简释深圳市碳源碳汇变化特征及影响因素
1 前言
随着城市化进程的加快，城市社会经济水平不断提高。然而，该过程中出现的人口快速增长、产业快速发展、能源消耗增加等现象导致城市生态环境恶化、碳排放量持续增加等一系列问题。因此，如何缓解城市经济发展和环境保护之间的矛盾、构建城市碳平衡成为当今学者们研究的热点之一（图1）。本文通过构建深圳市碳源碳汇核算体系，从碳源、碳汇、净碳源三方面分析其历时性变化特征，明确深圳市净碳源增加的原因，为深圳市实现碳平衡提供一定依据。
图1 著名低碳城市哥本哈根
（图片来源：网络）
2 城市碳源碳汇概述
2.1 碳源与碳汇
碳源是指将二氧化碳释放到大气中的任何过程或活动。城市中的碳源主要来自能源消耗、化工产品的制作及使用、交通运输、人体呼吸等方面（图2）。此外，城市绿地植被、农作物、土壤等亦可产生碳源，但与前者相比，其产生的碳排放量较小，在一般情况下可忽略不计。
图2 城市碳源的主要来源
（图片来源：网络）
城市中碳汇的主要来源包含森林碳汇、草地碳汇、耕地碳汇等（图3）。其中，森林作为陆地生态系统的主体，具有较强的固碳功能，因此由人类活动导致的森林灾害、乱砍乱伐、森林侵占等是导致碳汇减少的重要原因。此外，相较于森林碳汇，草地与耕地的碳汇作用略低，但是，中国具有大面积的草地与耕地，因此二者仍是我国重要的碳汇资源。
图3 城市碳汇的主要来源
（图片来源：网络）
2.2 净碳源净碳源是指碳源与碳汇的差额，表示该区域的碳收支平衡状况。
碳源量大于碳汇量，表示区域内的生产生活等各类活动对外表现为碳源，这给生态环境造成压力；区域碳源量等于碳汇量，表示区域的碳收支平衡；区域碳源量小于碳汇量，表示区域对外表现为碳汇，具有固碳的作用。
3 深圳市碳源碳汇变化特征及影响因素分析
3.1 研究对象概况
深圳市位于中国南部珠江三角洲的中心，其土地利用类型主要包括耕地、城市绿地、森林、牧草地、交通运输用地、水体和未利用土地等(图4)。根据深圳市统计局相关数据显示，近30年来，深圳市城市化率超过78%，其土地覆盖的自然要素大幅减少，碳排放量持续增加，这导致深圳市经济发展与环境保护之间的矛盾日趋严重。如何在保障经济快速发展的基础上降低碳排放量，是深圳市亟待解决的重要难题。
图4 深圳市2008年土地利用类型
（改绘自Effects of land use and transportation on carbon sources and carbon sinks:A case study in Shenzhen,China）
3.2 数据来源
主要工业能源消耗量、人口增长量、农田和牲畜产量等数据来源于《深圳市统计年鉴》（2000-2009年）；土地利用数据由深圳市国土资源局提供；路网数据来自深圳市交通运输委员会。
3.3 研究方法
为探索深圳市碳源碳汇时空变化特征，本研究根据其土地利用现状、碳排放和碳汇的构成要素等内容制定了碳源和碳汇时空变化的研究框架（图5）。
图5 深圳市碳源和碳汇时空变化研究框架
（改绘自Effects of land use and transportation on carbon sources and carbon sinks:A case study in Shenzhen,China）
3.3.1 碳汇测算模型
本研究所计算的碳汇量主要是陆地碳汇量。深圳市主要的碳汇类型包括森林碳汇、牧草地碳汇和耕地碳汇，具体是森林、牧草地、耕地等绿色植被光合作用固定的二氧化碳量。本研究主要使用深圳市土地利用现状、农作物产量等数据，运用系数法来确定深圳市碳汇量（表1）。
表1 碳汇测算模型
（整理自Effects of land use and transportation on carbon sources and carbon sinks:A case study in Shenzhen,China）
3.3.2 碳源测算模型
本研究使用系数法核算深圳市人口呼吸、工业化石燃料、耕地土壤呼吸、畜牧业和交通运输业等方面产生的碳排放量（表2）。
表2 碳源测算模型
（整理自Effects of land use and transportation on carbon sources and carbon sinks:A case study in Shenzhen,China）
3.4 研究结果与讨论
3.4.1 碳汇变化特征分析
在2000年至2008年期间，深圳市碳汇量逐渐减少，由302万吨减少到270万吨，其中，森林碳汇约减少25万吨，是造成碳汇减少的主要因素。同时，耕地碳汇从9.32万吨下降到2.21万吨。相反，牧草地碳汇从39吨增加到261吨，但其对城市总体碳汇的贡献量较少，仅占0.04%-1%（表3和图6）。
