城市碳代谢过程研究进展

碳代谢过程分析是城市代谢研究的重要环节,而通过土地利用/覆盖的空间调整优化城市碳代谢过程已成为区域可持续发展的关键。利用城市代谢思想,本文综述了城市碳代谢过程核算、碳代谢网络模拟、碳代谢过程与土地利用/覆盖变化关系分析、碳代谢空间格局演替等方面的内容,并指出了当前研究中存在着空间属性表达缺乏、核算/模拟结果较难直接应用于实践调控、自然和社会经济代谢过程难以并重考虑等问题。在此基础上,提出了此领域未来发展预期:(1)基于土地流转,将碳排放/碳吸收垂向流映射到碳存量变化的水平流,以"存量"变化推导出网络"流量"分布,实现节点、流互动关系的空间表达,构建时空维度碳代谢网络模型;(2)强调自然节点在城市碳代谢网络中的重要作用,形成社会经济节点与自然节点并重的生态网络模型,有效服务于城市规划及设计。     

武汉城市圈县域空间横向碳生态补偿研究——基于土地利用碳收支差异

认识和探讨区域土地利用碳收支并构建碳生态补偿模式,对于引导区域低碳协调发展、促进实现碳中和目标具有重要理论和现实意义。探究基于土地利用碳收支的碳生态补偿原理,并以武汉城市圈县域为实证研究对象,依据区域土地利用碳收支差异,在碳中和目标下估算城市圈各县(市、区)的碳生态补偿标准,明确碳生态补偿支付或受偿次序。结果表明：(1)研究期内城市圈各县(市、区)土地利用净碳排放空间差异显著。土地利用净碳排放呈现“西高东低,南北低中心高”的空间分布特点,且该空间分布特征逐渐强化;(2)武汉城市圈有14个碳生态补偿支付区,大多位于城市圈中部和西部地区,其中包括5个优先支付区、6个次级支付区、3个潜在支付区;(3)武汉城市圈有25个碳生态补偿受偿区,大多位于城市圈东部及外围地区,其中包括5个优先受偿区、9个次级受偿区、11个潜在受偿区,并针对不同类型支付和受偿区提出差别化的低碳发展对策建议。     

基于碳足迹的江西生态补偿标准时空格局

碳足迹是一种测度碳排放影响的新方法,可利用区域碳足迹和碳承载力的差值来确定区域生态补偿标准.通过构建碳足迹、碳承载力与生态补偿标准模型,研究江西省及11地市生态补偿标准的时空变化.结果表明: 2000—2013年,江西省碳足迹呈现快速增长趋势,年均增长率为8.7%,碳承载力呈波动变化趋势,各年份均有碳盈余,但净碳盈余呈波动下降趋势.南昌和九江对江西省总碳排放贡献率较大,赣州、吉安和上饶对碳吸收贡献较大.2013年,江西碳盈余生态补偿额为22.73亿元,赣州、吉安、抚州和上饶可优先获得较高的生态补偿额度.研究结果可为江西省生态补偿机制建立以及CO₂排放权的有偿转让等提供一定的科学依据.     

基于小尺度的高寒牧区碳排放估算——以甘南州合作市为例

碳排放是目前国内外研究的热点问题。纵观碳排放计算,关键涉及到两个环节:一是研究尺度的选择,二是评估参数(即碳排放/吸收系数)的确定。高寒牧区还必须充分考虑牲畜碳排放。以甘南州合作市为例,将研究尺度缩小到41个行政村,并采用最新的土地二调数据,对土地利用碳排放和碳汇、生活和牲畜碳排放进行了系统地测算。结果表明:(1)从土地利用的角度考察,合作市总碳排放表征为"碳亏"态势。总碳排放量为24374.82 t/a,其中土地利用碳排放量为4908.21 t/a,牲畜代谢碳排放量为3703.94 t/a,城乡居民生活碳排放量为15762.67 t/a。而碳汇量仅为1949.74 t/a,"碳亏"量为22425.08 t/a。(2)牲畜是高寒牧区呼吸碳排放的主体,其碳排量为3703.94t/a,其中牛是碳排放的主体,其碳排量占90%以上。(3)城乡居民生活碳排量为15762.67t/a,城镇明显高于农村,生存型碳排放强度高于发展型碳排放强度。(4)碳排放局分布势面与碳汇分布局势面基本呈反向分布态势,但总的碳排放格局取决于碳排放而非碳汇,空间分布表现为从城区—半农半牧区—纯牧区逐级递减的趋势。     

