和分解因素进行分析, 揭示区域土地利用碳排放差异及其主要影响因素, 为本区域有针对性的改进土地利用方式、合理保护开发土地资源和协调区域人地关系, 实现区域社会经济的可持续发展具有重要的现实指导意义。结果表明: 盐城市土地利用总体上为碳源区, 而且呈逐年上升态势。净碳排放总量从2002 年的474.45 万吨增加到到2012 年的980.64 万吨, 排放总量合计增加了506.19 万吨, 增长了1.07 倍, 年均增长率为9.72%; 其中建设用地为主要的碳源, 占总碳排放总量均在90%以上, 林地是主要的碳汇, 占总碳排放总量均在40%-50%之间波动; 在研究时段内, 盐城市的建设用地平均碳排放量、地均碳排放量和人均碳排放量均呈现出上升趋势, 在“十二五”期间实现碳减排的目标将更加艰巨; 由于技术进步和产业升级等原因, 单位GDP 碳排放强度总体上呈现下降态势; 根据LMDI 模型对盐城市土地利用碳排放的影响因素分解发现,经济因素和人口因素对盐城市土地利用碳排放具有较强的正效应, 土地利用结构因素和土地利用效率因素一定程度上抑制了盐城市土地利用的碳排放。最后从优化土地利用结构、提升土地利用和能源效率等角度, 提出减少碳排放的 途径。     

成都平原及其周边区域土地利用碳排放效应及空间格局

土地利用变化的碳排放研究对了解人类活动对生态环境的扰动程度及其机理、制定有效的碳排放政策具有重要意义。采用1990-2010年能源消费数据、遥感与GIS提取的土地利用数据, 通过构建土地利用碳排放模型, 对20 a来成都平原及其周边区域土地利用的碳排放进行了定量分析。结果表明: (1)土地利用变化的碳排放增加3269.37×10⁴ t, 增长率达137%, 呈显著增加趋势。(2)建设用地和林地分别为区域最大的碳源与碳汇。建设用地的碳排放增加3271.55× 10⁴ t, 增长率达139.01%, 林地的碳汇减少1.30×10⁴ t, 减少率达3.12%, 但仍占碳汇的99%以上。(3)土地利用的碳排放存在明显区域差异。中部、北部和南部冲积平原(成都市及其第二圈层、绵阳市辖区、绵竹市、乐山市辖区)碳排放大, 平原周边区域邻近川西高原山地碳排放小。(4)土地利用结构与碳排放存在一定的相互关系, 趋高的碳源、碳汇比导致土地利用的碳源效应远大于碳汇效应。因此, 研究区减排的重点应该在保持或增加现有的林地的同时, 主要以降低建设用地的碳排放、碳足迹为主。     

黄土高原人口密集区城镇扩张对生境质量的影响——以兰州、西安-咸阳及太原为例

快速城镇化过程极大改变了区域生境的空间格局和功能要素,深刻影响生境斑块之间的物质流和能量流,同时对生境和生物多样性造成严重威胁.本研究采用InVEST模型、景观指数及多元线性回归,系统分析了1990-2018年黄土高原全域及人口密集区城镇化对生境质量影响的时空格局特征与因素.结果表明:黄土高原城镇扩张显著影响生境质量,...     

土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,也是当前全球碳循环和全球变化研究的热点。土地利用/覆被变化及土地管理变化通过影响土壤有机碳的储量和分布,进而影响温室气体排放和陆地生态系统的碳通量。研究土地利用变化影响下的土壤有机碳储量及其动态变化规律,有助于加深理解全球气候变化与土地利用变化之间的关系。在阅读国内外有关文献的基础上,分别从土地利用及其管理方式变化的角度,概括了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理;针对当前研究的两大类方法,即实验方法和模型方法,分类详细介绍了它们各自的特点以及存在的一些问题。在此基础上,提出今后土地利用变化对土壤有机碳影响研究的发展趋势。     

江苏省土地利用变化的图谱特征

基于地学信息图谱理论与方法,运用ArcGIS 10.0软件,以江苏省1990、2000和2010年3期遥感解译数据为空间数据源合成江苏省1990—2000和2000—2010年两个10年阶段的土地利用变化图谱以及耕地利用变化模式图谱,据此揭示江苏省土地利用变化时空特征及规律.结果表明: 1990—2000年,江苏省土地利用变化以耕地与城乡建设用地、耕地与水域以及耕地与林草地的图谱单元互换为主要特征,尤其是以“耕地→城乡建设用地”、“耕地→水域”最为显著,耕地数量减少、空间分布集中.2000—2010年,江苏省土地利用变化最显著的仍是“耕地→城乡建设用地”图谱单元;同时,“草地→水域”、“城乡建设用地→水域”图谱类型分布集中且扩大趋势明显;与1990—2000年相比,空间图谱变化总面积和空间分离度均有所增大.江苏省耕地利用变化模式以后期变化型为主,前期变化型次之,反复和持续变化型耕地所占比例较小.     

