土地利用碳排放計(jì)算方法

1、第三章土地利用碳排放計(jì)算方法第一節(jié)數(shù)據(jù)來源與處理1.1 土地利用變化數(shù)據(jù)類別（1）時(shí)間序列數(shù)據(jù)依據(jù)土地利用類型的碳排放清單，選取耕地、園地、林地、牧草地、建設(shè)用 地、水域和未利用地等主要土地利用類型，依據(jù)天津市統(tǒng)計(jì)年鑒（20032012）、 天津市土地利用變更數(shù)據(jù)，確定20032011年天津市土地利用類型變化情況， 見表3-1。表3-1天津市20032011年土地利用類型變化情況（單位：公頃）年份耕地園地林地草地水域建設(shè)用地未利用地居民點(diǎn)及工礦用地交通用地2003475480368173594360764229235319146021576732004445641372633658360465

2、576259781182051401572005445514371013663160465373262516183951381862006445255371233671760465486264029191851365522007443690363003630061065210274530205601324602008441090354303607061064900280990223001308702009447177316405655360053345305779219388298520104437043122856180605533323110582380488165201144074630

3、87755817606533733160562518487307（2）空間變化數(shù)據(jù)以天津市各區(qū)縣為作為空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，依據(jù)天津市統(tǒng)計(jì)年鑒（20032012）、 天津市土地利用變更數(shù)據(jù)，確定出2003和2011年天津市各區(qū)縣土地利用類 型面積變化情況，見下表3-2。（3）典型案例數(shù)據(jù)天津市環(huán)城四區(qū)1:54000 土地利用現(xiàn)狀圖（2005年、2012年）、坡度圖、河 流圖、土壤類型分布圖、地質(zhì)災(zāi)害分布圖、自然保護(hù)區(qū)圖、水源地保護(hù)區(qū)圖、風(fēng) 景名勝區(qū)圖、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)圖等。由于本文采用2005年和2012年環(huán)城四區(qū)的 碳排放量作為典型案列研究，經(jīng)過相關(guān)的統(tǒng)計(jì)和收集的資料，制作出了其土地利 用變化轉(zhuǎn)置矩陣

4、，從該矩陣可以清晰地看出各個(gè)土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)變情 況。如下表3-3所示。1.2數(shù)據(jù)來源（1）查閱文獻(xiàn)資料天津市環(huán)城四區(qū)2005年和2012年的土地利用數(shù)據(jù)主要來自于天津市國土局 以及天津市政府和天津市統(tǒng)計(jì)局。根據(jù)研究需要，與空間數(shù)據(jù)銜接并將地類進(jìn)行 歸并。主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來自天津市以及環(huán)城四區(qū)（2003年一2012年）統(tǒng) 計(jì)年鑒。（2）實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)通過調(diào)查，了解天津市農(nóng)用地利用過程中碳排放來源以及擬題對策在實(shí)踐中 的可操作性；摸清天津市建設(shè)用地集約利用現(xiàn)狀，初步掌握建設(shè)用地承載各經(jīng)濟(jì) 活動(dòng)產(chǎn)生碳排放情況，為各用地類型碳排放核算明細(xì)建立提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（3）引用借鑒相關(guān)參數(shù)值管理系數(shù)是

5、依據(jù)哪些數(shù)據(jù)得來的！第二節(jié)土地利用碳排放核算模型2.1碳排放模型的選用2006IPCC清單的土地利用碳排放評估方法中，包括三類土地利用分析 方法（IPCC，2006）:第一類土地利用總面積，無土地利用間轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)；第二類 是有土地利用總面積，包括類別間的變化的數(shù)據(jù)（類似土地利用轉(zhuǎn)化矩陣）；第三 類是有空間明晰的土地利用轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)。采取空間明晰數(shù)據(jù)的主要優(yōu)點(diǎn)是，可通過GIS分析工具將多種空間明晰數(shù)據(jù)集結(jié)合起來，并且詳細(xì)描述特定土 地塊在土地利用轉(zhuǎn)化前后的情況。這種分析能力能改進(jìn)排放估值，以在圖上標(biāo)明 分層表示碳庫分類和排放因子，更好調(diào)整土地利用類別（及轉(zhuǎn)化）。本文采用第三 類，即空間明晰的土地利用

6、轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)?？傮w思路及按照2006IPCC清單的建議方法，區(qū)分保持類型的土地和轉(zhuǎn) 變類型的土地，分兩個(gè)模型進(jìn)行評估，分別為保持類型的植碳排放評估模型、轉(zhuǎn) 變類型的碳排放評估模型。本文就是按照這個(gè)思路進(jìn)行土地利用碳排放核算的。具體核算方法步驟如下圖3-1所示。（1）保持土地利用碳排放公式的選擇保持不變的土地利用類型：根據(jù)土地利用類型的碳排放強(qiáng)度分析結(jié)果，以及 不同土地利用類型的碳密度差異，可以對保持土地利用類型的凈碳排放進(jìn)行描 述。對于保持土地利用碳排放核算，主要包括農(nóng)地管理影響的碳排放、林業(yè)管理 影響的碳排放、無任何管理措施的碳排放。計(jì)算公式如下：C = C + C f + C 凈式中，C表示土

