■曾 翔 ■江西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院，江西 南昌 330077

1 引言

生態(tài)用地是指具有生態(tài)服務(wù)功能的各類用地，是自然生態(tài)系統(tǒng)的載體，承擔生態(tài)系統(tǒng)的各種服務(wù)功能，包括氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保護、食物生產(chǎn)、材料生產(chǎn)等生態(tài)服務(wù)功能，是人類生存和經(jīng)濟社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。然而隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展、城鎮(zhèn)化進程的加快，以人口、產(chǎn)業(yè)集聚為特征的各類建設(shè)用地的不斷擴張使得以生態(tài)服務(wù)功能為主的生態(tài)用地面積逐漸減少，引起了一系列生態(tài)和環(huán)境問題，如水土流失、水體污染、生物多樣性減少等，給經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。

在當前城鎮(zhèn)化進程中各類建設(shè)用地需求不斷增加的壓力下，如何科學合理地確定生態(tài)用地數(shù)量，正確處理建設(shè)用地與生態(tài)用地的需求矛盾，使經(jīng)濟發(fā)展與自然生態(tài)保護的關(guān)系重新走上協(xié)調(diào)發(fā)展的軌道，是保持可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)鍵。

有鑒于此，本文以吉泰走廊區(qū)域為例，應(yīng)用碳氧平衡法通過對吉泰走廊區(qū)域碳氧供需情況的研究，進而測算當前以及目標年的生態(tài)用地最小需求，為編制區(qū)域生態(tài)空間保護規(guī)劃中生態(tài)用地數(shù)量的確定提供依據(jù)與參考。

2 研究區(qū)概況

吉泰走廊區(qū)域位于吉安市中部，范圍包括三縣四區(qū)(吉州區(qū)、青原區(qū)、井開區(qū)、廬陵新區(qū)、吉安縣、吉水縣、泰和縣)下轄的8 個街道、29 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、6 個工業(yè)園區(qū)，是吉安市乃至江西省發(fā)展基礎(chǔ)較好，經(jīng)濟聚集度較高，發(fā)展?jié)摿^大的區(qū)域。2013 年吉泰走廊區(qū)域總面積2961 平方公里，占全市面積的11.7%;人口為129.24 萬人，占全市人口的25.4%;GDP 達到561 億元，占全市的50.1%。

吉泰走廊區(qū)域處于吉泰盆地中部，以贛江干流為軸線向外擴展，地貌依次呈平原、崗地、丘陵、山地等階梯狀分布。整個地勢東西高聳、中部低平，周邊擁有連綿環(huán)抱的山體、丘陵;以吉安縣的西垅山和青原山南面山麓為南北分界，北面以崗地為主，南面以平原、丘陵為主。

3 研究方法

3.1 碳氧平衡模型

碳氧供需包括碳排放與氧消耗、碳固定與氧釋放兩方面的內(nèi)容，前者主要指人類活動引起的排碳耗氧過程，后者主要指生態(tài)用地的固碳釋氧過程。根據(jù)國家土地利用分類標準，生態(tài)用地可分為耕地、園地、林地、草地、水域濕地五類。碳氧平衡模型如下所示:

式中BC為碳平衡系數(shù);BO為氧平衡系數(shù);C排放為碳年排放量;C固定為碳年固定量;O消耗為氧年消耗量;O釋放為氧年釋放量。

當BC與BO小于或等于1 時，則表示碳排放量能夠被生態(tài)用地完全吸收，氧釋放量能夠滿足當?shù)氐男枨?，生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)處于可持續(xù)發(fā)展狀態(tài);當BC與BO大于1 時，則表明生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)處于超負荷狀態(tài)，難以保持可持續(xù)的發(fā)展。

3.2 排碳耗氧計算

從排碳耗氧角度來看，區(qū)域內(nèi)的排碳耗氧活動主要有煤炭的燃燒、原油的燃燒、天然氣的燃燒以及人口的呼吸，其他如排泄物的分解耗氧或是少量其他能源的燃燒在計算時暫不予考慮，其計算模型如表1、表2 所示。

