摘要 根據(jù)2009—2018年六盤水市土地利用變化以及能源消耗數(shù)據(jù)，分析土地利用類型變化以及碳排放效應(yīng)，研究其與碳排放之間的內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)果表明：研究期內(nèi)土地利用類型發(fā)生較大變化，其中園地、水域、建設(shè)用地呈上升態(tài)勢(shì)，耕地、林地、草地、未利用地呈減少趨勢(shì)。近10年凈碳排放量呈增加趨勢(shì)，碳匯出現(xiàn)下降趨勢(shì)，引起六盤水市碳足跡壓力指數(shù)、碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)亦呈上升趨勢(shì)。六盤水市不同時(shí)期的碳排放空間差異明顯，碳排放量空間分布亦存在很大不同，六盤水市碳排放量呈現(xiàn)北部高的特點(diǎn)。碳排放量關(guān)聯(lián)度不同地類不同時(shí)間在不同年份存在不同，六盤水市各區(qū)（市）建設(shè)用地和碳排放的關(guān)聯(lián)度與整個(gè)六盤水市關(guān)聯(lián)度比較接近，建設(shè)用地對(duì)六盤水市碳排放影響最大。

關(guān)鍵詞 碳排放；土地利用；碳排放效應(yīng)；碳足跡壓力指數(shù)；碳風(fēng)險(xiǎn)；關(guān)聯(lián)度

中圖分類號(hào) X321 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）15-0086-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.15.019

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis of Carbon Emission Effect in Liupanshui City Based on Land Use Change

SHUAI Chun-yu

（Guizhou First Institute of Surveying and Mapping， Guiyang， Guizhou 550000）

Abstract Based on the data of land use change and energy consumption in Liupanshui City from 2009 to 2018， land use type change and carbon emission effect were analyzed， and the inherent relationship between land use type change and carbon emissions was studied.The results showed that the land use types changed greatly during the study period， in which the garden land， water area and construction land increased， while the cultivated land， forest land， grassland and unused land decreased. In the past ten years， net carbon emissions showed an increasing trend， and carbon sink showed a declining trend， resulting in the carbon footprint pressure index and carbon emission risk index of Liupanshui City also showed an increasing trend.The spatial differences of carbon emissions in different periods of Liupanshui City were significant， and there were also significant differences in the spatial distribution of carbon emissions，the carbon emissions in Liupanshui City showed a high characteristic in the north.The correlation coefficient of carbon emissions caused by different land types was different in different years. The correlation degree of construction land and carbon emissions in each district （city） of Liupanshui City was close to that of the whole city， and construction land had the greatest impact on carbon emissions in Liupanshui City.

Key words Carbon emission;Land use;Carbon emission effect;Carbon footprint pressure index;Carbon risk;Correlation degree

社會(huì)的高速發(fā)展決定了碳排放，碳排放是引起全球氣溫升高的主要原因［1］。土地利用變化中產(chǎn)生的碳循環(huán)是人類活動(dòng)中最直接的，其產(chǎn)生二氧化碳的量僅次于化石燃料燃燒所釋放的二氧化碳量［2］。因此，不同土地利用類型產(chǎn)生的碳排放成為碳循環(huán)的主要表現(xiàn)形式［3］，深入分析土地利用變化引起的碳排放，有針對(duì)性地提出節(jié)能減排措施，對(duì)建設(shè)低碳城市具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義［4］。

土地利用碳排放的研究主要有以下幾個(gè)方面：碳源和碳匯研究［5-7］、碳排放整體變化研究［8-9］、建設(shè)用地碳排放總量之間的關(guān)系研究［10-11］、不同土地利用方式產(chǎn)生的碳排放量的時(shí)空差異研究［12-13］等，為今后的研究夯實(shí)了理論基礎(chǔ)。六盤水市作為主要能源城市，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，其土地利用結(jié)構(gòu)在這幾年發(fā)生了明顯變化，加快了碳排放的變化速度。該研究對(duì)六盤水市近10年土地利用變化引起的碳排放量產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行分析，以期為同類型的城市建設(shè)在可持續(xù)方面提供相關(guān)的理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