长江中游城市群水-碳-生态足迹变化特征及其平衡性分析

长江中游城市群是长江经济带三大跨区域城市群支撑之一,实现该区域高效协同发展对于打造全国重要增长极具有重要意义。基于水-碳-生态足迹评估长江中游城市群资源环境压力,引入基尼系数分析城市群水-碳-生态足迹与经济、人口、水资源的平衡性,并构建深度神经网络模型预测水-碳-生态足迹的未来变化趋势。结果表明：长江中游城市群2000—2015年的人均生态足迹由1.98hm~2增至4.06hm~2,人均碳足迹由0.27hm~2增至0.56hm~2,年平均增幅分别为6.56%和6.5%;人均水资源生态足迹整体呈先下降后上升,最后趋于平衡的变化趋势;大部分城市的水资源超载指数为正值,总体水资源状况良好,湖南和江西水资源状况优于湖北。长江中游城市群面临巨大资源环境压力,且大部分来自于碳排放压力。研究期内,江西省资源环境压力由中上等级升至较高等级;湖南省资源环境压力基本处于高等级;湖北省资源环境压力均处于很高等级。城市群人口分布、经济发展、水资源分布与水-碳-生态足迹的匹配关系较差。从生态足迹角度来看,综合基尼系数均值为0.456,处于“一般不匹配”范围,研究期内呈现缓慢下降趋势,表明区域间整体协调性增强;从...     

基于修正碳账户的京津冀县域生态补偿量化及优先级分区

随着我国生态文明进程的不断加快,生态补偿的作用也日益凸显。京津冀作为我国的重要经济区,其经济发展的同时也伴随着大量的碳排放,为促进京津冀一体化战略的深入实施与生态环境建设,基于修正碳账户,选择模型构建法、空间相关性分析与重心迁移等手段,以县域为评价单元对京津冀地区进行生态补偿标准量化和优先级分区研究。结果表明:(1)修正前的京津冀地区碳账户呈现西北低,东南高的趋势,而修正后的碳账户由于兼顾了区域间本地差异,空间分布更加均匀;(2)生态补偿额度高-高聚集区主要分布于北京周边、石家庄周边以及邯郸-邢台一带,生态补偿额度低-低聚集区主要集中分布在京津冀地区北部县域;(3)京津冀生态补偿额度重心在115°45''—116°2''E,38°10''—38°20''N(献县和饶阳县)范围内移动,整体呈现由东北向西南变化的趋势;(4)2007年到2017年生态补偿支付区前五名(大厂回族自治县、柏乡县、新河县、海兴县、任县)和受偿区前五名(尚义县、阜平县、沽源县、康保县、赤城县)基本保持稳定。研究结果为京津冀协同发展制定相应减排固碳政策有重要参考价值,为实现双碳目标有促进作用。     

云南省农田生态系统碳足迹时空变化及其影响因素

农田碳足迹研究对农田生态系统管理与农业可持续发展具有重要意义,也可表征农田扩展的生态影响程度。利用县域尺度统计数据与空间分析,对云南省农田生态系统近30年的碳足迹的时空演变进行研究。结果表明:1985—2015年期间,云南省农田生态系统碳排放年均增幅为13.9%,化肥施用引起的碳排放贡献率最大,为56%,2015年的化肥单位面积碳排放达到331.6kg/hm2。云南省农田生态系统碳吸收年均增幅为3.04%,稻谷的碳吸收比例最大,为41%,然而,玉米的碳吸收的增幅最大,为8.76%。云南省农田生态系统存在碳生态盈余,且碳足迹总体呈现增长趋势,年均增长率为16.8%,单位面积碳足迹随年份增加不断增长。从空间上看,云南省农田生态系统碳排放、碳吸收在空间上均呈东南高、西北低的分布格局,而碳足迹在空间上呈现东西部高、中部低的分布格局,三者的空间差异和变化幅度差异都较大。     

食物源CNP的城市代谢特征——以厦门市为例

基于元素流分析原理,将食物源碳氮磷3种元素在城市系统中的代谢特征进行耦合分析,追踪以"食物消费"、"废物处置"、"人体代谢"为主要环节的食物碳氮磷代谢过程,发掘其中共同的代谢环节,明晰3种元素代谢路径、代谢通量及其影响因素的差异,并对厦门市1991—2010年食物源碳氮磷城市代谢进行案例分析。结果表明,食物源碳氮磷城市代谢中通量最大的代谢路径是"食物—食物摄入—人体粪尿—未还田粪尿—污水处理—污泥—污泥填埋—土壤";食物源碳氮磷城市代谢主要引起土壤和水体的环境负荷加重;厨余垃圾中碳氮磷占食物源的比例分别为13.7%、32.2%、70.3%,在整个代谢过程中具有最大的减量管理潜力。提出优化代谢过程、减少碳氮磷环境负荷的若干对策建议,包括增大食物的有效食用比例、资源化利用污泥和厨余垃圾等。     

