王 琦, 黎孔清, 朱利群

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 人文與社會(huì)發(fā)展學(xué)院, 江蘇 南京 210095)

南京都市農(nóng)業(yè)農(nóng)地利用碳排放測(cè)算及趨勢(shì)預(yù)測(cè)

王 琦, 黎孔清, 朱利群

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)人文與社會(huì)發(fā)展學(xué)院,江蘇南京210095)

[目的] 測(cè)算南京市都市農(nóng)業(yè)農(nóng)地利用碳效應(yīng)，為發(fā)展都市農(nóng)業(yè)的其他城市提供可借鑒的低碳經(jīng)驗(yàn)。 [方法] 基于化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油、灌溉、翻耕6個(gè)主要方面的碳源，測(cè)算南京市1996—2014年的農(nóng)地利用碳排放量，綜合林地、草地、園地3個(gè)主要方面的碳匯變化特征，探索農(nóng)地利用方式變化導(dǎo)致的碳效應(yīng)。并基于灰色GM(1,1)模型預(yù)測(cè)南京市農(nóng)地利用碳排放量趨勢(shì)。 [結(jié)果] 1996—2014年南京農(nóng)地利用碳排放量總體呈現(xiàn)“上升—波動(dòng)—平穩(wěn)下降”的3階段特征，縱向來(lái)看，2005—2014年林地碳匯、草地碳匯有所下降，但變化趨勢(shì)不同。橫向來(lái)看，由于各區(qū)承載的城市功能不同，區(qū)域碳匯差異較大。從農(nóng)地利用方式變化的碳效應(yīng)來(lái)看，2000—2008年南京市因生態(tài)退耕產(chǎn)生碳匯呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，建設(shè)占用導(dǎo)致的碳排放量變化趨勢(shì)呈現(xiàn)Z字形上升?；诨疑獹M(1，1)模型采用等維遞補(bǔ)預(yù)測(cè)方法，預(yù)計(jì)到2020年該市農(nóng)地利用碳排放量為1.11×105t。 [結(jié)論] 南京市農(nóng)地利用碳排放的變化趨勢(shì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和都市農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程密切相關(guān)。林地、草地面積的減少降低了原本不高的碳匯效應(yīng)，并且由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市建設(shè)需要，持續(xù)上升的建設(shè)占用碳排放對(duì)南京市碳效應(yīng)影響巨大。

農(nóng)地利用方式; 碳排放; 灰色GM(1,1)模型; 南京市都市農(nóng)業(yè)

文獻(xiàn)參數(shù)： 王琦, 黎孔清, 朱利群.南京都市農(nóng)業(yè)農(nóng)地利用碳排放測(cè)算及趨勢(shì)預(yù)測(cè)[J].水土保持通報(bào)，2017,37(4)：288-294.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.20170510.001；WangQi,LiKongqing,ZhuLiqun.EstimationofcarbonutilizationandpredictionofagriculturallanduseinurbanagricultureofNanjingCity[J].BulletinofSoilandWaterConservation, 2017,37(4)：288-294.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.20170510.001

由碳排放導(dǎo)致的全球氣候變暖問(wèn)題嚴(yán)峻，現(xiàn)已成為人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。隨著工業(yè)化與城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的單位面積投入(化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等)不斷增加，導(dǎo)致農(nóng)地利用碳排放問(wèn)題顯現(xiàn)。據(jù)測(cè)算，農(nóng)業(yè)溫室氣體排放約占全球排放總量的14%，已成為僅次于電熱生產(chǎn)的第二大排放源(IPCC，2007)。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)溫室氣體排放約占全國(guó)排放總量的17%(中國(guó)環(huán)境與發(fā)展國(guó)際合作委員會(huì)，2004)，正面臨著巨大的減排壓力。南京市是我國(guó)東部地區(qū)重要的中心城市，同時(shí)也是重要的農(nóng)業(yè)和商品糧基地之一，于上個(gè)世紀(jì)90年代提出發(fā)展都市農(nóng)業(yè)，即以現(xiàn)代化城市資源為依托，以資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)等協(xié)調(diào)發(fā)展為宗旨的可持續(xù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，總體上完成了城郊型農(nóng)業(yè)向都市型農(nóng)業(yè)的過(guò)渡[1-2]。碳效應(yīng)已然成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，新型農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的農(nóng)地利用碳效應(yīng)研究更有待人們探索。

