碳中和视角下基于主体功能区分类约束的国土空间分区优化模拟——以福建省为例

在推进新时代生态文明建设、确保区域社会经济绿色发展并如期实现碳达峰碳中和目标的发展导向下,基于主体功能区分类约束开展以低碳发展为牵引的多情景国土空间优化模拟研究具有重要意义。以国家生态文明试验区福建省为研究区,设定自然发展和低碳发展两种不同情景,针对不同类别主体功能区,设置差异化的碳排放量、经济效益和生态效益约束目标,在对用地需求进行预测的基础上,基于PLUS模型开展多情景下的国土空间分区优化模拟。结果表明：1）从用地规模和数量结构来看,低碳发展情景下的功能区用地结构更加符合低碳经济发展的要求,该情景在减缓碳源地增加速度的同时,能够降低碳汇地的减少速度,在保障区域经济发展用地需求的同时减少碳排放并降低生态环境影响;2）从用地布局来看,虽然不同情景下的用地结构存在一定差异,但从空间分布特征来看,各地类的变化规律基本与历史趋势基本相同,其中碳源地主要分布在临近海岸线处海拔较低、地势平缓易开发的一侧,碳汇地主要集中在内陆区域海拔相对较高且地况较复杂的区域;3）从三类典型区域空间演变模式来看,农业生产区和生态保护区的变化较小,城镇建设区变化较为明显,城镇建设区和农业生产区主要功能用地分布较为集中且聚合度较高,生态保护区主要功能用地较为分散且一般呈破碎状。在不同发展情景下,国土空间格局中的碳源地不断扩张、碳汇地空间逐步受到挤压,应进一步发掘存量用地的潜力,推动土地资源的高效利用。     

福建省土地利用碳排放空间关联性与碳平衡分区

全球变暖与二氧化碳浓度升高密不可分,在工业化及城镇化发展过程中,人类对土地的利用和改造是造成全球大气中含碳量迅速增加的重要原因,且土地在利用过程中碳减排的潜力较大。因此,从不同土地利用方式视角研究福建省碳排放量,采用基尼系数来衡量福建省各设区市碳收支的空间差异,探索区域内土地利用碳收支规模和空间分异;运用社会网络分析方法对福建省土地利用碳排放空间网络结构的整体特征和设区市在网络结构中的角色进行考察,有助于从基础层面对人类活动所造成的环境影响进行评估,及时调整土地利用方式从而促进低碳经济发展。结果表明：2006-2018年福建省土地利用净碳排放量逐年递增,呈现东高西低的空间分布特征,建设用地是主要碳源,而林地起到主要碳汇的作用;区域内碳补偿率逐年递减且存在明显的空间差异,经济较发达的区域碳补偿率低于经济欠发达的区域,生态承载系数东西差距不断加强,东部地区碳排放的比例明显超过了碳吸收的比例;福建省土地利用碳排放在空间上具有明显的关联性和溢出效应,碳排放空间关联网络越来越复杂、稳定,各设区市在网络中所处地位和作用存在明显的不均衡性,厦门市在整个碳排放网络中占据领导地位,其他城市的碳影响力在网络中的地位及作用随着经济联系逐渐加强正在逐步提高;对网络空间聚类发现,第一模块和第三模块对模块内外均有溢出效应且密度值较大,属于"双向溢出模块",其余第二、四模块均属于"净收益模块"。在研究的基础上将福建省各设区市分为3类区域：低碳优化区、碳总量控制区和碳汇功能区,并提出协同减排的差异性对策建议。     

