基于土地利用的盐城滨海碳排放研究

张 威，陈 燕

（东华大学 环境科学与工程学院，上海 201620）

1 引言

湿地是最脆弱，最容易受到外界环境影响，作为湿地中最重要的滨海湿地是全球环境变化最为敏感的地区之一，其土地利用变化可引起滨海湿地多种资源与生态过程的改变[1]。研究滨海湿地土地利用变化所导致碳排放的变化及其对生态环境的影响对于了解区域的生态环境演变乃至全球变化具有重要的意义[2]。

本文的研究对象是江苏省盐城滨海湿地。由于江苏人多地少，政府制定了一系列开发湿地的计划用以扩大耕地面积，造成天然湿地面积锐减，降低了湿地的生态功能。人地矛盾引发的土地利用问题错综复杂，急需从理论和实践两方面进行探索和研究。将土地利用的碳排放效应的概念引入到湿地保护中，利用近些年江苏盐城滨海湿地基于土地利用的碳排放数据分析江苏盐城滨海湿地近些年的演变情况，所得结果能为研究区域实现持续发展提供理论与数据基础，也能为制定一个有效且具有针对性的保护措施做好准备，所以，开展湿地土地利用的碳排放效应研究对于改善研究区域的生态环境，促进苏北的经济发展，保证苏北的社会稳定，具有重大的理论意义和深刻的实践价值[3]。

2 数据来源

2.1 土地利用数据

土地利用数据来自于人工目视解译的盐城市滨海湿地1983年、2001年、2009年遥感图像；社会经济统计等数据源于相应年份的《盐城市统计年鉴》综合整理而来。参考《IPCC2006第4卷：农业、林业和其他土地利用》中，将土地利用类别分为林地、农田、草地、湿地、聚居地和其他土地，盐城市土地利用实测数据有20种土地利用类型，其中湿地类型有13种。将IPCC的6种土地利用类型（一级分类）与盐城市实测的现行土地利用现状（二级分类）相对应。具体分类如表1。

2.2 碳排放系数

对于农田、林地、草地、湿地、聚居地的碳排放系数都是根据有关经验数据总结得出的，其中湿地和聚居地作为一级分类，且对碳排放影响较大，为了统计出较详细的碳排放数据，将湿地分为6类，聚居地分为2类，分别对这几个小类进行细致的碳排放统计。各小类的碳排放系数也都是通过有关经验数据总结得出。具体碳排放系数统计见表2。

3 研究方法及数据核算结果

3.1 盐城市滨海湿地土地利用类型分类

湿地土地利用类型分类见表1。

3.2 不同土地利用类型的碳排放量计算

本文没有考虑不同区域内同一土地利用方式（农田、林地、草地、湿地、聚居地）碳吸收与排放系数的差别。根据盐城市滨海湿地具体土地利用类型，将区域内湿地划分为湖滨湿地、宽谷湿地、河岸湿地、芦苇湿地、苔草（Carex）湿地、海岸湿地，且每一种湿地类型碳排放系数都不同，因此将盐城市湿地类型按此类别分类后，再通过经验数据分别得出各类湿地类型的碳排放系数。其中碳排放估算公式为：

式中E：碳排放总量；ei：研究区第i种土地利用方式产生的碳排放量；Ti：第i种土地利用方式对应的土地面积；λi：第i种土地利用方式的碳排放（吸收）系数，吸收为负。根据有关经验数据总结出各土地利用方式的碳排放（吸收）系数（表2）。其中湿地为CH4的排放系数（通量）。

碳排放是一个受多因素综合影响的过程，且多因素之间并非互排斥，而是存在相互联系与作用关系，但本文仅考虑土地利用类型的变化对碳排放的影响，因此对于像能源利用、生活消费、人口规模等因素产生的碳排放量均不计入，文中的碳排放系数也都是由前人在土地利用的基础上总结而得到。

表1 IPCC中土地利用类型与盐城市土地利用类型对应表

（1）农田碳排放系数方面。农田包括耕地与园地两种土地利用类型，其中耕地和园地受到人类生产活动的影响，既有碳汇的性质，也有碳源的性质，但从总体考虑还是划为碳源，碳排放系数为：0.0497kg（C）／（m2a）。

（2）林地和草地碳排放系数方面。林地和草地碳排放整体水平较低，且都是通过植物的呼吸作用所进行的碳吸收，因此将其划分为碳汇的一类，其碳排放系数就应该为负值，分别为：－5.7700kg（C）／（m2a）与－0.0021kg（C）／（m2a）。

（3）湿地的碳排放系数方面，湿地是一种比较活跃的生态系统类型，它与陆地、大气圈、水圈作用的绝大部分生物地球化学通量有关。和湿地生态系统有关气体主要是：CO2、CH4、N2O。湿地中有机质的不完全分解导致湿地中碳和营养物质的积累，湿地可以在有氧条件下通过有氧呼吸释放CO2，在无氧条件下产甲烷细菌产生并释放CH4，湿地水分含量高，具备缺氧条件，因此湿地成为CH4的主要源，同时无机化肥的使用，产生N2O，并促使CO2和CH4的进一步释放。湿地碳循环过程受气候条件及人类活动的影响，相关研究表明，温度、水位和基质质量是影响湿地土壤CO2／CH4释放最重要的3个因子。湿地中虽然同是释放出CO2和CH4，但湿地中植物呼吸作用同时也要消耗CO2，如下图1所示，土壤分解产生的CO2，又会被湿地植物呼吸作用和湿地土壤固定在湿地中且在湿地植物较为繁茂的情况下，CO2固定的量要高出释放量，因此综合考虑后，湿地还是作为CO2汇和CH4源。相关资料显示：全球天然湿地每年释放的CH4约为10亿～20亿t，全球水稻田每年甲烷的释放量约为2亿～15亿t，分别占全球CH4总释放量的22% 和11%，因此湿地生态系统是大气中CH4的主要来源。本文所涉及的碳排放是指CO2的排放，目的主要是为以后分析CO2对温室效应的影响做准备，根据IPCC最新的科学评估报告给定甲烷的增温潜力值（GWP）在100年尺度上为CO2的25倍（其中CO2的GWP值规定为1），因此将湿地中CH4排放数据的25倍作为湿地CO2排放数据进行计算。