近年來(lái)，很多學(xué)者從全國(guó)范圍[3]、地區(qū)范圍[4]，以及省域范圍[5-6]對(duì)區(qū)域碳排放的階段特征及主導(dǎo)因素進(jìn)行了研究。對(duì)于碳排放測(cè)算方法的研究，厘清各用地類型的碳流通過(guò)程，構(gòu)建城市系統(tǒng)垂直碳通量核算體系，明確各碳通量來(lái)源的測(cè)算方法[7]，從低碳經(jīng)濟(jì)角度去綜合評(píng)價(jià)和分析區(qū)域土地利用水平[8]。對(duì)于碳排放影響因素的研究，國(guó)內(nèi)外研究常采用的分析方法有迪氏對(duì)數(shù)指標(biāo)分解法(LMDI)、IPAT模型、STIRPAT模型、Laspeyres指數(shù)法、Kaya恒等式等[9]。經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放也是專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)。學(xué)者們對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)這一人類的必然選擇進(jìn)行了廣泛的研究[10-12]，基于數(shù)據(jù)測(cè)算，Honltz-Eakin等[13]認(rèn)為人均碳排放與人均GDP之間具有倒U形關(guān)系，而Shafik[14]研究發(fā)現(xiàn)人均碳排放與人均GDP之間呈現(xiàn)單調(diào)遞增的線性關(guān)系。已有研究主要針對(duì)碳排放量較大或生態(tài)環(huán)境脆弱的區(qū)域，基本反映碳排放現(xiàn)狀，能涵蓋所有影響碳排放的因素，但少有人對(duì)特定類型的區(qū)域農(nóng)業(yè)農(nóng)地利用碳排放進(jìn)行研究。同時(shí)，基于影響因素對(duì)碳排放量趨勢(shì)進(jìn)行研究，偶然因素的干擾降低了預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確性。在此，本文測(cè)算南京市都市農(nóng)業(yè)農(nóng)地利用碳效應(yīng)，并基于灰色GM(1,1)模型預(yù)測(cè)該市農(nóng)地利用碳排放量趨勢(shì)。理論上，研究成果是對(duì)現(xiàn)有研究體系的重要補(bǔ)充。現(xiàn)實(shí)中，不僅有利于南京農(nóng)地利用碳排放量的減少，也為我國(guó)發(fā)展都市農(nóng)業(yè)的其他城市提供可借鑒的低碳發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

南京地處我國(guó)東部地區(qū)，是國(guó)務(wù)院批復(fù)確定的中國(guó)東部地區(qū)重要的中心城市。其都市農(nóng)業(yè)發(fā)展可以分為兩個(gè)階段： ① 1996—2001年，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整階段； ② 2001年至今，農(nóng)業(yè)功能調(diào)整階段。2001年以來(lái)，南京市逐步將農(nóng)業(yè)納入整個(gè)城市發(fā)展進(jìn)程，推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及功能性的完善[15]。以加強(qiáng)生產(chǎn)功能為基礎(chǔ)，不斷拓展其服務(wù)功能以及生態(tài)功能，該市功能性結(jié)構(gòu)調(diào)整初現(xiàn)端倪[16]。初步實(shí)現(xiàn)了均衡、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展[17]。南京市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要分布在浦口區(qū)、棲霞區(qū)、雨花臺(tái)區(qū)、江寧區(qū)、六合區(qū)、溧水區(qū)和高淳區(qū)，2014年該市實(shí)現(xiàn)農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值383億元，同比增長(zhǎng)9.2%，占該市GDP的2.5%，建設(shè)“菜籃子”基地1.33×104hm2，葉菜自給率超過(guò)80%。農(nóng)業(yè)服務(wù)功能發(fā)展方面，該市累計(jì)建成休閑農(nóng)業(yè)景區(qū)(景點(diǎn))250個(gè)，其中國(guó)家級(jí)12個(gè)，打造出高淳國(guó)際慢城、六合茉莉花村等一批休閑農(nóng)業(yè)亮點(diǎn)，2013年休閑農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)綜合收入46億元[18]。生態(tài)功能方面，在中國(guó)各地區(qū)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程評(píng)估研究中，江蘇省被列為有效率省市，排名僅次于上海市[19]。南京作為省會(huì)城市，在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)過(guò)程中的貢獻(xiàn)不言而喻。