六盤水市是 “三線”建設(shè)建起的一座能源原材料工業(yè)城市，位于25° 19′ 44″～ 26° 55′ 33″ N、104° 18′ 20″～105° 42′ 50″ E。2018年底，全市常住人口為303.16萬人。六盤水市城鎮(zhèn)化率由2009年的22.68％增長至2018年的35.55％，城鎮(zhèn)化率增長了12.87百分點(diǎn)。國民生產(chǎn)總值由2009年的431.13億元增加至2018年的1 525.69 億元。隨著六盤水市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化步伐大力推進(jìn)，由于六盤水土地利用類型在近10年中發(fā)生了較大變化，對(duì)碳儲(chǔ)存和碳排放產(chǎn)生很大影響。

1.2 數(shù)據(jù)來源

相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于2009—2018年六盤水市第二次土地利用變更調(diào)查；其他的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)以及能源消費(fèi)數(shù)據(jù)主要來源于《六盤水統(tǒng)計(jì)年鑒》（2009—2018年）。能源消費(fèi)數(shù)據(jù)主要是根據(jù)《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》附錄中的折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)轉(zhuǎn)化而成［14］。

該研究結(jié)合中國科學(xué)院的土地資源分類系統(tǒng)以及其他分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)2009—2018年的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和整理［1］。結(jié)合土地利用相關(guān)分類標(biāo)準(zhǔn)，將其分為耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水域、未利用地7種類型。

1.3 研究方法

碳排放在土地利用方面主要包含直接碳排放和間接碳排放2種類型。土地利用引起的碳排放是直接排放，間接碳排放是指各土地利用類型上所承載的全部人為源碳排放。碳排放量取決于碳源與碳匯的差值，碳源主要指碳的排放強(qiáng)度，碳匯主要指碳庫儲(chǔ)量和吸收累計(jì)速率［15］。對(duì)于除了建設(shè)用地的6種非建設(shè)用地的碳排放量主要是根據(jù)碳排放系數(shù)直接估算，間接碳排放是通過各種能源消耗所產(chǎn)生的碳排放量計(jì)算得到。

1.3.1 直接排放量。

根據(jù)相關(guān)的研究結(jié)果，對(duì)耕地、園地、林地、草地、水域、未利用地6種用地排放量進(jìn)行估算，公式如下［16］：

A=Bi×Ci

式中：A為碳排放總量，負(fù)值表示碳吸收，正值表示碳排放；Bi為第i種非建設(shè)用地類型對(duì)應(yīng)的面積；Ci為第i種非建設(shè)用地類型碳排放系數(shù)，碳排放（吸收）系數(shù)參考孫赫等［16］的研究結(jié)果，其中耕地、園地、林地、草地、水域、未利用地的碳排放系數(shù)分別為0.042 2、-0.073 0、-0.057 8、-0.002 1、-0.025 2、-0.000 5 kg/（m2·a）。

1.3.2 間接排放量。

建設(shè)用地的碳排放量主要采用間接估算，主要是用生產(chǎn)生活中能源消耗產(chǎn)生的CO2量來體現(xiàn)，選取的能源有洗精煤、汽油、燃料油、柴油、其他洗煤、焦炭、煤油、天然氣。將上述各種能源消耗量換算成標(biāo)準(zhǔn)煤量，計(jì)算公式如下［17］：

Et=8i=1Eti=8i=1（Eni×θi×fi）

式中：Et為能源終端消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放總量；Eti為第i類能源終端消費(fèi)的碳排放量；Eni 為各類能源終端消耗量；θ i 為各類能源的折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)；fi為各類能源的碳排放系數(shù)［14］。其中折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)來自《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒（2016）》，碳排放系數(shù)根據(jù)《IPCC國家溫室氣體清單指南》的碳含量轉(zhuǎn)換而來。具體如表1所示。