低碳导向下土地覆被演变模拟——以深圳市为例

全球碳排放水平的不断增加引起的全球变暖越发严重,导致了严重的自然灾害和经济损失,这种失衡发展的态势促使着各个国家开始探索低碳环保的发展模式。为了探究何种土地利用组成可以更好的为低碳城市服务,以深圳市为研究区,结合2020年土地利用现状结构和2020年土地利用规划结构分别估算出碳汇最大化情景和碳排放量最小化情景下2020年各土地利用类型的数量结构,并运用FLUS模型模拟出深圳市土地利用类型在这两种情景下的空间分布特征。最后,从碳密度和碳排放视角对比这两种情景的低碳效益。研究结果如下：①碳汇最大化和碳排放最小化情景下土地利用总碳盈余均比2020年少,且碳汇最大化情景下土地利用总碳盈余最小。碳汇最大化情景下耕地、园地和林地面积增加而水域和建设用地减少,碳排放最小化情景下园地和林地面积增加来源于草地、水域和建设用地的减少,这两种低碳情景的碳汇能力增强而碳排放量减少;②碳汇最大化和碳排放最小化情景下林地明显增加故而土地利用总碳盈余均比实际情景小,而园地和草地的缩减和扩张是引起两种低碳情景碳密度和碳排放量有差异的主要原因。碳汇最大化和碳排放最小化情景下,西部和东南部主要是碳密度增加和碳排放减少的区域,而中部是碳密度减少和碳排放增加的区域。因此对中部区域进行重点调控,有利于深圳市碳中和和碳达峰的实现。研究可以为深圳的低碳发展提供规划建议,同时给其他区域的低碳规划提供参考意见。     

基于固碳服务供需视角的河南省碳平衡研究

土地利用变化影响陆地系统碳循环过程。在实现碳中和目标的背景下,分析区域碳平衡,优化土地利用结构具有现实意义。以河南省为例,以1 km网格为单元,应用InVEST碳固存模块、IPCC碳排放核算、人口密度法等方法,研究1995、2005、2015年区域碳平衡的时空变化。结果表明,研究区固碳服务的供需量与土地利用类型密切相关。固碳服务的供需在空间存在错配关系,即需求高的地区通常具有较低的供给。研究时段内,研究区的总碳固量逐年下降,总碳排放量逐年增加,研究区碳平衡表现为整体向好,局部恶化的情况。在碳平衡分析的基础上提出了空间优化利用建议,可为未来国土空间规划碳平衡目标的实现提供参考。     

黄河流域国土空间碳中和度研究——以内蒙古段为例

基于全球气候治理背景以及黄河流域在我国生态文明建设中的重要地位,以黄河流域内蒙古段为例,通过情景分析法,建立改进的IPAT模型和集成生态圈模拟器IBIS,预测不同情景下2018-2060年研究区碳排放变化趋势和达峰情况,并结合对碳汇水平的模拟分析2060年碳中和实现进程。结果显示①在基准情景、节能情景、低碳情景和粗放情景下,黄河流域内蒙古段将分别于2040年、2035年、2030年和2050年实现碳达峰,峰值碳排放量分别为12209万t、11213万t、9784万t和17635万t;②在IPCC RCP2.6和RCP6.0气候变化情景下,黄河流域内蒙古段的陆地生态系统整体分别呈现出碳汇和碳源的不同效应,净初级生产力分别为1533万t和-506万t;③综合能源消费碳排放和碳汇水平,在RCP2.6气候情景下,若碳排放选取基准、节能、低碳和粗放情景,则2060年黄河流域内蒙古段分别可实现碳中和进程的18.42%、22.37%、34.46%和9.90%;在RCP6.0气候情景下,由于研究区陆地生态系统呈现出碳源效应,因此难以对碳中和进程的推进做出贡献。可见,对于黄河流域内蒙古段而言,需要科学制订碳达峰、碳中和目标实现时间,未来要更进一步保护重要碳汇生态系统,提升固碳增汇能力;调整能源消费结构,增加可再生能源发展规划指标;构建碳排放权交易市场,促进碳指标流动;制定土地利用碳排放标准,优化国土空间格局。     

基于生态安全格局理论的国土空间生态修复分区模拟——以粤港澳大湾区为例

国土空间生态修复分区有助于推动生态修复工作的整体性和系统性。利用国土空间生态安全格局理论进行生态修复分区是一种较为经典的模式,但现有分区技术方案对高强度人类活动导致的土地利用景观变化考虑不足,不能很好的适应城市群尺度国土空间生态安全格局的塑造需求。设计了一种基于情景模拟的国土空间生态修复分区方案,该框架首先通过耦合空间马尔科夫链与元胞自动机模型模拟城镇化发展末期的土地利用景观格局;然后利用"生态源地-生态廊道-生态网络"理论构建国土空间生态安全格局基本骨架;最后根据最小累积阻力模型划分出生态修复关键区、调节区和双修区等类型。粤港澳大湾区案例研究表明：（1）土地利用景观变化对生态修复分区方案影响较大,不同景观格局导致的分区规模差异可达国土空间的10%左右;（2）国土空间生态修复分区需要充分考虑高强度人类活动对景观格局变化的潜在影响,进而使得生态修复分区政策更有利于国土空间生态安全格局塑造目标的实现。研究构建的国土空间生态修复分区技术方案可进一步深化生态安全格局理论在国土空间规划应用上的认知。     