基于生态系统服务供需的临沂市固碳生态网络构建

碳排放的加剧是全球变暖的重要原因之一,城市作为碳排放的重点区域急需提升整体固碳能力。固碳服务可在供给与需求区域之间依靠大气的流通实现相邻区域间生态系统服务的转移。本研究以临沂市为例,应用最小累积阻力模型提取供需匹配路径并进行固碳生态网络的构建。结果表明：研究区域固碳服务供给量较高的区域位于北部和南部,现有供给总量约可解决60%的需求总量;供需空间分布不平衡,仍有54%的可解决周边固碳需求的区域被闲置;优化供需匹配路径能保持较好的物质能量传播效率,成本较低,潜在固碳能力较强的路径位于研究区中部和西北部。在固碳生态网络的建设中,需加强固碳服务供给端的保护与修复,实现固碳服务需求端的减碳排与强固碳,并做到供需匹配路径的优化与协调。该方法通过生态系统服务供给过剩区域为周边高需求区域提供服务,优化整体资源配置,可提升区域固碳能力。     

京津冀城市群生态空间固碳服务功能及其与景观格局的关系特征

在全球气候变暖、城市群快速发展导致景观格局破坏与生态系统服务功能受损的背景下，研究城市群生态系统服务功能与景观格局的关系具有重要的意义。基于以上背景与前人研究，选取在中国经济社会发展中最具代表性的城市群京津冀城市群，通过遥感解译、ArcGIS 10.6制图分析及SPSS软件相关性分析等，从土地利用的角度研究其生态空间固碳服务功能及其与景观格局的关系特征，并提出相关探讨。结果表明：1）京津冀生态空间中耕地、林地、草地均为碳汇用地，2000-2018年期间用地面积排序为：耕地 > 林地 > 草地，用地面积减少量排序为：林地 > 耕地 > 草地。耕地为研究区东南半部的主导类型，林地作为区域西北半部的主导类型，草地分布呈与林地相间状态。2018年北京市内西北部大面积的林地转化为耕地。2）2000-2018年期间生态空间三种用地的年固碳量排序为：耕地 > 林地 > 草地，用地年固碳量增长量排序为耕地 > 林地 > 草地。从平均单位固碳量来说，四个时间点均表现为：林地 > 耕地 > 草地。单位固碳量区域分布差异明显且随时间变化量大。3）不同生态空间用地的固碳量与不同景观指数的相关性结果不同。耕地年总固碳量与其各景观指数没有明显相关性；林地年总固碳量与最大斑块指数（LPI）、景观形状指数形状指数（LSI）、景观百分比（PLAND）有0.01级别的显著正相关性；草地年总固碳量与斑块密度（PD）、景观百分比（PLAND）有0.05级别的显著正相关性，与景观形状指数（LSI）有0.01级别的显著正相关性；生态空间总固碳量与LSI有0.01级别的显著正相关性。最后，根据研究结果提出了相关原因讨论，同时基于固碳服务功能与景观格局的关系特征，从土地利用角度提出了京津冀生态空间土地利用优化策略，最后，根据研究结果提出了相关原因讨论，同时基于固碳服务功能与景观格局的关系特征，从土地利用角度提出了京津冀生态空间土地利用优化策略，对全球变暖之下城市群生态环境可持续发展提供了方法指导和借鉴。     

长三角城市群碳排放与城市用地增长及形态的关系

城市是一种重要的碳源,城市扩张过程中的用地面积增长和空间特征变化均会影响城市碳排放。分析1995—2015年长三角城市群碳排放重心转移,查明碳排放和城市用地增长的脱钩状态时空变化,并通过构建面板数据模型探究城市形态对碳排放的影响,得出以下结论:(1) 1995—2015年长三角城市群碳排放重心经历了西南向-西北向-东南向-西北向的转移过程,这种转移过程与其相应时期内部分城市的工业发展与产业结构调整有关;(2) 1995—2015年,长三角城市群碳排放与城市用地增长的脱钩状态存在着显著的时空异质性。研究区由以扩张负脱钩为主变化为以弱脱钩为主,2005年以后,区域之间的脱钩差异开始缩小,总体来看研究区脱钩状态趋向于同质。至2015年,近70%的城市已达到了脱钩,其中上海等城市实现了强脱钩;(3)连续完整的地块在区域内的主导程度会对城市碳排放产生负向的影响,而城市用地斑块的破碎化程度和聚集程度对碳排放有着正向的影响,且相对而言,聚集程度的正向影响更为显著。     