所需各年份數(shù)據(jù)均來(lái)自《南京統(tǒng)計(jì)年鑒》、《南京國(guó)土資源公報(bào)》。其中化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油數(shù)據(jù)以南京市當(dāng)年實(shí)際使用量為準(zhǔn)；翻耕數(shù)據(jù)以南京市當(dāng)年農(nóng)作物實(shí)際播種面積為準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)灌溉則以當(dāng)年南京市實(shí)際灌溉面積為準(zhǔn)。

1.2 農(nóng)地利用碳效應(yīng)的估算方法

農(nóng)地利用的碳效應(yīng)是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)過(guò)程中直接或間接作用于農(nóng)地而引發(fā)的碳排放與碳吸收。以往研究表明，耕地利用的碳排放主要來(lái)源于6個(gè)方面： ① 化肥生產(chǎn)和使用過(guò)程中所導(dǎo)致的農(nóng)地直接或間接的碳排放； ② 農(nóng)藥生產(chǎn)和使用過(guò)程中所導(dǎo)致的碳排放； ③ 農(nóng)膜生產(chǎn)和使用過(guò)程中所引起的碳排放； ④ 由于農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)用而直接或間接消耗化石燃料(主要是農(nóng)用柴油)所產(chǎn)生的碳排放； ⑤ 農(nóng)地翻耕破壞土壤有機(jī)碳庫(kù)，大量有機(jī)碳流失到空中所形成的碳排放； ⑥ 灌溉過(guò)程中電能利用間接耗費(fèi)化石燃料所形成的碳釋放。碳吸收效應(yīng)主要測(cè)算林地、草地、園地3個(gè)方面，因農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程匯聚的碳元素最終通過(guò)人類的消費(fèi)和秸稈焚燒轉(zhuǎn)換、釋放，所以農(nóng)作物碳吸收作用不納入測(cè)算。碳排放(吸收)估算公式如下：

E=∑Ei=∑Ti·δi

式中：Ei——指各種類型土地碳排放(吸收)量；Ti——各碳排放(吸收)源的量；δi——各碳排放源的排放(吸收)系數(shù)，分別歸納出農(nóng)地碳排放(吸收)系數(shù)(表1)。

表1 主要土地碳效應(yīng)系數(shù)及參考來(lái)源

注：IREEA為南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所； IPCC為聯(lián)合國(guó)氣候變化政府間專家委員會(huì)。

1.3 灰色GM(1,1)預(yù)測(cè)模型的建立

灰色預(yù)測(cè)模型就是將原始信息數(shù)據(jù)序列通過(guò)一定的數(shù)學(xué)方法處理后，將其轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)微分方程來(lái)描述原系統(tǒng)的內(nèi)在特征，建立抽象系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演變預(yù)測(cè)模型[26]。設(shè)由n+1個(gè)原始數(shù)據(jù)組成的原始數(shù)列為X(0)，對(duì)X(0)進(jìn)行一次累加生成得到X(1)。GM(1,1)模型的一階線性常系數(shù)微分方程標(biāo)準(zhǔn)型公式為：