7、地利用保持的碳排放；C表示農(nóng)地管理下的碳排放量；Cf 表示林地管理下的碳排放量；凈表示土地利用凈碳排放。（2）轉(zhuǎn)變土地利用碳排放公式的選擇轉(zhuǎn)變的土地利用類型：根據(jù)土地利用類型的綜合碳排放強(qiáng)度分析結(jié)果，以及 不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳密度差異，可以制定土地利用變化的碳排放 轉(zhuǎn)移矩陣。具體計(jì)算方法如下：一是通過資料收集或?qū)嶒?yàn)采樣，得出特定區(qū)域不 同年份的土地利用結(jié)構(gòu)變化表或土地利用轉(zhuǎn)移矩陣；二是結(jié)合不同比較年份的土 地利用類型圖，采用GIS技術(shù)，代入土地利用變化的碳排放轉(zhuǎn)移矩陣中的參數(shù)， 進(jìn)行綜合碳排放的空間擬合；三是進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出該區(qū)域土地利用類型的 綜合碳排放核算清單。本文選擇直接

8、計(jì)算轉(zhuǎn)變的土地利用碳排放，即各類用地轉(zhuǎn) 變的面積與系數(shù)的乘積之后求和，其計(jì)算公式如下：AC = AA x Di=1 j=1式中，AC表示轉(zhuǎn)變土地利用類型的碳排放；M.一j表示用地i變成用地j的 面積；匚j=1，2, 3-n，代表耕地、林地、草地等用地類型；Dj表示用地，變 成用地j的碳排放強(qiáng)度。（3）土地利用碳排放核算公式的選擇綜上，保持土地利用碳排放與轉(zhuǎn)變土地利用碳排放之和即為總體的土地利用 碳排放，計(jì)算公式如下：%=C + AC式中，總表示總體土地利用碳排放；C表示保持的土地利用碳排放量；AC表示轉(zhuǎn)變的土地利用碳排放量。第三節(jié)土地利用碳排放的系數(shù)確定3.1 土地利用碳排放系數(shù)的確定（1）保

9、持土地利用碳排放系數(shù)的確定農(nóng)地管理農(nóng)地經(jīng)營管理的碳排放效應(yīng)包括耕作、種植制度、施肥、灌溉等。在第三章 中，已經(jīng)對具體的管理措施對碳排放的影響進(jìn)行了闡述。與自然土壤相比，農(nóng)田 土壤受諸如耕作、施肥、灌溉等農(nóng)業(yè)管理措施的作用，其碳庫變化在全球碳庫中 最活躍。如翻耕會(huì)引起農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，秸稈燃燒會(huì)使得作物殘茬的養(yǎng) 分轉(zhuǎn)化進(jìn)入大氣，長期的不合理肥料施用會(huì)引起農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量不斷下降， 而合理的配施肥量，施用商品有機(jī)肥課增強(qiáng)地力，增加土壤有機(jī)碳含量。金琳等（2008）收集了中國近20年研究不同農(nóng)田管理措施下土壤有機(jī)碳儲(chǔ) 量變化的長期定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分區(qū)估算，再用Meta分析法對不同區(qū)域的分散的

10、數(shù)據(jù)進(jìn)行定量的整合，得出了一個(gè)全國的總和效應(yīng)。賴力根據(jù)金琳（2008）進(jìn)行 加工計(jì)算，定量得出全國農(nóng)地管理對對碳排放的影響。金琳（2008）在論文中將 全國劃分為6個(gè)地區(qū)，天津?qū)儆邳S淮海地區(qū)。對于多方面數(shù)據(jù)的綜合，許多文獻(xiàn) 中都是對全國進(jìn)行分析計(jì)算，為了準(zhǔn)確，故選擇金琳論文中的數(shù)據(jù)，各種措施與 對照組比較，便可看出農(nóng)地管理的效果，具體數(shù)據(jù)見表1。在金琳的論文中，沒 有考慮灌溉對碳排放的影響，在之后的研究中，賴力在此基礎(chǔ)上加入了對灌溉的 研究，對于水田和旱田，各種措施又會(huì)有不同的作用，具體參數(shù)見表2。表1黃淮海地區(qū)不同農(nóng)地管理土壤有機(jī)碳增加量管理措施土壤有機(jī)碳增加量配施8.4免耕5.32施有機(jī)肥

