雙碳背景下昆明市土地利用變化碳效應分析及低碳策略研究

柳陽　何鋒

摘要 基于碳達峰、碳中和背景對碳效應的要求，建設低碳城市已成為當今的熱門話題。本文基于GIS和RS軟件，利用土地利用轉移矩陣和碳效應測算模型，分析了昆明市2010—2018年土地利用結構變化和碳效應情況。研究結果表明，2010—2018年，昆明的土地利用/覆被結構變化呈現“三增三減”的特征，即城鄉建設用地、水域、未利用土地總量增長，耕地、林地、草地面積總量下降；昆明城鎮化步伐加速發展，城鄉建設用地擠占耕地、林地和草地的現象越來越明顯；土地利用類型的變化直觀地反映了研究區的碳效應，昆明市近8年來的土地利用/覆地變化所產生碳排放總量較碳匯總量多約152.82 萬t。由此，基于研究結果從碳減排和碳增匯2個角度出發，探究了昆明市土地利用低碳機制。

關鍵詞 碳達峰；碳中和；碳排放；土地利用；低碳策略

中圖分類號 F301? ?文獻標識號 A

文章編號 1007-7731（2023）10-0178-05

人類活動碳排放量總額的1/3是由土地利用變化產生的[1]。在過去的50年里，我國土地利用變化引起的碳排放已達到106 億t，約占全球因土地利用變化引起的全部碳排放的12%[2]。2020年9月，中國在聯合國大會上宣布了力爭在2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的目標。要實現這些目標，需要在社會經濟、能源、科學和技術等各方面進行重大變革，這勢必會對城市發展模式提出挑戰。因此，尋求低碳發展模式至關重要。

迄今為止，國內外學者已對土地利用的碳排放進行了大量的研究，主要涉及土地利用變化與碳排放體系的關系、碳排放量化核算方法、碳排放影響和驅動因素的分析等[3，4]。自“碳排放”“碳中和”目標被提出以來，國內外諸多學者致力于土地利用碳排放影響因素以及碳減排方面的研究，例如，Rong 等[5]通過研究量化了土地利用碳排放，構建了土地利用碳排放網格，并模擬了2000—2018年中國不同情景下的未來土地利用模式；趙慧等[6]利用IPCC碳排放系數法來計算研究區的碳源和碳匯，并用碳足跡、生態承載力和生態赤字3個方面來表示研究區的碳排放效應；Sebastian等[7]將動態全球植被模型（DGVM）應用于一個概率框架和基準系統，通過觀測來約束不確定的模型參數，并量化土地利用和土地覆蓋變化（LUCC）的碳排放；魏媛等[8]采用多學科方法調查和預測研究區域內土地利用碳排放的演變規律，并探索實現碳中和目標的具體實施路徑。

綜上所述，國內外學者對土地利用碳排放的測量、影響碳排放的因素和低碳優化進行了廣泛而深入的探討，研究所取得的成果對解決以全球變暖為主的環境問題具有重要的參考意義。本文基于GIS和RS軟件，利用土地利用轉移矩陣和碳效應測算模型，分析了昆明市2010—2018年土地利用結構變化和碳效應情況。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區概況

昆明位于中國西南部，云貴高原中部，其在東部連接沿海與黔桂，北經川渝進入中原，南由越南、老撾到達泰國、柬埔寨，西由緬甸連接印度、巴基斯坦。有得天獨厚的位置優勢。總面積21 012.54 km2。

1.2 數據來源

研究數據包括昆明市2010和2018年2期的土地覆被、昆明市統計年鑒和昆明縣級行政區劃矢量數據；土地利用數據來自全球公共地理信息平臺Globe-Land 30；能源數據主要來自昆明市統計局。

2 研究方法

2.1 土地利用變化

2.1.1 土地利用動態度指數。土地利用動態度指數用于計算各類型土地利用變化值，也可用于估計土地利用隨時間變化的趨勢[9]。計算公式如下：

2.1.2 土地利用變化重要性指數。土地利用變化重要性指數用于選擇研究區域內土地利用變化的主導類型。該指數的數值越高，意味著相應的土地利用類型越占優勢[10]。計算公式如下：

2.1.3 土地利用類型轉移矩陣。昆明市土地利用/覆蓋類型隨時間變化方向通過建立一個二維矩陣來進行分析。具體步驟：利用ArcGIS 10.2軟件對2個時間段（2010、2018年）的土地利用類型數據進行交叉分析，然后使用Excel軟件創建透視表，生成昆明市2010—2018年土地利用類型轉移矩陣。

2.2 碳效應測算模型

結合以往對碳影響測量模型的研究[11]的基礎上，建立了碳影響測量模型，對昆明市2010—2018年期間因土地利用/覆被變化引起的碳效應變化進行量化。昆明市碳效應測算模型的計算公式如下：

根據方精云等[12]的研究結果，本文將林地、草地、水域歸為碳匯，并將耕地、建設用地歸為碳源，其中主要碳源是建設用地。耕地、林地、草地、水域等碳源（碳匯）系數借鑒方精云等研究。另外，由于建設用地上的碳排放主要來源于人類基于其上的活動以及化石燃料燃燒排放的溫室氣體，因此本研究采取間接估算法[13]，以第二、三生產總值和單位GDP能耗間接計算昆明市2010、2018年建設用地碳排放量。