為提高模型的預(yù)測(cè)精度以及可靠性要進(jìn)行模型檢驗(yàn)，包括殘差檢驗(yàn)、級(jí)比偏差檢驗(yàn)、關(guān)聯(lián)度檢驗(yàn)和后驗(yàn)差檢驗(yàn)。C為方差比，P為小概率誤差，MG(1，1)模型精度等級(jí)如表2所示，精度等級(jí)越小越好，4級(jí)為不合格。

表2 MG(1，1)模型精度等級(jí)

2 結(jié)果與分析

2.1 南京市農(nóng)地利用碳排放特征分析

根據(jù)上文中給出的碳排放測(cè)算公式和碳源系數(shù)，定量測(cè)算南京市1996—2014年農(nóng)地利用碳排放(表3)。結(jié)果表明，南京都市農(nóng)業(yè)農(nóng)地利用碳排放量有所下降，由1996年的2.04×105t減少至1.26×105t，增長(zhǎng)了-0.38倍，年均增長(zhǎng)率達(dá)到-2.64%。從各生產(chǎn)要素碳排放量構(gòu)成份額看，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油、灌溉、翻耕碳排放量占總排放量的比重均值依次為63.8%，10.6%，14.2%，8.0%，2.7%和0.5%，其中，化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜是農(nóng)地利用碳排放的主要來(lái)源。1996—2014年化肥、農(nóng)藥施用所導(dǎo)致的碳排放量有減少的趨勢(shì)，化肥對(duì)碳排放量減少的貢獻(xiàn)超過(guò)百分之百；農(nóng)膜1996年排放量?jī)H為1.41×104t，到2014年增長(zhǎng)到2.72×104t，年均增長(zhǎng)率為3.71%，2004年碳排放量超過(guò)農(nóng)藥，成為排放量占比第二的物質(zhì)投入。而翻耕、農(nóng)用柴油、灌溉帶來(lái)的碳排放量變化不明顯，有不同程度的增加或減少。

從總量上看，南京市都市農(nóng)業(yè)農(nóng)地利用碳排放量呈有所下降，并且碳排放強(qiáng)度變化軌跡與此基本一致(圖1)，但計(jì)算碳排放總量的環(huán)比增速可以看出，南京市農(nóng)地利用碳排放總量具有階段性特點(diǎn)，且增加(減少)幅度呈波動(dòng)趨勢(shì)(圖2)，進(jìn)一步將南京市農(nóng)地利用碳排放總量劃分為3個(gè)階段：

第1階段，1996—2001年南京市農(nóng)地利用碳排放量呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，年均增長(zhǎng)率為4.51%。其中，化肥、農(nóng)藥碳排放量均有所增加，農(nóng)膜碳排放雖比重較小，但5 a間增長(zhǎng)了1.41倍。該階段南京市農(nóng)業(yè)正經(jīng)歷從城郊農(nóng)業(yè)向都市農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的過(guò)程，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是這一階段該市農(nóng)業(yè)發(fā)展的主旋律，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還處于粗放生產(chǎn)的狀態(tài)，對(duì)化肥、農(nóng)藥以及農(nóng)膜需求較高。此時(shí)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)是以高投入為代價(jià)的。

第2階段，2002—2011年南京市農(nóng)地利用碳排放量呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)，碳排放量有所下降，但年際變化波動(dòng)性很大，下降最快年份的環(huán)比增速為-13.63%，2012年下降程度最小，環(huán)比增速為-1.22%。其中，2003，2006和2008年下降程度較大。探究其內(nèi)在原因，這與南京市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和都市農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程密切相關(guān)。2002年以來(lái)，村集體經(jīng)濟(jì)的興起與繁榮使得許多農(nóng)民轉(zhuǎn)向二、三產(chǎn)業(yè)，一部分農(nóng)民選擇了進(jìn)城務(wù)工，農(nóng)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的份額不斷降低，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)者對(duì)生產(chǎn)資料的需求減少。同年，在南京市都市農(nóng)業(yè)發(fā)展思路的指導(dǎo)下，生態(tài)農(nóng)業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展模式開(kāi)始推進(jìn)，并以呈現(xiàn)農(nóng)業(yè)豐富功能性為目標(biāo)。除此之外，這一階段各種農(nóng)業(yè)發(fā)展模式還在探索階段，并且受市場(chǎng)因素影響較大，缺少發(fā)展經(jīng)驗(yàn)使得農(nóng)地利用產(chǎn)生的碳排放量變化波動(dòng)明顯。

