区域二元碳收支的理论方法研究进展，本文主要内容关键词为：研究进展论文,收支论文,区域论文,理论论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
引用格式：赵荣钦，刘英，丁明磊，等.2016.区域二元碳收支的理论方法研究进展[J].地理科学进展，35(5)：554-568.[Zhao R Q,Liu Y,Ding ML,et al.2016.Theory,methods,and research progresses of regional carbon budget[J].Progress in Geography,35(5):554-568.]. DOI:10.18306/dlkxjz.2016.05.003 修订日期：2016-04。 1 引言 在全球变化和低碳发展的背景下，区域碳循环和碳收支成为地理学、环境科学、生态学及经济学等多学科交叉的研究热点。近年来，区域碳收支研究的重要特征之一是突破了以往单一关注自然生态系统的局限，而将研究视角扩大到区域社会经济活动领域，逐渐开展了区域“自然—社会”二元碳收支的研究。例如：结合人类能源活动(Liu et al,2015)、土地利用(Houghton et al,2012)、产业发展(Zhao et al,2011)及城市化过程(Zhang C,Tian H Q,Chen G S et al,2012)而开展的区域碳收支(Marchiet al,2012)、碳平衡(Houghton,2007)及碳流通(Chen et al,2012; Zhao R Q,Huang X J,Zhong T Yet al,2014)等的研究逐渐增多。通过二元碳收支研究，不仅从整体上了解区域人类活动的碳排放强度、格局和过程，而且可以揭示区域碳吸收状况和生态系统的承载能力，因此，区域二元碳收支为气候变化背景下“自然—社会”耦合的碳循环压力评估提供了新的理论视角。其实质是通过碳源/汇的对比分析，了解区域碳平衡状况及碳循环的效率和压力，为区域低碳、公平和协调发展提供决策依据。但总体而言，当前国内外对于区域“自然—社会”二元碳收支理论框架和方法的研究还较为欠缺，因此，亟需建立不同尺度的区域碳收支核算的理论框架及方法体系，为区域温室气体核算和低碳发展策略的制定提供有力的数据支撑和基础信息库。 从区域低碳发展和协同减排的角度而言，一方面，区域二元碳收支研究切合了当前应对气候变化的科学要求，为不同区域开发强度的定量评估提供了重要手段，这对建立在差别化评价基础上的区域公平发展策略的制定具有重要的实践指导；另一方面，国际或地区贸易中存在着“碳泄露”问题，以往的碳排放大多是基于“生产者”角度进行核算(佘群芝等，2014)，而基于“生产者”和“消费者”共同责任的碳排放核算，更有利于划分区域之间的碳排放责任。区域二元碳收支研究通过对“自然”和“社会”不同途径的碳收支核算，为碳排放责任的划分和“碳泄露”的识别提供了重要依据。近年来，中国区域发展不均衡的现象日益突出，区域二元碳收支核算有助于揭示不同区域的碳平衡状况，划分“碳泄露”的地区责任，为区域横向碳交易提供重要的数据支撑，这也成为未来建立全国统一的碳交易市场的重要依据，有助于推动区域协调发展。因此，区域碳收支不仅是制定应对气候变化的碳减排策略的基础，也是地方政府开展应对气候变化的减缓和适应能力建设的重要依托。 总体而言，区域二元碳收支不仅具有学科集成的优势和理论价值，而且被赋予了特殊的政治内涵。开展区域二元碳收支研究不仅有助于推动区域碳循环理论体系的进一步完善，而且对于区域温室气体清单核算、碳管理策略的制定、碳排放责任的划分、区域低碳公平发展及协同减排也具有重要的实践价值。区域二元碳收支研究也将成为跨越自然和社会学科的区域发展评估的重要工具之一。 2 区域“自然—社会”二元碳收支的特征、理论框架和空间尺度分析 2.1 内涵和特征 区域“自然—社会”二元碳收支(以下简称“二元碳收支”)是指特定时段内(一般为一年)一定区域范围的所有自然和人为活动所导致的碳收入(碳吸收或输入)和支出(碳排放或输出)的对比关系和平衡状况。