1.3.3 碳足跡壓力指數(shù)。

1.3.3.1 土地利用碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

綜合碳排放的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)主要是由土地利用類型產(chǎn)生的碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來評(píng)價(jià)，公式如下［18］：

CRI=7i=1（Oi×Ri）/O

式中：CRI為土地利用產(chǎn)生的碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Oi為第i種土地利用類型；O為區(qū)域土地總面積；Ri為第i種土地利用類型碳排放系數(shù)。

1.3.3.2 碳足跡壓力指數(shù)。

碳足跡壓力指數(shù)主要是人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，計(jì)算公式如下［12］：

Ce=Cf/Cd

式中：Ce為土地利用產(chǎn)生的碳足跡壓力指數(shù)；Cf為碳源；Cd為不同土地利用類型產(chǎn)生的碳匯。當(dāng)Ce≤1時(shí)，表明區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的碳平衡處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)Ce>1時(shí)，表明區(qū)域內(nèi)碳平衡產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)處于失調(diào)狀態(tài)，說明碳循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)壓力過大。

1.3.3.3 灰色關(guān)聯(lián)度分析。

土地利用類型與碳排放之間的研究相對(duì)較少，兩者缺少相對(duì)的信息，所以該研究采用灰色系統(tǒng)來研究關(guān)聯(lián)度。具體步驟如下［19］：

子序列是研究范圍內(nèi)7種不同地類的面積，假設(shè)p個(gè)分析區(qū)域包含v個(gè)原始子序列：

{x1（0）（p），x2（0）（p），…，xv（0）（p）}。

母序列是研究區(qū)域不同土地利用類型產(chǎn)生的碳排放量，假設(shè)p個(gè)分析區(qū)域有w個(gè)原始母系列：

{y1（0）（p），y2（0）（p），…，yw（0）（p）}。

分別對(duì)以上2個(gè)系列進(jìn)行均值化處理，將數(shù)列中各值分別與數(shù)列均值相除，得到一個(gè)新的數(shù)列。

將每個(gè)比較數(shù)據(jù)列、參考數(shù)據(jù)列進(jìn)行絕對(duì)差值計(jì)算，其公式為

Δm（p）=|yi（0）（p）-xi（0）（p）|

比較數(shù)據(jù)列對(duì)參考數(shù)據(jù)列在z點(diǎn)上的關(guān)聯(lián)系數(shù)則是指兩者在第z個(gè)點(diǎn)上的相對(duì)差值，計(jì)算公式為

εi（z）=miniminj|y（z）-xi（z）|+αmaximaxj|y（z）-xi（z）||y（z）-xi（z）|+αmaximaxj|y（z）-xi（z）|

式中，α∈（0，∞）稱為分辨系數(shù)，α的一般取值范圍為（0，1），該研究中取α=0.546 3。將比較數(shù)據(jù)列與參考數(shù)據(jù)列關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值稱為關(guān)聯(lián)度，計(jì)算公式如下：

Ri=1ppz=1εi（z）

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用變化分析

從表2可以看出，2009—2018年六盤水市土地利用有明顯變化，園地、水域、建設(shè)用地呈遞增趨勢(shì)，其他地類呈減少趨勢(shì)。2009—2018年，建設(shè)用地是其中地類中增量最大的地類，增加了12 827.37 hm2，其次為水域，增加了323.56 hm2，園地增量最小，增加了76.84 hm2。耕地是地類減少最多的，其面積減少了6 200.80 hm2，其次是林地，減少了3 176.14 hm2，草地減少2 360.63 hm2，未利用地減少1 490.20 hm2。耕地減少量最多，耕地的主要流向是建設(shè)用地；建設(shè)用地的第二來源是林地和草地，草地主要流入了耕地。六盤水是重要的能源基地以及西南地區(qū)重要的交通樞紐，建設(shè)用地的需求急劇增加，占用的耕地、林地面積較大，六盤水市碳減排壓力日益增大。