图1 湿地生态系统碳的生物化学过程

湿地的碳排放系数方面，对于盐城市实测的土地利用类型，湿地包括13种土地利用类型，全球水循环可能产生重要的碳汇，湿地作为陆地和水域的交汇处，是巨大的有机碳储库，但在人为干预影响下，湿地也变成了碳源的一类。根据IPCC报告对湿地的定义，湿地所处地理位置和湿地中的主要植物类型又对湿地又细划为6种大类，分别为：湖滨湿地、宽谷湿地、河岸湿地、芦苇湿地、苔草（Carex）湿地、海岸湿地。上述6大类湿地的碳排放系数都可根据前人经验得到，且均为CH4的排放系数（通量），为了使得测算比较简便，将湿地中CH4的排放数据的25倍作为湿地中的碳排放数据进行计算。

（4）聚居地的碳排放系数方面。聚居地分别为交通用地和村镇用地，通过参考相关文献《2005年各省市自治区不同地类的碳排放强度》分别得出交通用地与城乡居住用地（村镇用地）的碳排放系数，分别为：0.4477kg（C）／（m2a）与0.0506kg（C）／（m2a），但因受数据限制，很难分别查到1983、2001、2009年各省市自治区不同地类的碳排放强度，所以用《2005年各省市自治区不同地类的碳排放强度》中的江苏省交通用地和城乡居住用地数据代替进行计算[8]。

（5）未用土地的碳排放系数方面。虽然未用土地的土地表面植被较少，但由于土壤的分解作用也会产生CO2，因此也将其归于碳源的一种。参考了相关文献处理方法，将未用土地碳排放系数定为：0.0005kg（C）／（m2a）[9]（表3）。

表2 不同土地利用类型的碳排放系数

表3 1983～2009年土地利用与相应碳排放详细数据

4 结果与讨论

4.1 土地利用方面

由江苏省盐城滨海湿地土地利用数据统计得知，各个地类都有不同程度的增减，以聚居地面积变化速度最快，最为活跃，这与盐城市1980年后社会经济，人口数量快速增长相对应；农田面积的年变化率虽不及林地和聚居地大，看似与人口数量和聚居地面积增长不相符合，但从盐城市的经济情况与农业技术投入状况可得知：提高耕地与园地的产出效率也可满足人们的生活所需；1983～2009年作为碳汇的草地面积在这段时间内在减少，且只从统计数据上看，在1983～2001年间草地的退化速度很快，但在2001～2009年间草地面积回升也很迅速，这也与盐城市经济与人口数量增长相关，因为2000年后单纯的解决衣食住行已经难以满足市民日益增长的物质文化需求，为了提高人民生活质量，必须加大城市基础设施的绿化与新建居民区内绿化面积，这就使得草地面积在2000年后迅速增长；湿地的面积总体在增加，具体是天然湿地面积在减少，人工湿地面积在增加，因为为了满足人们生活需要，人为占用天然湿地的现象比较多见，这就使得天然湿地面积在急剧减少，取而代之的是像盐田，海水养殖、灌排渠道等的人工湿地在增加，同时在海岸湿地中由于海岸线退化等原因每年都会淤涨出大面积的光滩，这两个原因综合后使得湿地面积在增加。

4.2 土地利用基础上的碳排放方面

因为碳排放量的变化可从侧面反映出某地经济增长速度。从碳排放总量上看，1983～2009年间的碳排放总量都是在增加且从具体数据上可看出：1983～2001年近20年的碳排放增加量和2001～2009年这9年的碳排放增加量相当，都是近0.6108kg。从总体碳排量变化可见2000年后盐城的经济和人口增长速度显著提高，相应的碳排放量也在增多。针对这一情况，应采取以下措施：（1）加大对未利用地的合理开发；（2）对湿地资源合理利用，尽量减少对天然湿地的破坏；（3）扩大聚居地内作为碳汇的林地和草地面积，这样不仅能对碳排放量减少起到作用，而且能对聚居地内绿化做出贡献，使得聚居地更适宜人们居住与生活。

5 结语

基于土地利用的碳排放的研究是目前温室气体研究的热点问题。要弄清楚某一地区基于土地利用的碳排放情况，就要先对此地区土地利用数据进行整理归类，同时要了解此地区各个土地利用类型的碳排放（湿地为CH4排放）系数，再选取合适的估算方法进行碳（CH4）排放总量的计算。本文选取的碳排放系数都是由前人的经验数据经过优化处理后得来的。由于能源消耗是碳排放的主体，建设用地是最主要的碳源[25]，但本文只考虑基于土地利用的碳排放，没有将能源消耗，人为排放等因素考虑在内，因此本文所得结论是单一的反应基于土地利用的碳排放。

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