其主要特征为： (1)区域二元碳收支包括不同的方式和过程。既包括自然过程的碳吸收和排放，也包括人为过程的碳输入和输出，既有垂直过程也有水平过程； (2)区域碳收支的强度和规模受制于人类经济社会活动方式。不同的人类活动方式下的自然过程和人为活动的碳收支强度具有较大差异(表1)； (3)区域碳收支具有较大的空间异质性。区域收支的强度、范围和速率取决于区域社会发展模式和水平、区域城镇体系、土地利用强度、产业类型、经济结构、能源结构以及能源使用效率等社会因素；
(4)区域碳收支不同环节的生命周期不同。比如，能源、食物、木材等含碳物质输入到系统之后的消费周期不同，其再次形成
被释放的时间尺度也不同。因此在区域碳减排策略的制定中，对不同途径的碳收支应采用不同的策略并各有侧重； (5)区域系统的结构、功能和格局对区域碳收支具有重要影响。区域是一个高度开放的系统，与外界有着巨大的碳交换，其碳循环过程涉及区域之外的广大空间。一般而言，经济越发达的区域，其碳收支的影响“腹地”就越大，其影响的空间范围主要取决于区域资源需求量、能源消费量、碳代谢通量和交通运输方式等。 2.2 理论框架 碳是连接自然和人类社会的关键元素之一，碳元素及其化合物与生物生命活动、人类生产活动密切相关。区域二元碳收支研究不仅要分别了解自然和社会过程中碳收支状况，更要分析自然和社会系统之间的碳流通过程及机制。随着人类活动强度的不断增强，区域人类活动对自然碳收支过程的影响也不断加深。人类活动对区域碳收支的影响，一方面表现在改变了区域内外的碳流通的方式、方向和规模，使原本自然过程的碳及其化合物以各种形式参与到人类社会经济活动中；另一方面，通过人类消耗(特别是化石能源消费)造成了大量的碳转移、碳排放和碳废弃，对自然碳循环过程造成了严重的干扰(图1)(赵荣钦，黄贤金，2013)。因此，探索人类活动对碳收支的影响，并评估其对自然碳循环过程的压力成为区域二元碳收支研究的核心。
图1 区域二元碳收支的理论框架(赵荣钦，黄贤金，2013) Fig.1 Regional natural-social system carbon budget(Zhao R Q,Huang X J,2013) 总体而言，区域碳收支可分为3个不同的环节：即垂直碳收支、水平碳收支和内部碳流通(赵荣钦等，2014)。其中，垂直碳收支是指区域生态系统光合作用的碳吸收和区域各种途径的自然和人为碳释放；水平碳收支是指区域与外界之间各种能源、含碳产品、原料和废弃物等的输入和输出；内部碳流通是指区域内部子系统之间的碳元素以各种能源、产品、食物、原料及废弃物等形式的流通(图1)。而水平碳收支和垂直碳收支的主要区别在于：一方面碳流通方向的不同；另一方面碳流通的形式和载体也有所差别，水平碳收支主要以碳水化合物形式进行流通，而垂直碳收支主要以
的形式进行流通(图2)。 2.3 区域人类活动对二元碳收支的影响机制 人类活动的不同方式和强度在很大程度上决定了区域碳收支的格局和强度。就区域系统而言，人类活动主要包括产业活动、土地利用、资源开发与利用及废弃物排放等过程，这几种人类活动方式对碳收支的影响差异较大(图3)：①产业活动是重要的碳排放源。一方面从区域内外获得大量的原材料、能源和资源用于生产过程的消耗，另一方面也将大量的产品和电力输送到人类生活系统中，同时产生了大量的碳排放；②土地利用通过直接或间接作用对区域碳收支造成影响。一方面通过人类的耕作、采伐、土地平整等活动影响自然生态系统的碳收支，另一方面也通过土地建设和占用带来额外的人类活动的能源消耗和碳排放。与此同时，也将土地产品输送到区域内外供消费使用；③资源开发与利用过程将自然界的能源、水资源和各种矿产资料以原材料和生物必需品的形式输送到区域产业系统和人类生活系统中，同时带来了大量的废弃物排放；④废弃物排放系统可以看作是区域内部容纳各种废弃碳原料、食物废弃物等的场所。通过生产活动、资源开发与人类生活消费把大量废弃物输出到系统自然界中(部分输出到系统之外)，同时一部分作为生物肥料和发电原料的形式重新进入区域碳循环中。因此，应该从人类活动入手分析区域碳收支的影响机制，并甄别区域碳收支过程的关键环节，以采取恰当的区域碳管理策略，这也是区域碳收支研究的关键内容之一。
