基于土地利用变化的黄河下游开封段背河洼地区碳排放测算与模拟研究

发布时间：2020-10-01 19:24

　　作为我国重要的农耕文明发源地,维持黄河流域碳平衡,对区域绿色低碳可持续发展起着重要作用。黄河下游背河洼地区(开封段)是河南省重要的耕地后备资源区,是粮食生产能力建设的重点区域。在当前人口增加、耕地减少的情况下,不可合理的区域土地利用不仅导致了资源浪费,也对区域整体碳环境产生重要影响,对区域未来可持续发展造成了极大损害。因此,本研究以黄河下游背河洼地区(开封段)土地利用碳排放为研究对象,运用碳排放系数模型、CASA模型、碳足迹模型、碳承载力模型、多种土地利用动态模型及线性规划模型对1990、2001、2008和2016年背河洼地区(开封段)土地利用碳排放进行估算,估算内容包括保持土地利用碳排放、转转移土地利用碳排放、土地利用净碳收支量及未来区域土地利用碳排放优化。在评估区域土地利用碳排放的基础上,对黄河下游背河洼地区(开封段)碳排放视角下的未来土地发展提供对策和建议,以促进区域未来低碳经济建设和可持续发展。研究结论如下:(1)1990-2016年,黄河下游背河洼地区(开封段)土地利用净碳排放量整体呈现逐年上升的变化趋势,不同土地利用类型碳排放差异较大,建设用地碳排放年均增幅为31.31%,因而建设用地扩张是导致背河洼地区(开封段)土地利用净碳排放量增加的主要原因;(2)黄河下游背河洼地区(开封段)土地利用碳排放强度由1990年的41.60t/km~2上升到2016年的513.70t/km~2;研究期间,碳足迹上升了15.21hm~2,年均增幅为2.64%;2016年背河洼地区(开封段)碳排放承载力上升至12.15,说明区域环境受到人类的扰动较大,区域生态系统的碳排放能力远远大于碳吸收能力,生态系统碳循环过程压力较大;(3)研究期间,黄河下游背河洼地区(开封段)净碳排放变化量为626855.22吨,保持用地类型的碳排放变化量为173831.88吨,土地利用类型转换的碳排放变化量为453019.56吨;背河洼地区(开封段)碳源变化量为684682.69吨,碳汇变化量为57827.47吨,碳汇量可抵消8.45%的碳源量。转变土地类型的碳排放对碳源量的贡献率为66.17%,因而土地转变过程是碳排放增加的主要原因;(4)2020年、2030年、2040年背河洼地区(开封段)碳排放总量分别为86.90万吨、86.51万吨、86.23万吨。碳吸收总量呈逐年上升趋势,其中农作物产量的不断增加和农药化肥投入的减少是造成耕地碳吸收增加的主要原因。就碳排放视角下的土地利用结构优化而言,生态用地的增加和单位面积碳排放量的减少是区域未来碳排放下降的主要原因。
【学位单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：F301.24;X24
【部分图文】：

概况,开封

3.1 研究区概况根据开封市自然资源局提供的资料显示，开封黄河下游背河洼地（114.8507334.861734°N）（见图 3-1）西起开封市回回寨，东至山东省曹县交界的兰考县许河北至黄河大堤南岸，南至兰考县全境内，宽度范围约为 1-23km，东西横距 95km，积约为 1327.86km2。背河洼地与一般的河流冲积扇或冲积平原不同，因多次泛滥改形成了多沉积相、多冲积或洪积顶点的复杂冲积平原形态。这一区域为河南省耕地资源范围，具有基础条件好、现状水平高、增产潜力较大，集中连片的特点，又处食核心区的主体范围，是粮食生产能力建设的重点区域。由于近年来人类开发程度断加大，区域土地利用方式发生极大改变，进而影响了区域整体碳功能的良性循环河下游背河洼地区（开封段）整体碳功能良性循环的下降，将对区域未来发展造成阻碍。因此，正确认识背河洼地区（开封段）土地利用碳排放的重要性，将对促进区发展，提升整体碳功能具有重要意义。

分布图,开封,黄河下游,分布图

3.2.2 数据处理（1）统计数据标准化处理在统计数据完备的基础上，对统计数据进行标准化处理是数据挖掘的一项基础工作。由于不同指标具有不同的量纲单位，在进行统一后，对不同量纲指标数据进行标准化处理，以增加不同类别数据间的可比性。（2）空间数据可视化处理首先对遥感影像进行几何校正与辐射校正，并对影像进行整饰，在此基础上对遥感影像进行解译。选用遥感目视解译对黄河下游背河洼地区（开封段）的土地利用数据进行解译，并将解译结果进行实地校验。根据研究区实际情况，将黄河下游背河洼地区（开封段）土地利用划分为耕地、林地、水域、建设用地、未利用地等 5 类，并以栅格形式进行保存。在遥感解译的基础上，考虑黄河下游背河洼地区（开封段）的实际面积大小及不同指标数据源的差异，将所有栅格重采样为 100 m×100 m。将土地利用数据与其他空间数据均纳入统一的坐标系当中。（见图 3-2）。

农资,开封,碳排放,农业资本

图 4-1 1990-2016 年背河洼地区（开封段）农业资本投入碳排放算不同农资投入类型对背河洼地区（开封段）农资投入总碳排放量的贡献其中，氮肥对背河洼地区（开封段）农资投入碳排放总量的贡献率最大为磷肥和耕作耗能，其贡献率均分别为 8.95%和 5.93%，农药、农膜、灌溉贡献率分别为 4.50%、2.86%、1.93%和 1.17%。其主要归因于两个方面，地区（开封段）人口不断增长导致对粮食的需求日益上涨，此外，随着农多样化，化肥可以大大提高土地生产力。同于背河洼地区（开封段）农资投入碳排放总量呈平缓上升的变化趋势，开封段）不同农资投入类型所产生碳排放量的变化差异较大。其中农膜的大为 32.72%，其次为钾肥，年均变化率为 13.18%，磷肥、氮肥、农药、作耗能的年均变化率分别为 12.43%、12.32%、8.36%、1.63%、和 0.55%约是最小变化率的 60 倍。

【参考文献】