3 結果與分析

3.1 土地利用/覆被變化分析

2010、2018年，利用ArcGIS對昆明市各類型土地利用分類結果進行了統計分析，并對昆明2010—2018年的土地利用/覆被變化進行分析。

3.1.1 變化幅度分析。2010—2018年昆明市土地利用類型變化如表2所示，由表2可知，8年間，土地利用/覆被的總體趨勢是耕地、林地和草地面積減少，水域、建設用地和未利用地面積增加，總體趨勢呈現“三增三減”。與2010年相比，2018年昆明市耕地面積凈減少190.44 hm2，林地減少112.01 hm2，草地減少289.72 hm2，水域面積增加9.76 hm2，建設用地增加585.01 hm2，未利用地增加2.20 hm2。根據各種土地利用指標的計算結果，土地利用動態指數最高的是建設用地，為13.58%，并且其土地利用變化重要性指數也是最高的，達到49.20%。這說明建設用地類型是昆明市2010—2018年間土地利用變化中最重要的土地利用類型，其次是草地、耕地和林地。水域面積的增加主要得益于2017年昆明市政府帶頭實施的“滇池保護治理公益訴訟專項活動”[15]取得卓越成效，從而使得滇池水域面積較前增加。未利用地變化不明顯。

3.1.2 變化方向和強度分析。為進一步明確2010—2018年昆明市土地利用類型的轉變方向，本文利用ArcGIS 10.2和EXCLE數據透視表分析制作了8年間研究區的土地利用轉移矩陣，如表3所示。由表3可知：2010—2018年間，耕地→林地，耕地→草地，林地→耕地，林地→草地，草地→耕地，草地→林地為最主要的轉換類型，即昆明市最主要的土地轉出者為耕地、林地和草地，同時它們也是最主要的土地接收者，但從總體來看，3種土地類型實際面積較2010年都有所減少，意味著即使三者互相轉換，但轉換結果并沒有使土地面積增加，相反地，它們被建設用地占用的部分使得建設用地的面積增加。這表明，近年來昆明市經濟的迅速增長，城市居民對土地資源的要求在飛速發展中，但是耕地、林地、草地的面積卻明顯呈現下降趨勢。為了追求昆明經濟社會的快速可持續發展，加強綠色建筑、保護農業用地、研究低碳土地利用、實現低碳城市發展目標將成為昆明可持續發展的首要任務[16]。

3.2 土地利用變化的碳效應分析

通過應用碳效應測算模型，結合研究區一定年限內的相關土地利用數據[17]，本文估算了2010—2018年昆明市九大土地利用類型轉換引起的區域碳效應變化，其結果見表4。

由表4可知，2010—2018年昆明市土地利用/覆被變化產生的碳源增量遠超過碳匯增量，達到152.82 萬t。這一時期的主要碳排放源主要來自建筑用地對耕地、林地和草地的占用，這3種土地利用類型變化占總碳排放量的99%。因此，林地和草地是該地區的主要碳匯，它們帶來的生態效益非常顯著。另外，城鎮化的加快意味著建設用地急速占用耕地、林地以及草地，如何協調好這4類土地類型將是昆明市低碳工作的重中之重。

4 結論與建議

4.1 結論

2010—2018年，昆明市土地利用/覆蓋變化明顯，呈現出“三增三減”的特征，即耕地面積、林地面積、草地面積減少，建設用地面積、水域面積、未利用地面積增加；與2010年相比，2018年建設用地面積增加了585.01 hm2，并且建設用地的土地利用動態度指數和土地利用變化重要性指數最高。因此，在這8年期間，建設用地是土地利用變化的主要類型。與2010年相比，2018年草地面積減少最明顯，減少了289.72 hm2；這8年里，不同土地類型的轉變呈現出復雜而多向的特點，大致可分為9種轉變類型。耕地、林地和草地是土地轉出的主要領域，也是主要受益者，但土地轉型過程中并沒有增加這3類土地的面積，而是增加了建設用地的面積，因為這3類土地被建設用地占用；土地利用格局的變化直接影響著區域碳效應。2010—2018年昆明市土地利用/覆被變化所帶來的碳排放量比碳吸收量多152.82 萬t，分別為152.82 萬t和15.13 萬t。

由此可知，林地和草地是研究區主要碳匯來源，因此退耕還林還草是昆明市進行低碳工作的必由之路。另外，城鎮化的加快意味著建設用地急速占用耕地、林地以及草地，如何協調好這4類土地類型以及合理規劃建設用地的擴張，也成為昆明市低碳工作的重中之重。

4.2 建議

根據研究結果和研究地區的實際情況以及雙碳背景對昆明市的新要求，下文從減少碳排放和增加碳吸收2個方面提出了碳管理建議。

（1）從碳減排的角度來看，昆明的土地利用結構需要優化。建設用地是主要碳源，要合理控制建設用地的增加規模。在未來的城市建設中，昆明應嚴格限制建設用地的過度擴張，注重土地的集約節約利用，避免重復性的低層建筑造成的碳排放；對高碳排放的產業進行再利用和升級，大力發展綠色新能源，逐步減少使用傳統化石能源；加強農用地管理，減少農業的碳排放。

（2）從碳增匯的角度來看，要繼續落實“退耕還林還草”政策，增加昆明市森林面積，減少對森林和草原生態系統的人為破壞，完善環境保護，提高區域碳匯水平。

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（責編：張宏民）