福州市森林碳储量定量估算及其对土地利用变化的响应

基于RS与GIS技术,以遥感影像数据、土地利用数据、森林资源二类调查数据为主要数据源,采用逐步回归法建立森林蓄积量定量估测模型。根据"蓄积量-生物量-碳储量"推算方法,对福州市森林植被碳储量和碳密度进行估算。建立福州市土地利用转移矩阵,分析2000—2010年土地利用变化影响下的福州市森林碳储量变化特征。结果表明:(1)根据不同的森林类型,即常绿阔叶林、常绿针叶林、针阔混交林分别建立的多元线性回归模型修正决定系数分别为0.599、0.679、0.694,通过模型适用性检验和精度验证。(2)2000年、2010年福州市森林植被碳储量总量分别为12.499Tg、12.642Tg,植被碳密度分别为18.694、18.708 t/hm~2,森林植被碳储量增加了1.430×10~5t。(3)福州市闽清县、永泰县、闽侯县的森林植被碳密度常年保持较高水平,并呈现出增长趋势;罗源县、长乐市、连江县森林植被碳密度较低,并呈现下降趋势。(4)2000—2010年,灌木和耕地是主要土地利用类型转出者,森林和建设用地是主要土地利用类型转入者。森林主要由灌木和耕地转化,主要向建设用地、耕地进行转化。由于土地利用变化,10年间福州市总碳储量减少了1.711×10~4t,其中土壤碳储量减少2.230×10~3t,植被碳储量减少1.489×10~4t。     

辽中地区矿业城市土地利用变化

辽中地区矿业城市是我国重要的能源生产和重工业基地,研究其土地利用变化有利于改善环境质量,提高土地利用效率。分析了1985—2000年鞍山、抚顺、本溪土地利用变化指数、土地利用变化程度综合指数、土地利用结构信息熵、土地利用景观指数及其驱动力。结果表明:辽中地区矿业城市土地利用变化整体上呈现耕地、建设用地增加,林地、草地减少的趋势;不同矿业城市变化率最大的土地类型均不相同,鞍山为建设用地,增加5.45%;抚顺为水域,增加3.19%;本溪为草地,减少7.29%。土地利用程度变化综合指数均为正值,且鞍山>本溪>抚顺;土地利用结构信息熵均呈增长趋势,2000年鞍山为0.603,抚顺为0.406,本溪为0.407;景观破碎化程度加大,破碎度为鞍山>本溪>抚顺,景观多样性指数较高,景观结构复杂,景观多样性和均匀性均为鞍山>抚顺>本溪;自然条件的差异是土地利用变化差异的基础,人类社会经济活动和政策法规是土地利用变化的主要驱动力。     

科尔沁沙地及其周围地区土地利用的时空动态变化研究

科尔沁沙地及其周围地区是我国北方生存环境演变的敏感地区,也是我国荒漠化防治的重点地区之一,根据1985年和2000年2期土地利用空间图形数据,运用GIS技术和数理统计方法,通过建立土地利用变化转移矩阵和构建土地利用动态变化模型,对该地区近15年土地利用的时空动态变化进行了研究,结果发现,1985～2000年间,科尔沁沙地及其周围地区各土地利用类型总变化的面积大小依次是草地>耕地>林地>未利用地>水域>城乡工矿居民用地,其中,草地向耕地的转化和草地向林地的转化是该地区土地利用变化的主要特征,并且各土地利用及变化类型具有明显的空间变异。     