中国粮食种植业碳效应时空演化及碳排放公平性

农业低碳转型背景下,准确把握粮食种植业碳效应时空演化及碳排放公平性特征对实现地区生态正义具有重要意义。基于2000-2021年省域面板数据,采用碳排放因子法测算中国30个省区的粮食种植业碳效应,利用核密度估计方法探析时空演化,运用Dagum基尼系数法刻画并解构全国粮食种植业碳排放公平性。研究表明:(1) 从时空特征看,粮食种植业碳效应呈现波动上升的净碳汇特征,具体表现为"东强西弱,北高南低"的空间格局,且伴随明显的"马太效应"。在碳效应结构上,秸秆燃烧与玉米种植分别是粮食种植业最主要的碳源与碳汇。(2) 从演化趋势来看,全国粮食种植业碳效应的非均衡性呈扩大趋势;在三大主粮中,水稻碳效应非均衡性有所减弱,小麦与玉米碳效应非均衡性均持续上升。(3) 从碳排放公平性来看,区域间碳排放差异已成为影响公平性的最主要因素,基尼系数呈"快速上升-波动震荡-缓慢回落"特征,全国粮食种植业碳排放始终处于较公平区间,整体公平性呈改善态势;在三大主粮中,水稻碳排放公平性最低,玉米碳排放公平性最高。最后,提出了采取差异化固碳减排策略、构建低碳发展跨区协作机制、完善碳排放责任分摊机制、探索粮食碳汇交易试点等建议,以期推动我国粮食种植业实现低碳转型发展。     

低碳经济发展战略研究进展

发展低碳经济已成为国家和区域发展的重要战略。从发展战略的角度,对低碳经济的产生背景、内涵和理论基础等进行了总结和归纳;在此基础上提出了低碳经济发展战略框架研究的主要内容,包括碳政治和碳排放权分配、目标思路、指标体系构建和碳排放的核算;从政策路径、政策工具和政策仿真等方面介绍了低碳经济发展战略的政策研究的主要内容和国内外研究进展。最后指出当前研究的不足之处和未来研究趋向,主要有:低碳经济理论的深入研究,低碳经济战略和政策工具研究,区域低碳经济发展模式研究,低碳经济发展潜力、市场规模和经济技术风险研究,碳减排标准规范的研究和制定。     

京津冀地区碳排放时空格局变化及其驱动因子

人类对陆地生态系统的改变是碳排放增加的主要原因。在“双碳”目标背景下探索土地利用变化与碳排放的动态关系,有助于区域土地低碳可持续利用。研究基于土地利用转移视角,采用重心-标准差椭圆方法揭示了京津冀地区土地利用碳排放时空格局演化特征,评估了碳排放与生态环境、社会经济发展的协调程度,并借助改进的Kaya模型和LMDI分解模型定量分析了土地利用变化对碳排放的影响程度。结果表明：(1)建设用地的转入是土地利用碳排放增加的主要来源,引起碳排放量增加15844.36万t;耕地、草地向林地、水域的转变促进了地区固碳能力的提升。(2)土地利用碳排放空间分布格局呈现出东北-西南方向向中心进一步聚集的趋势,并且东-西向聚集趋势大于南-北向。(3)京津冀地区整体碳排放与生态环境的协调性呈向好趋势发展,但大部分地区碳排放与社会经济发展出现失衡现象,地区间碳生产力差异逐渐增大。(4)经济水平是促进碳排放增加的最显著因素,单位GDP用地强度是抑制碳排放增加的最主要因素。分析结果表明,严格控制建设用地的无序扩张是促进低碳土地利用的基础,低碳经济发展是促进地区减碳的重要途径。     