图2 区域碳收支过程概念框架(Christen et al,2010) Fig.2 Conceptual model of regional carbon budget(Christen et al,2010) 2.4 区域二元碳收支的空间尺度及其相互关系 从不同尺度开展区域二元碳收支研究的侧重点和研究视角应有所不同。碳收支可从微观到宏观的不同角度开展(图4)：①微观层面的碳收支主要以某种“产品生产过程”和“人类活动方式”为研究对象。对产品的碳收支研究重点探索产品生产全生命周期过程中的碳足迹，从而在产品微观角度评估生产过程对环境的影响程度；对某种人类活动的碳收支进行研究的目的是揭示各种人类活动(如产业活动、土地利用、资源开发等)的碳排放效应，分析人类活动对自然生态系统碳收支的影响，并根据碳平衡结果综合评估人类某种活动的环境影响。②中观层面主要是针对县域、城市或省级层面的研究。重在通过不同尺度碳收支核算，探索碳收支格局和过程，以寻求区域碳管理对策和低碳发展模式。主要包括：a)区域碳收支清单核算。即建立区域层面的碳吸收/排放清单；b)区域碳补偿机制研究。即从空间角度探讨区域横向碳补偿的策略；c)区域碳收支格局分析。即区域碳收支强度分析与碳平衡分区研究；d)区域碳足迹研究。即区域碳吸收对碳排放的补偿效果；e)区域低碳发展模式。③宏观层面主要是开展国家和全球层面的碳收支与碳平衡研究。基于国际碳减排的国际谈判的政治和科技需求，通过开展国别碳收支研究，以寻求应对气候变化的国家发展战略，并寻求减排、减缓和适应对策。
图3 不同人类活动方式对区域碳收支的影响机制 Fig.3 Influencing mechanism of anthropogenic activities on regional carbon budget
图4 不同尺度区域碳收支研究的内在关系 Fig.4 Relationship between regional carbon budget studies at different spatial scales 以上3个层次的研究从微观到宏观依次侧重于“碳收支机理”“碳收支格局与过程”“碳减排策略”等不同的方面。最终目标为能建立跨越不同空间尺度的碳收支核算模型，并通过碳收支机理和过程的研究，寻求在区域层面可操作性的碳管理模式和碳减排策略。 3 区域二元碳收支的研究方法体系 区域二元碳收支涉及碳排放、碳吸收、碳流通及碳平衡分析等方面，本文对主要方法进行总结和归纳，并对其应用范围和特点进行对比分析(表2)。
3.1 区域碳排放核算方法 国内外区域碳排放核算方法主要有实测法、温室气体清单法、碳排放监测方法、物料衡算法和生命周期分析等。这几种碳排放核算方法具有各自的适用领域和特点。实测法主要用于企业碳排放监测和能源活动碳排放的核算；排放监测法主要用于对自然生态系统碳排放的监测和核算；物料衡算法主要用于工业生产过程；生命周期分析主要适用于对企业产品生产、人类某项活动(如建设活动或土地利用)的碳排放的核算；温室气体清单法适用面较广，可应用于社会生产各部门。目前，碳排放核算多采用温室气体清单和生命周期分析方法，前者主要应用于宏观、中观尺度(如国家、省或地市)，后者主要应用于微观层面(如产品或某项活动)。 3.2 区域碳吸收核算方法 区域碳吸收核算方法主要有清查法、产量估算法、模型模拟法和遥感估测方法等。清查法主要用于植被碳储量的计算；产量估算法主要用于农作物碳吸收的核算；模型模拟法多用于对植被和土壤碳储量的模拟；遥感估测方法则主要用于对大面积植被(特别是草地)的碳储量的估算。需要说明的是，目前对城市植被的研究较少，国内部分学者借鉴清查法(王祖华等，2011)和生物量法(管东生等，1998)对城市绿化植被的碳储量进行了研究，其他不少学者则仅仅是采用相关研究结果的参数进行城市植被碳储量的估算。