表3 深圳市碳汇测算结果
（整理自Effects of land use and transportation on carbon sources and carbon sinks:A case study in Shenzhen,China）
图6 2000 - 2008年深圳市碳汇组成
（改绘自Effects of land use and transportation on carbon sources and carbon sinks:A case study in Shenzhen,China）
3.4.2 碳源变化特征分析
（1）总量规模大，总体呈增长趋势
从深圳市碳源测算结果可知（表4和图7），尽管牲畜碳源和耕地土壤碳源分别降至31万吨和1.1万吨，但是，由于工业化石燃料消耗产生的碳源增幅较大，从274万吨增加到553万吨，交通运输碳源从360万吨增加到415万吨，人口呼吸碳源从97万吨增加到112万吨，因此，深圳市的碳源显示出总体增长的趋势，从2000年的800万吨增加到2008年的1121万吨，约增加40%。
表4 深圳市碳源测算结果
（整理自Effects of land use and transportation on carbon sources and carbon sinks:A case study in Shenzhen,China）
图7 2000 - 2008年深圳市碳源组成
（改绘自Effects of land use and transportation on carbon sources and carbon sinks:A case study in Shenzhen,China）
（2）碳源构成具有集中性
从2000年至2008年，工业化石燃料碳源约占深圳市碳源总量的34%-49%，交通运输碳源约占37%-45%，人口呼吸碳源约占10-12%，牲畜碳源约占2%-8%，耕地土壤碳源约占0.1%到0.3%。因此，深圳市的碳源主要来自工业化石燃料消耗、交通运输和人口呼吸，三者均持续增加，但工业化石燃料消耗产生的碳排放呈急剧上升趋势。深圳市耕地土壤碳源在总碳源中所占比例相对较小，且呈现下降趋势，其减少的主要原因是耕地侵占；牲畜碳源在2000年至2008年间急剧下降，其在总碳源中所占的比例从2000年的8.27％下降到2008年的2.80％。上述结果显示耕地土壤碳源和牲畜碳源对深圳市的碳排放总量贡献较小，且将持续下降。
3.4.3 净碳源变化特征分析
（1）净碳源增加趋势明显
由于净碳源可显示城市碳收支的平衡，因此本研究通过估算深圳市净碳源来探索其碳收支状况。根据深圳市净碳源变化表分析可知（表5），在2000年至2008年间，其碳汇的增加速度远小于碳源的增加速度，净碳源明显增加，从498万吨增加到852万吨，增加360万吨左右，约增加71%，整体表现为二氧化碳排放量大于吸收量。
表5 2000-2008年碳源量、碳汇量、净碳源量
（整理自Effects of land use and transportation on carbon sources and carbon sinks:A case study in Shenzhen,China）
（2）净碳源空间分布集中
根据深圳市2000年至2008年净碳源的空间分布可知，其在空间上不断扩张，净二氧化碳排放量的进一步增加是不可避免的。此外，相较于其他碳源类型，交通运输排放的二氧化碳具有高浓度特征，且森林是净碳源较低或者为负值的主要集中区域，因此，交通运输管理和森林保护是碳收支平衡控制的重要部分（图8）。
图8 2000 - 2008年深圳市净碳源空间分布
（改绘自Effects of land use and transportation on carbon sources and carbon sinks:A case study in Shenzhen,China）
4 结语
构建城市碳源碳汇的科学核算体系，研究其历时性变化特征及内在原因，能够为城市制定碳减排计划提供参考。本研究通过使用遥感和《深圳市统计年鉴》的相关数据，构建了深圳市碳源碳汇测算模型，并分析了城市碳汇、碳源、净碳源的变化特征。
基于上述研究可知，深圳市2000年到2008年的二氧化碳排放量均大于吸收量，其碳源数量增加的主要原因是工业化石燃料消耗和交通运输的碳排放大幅度增加，这主要源于深圳市第二产业和第三产业的发展，碳汇数量减少的主要原因是森林面积和耕地面积的减少。因此，减少城市总碳源的有效方法是管理城市的交通运输系统和工业发展，增加城市总碳汇的有效方法是保护森林和耕地。
