土地利用碳排放计算方法

第三章 土地利用碳排放计算方法

第一节 数据来源与处理

1.1 土地利用变化数据类别

（1）时间序列数据

依据土地利用类型的碳排放清单，选取耕地、园地、林地、牧草地、建设用地、水域和未利用地等主要土地利用类型，依据《天津市统计年鉴》（2003~2012）、《天津市土地利用变更数据》，确定2003~2011年天津市土地利用类型变化情况，见表3-1。

表3-1天津市2003~2011年土地利用类型变化情况（单位：公顷）

年份 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 耕地 475480 445641 445514 445255 443690 441090 447177 443704 440746 园地 36817 37263 37101 37123 36300 35430 31640 31228 30877 林地 草地 水域 35943 36583 36631 36717 36300 36070 56553 56180 55817 607 604 604 604 610 610 600 605 606 64229 65576 65373 65486 65210 64900 53345 53332 53373 建设用地 未利用地 居民点及工矿用地 交通用地 235319 14602 157673 259781 18205 140157 262516 18395 138186 264029 19185 136552 274530 20560 132460 280990 22300 130870 305779 21938 82985 311058 23804 88165 316056 25184 87307 （2）空间变化数据

以天津市各区县为作为空间数据基础，依据《天津市统计年鉴》（2003~2012）、《天津市土地利用变更数据》，确定出2003和2011年天津市各区县土地利用类型面积变化情况，见下表3-2。

（3）典型案例数据

天津市环城四区1:54000土地利用现状图（2005年、2012年）、坡度图、河流图、土壤类型分布图、地质灾害分布图、自然保护区图、水源地保护区图、风景名胜区图、基本农田保护区图等。由于本文采用2005年和2012年环城四区的碳排放量作为典型案列研究，经过相关的统计和收集的资料，制作出了其土地利用变化转置矩阵，从该矩阵可以清晰地看出各个土地利用类型之间的相互转变情况。如下表3-3所示。

1.2 数据来源

（1）查阅文献资料

天津市环城四区2005年和2012年的土地利用数据主要来自于天津市国土局以及天津市政府和天津市统计局。根据研究需要，与空间数据衔接并将地类进行归并。主要社会经济统计数据来自天津市以及环城四区（2003年—2012年）统计年鉴。

（2）实地调研数据

通过调查，了解天津市农用地利用过程中碳排放来源以及拟题对策在实践中的可操作性；摸清天津市建设用地集约利用现状，初步掌握建设用地承载各经济活动产生碳排放情况，为各用地类型碳排放核算明细建立提供基础数据。

（3）引用借鉴相关参数值

管理系数是依据哪些数据得来的！

第二节 土地利用碳排放核算模型

2.1 碳排放模型的选用

《2006IPCC清单》的土地利用碳排放评估方法中，包括三类土地利用分析方法(IPCC，2006)：第一类土地利用总面积，无土地利用间转化的数据；第二类是有土地利用总面积，包括类别间的变化的数据(类似土地利用转化矩阵)；第三类是有空间明晰的土地利用转化数据。采取空间明晰数据的主要优点是，可

通过GIS分析工具将多种空间明晰数据集结合起来，并且详细描述特定土地块在土地利用转化前后的情况。这种分析能力能改进排放估值，以在图上标明分层表示碳库分类和排放因子，更好调整土地利用类别(及转化)。本文采用第三类，即空间明晰的土地利用转化数据。

总体思路及按照《2006IPCC清单》的建议方法，区分保持类型的土地和转变类型的土地，分两个模型进行评估，分别为保持类型的植碳排放评估模型、转变类型的碳排放评估模型。本文就是按照这个思路进行土地利用碳排放核算的。

具体核算方法步骤如下图3-1所示。

（1）保持土地利用碳排放公式的选择

保持不变的土地利用类型：根据土地利用类型的碳排放强度分析结果，以及不同土地利用类型的碳密度差异，可以对保持土地利用类型的净碳排放进行描述。对于保持土地利用碳排放核算，主要包括农地管理影响的碳排放、林业管理影响的碳排放、无任何管理措施的碳排放。计算公式如下：

