基于土地利用变化的碳补偿综合评价模型的构建与应用研究

摘要

在全球变化背景下，如何减缓气候变暖成为当前研究的一个热点。温室气体的大量排放被认为是导致全球变暖的主要原因之一。排放的温室气体中，二氧化碳的排放量远超其他类型的温室气体，而由于土地利用变化产生的碳排放仅次于化石燃料的燃烧而产生的排放量，为第二大碳源，因此土地利用变化的研究对减少碳排放具有重要的意义。
　　森林特别是热带雨林在减少碳排放的进程中具有非常特殊而重要的地位。一方面森林碳储量丰富，是全球重要的碳库之一，而且林木可以不断吸收二氧化碳，起到固碳的作用；另一方面由于经济发展，森林用地不断被蚕食，面积正在不断缩小，这个过程中会导致大量的碳排放产生。西双版纳地处北回归线以南的热带北部边沿，拥有我国最完整、最典型、面积最大的热带雨林生态系统，储存了大量的碳，物种丰富生态价值高，然而由于农业的发展，导致大量的森林用地转换为农业用地，造成了大量的碳排放以及生物多样性的破坏，因此，阻止毁林和减缓森林退化，保持西双版纳热带雨林的可持续发展对减轻我国的碳减排压力及提升当地的生态环境具有重要意义。
　　基于此，本研究的主要思路是：通过减少西双版纳热带雨林的毁林，从而达到增加碳储量、减少碳排放，保护当地生态环境和生物多样性的目的；为了达到此目的，一个有效的途径是通过补偿土地所有者，使其放弃将森林用地转换为其他用地，而碳补偿标准的确定，以及对碳补偿的结果和意义进行评价显然是解决问题的关键。为此，本研究基于土地利用变化，对西双版纳热带雨林碳补偿评价模型构建与应用进行了研究。首先，基于历史时期的遥感影像数据，通过分类提取目标地类，获取了研究区不同时期的土地利用图，并分析了历史时期的土地利用变化情况；在此基础上，综合考虑地形、河流、经济等影响因素，使用基于 MLP神经网络和马尔科夫链的土地利用模型，预测了研究区未来的土地利用变化；最后，依据不同土地利用类型的碳密度建立碳排放基准线，估算由于减少毁林而减少的碳排放的数量，并结合碳市场以及减少毁林的机会成本，尝试构建了基于土地利用变化的碳补偿综合评价模型。为了增强研究的实践性，分别选取云南西双版纳自治州和州内的9个自然村两个不同尺度区域范围进行了研究。研究得出以下主要结论：
　　（1）在1990年至2010年间，西双版纳地区的毁林、森林退化现象比较严重。主要表现为：土地利用活跃，有大量的有林地转为灌木林地和农业用地，导致森林面积逐年减少，而且有林地是所有土地利用类型中面积减少最多的类型。
　　（2）在1990年至2010年间，西双版纳地区有超过36万公顷的森林转为其他用地，其中转化为农业用地的占了较大比重，说明该地区毁林的主要动机是为了获取经济利益。未来20年可能还会有近17万公顷的森林消失，这部分毁林会产生大约5000万吨二氧化碳的排放量。可见，在西双版纳地区实施森林碳补偿来减少碳排放具有必要性、急迫性以及合理性。
　　（3）在村域尺度的研究中发现，自然条件对农业生产及碳补偿都有重要影响。特别是海拔的影响，不同的海拔造成了农业种植结构的差异，并直接导致了最终碳补偿成本的不同，一般高海拔地区实施碳减排更为经济。
　　（4）根据选取的9个自然村自然经济状况、农业种植结构的差异，计算出的碳补偿成本明显高于中国现有碳市场的碳价格，更高于政府现行的补偿标准，尽管采取碳补偿方式的减排成本较高，但这种方式将收益更多的生态价值。
　　（5）利用遥感影像数据，结合土地利用变化模型，预测未来可能发生的土地利用变化，进行基于实际土地利用变化的碳补偿综合评估，比单纯的将研究区域看作均一的整体进行研究更为合理，可以更有针对性地制定减排目标以及开展森林保护工作。

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英文摘要

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1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究目的和内容

1.3 研究方法和技术路线

2国内外研究进展

2.1 土地利用模型相关研究

2.2 碳补偿相关研究

2.3 小结

3 研究方法

3.1 土地利用模拟

3.2 森林碳储量的计算和碳价格

3.3 农业收入的计算

3.4 碳补偿模型的构建

4 区域尺度碳补偿评价分析

4.1 研究区概况

4.2 西双版纳土地利用变化模拟

4.3 西双版纳碳储量变化

5 村域尺度碳补偿综合评价分析

5.1 村域研究区概况

5.2 土地利用变化的预测

5.3 碳排放的计算

5.4 农业收入

5.5 碳减排成本

6 结论和讨论

6.1 主要结论

6.2 可能的创新点

6.3 不足与展望

参考文献

英文摘要

攻读学位期间发表的学术论文