11、9.17秸稈還田3.92施化肥1.33對照-0.21數(shù)據(jù)來源：金琳農(nóng)田管理對土壤碳儲(chǔ)量的影響及模擬研究（2008）表2不同耕地土壤管理措施的固碳能力化肥有機(jī)肥配施秸稈還田免耕水田（t/ha）0.563.854.485.324.76旱地（t/ha）0.773.925.463.364.97數(shù)據(jù)來源：賴力中國土地利用的碳排放效應(yīng)研究林地管理林地碳匯是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳匯來源，森林土壤碳庫也是陸地生態(tài)系 統(tǒng)碳匯的重要組分，所以林地管理對碳排放的影響不容忽視。在2006年IPCC 國家溫室氣體清單指南中，并沒有給出林業(yè)管理對于森林碳蓄積量的影響因子 但給出了按氣候分類的管理森林中有機(jī)土壤的排放因子（

12、如表3）。在其他文獻(xiàn) 的研究中，也沒有給出林地管理對整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響參數(shù)，只是在非植被 碳匯和植被碳匯方面建立一個(gè)關(guān)系，因此本文中選用了IPCC2006中的參數(shù) 進(jìn)行了計(jì)算。天津作為一個(gè)北方城市，故選擇北方溫度帶下的排放因子1.12t/ha。表3 森林管理中土壤碳排放因子氣候排放因子（t/ha）熱帶9.52(5.7426.74)溫帶4.76(2.8713.37)北方溫度帶1.12(0.567.63)數(shù)據(jù)來源：IPCC2006無任何管理措施的碳排放此時(shí)土地利用類型沒有發(fā)生變化，同時(shí)也沒有對保持的土地采取任何的管理 措施進(jìn)行處理，這樣計(jì)算的土地利用碳排放即為凈碳排放，僅僅于土地利用類型 的碳

13、蓄積和碳排放強(qiáng)度有關(guān)。根據(jù)實(shí)地調(diào)研的數(shù)據(jù)，再加上相應(yīng)的計(jì)算，我們得出耕地的碳排放強(qiáng)度為 66.29t/ha，林地和草地的碳蓄積強(qiáng)度分別為69.26t/ha、40.54t/ha。劉金花在論文 中對土地利用碳排放的測算，就沒有考慮任何的管理措施的影響，只計(jì)算土地利 用碳蓄積和土地利用碳排放，最后得出土地利用凈碳排放。濟(jì)南市作為典型的北 方城市，故此參數(shù)可以用來計(jì)算天津市土地利用碳排放。具體參數(shù)見表4。表4 土地利用類型保持碳排放強(qiáng)度耕地林地草地水域及 濕地居民 點(diǎn)八、工礦及父 通用地其他建設(shè)用地未利 用地碳畜積（t/ha）0.06769.340.544126232416碳排放（t/ha）66.29

14、20.1830314.15177.96246.0550數(shù)據(jù)來源：耕地碳排放、林地和草地碳蓄積參數(shù)是調(diào)研數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)根據(jù)劉金 花（2013）進(jìn)行加工計(jì)算。（2）轉(zhuǎn)變土地利用碳排放系數(shù)的確定人類活動(dòng)引起的土地利用和土地覆被變化是陸地和大氣碳循環(huán)最直接的影 響因子，由此也引起廣泛關(guān)注。總體來看，土地利用對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳貯量的影 響取決于生態(tài)系統(tǒng)和土地利用方式的變化（楊景成等，2003）。因此土地利用類 型轉(zhuǎn)變引起的碳排放是土地利用碳排放的重要組分。根據(jù)賴力的核算方法，我們 得到以下土地利用變化的碳排放轉(zhuǎn)移矩陣。表5 土地利用類型轉(zhuǎn)變碳排放強(qiáng)度單位：t/ha地類耕地林地草地建設(shè)用地水域未利用地耕地0

15、22.4-5.47-397.092.52-27.895林地-26.10-28.1-419.72.52-50.505草地0.26626.20-393.312.52-24.115建設(shè)用地2.92628.80.97300.175-21.455水域-65.6-40-67.6-459.210-90.02未利用地24.3850.322.43-369.192.520數(shù)據(jù)來源：賴力中國土地利用的碳排放效應(yīng)研究（2010）3.2碳排放效應(yīng)分析的參數(shù)核算公式（1）農(nóng)地管理具體的計(jì)算方法是，首先給出某一區(qū)域不同年份保持的耕地并且進(jìn)行農(nóng)地管 理的耕地面積，在乘以具體的參數(shù)，進(jìn)行各區(qū)域農(nóng)地管理的碳排放核算，公式如 下：C = A xp.式中，C表示農(nóng)地管理下的碳排放量；A表示保持不變的耕地中第i種管理措施的耕地面積；p -表示第種管理措施的碳排放強(qiáng)度。由于空間明晰的農(nóng)地 管理數(shù)據(jù)很少，很難區(qū)分出某區(qū)域中哪些耕地斑塊是單施化肥、哪些斑塊是單施 有機(jī)肥的、哪些耕地斑塊有事配施或秸稈充分還田的。因此本文就采用耕地保持不變的總面積進(jìn)行粗略計(jì)算。(2)林地管理具體計(jì)算方法是，首先給出某一區(qū)域不同年份的林地保持不變的面積，并且 對該林地進(jìn)行林地管理，在乘以具體的系數(shù)，進(jìn)行林地