闽三角城市群生态环境脆弱性及其驱动力

生态安全是地区社会经济可持续发展的基本前提之一,而生态环境脆弱性会威胁地区的生态安全,进行生态环境脆弱性评价具有重要意义。以闽三角城市群为例,分别选取2000年和2015年的高程、坡度、岩性、土壤类型、NDVI、年均降水量、年均温、人口密度、人均GDP、路网密度、景观多样性、土地利用程度和工业固体废弃物排放量等13个指标,基于空间主成分分析法,并结合全局Moran'I和LISA聚类图,从整体特征、空间差异、空间集聚、地类脆弱性分异以及驱动力5个方面,探讨闽三角城市群的生态环境脆弱性及其驱动力。结果表明:2000—2015年间,闽三角城市群的生态环境脆弱性整体处于中度脆弱,但呈现出由中度脆弱向重度脆弱过渡的趋势;2000—2015年间,生态环境脆弱性呈现出由东南沿海向西北内陆逐渐增强的整体趋势,并存在明显的地带性特征,东南沿海增长不明显,部分地区有所下降,而西北内陆增长明显;生态环境脆弱性存在显著的空间自相关性,且为显著正相关,在西北部山区地带为显著的高高聚集,在东南沿海平原地带为显著的低低聚集,16年间集聚性特征在空间上有所迁移和扩张;2000—2015年间,生态环境脆弱性在各地类存在着一定的异质性,其生态环境脆弱性指数大小顺序始终为:林地未利用地草地耕地水域建设用地,整体由中度脆弱向重度脆弱过渡;2000—2015年间,生态环境脆弱性的驱动力有所变化,但人口密度、景观多样性、岩性和土壤类型一直是闽三角城市群生态环境脆弱性主要的驱动力。     

城市生态韧性时空变化及情景模拟研究——以杭州市为例

从韧性的特征角度研究城市生态韧性水平的变化机制,探究城市防范化解生态风险能力的时空差异,以此明确城市分区生态治理的重要任务,是实现韧性城市生态风险防控的有利途径。从抵抗力、适应力和恢复力3个方面构建了城市生态韧性评估模型,并以杭州为例,评估了其1995—2015年城市生态韧性时空变化格局,再者利用空间自相关模型对2015年杭州生态韧性分区管理模式进行了探究。最后,基于FLUS模型模拟了2035年基准和创新创业导向的两种情景下的城市土地利用空间格局,并评估了不同城市发展情景下的生态韧性水平空间分布情况。基于以上研究得到以下结论:(1)1995—2005年,生态韧性低值区域向东北和东南方向扩张,而生态韧性高值水平区域明显减少。2005—2015年,杭州西北部和西部原本存在的中等韧性水平区域也转为低等水平。(2)2015年,城市东北区域呈现低韧性水平-高排污企业密度的集聚分布,说明该区域环境生态风险防范化解能力比较低,需要加大环境监测和生态治理的资金投入,严防重大环境污染事件的发生。(3)创新创业导向的"创新天堂"城市发展情景比基准情景下2035年杭州整体生态韧性水平更高,主要影响因素在于前...     

Ecological and environmental effects of land use change in rapid urbanization: The case of hangzhou,China

Land use changes sharply under rapid urbanization, yet its ecological and environmental effects are often neglected in land use decisions. Using the case of Hangzhou, China, we analyze the ecological and environmental effects of land use changes, including ecosystem services value (ESV) and carbon emissions, based on Landsat TM images from 1995, 2000, 2005, 2010, and 2014. We found significant ecological and environmental effects of land use changes under rapid urbanization. The value of ecosystem services in Hangzhou decreased from 546.7 million USD in 1995 to 448.97 million USD in 2014, and the ratio of ESV to GDP decreased from 5.8% to 0.6%. The net carbon emissions associated with land use changes increased from 4.26 million tons in 1995 to 15.10 million tons in 2014, mainly due to the increase of built-up land carbon emissions and the decrease of forest land carbon sink. The ESV is unevenly distributed spatially and low ESV spread from the central to the peripheral area. We use scenario analysis to illustrate that economic growth and environmental protection could be coordinated by bringing ecological and environmental effects into land use decisions.     