表1 排碳量計算模型

注:1、標準煤含碳量【1】為80.990;標準煤含氫量【1】為2.820。2、原煤折算標準煤系數(shù)【2】為0.7143kgce/kg;燃油折算標準煤系數(shù)【2】為1.471kgce/kg;燃氣折算標準煤系數(shù)【2】為1.241 kgce/m3。3、每人每天呼吸二氧化碳排放量【3】為0.900kg/人/天。

表2 耗氧量計算模型

3.3 固碳釋氧計算

固碳釋氧過程主要是通過植物的光合作用來實現(xiàn)，不同生態(tài)用地的植被生物量均有不同，其固碳釋氧的能力相應(yīng)也有差異(表3)。由于不同生態(tài)用地的固碳釋氧能力只與其地均凈生產(chǎn)量有關(guān)，而不同生態(tài)用地類型地均凈生產(chǎn)量值一定，故可根據(jù)不同類型生態(tài)用地的地均凈生產(chǎn)量比例將不同類型的生態(tài)用地換算成標準生態(tài)用地(表3)，統(tǒng)一測算生態(tài)用地的年固碳釋氧量，計算模型見表4 所示。

表3 單位面積生態(tài)用地年固碳釋氧量與類型折算系數(shù)表【4】

表4 固碳釋氧計算模型

3.4 生態(tài)用地需求測算

在對排碳耗氧與固碳釋氧的計算基礎(chǔ)上，根據(jù)碳、氧平衡公式(1)、(2)，分別推導出保持碳平衡和保持氧平衡所需的最小標準生態(tài)用地面積計算公式。

保持碳平衡所需最小標準生態(tài)用地面積計算公式

保持氧平衡所需最小標準生態(tài)用地面積計算公式

根據(jù)IPCC 氣候變化報告，全球生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中所釋放的二氧化碳有1/3 進入大氣，1/3 被海洋吸收，1/3 固定在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，因此公式(3)、(4)可改為(5)、(6)所示:

接下來根據(jù)計算結(jié)果，將保持區(qū)域碳平衡和保持區(qū)域氧平衡所需的最小標準生態(tài)用地面積進行比較，按照“木桶原則”和“最小因子定律”，取兩值中的最大值作為滿足區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的標準生態(tài)用地最小需求面積。

最后，根據(jù)吉泰走廊區(qū)域現(xiàn)狀各類生態(tài)用地換算成標準生態(tài)用地后所占的比重，反推出為了滿足區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的各類生態(tài)用地最小需求面積。

4 吉泰走廊區(qū)域生態(tài)用地需求測算

4.1 排碳耗氧量計算

4.1.1 排碳耗氧量現(xiàn)狀

根據(jù)吉泰走廊區(qū)域2013 年各相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)(由于吉泰走廊區(qū)域范圍包括三縣四區(qū)的8 個街道、29 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、6 個工業(yè)園區(qū)，因此其相關(guān)數(shù)據(jù)根據(jù)吉安市及相關(guān)縣區(qū)統(tǒng)計資料計算得來)，按照表1、表2 進行計算，2013 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧情況如下表所示:

表5 2013 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧計算表

4.1.2 排碳耗氧量預(yù)測

(1)人口預(yù)測。根據(jù)《吉泰城鎮(zhèn)群規(guī)劃(2013-2030)》，2030 年吉泰走廊區(qū)域的人口為202 萬人。

(2)能源消費總量預(yù)測。本文根據(jù)目標年GDP 與單位GDP 能耗的變化來預(yù)測目標年吉泰走廊區(qū)域能源消費的總量。能源消費總量測算公式如下:En=GDPn×em×(1-λ)(n-m)/10000