第3階段，2012—2014年南京市農(nóng)地利用碳排放量雖呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但下降幅度并不大，平均下降1.5%。這主要是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)改革發(fā)展到一定程度，對(duì)技術(shù)、資源等要求越來(lái)越高，農(nóng)地利用碳排放量下降程度逐漸放緩。

表3 南京市1996-2014年農(nóng)地利用碳排放情況

圖1 南京市1996-2014年農(nóng)地利用碳排放量及排放強(qiáng)度

圖2 南京市1996-2014年農(nóng)地利用碳排放總量和環(huán)比增速

2.2 南京市林地、草地、園地碳匯變化特征分析

南京市林地碳匯從2005年的3.62×104t下降到2014年的3.52×104t，年增長(zhǎng)率僅為-0.32%。2005年以來(lái)林地面積呈現(xiàn)波動(dòng)下降的態(tài)勢(shì)，多數(shù)年份間“上升—下降”趨勢(shì)交替顯現(xiàn)，2005—2008年下降趨勢(shì)最為明顯。南京市一直在國(guó)家“退耕還林”與“守住18億畝耕地紅線”間尋找發(fā)展的平衡。隨著南京市草地面積的減少，草地碳匯呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從1.07 t驟降至0.37 t。2001年以來(lái)南京市逐步完善城市建設(shè)，撤縣設(shè)區(qū)、加快腳步建設(shè)現(xiàn)代化都市。盡管南京市草地面積并不大，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市建設(shè)需要威脅著草地資源，帶來(lái)的環(huán)境影響也不可小覷。南京園地碳匯從2005年的2.0×103t增長(zhǎng)到2014年的2.30×103t，增長(zhǎng)18.01%(表4)。南京市都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展極大的繁榮了當(dāng)?shù)氐墓叻N植，與此同時(shí)，高淳國(guó)際慢城、江寧金花村、六合茉莉花村、浦口珍珠村等一批休閑農(nóng)業(yè)也不斷建成，這對(duì)碳匯增加有明顯的正向促進(jìn)作用。

從各區(qū)碳匯來(lái)看，由于承載的城市功能不同，區(qū)域碳匯差異較大。2014年林地碳匯最多的江寧區(qū)為1.12×104t，最少的秦淮區(qū)僅為11.75 t。草地碳匯主要集中在棲霞區(qū)、浦口區(qū)、六合區(qū)、溧水區(qū)，4區(qū)草地碳匯占南京市草地碳匯總量的98.33%。園地碳匯各區(qū)均有貢獻(xiàn)，其中江寧區(qū)、溧水區(qū)、高淳區(qū)等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要分布地碳匯貢獻(xiàn)較多，鼓樓區(qū)碳匯貢獻(xiàn)最少僅為1.94 t。