基于FLUS与InVEST模型的北京市生态系统碳储量时空演变与预测

城市地区虽然只占世界陆地面积的2%,却产生了全球约75%的碳排放,而科学合理的土地利用和管理方式可以重新固定大约60%-70%已耗损的碳。因此基于土地利用类型核算碳储量并探究城市土地利用变化其对碳储量的影响,能够揭示碳储量时空变化规律,为双碳目标下国土空间规划提供科学依据。基于1990-2018年北京市土地利用数据,利用InVEST模型测算1990-2018年北京市碳储量变化,再利用FLUS模型,分别测算自然演变情景、人口疏解城市发展情景、绿色集约生态保护情景3个城市发展情景下的土地利用变化,接着采用InVEST模型预测2035年3种情景下的碳储量变化,最后借助空间自相关模型对其进行分区管理研究,并基于此提出北京市未来城市发展与低碳城市建设规划建议。基于研究得出以下结果：（1）2000-2010年是碳流失较严重时期,碳储量下降了4.3%,而2010年后碳流失相对缓和,且在2015年后得到明显改善,2010年至2018年碳储量提升了3.5%。（2）除自然演变情景外,两种情景下的未来碳储量预测值均会进一步增加,且绿色集约生态保护情景的碳储量预测值最高,为16.39×10⁶ t,比最低的自然演变情景高出7.5×10⁵ t。（3）局部空间自相关分析结果显示,3种情景下的碳储量值在空间分布上具有相似性,碳储量高值区域在城市北部、西北部及西部区域出现集聚,低值区域则在中心城区聚集。     

赣江上游流域景观生态风险的时空分异——从生产-生活-生态空间的视角

以赣江上游流域为研究对象,利用1995年、2005年、2015年的3期遥感影像,分析1995—2015年赣江上游流域的土地利用演变特征;基于景观扰动指数与景观脆弱指数构建土地利用生态风险模型;采用半变异分析、自相关分析等方法,研究了赣江上游流域土地利用风险时空变化与驱动力。结果表明:赣江上游流域城乡生活空间面积显著增加,从三生空间看,农业生产空间面积显著减少,土地利用类型由生态、生产空间向城乡生活空间转化,土地利用程度提高。1995—2015年期间土地利用生态风险逐渐上升,高-高型聚类多分布于章贡区、南康区、信丰县等附近,低-低型聚类多分布于安远县、全南县等附近,高风险区、较高面积逐渐扩大,低风险区、较低风险区面积逐渐缩小,引起土地利用类型变化的因素主要为总人口、公路里程、城镇化率等人为因素。研究结果可为区域生态安全格局构建、土地利用的优化布局提供借鉴。     

基于土地利用变化的四川省碳排放与碳足迹效应及时空格局

土地利用变化的碳排放与碳足迹研究对了解人类活动对生态环境的扰动程度及其机理、制定有效的碳排放政策具有重要意义。采用1990—2010年四川省能源消费数据和土地利用数据,通过构建碳排放模型、碳足迹及其压力指数模型,对研究区20年来土地利用的碳排放及碳足迹进行了定量分析。结果表明:(1)土地利用变化的碳排放和能源消费碳的足迹呈显著增加趋势。碳排放增加5407.839×10~4t,增长率达143%;能源消费的碳足迹增加1566.622×10~4hm~2,四川全省的生态赤字达1563.598×10~4hm~2。(2)建设用地和林地分别为四川省最大的碳源与碳汇。20年间建设用地的碳排放增加5407.072×10~4t,增长率达126.27%,占碳排放总量的88%以上;林地的碳汇减少10.351×10~4t,但仍占四川省碳汇的96%以上。(3)土地利用碳排放、碳足迹和生态赤字存在明显区域差异。成都平原区碳排放、碳足迹压力最大,生态赤字严重,西部高山高原区和盆周山区碳排放、碳足迹最小,未出现生态赤字;成都、德阳、资阳和内江等地的碳排放、碳足迹压力最大,生态赤字最严重,甘孜、阿坝等地的碳排放、碳足迹最小,未出现生态赤字。(4)土地利用结构与碳排放、碳足迹存在一定的相互关系,趋高的碳源、碳汇比导致土地利用的碳源效应远大于碳汇效应。因此,四川省减排的重点应该在保持或增加现有的林地的同时,主要以降低建设用地的碳排放、碳足迹为主。