由于城市植被又分为城市树木和草地，其生物量及固碳能力具有较大差异，因此，对城市植被的碳吸收的研究还需要进一步加强。 3.3 区域碳流通研究方法 区域碳流通研究方法主要有投入产出分析、隐含碳分析、生态系统分室模型、系统动力学和物质代谢分析等。其中，投入产出分析主要适用于宏观尺度(国家或省级层面)贸易或不同产业部门的碳转移；隐含碳分析主要用于对区域贸易、产品生产及商品服务等隐含碳排放的研究；生态系统分室模型是借鉴生态学的理论，基于社会生产不同部门开展碳流通研究，重点是突出碳代谢与周转效率的研究；物质代谢分析主要是基于区域物质流平衡的角度来开展含碳物质的输入和输出分析，与物料衡算法较为接近；而系统动力学则重点模拟能源经济系统内的碳排放动态。目前，区域碳流通研究主要集中在城市或省级层面，其中投入产出分析是最常用的方法。 3.4 区域碳平衡研究方法 区域碳平衡研究主要有两种：一是碳平衡指标法。比如采用区域碳补偿率、碳足迹(赵荣钦,2012)、碳流通率和碳周转率(叶笃正等，1992)等指标分析区域的碳收支平衡状况；二是区域碳氧平衡理论(马巾英等，2011)。通过综合分析区域自然和社会经济系统的各种耗氧排碳或固碳释氧功能，分析区域系统的碳氧平衡状况和生态压力。碳氧平衡理论对分析区域碳平衡状况以及评估区域植被的生态功能均有一定的意义。 4 区域二元碳收支研究进展 近年来，国内外学者从不同空间尺度开展了区域二元碳收支研究，这不仅为区域碳收支理论框架的构建提供了大量案例参考，也为区域碳减排策略的制定和低碳发展模式的选择提供了数据支撑和实践指导。 4.1 全球尺度的二元碳收支研究 全球尺度的研究主要包括以下几个方面：①全球二元碳收支核算。如全球碳计划和二氧化碳信息分析中心(Carbon Dioxide Information AnalysisCenter,CDIAC)等都对全球碳收支进行较为详尽的核算(Le Quéré et al,2013,Carbon Dioxide Information Analysis Center,2014)，其中重点考虑了化石燃料燃烧、水泥生产、土地利用变化及森林砍伐等人类活动的碳排放的核算及其对碳平衡的影响；②人类活动对全球碳收支的影响。20世纪70年代以来，人类活动与全球碳收支的关系(Broecker et al,1979)受到国际学术界的关注。研究发现：人类工业化过程的化石燃料燃烧严重干扰了全球的碳平衡状况(Falkowski et al,2000)；另外，土地利用也被认为是影响全球碳平衡的重要因素(Houghton,1999)，土地利用/覆被变化导致的净碳排放占到1990-2010年全球人类活动碳排放的12.5%(Houghtonet al,2012)；③全球碳收支变化的机制及对气候变化的影响预测。全球碳收支平衡研究的核心是了解碳源/碳汇的形成机制，并对未来大气
浓度及气候变化的速率进行精确预测(Houghton,2007)。全球碳收支的变化受自然和社会经济等多因素的影响，为探索碳收支的影响机制，国内外学者开展了全球碳失汇(the missing sinks)的研究(Houghton et al,1998)，并认为最有可能存在于北半球中高纬度的陆地生态系统中(方精云等，2001)。在碳收支对气候变化的影响方面，IPCC及一些国际组织基于全球碳收支状况及其变化特征的预测，提出了“2度”阈值的概念，在客观上有利于推动全球气候变化和碳减排国际谈判的深入，并赋予碳收支研究更多的政治和社会内涵(IPCC,2014)。总体而言，全球尺度的二元碳收支研究重点关注地球系统碳收支平衡动态及其驱动机制，并探索其对气候变化和地球环境的影响与反馈，目的是了解全球环境变化的可能趋势，并为碳减排的国际谈判提供指导。这成为近年来全球气候变化和地球系统研究的重点领域之一。 4.2 国家层面的二元碳收支研究 该类研究主要包括： (1)国家碳排放清单核算。IPCC在1996年和2006年分别提出了国家温室气体清单指南及修订版，并于2012年研制了温室气体清单核算软件，成为世界各国开展碳收支核算的重要依据，并在国际上得到较广泛的应用。