C?Cc?Cf?C净

Cf式中，C表示土地利用保持的碳排放；Cc表示农地管理下的碳排放量；表示林地管理下的碳排放量；

C净表示土地利用净碳排放。

（2）转变土地利用碳排放公式的选择

转变的土地利用类型：根据土地利用类型的综合碳排放强度分析结果，以及不同土地利用类型的生态系统有机碳密度差异，可以制定土地利用变化的碳排放转移矩阵。具体计算方法如下：一是通过资料收集或实验采样，得出特定区域不同年份的土地利用结构变化表或土地利用转移矩阵；二是结合不同比较年份的土地利用类型图，采用GIS技术，代入土地利用变化的碳排放转移矩阵中的参数，进行综合碳排放的空间拟合；三是进行空间统计，计算出该区域土地利用类型的综合碳排放核算清单。本文选择直接计算转变的土地利用碳排放，即各类用地转变的面积与系数的乘积之后求和，其计算公式如下：

?C????Ai?j?Di?ji?1j?1nn

?Ai?j式中，?C表示转变土地利用类型的碳排放；

表示用地i变成用地j的

Di?j面积；i、j=1，2，3…n，代表耕地、林地、草地等用地类型；成用地j的碳排放强度。

（3）土地利用碳排放核算公式的选择

表示用地i变

综上，保持土地利用碳排放与转变土地利用碳排放之和即为总体的土地利用碳排放，计算公式如下：

C总=C??C

式中，C总表示总体土地利用碳排放；C表示保持的土地利用碳排放量；?C表示转变的土地利用碳排放量。

第三节 土地利用碳排放的系数确定

3.1 土地利用碳排放系数的确定

（1）保持土地利用碳排放系数的确定 ①农地管理

农地经营管理的碳排放效应包括耕作、种植制度、施肥、灌溉等。在第三章中，已经对具体的管理措施对碳排放的影响进行了阐述。与自然土壤相比，农田土壤受诸如耕作、施肥、灌溉等农业管理措施的作用，其碳库变化在全球碳库中最活跃。如翻耕会引起农田土壤有机质含量下降，秸秆燃烧会使得作物残茬的养分转化进入大气，长期的不合理肥料施用会引起农田土壤有机碳储量不断下降，而合理的配施肥量，施用商品有机肥课增强地力，增加土壤有机碳含量。

金琳等（2008）收集了中国近20年研究不同农田管理措施下土壤有机碳储量变化的长期定位试验数据，分区估算，再用Meta分析法对不同区域的分散的数据进行定量的整合，得出了一个全国的总和效应。赖力根据金琳（2008）进行加工计算，定量得出全国农地管理对对碳排放的影响。金琳（2008）在论文中将全国划分为6个地区，天津属于黄淮海地区。对于多方面数据的综合，许多文献中都是对全国进行分析计算，为了准确，故选择金琳论文中的数据，各种措施与对照组比较，便可看出农地管理的效果，具体数据见表1。在金琳的论文中，没有考虑灌溉对碳排放的影响，在之后的研究中，赖力在此基础上加入了对灌溉的研究，对于水田和旱田，各种措施又会有不同的作用，具体参数见表2。

表1 黄淮海地区不同农地管理土壤有机碳增加量

管理措施 配施 免耕 施有机肥 秸秆还田 施化肥 对照 土壤有机碳增加量 8.4 5.32 9.17 3.92 1.33 -0.21 数据来源：金琳《农田管理对土壤碳储量的影响及模拟研究》（2008）

表2 不同耕地土壤管理措施的固碳能力

水田（t/ha） 旱地（t/ha） 化肥 0.56 0.77 有机肥 3.85 3.92 配施 4.48 5.46 秸秆还田 5.32 3.36 免耕 4.76 4.97 数据来源：赖力《中国土地利用的碳排放效应研究》 ②林地管理

林地碳汇是陆地生态系统中最大的碳汇来源，森林土壤碳库也是陆地生态系统碳汇的重要组分，所以林地管理对碳排放的影响不容忽视。在《2006年 IPCC 国家温室气体清单指南》中，并没有给出林业管理对于森林碳蓄积量的影响因子但给出了按气候分类的管理森林中有机土壤的排放因子（如表3）。在其他文献的研究中，也没有给出林地管理对整个森林生态系统的影响参数，只是在非植被碳汇和植被碳汇方面建立一个关系，因此本文中选用了《IPCC2006》中的参数进行了计算。天津作为一个北方城市，故选择北方温度带下的排放因子1.12t/ha。