福建省土地利用碳排放空间关联性与碳平衡分区

全球变暖与二氧化碳浓度升高密不可分,在工业化及城镇化发展过程中,人类对土地的利用和改造是造成全球大气中含碳量迅速增加的重要原因,且土地在利用过程中碳减排的潜力较大。因此,从不同土地利用方式视角研究福建省碳排放量,采用基尼系数来衡量福建省各设区市碳收支的空间差异,探索区域内土地利用碳收支规模和空间分异;运用社会网络分析方法对福建省土地利用碳排放空间网络结构的整体特征和设区市在网络结构中的角色进行考察,有助于从基础层面对人类活动所造成的环境影响进行评估,及时调整土地利用方式从而促进低碳经济发展。结果表明：2006-2018年福建省土地利用净碳排放量逐年递增,呈现东高西低的空间分布特征,建设用地是主要碳源,而林地起到主要碳汇的作用;区域内碳补偿率逐年递减且存在明显的空间差异,经济较发达的区域碳补偿率低于经济欠发达的区域,生态承载系数东西差距不断加强,东部地区碳排放的比例明显超过了碳吸收的比例;福建省土地利用碳排放在空间上具有明显的关联性和溢出效应,碳排放空间关联网络越来越复杂、稳定,各设区市在网络中所处地位和作用存在明显的不均衡性,厦门市在整个碳排放网络中占据领导地位,其他城市的碳影响力在网络中的地位及作用随着经济联系逐渐加强正在逐步提高;对网络空间聚类发现,第一模块和第三模块对模块内外均有溢出效应且密度值较大,属于"双向溢出模块",其余第二、四模块均属于"净收益模块"。在研究的基础上将福建省各设区市分为3类区域：低碳优化区、碳总量控制区和碳汇功能区,并提出协同减排的差异性对策建议。     

基于土地利用变化的贵州坝子土地利用功能演变研究

贵州省为典型喀斯特山区,强烈的人类活动主要分布在坝地地区,研究坝子土地利用功能演变对土地可持续利用具有重要价值。基于土地利用变化,根据三生功能理论构建土地利用功能分类体系,以贵州省1990年、2000年、2010年和2016年四期遥感影像为数据源,借助ArcGIS10.2软件平台构建土地利用功能转移矩阵和坝子功能冷热点分布图。研究表明:(1)贵州省坝子土地利用功能已由以传统农业生产功能为主转为以传统农业生产功能-农村居住生活功能为主,坝子土地利用由单一功能向多功能转变;(2)1990—2016年,坝子的功能类型增加10种类型,其中8类是复合类型,坝子功能向多样性转变;(3)单一功能与复合功能坝子比例变化曲线呈"X"型,到2016年,复合功能坝子比例大于单一功能坝子;(4)1990—2000年,坝子土地利用功能变化缓慢,2000年以后坝子土地利用功能变化强烈;(5)传统农业生产功能转移最为强烈,主要转移为城镇居住生活功能、农村居住生活功能、工业生产功能及与之相关的复合功能和自然生态功能;(6)各种功能类型坝子冷热点的空间分布变化复杂,从总体上看各功能的空间分布由集聚变为分散。     

土地利用方式转变对赣中地区土壤活性有机碳的影响

选取江西省安福县15年撂荒地和3种林地(毛竹林人工林、木荷次生林、杉木人工林),研究土地利用方式改变对土壤有机碳库以及活性有机碳的影响.结果表明：不同样地的土壤总有机碳、微生物生物量碳、热水浸提有机碳和易氧化态碳均表现为毛竹人工林>杉木人工林>木荷次生林>撂荒地;与对照(撂荒地)相比,3种林地的土壤有机碳含量、碳储量及活性有机碳含量均随土壤深度增加而递减,表层富集现象明显;不同土壤活性有机碳的分配比例明显不同,其中,土壤易氧化态碳占总有机碳的比例最大,微生物生物量碳所占比例最小,土壤总有机碳、微生物生物量碳、热水浸提有机碳和易氧化态碳间的相关性均达到极显著水平.后三者表征了土壤中活性较高部分碳的含量,对土地利用方式的响应较敏感,可以作为评价赣中地区土壤质量和肥力的指标之一.     

低碳发展背景下北京市土地利用与生态系统服务多情景模拟研究

在全球气候变化的背景下,合理协调低碳减排与经济效益之间的关系,进而指导土地利用优化配置,对于推动经济社会低碳转型与生态系统服务价值的提升具有重要意义。通过耦合多目标规划(MOP)与斑块生成土地利用模拟模型(PLUS),针对北京市构建了自然演变、经济优先与低碳发展这3种未来发展情景,并对不同情景下2030年土地利用与生态系统服务价值进行模拟评估。在此基础上,进一步对北京市未来生态系统服务提升区域进行识别,将传统的多情景土地利用模拟研究进行了延伸与扩展。结果表明：(1)3种情景下的土地利用结构与空间布局存在差异,低碳发展情景下东南部平原区建设用地的扩张与耕地面积的减少趋势得到了有效控制,西北部山区的林地面积有较大幅度的增长。(2)低碳发展情景下的生态系统服务价值总量约为590亿元,高于另外两种情景,且从空间分布上来看,该情景下服务价值提升区域的面积也显著高于其他情景。(3)低碳发展情景下,北京市生态系统服务提升潜力较大的区域面积占比约7.98%、潜力中等区域的面积占比约26.57%,潜力较低区域的面积占比约65.45%。