表4 南京市2005-2014年林地、草地、園地碳匯量

2.3 南京市農(nóng)地類型變化的碳效應(yīng)分析

2.3.1 農(nóng)地政策變化的單位碳排放效果分析 農(nóng)地利用方式變化所引起的碳效應(yīng)本研究采用差值法測(cè)算。

以耕地、林地間的轉(zhuǎn)換為例可知，耕地碳排系數(shù)為α，林地碳匯系數(shù)為-β，草地的碳匯系數(shù)為-μ，建設(shè)用地的碳排系數(shù)為λ，則可得出：退耕還林的碳匯效果為-(α+β)，毀林開(kāi)荒的碳排效果即為(α+β)；退耕還草的碳匯效果為-(α+μ)，毀草開(kāi)荒的碳排效果為(α+μ)；建設(shè)農(nóng)地轉(zhuǎn)為耕地碳減排效果為-(λ-α)，耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的碳增排效果為(λ-α)；建設(shè)用地轉(zhuǎn)為林地的碳匯效果為-(β+λ)，林地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的碳排效果為(β+λ)；建設(shè)用地轉(zhuǎn)為草地的碳匯效果為-(μ+λ)，草地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的碳排效果為(μ+λ)。計(jì)算數(shù)據(jù)方面，耕地碳排放強(qiáng)度數(shù)據(jù)源自表3，建設(shè)用地碳排系數(shù)以黃賢金的為準(zhǔn)，為55.8 t/hm2。林地、草地、建設(shè)用地的碳排、碳匯系數(shù)均為固定值，而耕地碳排放強(qiáng)度數(shù)據(jù)采用歷年變化值。基于差值法得出耕地與林地、耕地與草地以及耕地與建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)變所導(dǎo)致的歷年碳排、碳匯的變化情況詳見(jiàn)表5。林地、草地、建設(shè)用地間的轉(zhuǎn)變由于采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不存在年際差異。

表5 農(nóng)地利用方式轉(zhuǎn)變單位面積碳排放/碳匯效果分析 kg/hm2

2.3.2 生態(tài)退耕與建設(shè)占用的碳效應(yīng)變化分析 農(nóng)地利用方式改變是導(dǎo)致其碳功能發(fā)生變化的重要原因，本研究結(jié)合南京市當(dāng)前實(shí)際，生態(tài)退耕(近似認(rèn)為是退耕還林)、建設(shè)占用(近似認(rèn)為是耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地)是最普遍的兩類農(nóng)地利用轉(zhuǎn)換形式。鑒于不同年份生態(tài)退耕、建設(shè)占用面積以及各自轉(zhuǎn)換系數(shù)存在差異，計(jì)算歷年南京市生態(tài)退耕與建設(shè)占用碳排放變化情況。

由表6可知2000—2008年，南京市因生態(tài)退耕產(chǎn)生碳匯呈先上升后減少的變化趨勢(shì)，2002年達(dá)到最大值71.29 t，而2007年以來(lái)產(chǎn)生碳匯不足10 t；相反，建設(shè)占用導(dǎo)致的碳排放量由2000年的8.30×103t上升至2008年的4.49×104t，年均增長(zhǎng)率高達(dá)23%，大量且持續(xù)增長(zhǎng)的建設(shè)占用碳排放對(duì)南京市凈碳效應(yīng)影響巨大。進(jìn)一步探索可知，2000年以來(lái)由生態(tài)退耕引起的碳匯效應(yīng)和由建設(shè)占用引起的碳排效應(yīng)呈明顯的階段性變化。其中碳匯量變化在2002年達(dá)到極致，隨后急劇下降，2005年后平穩(wěn)下降；而碳排放量變化呈現(xiàn)Z字形增長(zhǎng)趨勢(shì)，前后變化趨勢(shì)相對(duì)小，中間波動(dòng)劇烈。

表6 南京市2000-2008年生態(tài)退耕與建設(shè)占用碳排放變化情況

2.4 南京市農(nóng)地利用碳排放趨勢(shì)預(yù)測(cè)

以2009—2014年測(cè)算出的南京市農(nóng)地利用碳排放量為原始序列，通過(guò)累加生成、平均數(shù)生成等步驟建立GM(1，1)模型，進(jìn)而對(duì)未來(lái)幾年南京市農(nóng)地利用碳排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)。GM(1,1)模型建立詳見(jiàn)表7，其中n=6，σ(0)(k)∈[0.75,1.33]。