式中En 為目標年能源消費總量;GDPn為目標年GDP 預(yù)測值;em為基期年單位GDP 能耗;λ 為單位GDP 能耗年均降低率。

在我國步入穩(wěn)步增長期，經(jīng)濟發(fā)展進入“新常態(tài)”的大環(huán)境下，綜合考慮吉安市近幾年GDP 增速情況，設(shè)定2013 年—2020 年GDP 增速為12%，2020 年—2030 年增速為8%，則吉安市2030 年GDP 為5365億元;2013 年吉安市單位GDP 能耗為0.397 噸標煤/萬元GDP;根據(jù)《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》，我國十二五期間單位GDP 能耗消耗年均降低率約為3%，本文按3%作為基期年至目標年期間單位GDP 能耗消耗年均降低率。

則2030 年吉安市能源消費總量為

En=5365 億元×0.397 噸標煤/萬元GDP×(1-3%)(2030-2013)=1266.14 萬噸標煤

吉泰走廊區(qū)域作為吉安市的經(jīng)濟核心，江西省經(jīng)濟發(fā)展軸線的重要組成部分之一，其在吉安市的經(jīng)濟比重將不斷加大，假設(shè)至2030 年吉泰走廊區(qū)域GDP 占全市比重由2013 年的50%增長至60%，則吉泰走廊區(qū)域2030 年能源消費總量為759.68 萬噸標煤。

(3)各類能源消費量預(yù)測。2013 年吉安市能源消費結(jié)構(gòu)以煤炭為主，在整個能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭消費比重為80%，石油比重為19.5%，天然氣比重為0.5%。

根據(jù)《BP 世界能源展望2035》對2035 年中國能源消費結(jié)構(gòu)的預(yù)測，到2035 年我國煤炭消費比重為51%，天然氣消費比重達到12%，石油消費比重為18%，非化石能源比重為19%。本文按照以上各類能源消費占比，作為2030 年吉泰走廊區(qū)域能源消費的構(gòu)成，并以此測算各類化石能源的消費量。

表6 2030 年吉泰走廊區(qū)域各類能源消費量測算表

(4)排碳耗氧量預(yù)測。基于以上的設(shè)定，對2030 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧量進行測算，其結(jié)果如下表所示:

表7 2030 年吉泰走廊區(qū)域排碳耗氧計算表

4.2 生態(tài)用地需求預(yù)測

4.2.1 生態(tài)用地現(xiàn)狀

根據(jù)2013 年土地利用變更數(shù)據(jù)，吉泰走廊區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有耕地77389公頃，園地3806 公頃，林地131620 公頃，草地4434 公頃，水域濕地14516 公頃，換算成標準生態(tài)用地面積為201129.32 公頃。

表8 2013 年吉泰走廊區(qū)域生態(tài)用地一覽表

4.2.2 2013 年生態(tài)用地需求

根據(jù)吉泰走廊區(qū)域2013 年排碳耗氧情況，維持區(qū)域碳平衡所需的標準生態(tài)用地最小面積為:

A標=(C排放/3)/C固定=198.77 ÷3 ÷9.03=7.34 萬頃

維持區(qū)域碳平衡所需的標準生態(tài)用地最小面積為:

A標=(O消耗/3)/O釋放=586.68 ÷3 ÷24.07=8.12 萬頃

因此，2013 年保持區(qū)域碳氧平衡的標準生態(tài)用地最小需求面積為8.12 萬公頃。

根據(jù)現(xiàn)狀各類生態(tài)用地換算成標準生態(tài)用地后所占的比重，將標準生態(tài)用地最小需求面積換算為各類生態(tài)用地最小需求面積，結(jié)果如下表所示。

表9 2013 年吉泰走廊區(qū)域各類生態(tài)用地最小需求面積

從計算結(jié)果來看，吉泰走廊區(qū)域最小生態(tài)用地需求面積遠小于現(xiàn)有各類生態(tài)用地面積，區(qū)域生態(tài)用地的固碳釋氧能力完全能夠維持區(qū)域自身的碳氧平衡。