比如国际上对美国(Houghtonet al,1999)、中国(Wang et al,2005)、印度(Paul etal,2004)和巴西(Machado et al,2001)等国的碳收支开展了研究。但国内外对IPCC的核算方法也存在争议，Liu等(2015)研究认为，由于碳排放因子的差异，中国的碳排放被高估了14%。国家碳排放清单核算是开展气候变化谈判的重要依据，因此，如何在碳排放清单核算的基础上，进行碳减排的国家责任划分是当前的一个重要研究内容。 (2)国家碳收支的影响机制研究。早期对国家碳收支影响机制的研究主要是从生态管理和土地利用的角度开展的，侧重于探讨人类活动引致的环境变化对碳收支的影响机制。研究发现，19世纪80年代，美国土地管理所带来的碳汇抵消了美国化石燃料碳排放的10%～30%(Houghton et al,1999)；在中国，森林砍伐会带来大量的碳排放(Houghton et al,2003)，而植树造林是增加碳汇的重要措施(Fanget al,2001)；Turner等(1997)以苏联、美国和巴西等国家的净碳通量为例，重点从土地覆盖变化、森林采伐、土壤有机质积累等角度对国家级地面碳收支的因素进行了分析。近年来，一些学者尝试将国家碳收支与社会活动、能源消费、产业发展等相结合，从人类经济活动的视角进一步开展碳收支的影响机制的探讨。比如：部分学者从碳收支核算及其因素分解(孙建卫等，2010)、碳收支的土地利用优化(赖力等，2011)、产业活动的碳足迹(赵荣钦等，2010)及碳收支的空间格局演变(蒋金亮等，2014)等角度分析了国家尺度碳收支的影响因素和发展趋势，为国家层面开展“自然”和“社会”二元碳收支的综合研究提供了新的视角，有助于从人类经济社会系统运行的角度进一步分析二元碳收支的变化规律。 4.3 省级层面的二元碳收支研究 省级层面二元碳收支研究可以归结为3个方面：①省区碳收支核算及时空特征分析。省区碳收支核算是省域空间碳排放效率和压力评估的重要途径。国内学者对长三角地区(孙伟等，2012)、江苏省(赵荣钦，黄贤金，高珊等，2013)、安徽省(孙秀丽,2010)及广东省(肖慧娟等，2006；匡耀求等，2010；黄潮清，2013)等省级尺度的二元碳收支进行了核算，并分析了其时空特征和影响机制。研究发现：随着快速城市化和工业化进程，人类活动强度的增加和陆地植被面积减少，区域碳收支不平衡性不断加剧(孙伟等，2012)，这使区域面临重大的碳循环压力。其中，城市化是区域碳收支格局改变的直接推动力(肖慧娟等，2006)，而工业和交通能源消费的大幅增长是改变区域碳平衡的重要因素(赵荣钦，黄贤金,高珊等，2013)；②省区二元碳循环模拟。基于区域自然和经济系统的内在关系和流通机制，Marchi等(2012)建立了省级尺度碳循环模拟的框架，并对意大利Siena省自然和人为系统不同模块之间的碳流通进行了模拟与分析，这为省级尺度上碳收支模拟提供了重要的理论和方法参考；③省区间的碳流通与碳转移研究。一些学者基于网络碳排放流方法(Kang et al,2012)和投入产出分析(姚亮等，2010；石敏俊等；2012)对中国不同区域之间的碳转移和隐含碳流通进行了研究。研究发现：能源和产品的流通导致了大量的区域之间的碳转移和隐含碳流通，这不仅改变了省区之间的碳排放格局，也改变省区之间碳排放与经济发展之间的关系，其中东北区域、京津区域、南部沿海区域、西北区域和西南区域对区域经济拉动作用总量大于其承接其他区域拉动作用的总量(姚亮等，2010)。由此可以看出，省域层面的二元碳收支研究与国家层面不同，其核心内容是碳收支空间格局、碳循环模拟和碳流通机理研究，为开展区域之间的碳流通及其效率研究提供了很好的方法和思路借鉴，在理论和实践上进一步丰富了区域二元碳收支的研究体系，为指导区域碳减排和低碳发展的实践提供了重要参考。 4.4 城市层面的二元碳收支研究 城市层面碳收支包括以下几个方面： (1)城市碳收支模拟。