表7 GM(1,1)模型預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果

模型預(yù)測(cè)精度達(dá)99.02%>90%，滿足精度要求；級(jí)比偏差值為1.37%<10%，符合要求；關(guān)聯(lián)度為0.70，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)當(dāng)分辨率ρ=0.5時(shí),關(guān)聯(lián)度r>0.6便較為滿意；后驗(yàn)差檢驗(yàn)中，C值越小P值越大模型精度越高。

表8 基于GM(1，1)模型的2015-2020年南京市農(nóng)地利用碳排放預(yù)測(cè)結(jié)果

進(jìn)一步用SPSS的曲線回歸分析來(lái)進(jìn)行時(shí)間序列的趨勢(shì)分析，選擇2012—2020年的碳排放量為因變量，年份為自變量(表9)。表9顯示，各模型方程的sig都不大于0.01，顯著性較強(qiáng)，指數(shù)曲線的擬合優(yōu)度最高。農(nóng)地利用碳排放量繼續(xù)保持下降趨勢(shì)，但底數(shù)過(guò)小下降程度小，遠(yuǎn)不足以彌補(bǔ)建設(shè)占用導(dǎo)致碳排量的增加。

表9 模型匯總和參數(shù)估計(jì)值

3 結(jié) 論

(1) 南京都市農(nóng)業(yè)農(nóng)地利用碳排放量呈“上升—波動(dòng)—平穩(wěn)下降”的3階段特征，由1996年的2.04×105t減少至1.26×105t，增長(zhǎng)了-0.38倍，年均增長(zhǎng)率達(dá)到-2.64%。從各生產(chǎn)要素碳排放量構(gòu)成份額看，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油、灌溉、翻耕碳排放量占總排放量的比重均值依次為63.8%，10.6%，14.2%，8.0%，2.7%，0.5%。1996—2014年化肥、農(nóng)藥施用量下降，并且化肥對(duì)碳排放量減少的貢獻(xiàn)超過(guò)百分之百；農(nóng)膜使用量增加，其導(dǎo)致的碳排放量于2004年超過(guò)農(nóng)藥，成為排放量占比第二的物質(zhì)投入；翻耕、農(nóng)用柴油、灌溉帶來(lái)的碳排放量變化不明顯，有不同程度的增加或減少。

(2) 縱向來(lái)看林地碳匯、草地碳匯有所下降，但變化趨勢(shì)不同，園地碳匯有所增加。林地碳匯從2005年的3.62×104t下降到2014年的3.52×104t，呈現(xiàn)波動(dòng)下降的態(tài)勢(shì)，多數(shù)年份間“上升—下降”趨勢(shì)交替顯現(xiàn)，2005—2008年下降趨勢(shì)最為明顯。隨著南京市草地面積的減少，草地碳匯呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從1.07 t驟降至0.36 t。園地碳匯從2005年的2.0×103t增長(zhǎng)到2014年的2.3×103t，增長(zhǎng)18.01%。南京市都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展極大的繁榮了當(dāng)?shù)氐墓叻N植，對(duì)碳匯增加有明顯的正向促進(jìn)作用。橫向來(lái)看，由于各區(qū)承載的城市功能不同，區(qū)域碳匯差異較大。

(3) 農(nóng)地利用方式改變的碳效應(yīng)來(lái)看，2000—2008年，南京市因生態(tài)退耕產(chǎn)生碳匯呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，2002年達(dá)到最大值71.29 t，而2007年以來(lái)產(chǎn)生碳匯不足10 t；相反，建設(shè)占用導(dǎo)致的碳排放量由2000年的8.30×103t上升至2008年的4.49×104t，年均增長(zhǎng)率高達(dá)23%，變化趨勢(shì)呈現(xiàn)Z字形上升，前后變化趨勢(shì)相對(duì)小，中間波動(dòng)劇烈。盡管預(yù)計(jì)到2020年該市農(nóng)地利用碳排放量將下降到1.11×105t，整體保持下降趨勢(shì)，但底數(shù)過(guò)小下降程度小，遠(yuǎn)不足以彌補(bǔ)建設(shè)占用導(dǎo)致碳排量的增加。