4.2.3 2030 年生態(tài)用地需求

根據(jù)對吉泰走廊區(qū)域2030 年排碳耗氧情況的預(yù)測，維持區(qū)域碳平衡所需的標準生態(tài)用地最小面積為

A標=(C排放/3)/C固定=516.35 ÷3 ÷9.03=19.06 萬頃

維持區(qū)域碳平衡所需的標準生態(tài)用地最小面積為

A標=(O消耗/3)/O釋放=1523.26 ÷3 ÷24.07=21.09 萬頃

因此，2030 年保持區(qū)域碳氧平衡的標準生態(tài)用地最小需求面積為21.09 萬公頃。

根據(jù)現(xiàn)狀各類生態(tài)用地換算成標準生態(tài)用地后所占的比重，將標準生態(tài)用地最小需求面積換算為各類生態(tài)用地最小需求面積，結(jié)果如下表所示。

表10 2030 年吉泰走廊區(qū)域各類生態(tài)用地最小需求面積

通過與2013 年現(xiàn)狀生態(tài)用地面積比較，2030 年吉泰走廊區(qū)域需增加各類生態(tài)用地共12802 公頃，才能滿足保持區(qū)域碳氧平衡的最低需求。

5 結(jié)論與討論

(1)2013 年吉泰走廊區(qū)域生態(tài)環(huán)境良好，各類生態(tài)用地的固碳釋氧數(shù)量遠高于人類活動引起的排碳耗氧數(shù)量，區(qū)域現(xiàn)有各類生態(tài)用地的數(shù)量滿足保持區(qū)域碳氧平衡的生態(tài)用地最小面積需求。

(2)隨著新型城鎮(zhèn)與工業(yè)化的加速發(fā)展以及人口的增加，吉泰走廊區(qū)域內(nèi)的排碳耗氧水平將大幅上升。經(jīng)預(yù)測，到2030 年區(qū)域內(nèi)的排碳量和耗氧量將分別達到516.35 萬噸和1523.26 萬噸。在優(yōu)化調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)、倡導低碳消費生活的前提下，保持區(qū)域碳氧平衡所需的最小標準生態(tài)用地面積為21.09 萬公頃，按現(xiàn)狀生態(tài)用地構(gòu)成換算為各類生態(tài)用地的總面積為244567 公頃。也就是說，至2030 年，為了保持區(qū)域碳氧平衡、保持區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，吉泰走廊區(qū)域的生態(tài)用地面積不得小于2445.67 平方公里，城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積不得大于515.33 平方公里。

(3)通過對吉泰走廊區(qū)域?qū)嵗难芯?，表明基于碳氧平衡法測算區(qū)域或城市的生態(tài)用地最小需求，確定保持可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)用地的數(shù)量“底線”，具有一定的可行性和可操作性。但由于碳氧平衡法在計算過程中忽略了研究的區(qū)域與周邊生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系，忽略了一些較小的排碳耗氧活動以及難以取得數(shù)據(jù)的排碳耗氧活動，如排泄物的分解耗氧、秸稈燃燒等，而且計算過程中的相關(guān)參數(shù)均取自于現(xiàn)有的研究成果，未有針對特定區(qū)域的實證研究檢驗，計算結(jié)果存在一定的誤差，研究結(jié)果的準確性仍有待于相關(guān)研究的發(fā)展。

［1］國家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心.煤物理特性和化學成分分析標準物質(zhì)［EB/OL］.http://www.ccqtc.com，2010-08-15/2013-12-09.

［2］《綜合能耗計算通則》GBT2589-2008.

［3］楊士弘.城市綠化樹木碳氧平衡效應(yīng)研究［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，1996，9(1):37-39.

［4］張穎，王群，李邊疆，等.應(yīng)用碳氧平衡法測算生態(tài)用地需求量實證研究［J］.中國土地科學，2008，21(6):23-28.