城市碳收支模拟不仅涉及自然过程，更重要的是要将自然与社会碳收支过程相结合，建立涵盖人为碳储量与碳通量过程的综合模型(Pataki et al,2006; Churkina,2008)。如：Churkina等(2010)对美国人类聚落区的自然和人为碳储量进行了核算，发现城市建筑物碳储量仅次于土壤，可见人类活动对城市层面的碳收支平衡也具有重要影响。另外，植被的碳汇功能可在一定程度上平衡城市的碳收支状况(Escobedo et al,2010)，例如：美国奥克兰(Oakland)(Nowak,1993)、凤凰城(Phoenix)(Koerner et al,2002)，韩国春川(Chuncheon)、江陵(Kangleung)和首尔(Seoul)(Jo,2002)及中国杭州(Zhao et al,2010)等城市案例研究表明：城市植被的碳吸收对城市产业及能源活动的碳排放具有一定的补偿效果，其补偿率可达18.57%(Zhaoet al,2010)。近年来，国内学者也开展了城市碳收支核算框架(钱杰，2004；王海鲲等，2011；蔡博峰，2014)、城市碳平衡(马巾英等，2011；赵荣钦，黄贤金，彭补拙，2012)及城市植被的碳补偿(Zhao et al,2010)等的研究，初步构建了城市碳收支模拟的理论和方法，为城市碳排放因子的获取与城市碳平衡研究提供了重要参考。 (2)城市碳收支及其变化的影响因素分析。城市碳收支受多种因素影响，比如，Svirejeva-Hopkins等(2008)基于人口增长的视角，提出了基于人口密度空间分布的双参数“Γ分布”模型，基于区域和世界碳排放和城市碳输出的动态对城市化进行了情景预测，并对城市年碳平衡进行了估算；Zhao等对南京市碳足迹和碳循环压力进行了分析，探讨了不同土地利用方式的碳储量与碳通量，并从土地利用的角度分析了影响碳排放变化的因素(赵荣钦，黄贤金，钟太洋等，2012；Zhao R Q,Huang X J,Liu Y,et al,2014; Zhao et al,2015)；张善峰等(2015)分析了土地利用变化与城市碳收支空间分异的关系，并认为杭州市及各区的固碳损失主要是由于耕地向建设用地转化造成的；钱杰(2004)和赵敏(2010)基于城市碳收支核算模型，对上海市碳源碳汇结构的变化进行了分析，并探讨了能源利用与产业活动等对城市碳收支的驱动作用；Hao等(2015)对广元市的碳收支进行了模拟，并分析了地震灾害及重建对区域碳收支的影响。以上研究表明：自然环境条件、人口增长、能源消费、土地利用和产业结构等是城市碳收支变化的主要原因。 (3)城市碳流通与碳代谢研究。国外一些学者从城市整体层面开展了城市碳流通和碳代谢的研究。例如：Bullock等(2011)对墨西哥城市系统的碳流通和碳平衡进行了分析；Warren-Rhodes等(2001)对香港的城市代谢趋势进行了分析；Zhao等通过研究城市与外部系统、城市内部子系统之间的碳流通以及城乡之间的隐含碳流通过程，对南京市城市碳流通进行了分析和测算，构建了南京市城市系统碳流通图(Zhao R Q,Huang X J,Zhong T Y et al,2014)。另外，城市碳流通也可以从不同产业部门、能源消费过程和土地利用等不同角度开展。如：Chen等(2012)通过城市碳代谢的网络分析方法，对城市不同部门的碳代谢和转移过程进行了探讨；谢士晨等(2009)构建了上海市能源消费碳流通图，分析了不同能源类型、产业部门和能源加工转换与损失等过程的碳流通；Svirejeva-Hopkins等(2006)基于城市土地利用的划分对土地利用变化的碳动态过程进行了模拟，并分析了城市变化与碳通量的关系。总体而言，不同尺度区域碳流通研究的侧重点不同，省级层面的研究主要侧重于区域之间的碳流通，而城市层面侧重于通过子系统之间的碳流及代谢效率、隐含碳等分析城市内部的碳流通过程。 4.5 城区、县域或社区层面的二元碳收支研究 区域碳收支研究也可以在城区、县域或社区层面展开。