2.2 土地利用變化產(chǎn)生的碳排放效應(yīng)分析

2.2.1 不同土地利用碳排放量計(jì)算。

從表3可以看出，六盤水市土地利用凈碳排放量總體呈增加趨勢(shì)，每年的碳源也相應(yīng)增加，碳匯呈下降趨勢(shì)。凈碳排放量由2009年的208.68×104 t增長至2018年的263.74×104 t，其中碳源增加了54.86×104 t，碳匯減少了0.20×104 t。建設(shè)用地對(duì)碳源的影響最大，增加了55.12×104 t；林地對(duì)碳匯貢獻(xiàn)量最大，未利BwF1N9MYHcuqK+13PA0T7u9DBRE2Z5AijvHoA8t4gYc=用地、園地次之，草地最小。從3個(gè)時(shí)間段可以得出，2009—2013年碳排放量增加18.27×104 t，2013—2015年增加了9.98×104 t，2015—2018年增加了26.81×104 t。2009年六盤水市森林覆蓋率35.05%，2018年達(dá)到59.72%，10年間森林覆蓋率增加了24.67百分點(diǎn)。2018年貴州省森林覆蓋率57.00%，六盤水市森林覆蓋率高于全省森林覆蓋率。六盤水市一直把生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的理念貫穿在城市建設(shè)中，在持續(xù)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化、生態(tài)產(chǎn)業(yè)化的觀念，六盤水的發(fā)展方向重點(diǎn)朝著低碳發(fā)展。

從表4可以看出，2009—2018年六盤水市碳足跡壓力指數(shù)、碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均表現(xiàn)出同步上升的趨勢(shì)。六盤水市環(huán)境壓力來源主要是碳排放的引起。六盤水市碳足跡壓力指數(shù)由2009年的9.99升高至2018年的12.45，碳足跡壓力指數(shù)10年增加了2.46，年均增加0.25。碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)也增加了0.56，六盤水市10年間建設(shè)用地增加了12 827.37 hm2，園地增加了76.84 hm2，水域增加了323.56 hm2，耕地、林地、草地、未利用地呈減少趨勢(shì)。六盤水市碳排放量大于碳匯量，碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)處于不均衡狀態(tài)，生態(tài)環(huán)境壓力較大，其中鐘山區(qū)作為六盤水市中心城區(qū)，碳足跡壓力指數(shù)和碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均大于其他區(qū)（市）且總體呈上升趨勢(shì)。六枝特區(qū)10年間碳足跡壓力指數(shù)增加了2.44，碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)增加了0.41；水城區(qū)碳足跡壓力指數(shù)增加了1.95，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)增加了0.44；盤州市碳足跡壓力指數(shù)增加了2.38，碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)增加了0.57，盤州市碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)接近于六盤水市的碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，盤州市建設(shè)用地增加幅度是六盤水市最大的，盤州市碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大。

2.2.2 土地利用變化碳排放效應(yīng)空間變化分析。

由于各區(qū)（市）自然稟賦不同，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不一樣，碳排放量在空間分布上存在很大不同（圖2、3）。六盤水市碳排放量總體呈現(xiàn)北部高的特點(diǎn)。碳排放量較高的部分主要集中在六盤水市中心的鐘山區(qū)，碳排放量較低的主要分布在六枝特區(qū)和盤州市。盤州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，建設(shè)用地增加迅速，主要以碳排放為主，是六盤水市碳源產(chǎn)生的主要地區(qū)。水城區(qū)隨著對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，其碳排放的能力也逐漸增強(qiáng)。六枝特區(qū)整體排放量相對(duì)較小。