表3 森林管理中土壤碳排放因子

气候 热带 温带 北方温度带 数据来源：IPCC2006

③无任何管理措施的碳排放

此时土地利用类型没有发生变化，同时也没有对保持的土地采取任何的管理措施进行处理，这样计算的土地利用碳排放即为净碳排放，仅仅于土地利用类型的碳蓄积和碳排放强度有关。

根据实地调研的数据，再加上相应的计算，我们得出耕地的碳排放强度为66.29t/ha，林地和草地的碳蓄积强度分别为69.26t/ha、40.54t/ha。刘金花在论文中对土地利用碳排放的测算，就没有考虑任何的管理措施的影响，只计算土地利用碳蓄积和土地利用碳排放，最后得出土地利用净碳排放。济南市作为典型的北方城市，故此参数可以用来计算天津市土地利用碳排放。具体参数见表4。

表4 土地利用类型保持碳排放强度 排放因子（t/ha） 9.52（5.74——26.74） 4.76（2.87——13.37） 1.12（0.56——7.63）

水域及居民工矿及交其他建未利湿地 点 通用地 设用地 用地 碳蓄积(t/ha) 0.067 69.3 40.54 41 26 23 24 16 碳排放(t/ha) 66.29 2 0.183 0 314.15 177.96 246.055 0 耕地 林地 草地 数据来源：耕地碳排放、林地和草地碳蓄积参数是调研数据，其他数据根据刘金花（2013）进行加工计算。

（2）转变土地利用碳排放系数的确定

人类活动引起的土地利用和土地覆被变化是陆地和大气碳循环最直接的影响因子，由此也引起广泛关注。总体来看，土地利用对陆地生态系统碳贮量的影响取决于生态系统和土地利用方式的变化（杨景成等，2003）。因此土地利用类型转变引起的碳排放是土地利用碳排放的重要组分。根据赖力的核算方法，我们得到以下土地利用变化的碳排放转移矩阵。

表5 土地利用类型转变碳排放强度 单位：t/ha 地类 耕地 林地 草地 建设用地 水域 未利用地 耕地 林地 草地 建设用地 水域 未利用地 0 22.4 -5.47 -397.09 2.52 -27.895 -26.1 0 -28.1 -419.7 2.52 -50.505 0.266 26.2 0 -393.31 2.52 -24.115 2.926 28.8 0.973 0 0.175 -21.455 -65.6 -40 -67.6 -459.21 0 -90.02 24.38 50.3 22.43 -369.19 2.52 0 数据来源：赖力《中国土地利用的碳排放效应研究》（2010） 3.2 碳排放效应分析的参数核算公式

（1）农地管理

具体的计算方法是，首先给出某一区域不同年份保持的耕地并且进行农地管理的耕地面积，在乘以具体的参数，进行各区域农地管理的碳排放核算，公式如下：

Cc?Aci??i，

式中，Cc表示农地管理下的碳排放量；Aci表示保持不变的耕地中第i种管理措施的耕地面积；?i表示第i种管理措施的碳排放强度。由于空间明晰的农地管理数据很少，很难区分出某区域中哪些耕地斑块是单施化肥、哪些斑块是单施有机肥的、哪些耕地斑块有事配施或秸秆充分还田的。因此本文就采用耕地保持

不变的总面积进行粗略计算。

（2）林地管理

具体计算方法是，首先给出某一区域不同年份的林地保持不变的面积，并且对该林地进行林地管理，在乘以具体的系数，进行林地管理的碳排放核算。由于很难区分出某区域中哪些林地进行了管理，所以此处采用林地保持的总面积作为计算面积，公式如下：

Cf?Af??

Af式中，

Cf表示林地管理下的碳排放量；

表示林地保持不变的面积；?表

示林地管理下的排放因子。

（3）无任何管理措施的碳排放

具体计算方法是，首先给出某一区域不同年份的土地利用类型保持不变的面积，在乘以具体参数，进行各区域碳排放核算，公式如下：

C净?Ai??Xi?Pi?式中，

C净

表示土地利用净碳排放；Ai表示用地i保持不变的面积；Xi表示

用地i的碳蓄积强度；Pi表示用地i的碳排放强度。

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