比如：Christen等(2010)运用城市代谢的理论，将遥感数据、LiDAR数据、统计数据等相结合，通过对植被土壤、建筑物、废弃物、食物和人体、道路交通运输等5个模块的碳储量和碳通量的叠加整合分析，对温哥华Sunset社区的碳收支进行了模拟，并将计算结果落实到50米栅格的社区空间，该研究构建了较为系统的城市社区层面碳代谢研究的方法；汤洁等(2009)提出了基于县域碳平衡的土地利用结构优化的方法；赵荣钦等(2014)对中原经济区县域空间的碳收支进行了核算，并在不同区域碳收支强度和碳平衡分区的基础上，提出了中原经济区主体功能区优化的思路，这为基于低碳的县域空间公平发展提供了参考借鉴；基于社区尺度，何华(2010)采用生命周期评价方法对华南居住区绿地碳汇功能开展了研究；胡玥昕等(2014)基于系统动力学的角度，构建了校园碳收支测算的模型，并以浙江农林大学为例进行了实证。以上研究进一步丰富了区域碳收支的案例研究，其中，基于城区尺度或县域尺度研究，为区域规划、城市规划布局和县域空间的公平发展提供了较好的思路借鉴；而社区层面的碳收支研究，为居住区低碳管理和节能减排提供了技术和数据支撑。 4.6 典型人类活动的二元碳收支或碳足迹研究 近年来，碳收支也被应用于典型产业、开发项目及人类活动的评估中，一些学者针对土地利用(或农业耕作活动)(游和远等，2010；余德贵等，2011；王渊刚等，2014)、旅游开发(周年兴等，2013; Sung et al,2015)、大型水电项目(Zhang et al,2015)等开展了碳收支的核算和评估研究。如赵荣钦(2012)和余德贵等(2011)提出了基于碳排放约束的土地利用结构优化模型，对指导地方土地规划的实践起到了积极作用；谭梦等(2011)探讨了土地整理对农田土壤碳含量的影响，为汇碳的土地整理技术和模式提供了参考；曹淑艳等(2010)对中国不同产业间的直接和间接碳足迹流进行了分析，探讨了不同产业直接和间接碳足迹的差异，为产业低碳管理、产业结构优化提供了借鉴；王渊刚等(2014)基于Bookkeeping模型，对新疆耕地变化对区域碳平衡的影响进行了分析，研究发现：耕地转移、土地开垦及水土开发活动是影响区域碳收支的重要因素；蒋冬梅等(2015)对中国耕作非农化活动的碳收支及其空间差异进行了研究，为中国低碳农业发展提供了参考。以上案例从不同的角度开展了典型产业和人类活动的碳收支的应用研究，进一步拓展碳收支研究的微观领域。另外，碳收支和碳足迹也用于评估企业活动或产品的隐含碳排放。例如，一些学者开展了针对家庭(Fan et al,2012)、产品生产(Adomet al,2012; Wells et al,2012)或某种人类活动(Filimonauet al,2011; Chang et al,2012)的碳足迹研究，其中对产品碳足迹的研究最多，主要是采用生命周期评价方法开展某种产品全生命周期的碳排放的核算(Zhao R Q,Huang X J,Liu Y et al,2014)，为定量评估某种产品的环境影响提供了重要的方法。在国外，碳足迹研究还应用于商品的碳标识(Gademaet al,2011)，为低碳产品的宣传和普及起到了重要的推动作用。 总体而言，区域二元碳收支是一个高度复杂的系统过程，不仅包含垂直碳收支和水平碳收支、自然碳收支与人为碳收支，还包括区域外部的碳交换及内部的碳流通与碳代谢过程。区域碳收支研究既可以基于不同空间尺度进行，也可以从产业活动、土地利用及典型人类活动的角度入手。区域碳收支研究的核心是从自然和社会2个角度构建区域碳收支的估算模型，一方面需要各种自然和社会经济数据开展碳收支和碳平衡核算，建立区域碳收支的基础数据库；另一方面也需要开展区域碳收支影响机制的跨学科研究(Churkina,2008)，这样才能更深入地了解区域碳收支的过程和机制。 5 总结与展望 5.1 研究总结 随着碳循环研究的深入和国际碳减排谈判的推动，近年来区域碳收支研究出现了一些新的变化。主要表现在： (1)区域碳收支研究内容从单纯的自然过程转向自然和人为过程的结合。