六盤水市碳排放量的增加引起城市碳風(fēng)險(xiǎn)壓力逐漸增大，其相應(yīng)的空間分布和碳排放量隨著時(shí)間變化也逐漸增加。碳排放風(fēng)險(xiǎn)主要分布在鐘山區(qū)，盤州市碳排放風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，六枝特區(qū)碳排放風(fēng)險(xiǎn)較低。

2.3 土地利用結(jié)構(gòu)、碳排放的灰色關(guān)聯(lián)度分析

為了更好地分析六盤水市碳排放效應(yīng)和土地利用結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系，采用灰色關(guān)聯(lián)度得出六盤水市土地利用結(jié)構(gòu)與碳排放量關(guān)聯(lián)度（圖4），結(jié)果表明，碳排放量關(guān)聯(lián)度系數(shù)依據(jù)不同地區(qū)不同年份的土地利用類型會(huì)有很大變化。

六盤水市正處于城鎮(zhèn)組群構(gòu)建生長的階段，空間整合能力不斷增強(qiáng)，其建設(shè)用地的增加會(huì)對(duì)碳排放量產(chǎn)生很大的影響，給六盤水市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了極大的影響。在今后的土地利用變化中，建設(shè)用地需要進(jìn)一步加強(qiáng)，加大對(duì)耕地、林地的嚴(yán)格保護(hù)，避免建設(shè)用地占用大量的耕地和林地。

從圖5可以看出，鐘山區(qū)碳排放關(guān)聯(lián)度除了耕地和水域，其余高于六盤水市平均水平，建設(shè)用地關(guān)聯(lián)度比六盤水市高0.03，這主要是由于鐘山區(qū)是六盤水市中心城區(qū)，經(jīng)濟(jì)水平高于其余區(qū)（市），碳源能力較強(qiáng)。盤州市耕地和草地關(guān)聯(lián)度較大，水域關(guān)聯(lián)度低于六盤水市平均水平，盤州市大力發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)，聚焦農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，不斷鞏固農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地位，推動(dòng)農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)向精品化、特色化發(fā)展。水城區(qū)園地關(guān)聯(lián)度低于六盤水市0.11，水城區(qū)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展成效明顯，“兩園一田”農(nóng)業(yè)特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效成效明顯。六枝特區(qū)建設(shè)用地關(guān)聯(lián)度與六盤水市持平，主要原因是大力推進(jìn)萬畝基本農(nóng)田水利建設(shè)，保障糧食安全。

六盤水市各區(qū)（市）建設(shè)用地和碳排放的關(guān)聯(lián)度與整個(gè)六盤水市關(guān)聯(lián)度比較接近，嚴(yán)控建設(shè)用地的增長速度及規(guī)模，控制建設(shè)用地增量是需要迫切完成的問題。

3 結(jié)論

從碳足跡壓力指數(shù)、土地利用碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、灰色關(guān)聯(lián)度等方面對(duì)2009—2018年六盤水市土地變化引起的碳排放進(jìn)行分析，具體結(jié)論如下：

（1）在研究范圍內(nèi)，六盤水市耕地、林地、草地的主要流出是建設(shè)用地；草地主要流入了耕地。從近10年六盤水的發(fā)展變化上看，其建設(shè)用地需求快速增加，占用的耕地、林地面積較大，六盤水市碳減排壓力日益增大。

（2）2009—2018年六盤水市凈碳排放量呈增加趨勢(shì)，碳源呈增加趨勢(shì)，碳匯呈降低趨勢(shì)，引起六盤水市相應(yīng)的碳足跡壓力指數(shù)、碳排放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈上升趨勢(shì)，六盤水市生態(tài)環(huán)境壓力處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

（3）六盤水市由于各區(qū)（市）自然稟賦不同，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不一樣，碳排放量在空間分布上存在很大不同，其碳排放量總體呈現(xiàn)北部高的特點(diǎn)。

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