(4) 南京市農(nóng)地利用碳排放的變化趨勢(shì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和都市農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程密切相關(guān)。一方面，二三產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展減少了生產(chǎn)資料的需要，并且都市農(nóng)業(yè)指導(dǎo)思路下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)化肥農(nóng)藥的施用量有所控制，減少了農(nóng)地利用碳排放量，園地面積擴(kuò)大、休閑農(nóng)業(yè)繁榮發(fā)展增加了碳匯量；另一方面，農(nóng)業(yè)機(jī)械化、集約化發(fā)展，柴油、農(nóng)膜等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的使用導(dǎo)致的碳排放也不可忽視，林地、草地面積的減少降低了原本不高的碳匯效應(yīng)，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市建設(shè)需要，持續(xù)增長(zhǎng)的建設(shè)占用造成大量碳排放對(duì)南京市碳效應(yīng)影響巨大。

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EstimationofCarbonUtilizationandPredictionofAgriculturalLandUseinUrbanAgricultureofNanjingCity

WANGQi,LIKongqing,ZHULiqun

(CollegeofHumanitiesandSocialDevelopment,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing，Jiangsu210095,China)

[Objective] The carbon effect of urban agricultural land was estimated in Nanjing City to provide development experience for other cities with urban agriculture. [Methods] The carbon emissions from agricultural land in Nanjing City were calculated from 1996 to 2014 based on six main carbon sources of chemical fertilizers, pesticides, agricultural film, agricultural diesel, irrigation and tillage. At the same time, the variations of three main carbon sinks, including forest land, grassland, garden, were explored to illustrate the carbon effects of agricultural land use changes. In the end, the trend of carbon emissions from agricultural land in Nanjing City was predicted based on the gray GM(1,1) model. [Results] From 1996 to 2014, the carbon emissions from agricultural land use in Nanjing City showed a three-stage variation of “rising-fluctuating-steady decline”. Chronically, the carbon sinks of both forest land and grass land decreased from 2005 to 2014, but their decreasing rate was different. From the view of regional comparison, due to the city carrying function was different, regional carbon sinks differed greatly. In terms of the carbon effect of the change of agricultural land use, the carbon sequestration in Nanjing City from 2000 to 2008 increased at first and then decreased; and carbon emission caused by construction occupancy experienced a Z-shaped variation. Based on the gray GM(1,1) model, the isobar metric forecasting method was used. It was estimated that the agricultural carbon use in the city will be 1.11×105t by 2020. [Conclusion] The trend of carbon use in Nanjing City was closely related to the economic development and the process of urban agriculture development. The reductions of forest land and grass land area reduced the original carbon sink effect. And as a result from economic development and urban construction needs, the continued growth in construction land have great impact, which will result in a large number of carbon emissions in Nanjing City.

agriculturallanduse;carbonemission;grayGM(1,1)model;urbanagricultureofNanjingCity

A

： 1000-288X(2017)04-0288-07

：X321

2017-02-10

：2017-02-21

教育部人文社會(huì)科學(xué)研究青年基金項(xiàng)目“南方稻田不同施肥措施的凈減排潛力及推廣機(jī)制優(yōu)化研究”(15YJCZH246)，“基于生態(tài)文明的區(qū)域土地利用碳排放效應(yīng)及減排政策研究”(14YJC630058)； 中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2015M570463)； 江蘇高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目(2015SJD087， 2014SJD072)；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK2015068)； 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)人文社科基金育才項(xiàng)目(SKYC2017019)

王琦(1996—),遼寧省朝陽(yáng)市人,本科生,研究方向?yàn)閰^(qū)域農(nóng)業(yè)與低碳排放方面。E-mail:11614103@njau.edu.cn。

朱利群(1975—),江西省資溪縣人,博士，教授,主要從事區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展方面研究。E-mail:zhulq@njau.edu.cn。