以往的碳收支研究主要集中在陆地生态系统领域，重点是借助遥感、实验观测和过程模拟等手段对区域陆地生态系统的碳储量与碳通量进行研究，并探讨其碳汇功能和碳平衡的时空分布状况。近年来碳收支进一步延伸到对社会系统碳输入和输出过程的核算和模拟，将能源消费、土地利用及产业活动等纳入进来，并力图建立不同空间尺度的“自然—社会”二元碳收支模拟模型，从整体上阐明人类活动对区域碳收支的影响，以寻求应对全球气候变化的减缓和适应对策。 (2)区域碳收支研究尺度从侧重于宏观研究延伸到微观和宏观2个层面的研究。前期研究主要是从区域尺度上开展生态系统碳收支的研究，一是基于资源清查的植被碳储量研究，二是基于碳通量观测的微观和宏观层面的结合研究。近年来，区域社会系统碳收支则涉及到多个研究尺度，从国家、省区、城市到城区和社区，也有些学者开展了企业和家庭碳收支和碳代谢的研究，推动了碳收支研究向多尺度应用领域拓展。 (3)碳收支研究从理论和模拟研究开始转向社会应用领域。前期研究更多是理论研究和实验模拟，通过阐明生态系统的碳收支状况和碳汇功能的时空变化，为国家应对气候变化提供数据支撑。近年来，区域碳收支研究开始与社会问题相结合，并具有了新的应用前景和实践价值。一是将碳收支核算与国家或区域碳排放权分配相结合，为国家碳减排配额分配和区域碳交易提供数据支撑；二是将碳收支作为区域生态压力评估的方法应用于规划实践中，如城市总体规划、产业发展规划及土地利用规划等，为区域经济社会发展与规划提供实践指导；三是将碳收支研究与社会导向和个人行为相结合，通过碳收支评估引导个人消费行为和低碳观念，从而在社会低碳转型中起到积极作用。 5.2 研究展望 总体而言，已有研究从不同空间尺度开展了区域碳收支和碳平衡研究，对于二元碳收支理论体系的构建起到了重要的推动作用。但未来在以下方面还需要进一步加强： (1)区域二元碳收支的集成模拟研究。今后在区域碳收支研究领域，要努力构建完整的区域碳收支集成研究体系，该体系应综合涵盖区域自然和社会碳收支过程，水平和垂直碳收支过程，区域内外的碳转移和碳流通过程，区域产业发展的碳代谢过程等。将区域作为一个人工生态系统，构建涵盖各种过程、不同尺度、各种活动行为过程的综合碳收支模型，并分析碳收支不同环节的驱动机理。 (2)区域碳收支的空间分异规律研究。区域内部具有较大的空间异质性。因此，应加强区域碳收支空间分异规律的研究，探讨区域内部城乡之间、不同城市之间和城市内部的碳收支特征及其影响机制，从而进一步深入探索区域尺度上人类活动对碳收支的不同影响。 (3)基于区域碳收支核算的区域横向碳补偿研究。在区域二元碳收支综合集成模拟的基础上，将区域碳收支与国家主体功能区规划相结合，基于碳排放强度约束目标构建不同碳收支类型区的开发模式和策略；基于碳收支的核算结果，尝试开展区域横向碳补偿的试点示范，以碳为纽带推动区域内部公平和均衡发展，为建立全国统一的碳交易市场提供地区间配额分配的依据。 (4)区域碳收支与区域资源环境效应的关系。“碳”是区域社会的关键要素之一，与诸多资源、能源类型的开发、输送和使用等过程密切相关。因此，在全球变化背景下，应该进一步探索碳收支与资源开发的耦合作用机制，比如：区域“水—土—能—碳”耦合循环的效率和机制，各种能源资源开发利用活动中的碳收支效应，土地利用、整理和复垦等活动的碳排放效应等。从而将碳收支作为衡量和评价人类活动对自然环境影响程度的重要工具，进一步拓展碳收支的应用领域。 (5)区域碳收支的综合调控研究。人类社会是一个复杂的系统工程，区域碳收支受人类活动强度、生产效率、运输效率、城镇格局及政策因素等多方面影响。因此，基于区域系统的角度，如何考虑从区域能量流和物质流的规模和方式、资源开发模式、产业结构、土地低碳优化、城镇形态等多方面构建区域碳收支的调控体系，并开展面向低碳的区域碳收支调控的试点研究，建立基于碳排放约束的区域综合开发模式和方案，是一个值得今后研究的重大问题，也需要具有多学科交叉的视角和诸多科学家的共同努力。
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