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。     

基于主体功能区的山西省碳排放时空特征及减排评价

碳排放核算是落实温室气体减排目标、应对气候变化和实现可持续发展的重要基础。碳排放强度的变化趋势体现了碳减排成效,是主体功能区未来减排措施和低碳发展道路的选择与调整的重要依据。以我国典型高碳经济省份山西省为研究对象,采用BP神经网络模型,基于市级碳排放量、人口、GDP、夜间灯光总值、植被覆盖率、城市化水平构建了适用于主体功能区的碳排放核算模型,运用探索性空间数据分析、Dagum基尼系数和时间倾向率等方法,分析了主体功能区碳排放时空特征、碳排放区域差异并评价碳减排成效。结果表明：(1)从时间趋势来看,2006—2020年各主体功能区碳排放量呈现逐年增长的趋势,其增长率均表现为重点开发区域(48.08%)>农产品主产区(38.13%)>重点生态功能区(33.95%)的特征,与各区域的功能定位和产业结构显著相关。(2)从空间演变来看,主体功能区的空间集聚特征与山西省“两山夹一川”的独特地势相关。重点开发区域空间集聚格局较为稳定,集中在山西省中部,而农产品主产区、重点生态功能区的集聚特征不显著,分布在东部和西部。(3)碳排放区域差异分析表明山西省碳排放地区间总体差异呈现下降趋势,总体...     

主体功能区视角下国土空间格局演变及生态环境效应——以浙江省为例

基于主体功能区视角分析国土空间格局演变特征及其生态环境效应可以有效评估规划对国土开发保护的指导作用,为构建合理有序的国土空间格局和保护生态环境提供有益参考。以快速城镇化地区浙江省为例,运用多期土地利用数据,对浙江省主体功能区规划颁布前后两个时期（2000-2010年和2010-2020年）国土空间格局演变进行比较研究,并运用生态环境质量指数和生态贡献率对不同时期生态环境效应进行定量分析。结果表明：（1）与2000-2010年相比,2010-2020年浙江省国土空间转换动态度下降,其空间集聚性减弱,重点开发区的高值集聚（H-H）区域占比由22.3%增加至39.3%。（2）2000-2010年浙江省不同国土空间变化量的增减关系呈现显著的空间负相关性,2010-2020年其空间负相关性减弱,局部空间自相关区域在各主体功能区具有显著空间差异。（3）与2000-2010年相比,2010-2020年浙江省生态环境质量下降速度放缓,生态环境提升区域面积增加,生态环境恶化区域的分布由生态经济区和优化开发区转移至重点开发区。（4）相比于2000-2010年,2010-2020年各主体功能区内农业生产空间与森林生态空间的转换导致生态环境质量改善/恶化的贡献率提升,优化开发区和重点开发区的农业生产向城镇和农村生活空间转换导致生态环境恶化的贡献率下降。     

基于格网的南四湖流域土地利用碳排放与其生态系统服务价值时空关系分析

社会发展引起的土地利用变化对生态系统服务和碳排放有显著影响,探讨碳排放与生态系统服务价值（ESV）的时空关联规律,对促进区域低碳绿色发展提供重要的理论和实践借鉴。为揭示土地利用变化下碳排放与ESV的时空关系,以南四湖流域为研究对象,利用2000-2018年5期土地利用数据,采用土地转移矩阵和空间自相关等方法,并引入了碳源、碳汇、净碳排放量、碳排放强度和ESV强度作为研究变量,探索了ESV和碳排放的时空演变特征及其空间关联规律。研究结果表明：19年内流域内各地类间发生了程度不同的转移,其中耕地和建设用地是变化最大的类型;ESV随土地间的相互转化而波动变化,但整体上是增加的,水体面积的增加是导致其增加的决定性原因。ESV强度呈现"东高、西低,湖区不变"的分布特点,这与土地利用方式有关,受自然和社会等多因素影响;流域的碳汇量要远低于碳源量,净碳排放量呈稳定增长态势,其中建设用地的碳排放起着主导作用,因此建设用地在碳减排方面具有较大潜力。碳排放强度在研究期间发生了明显的时空变化,最大值从21.61 t/hm²增长到101.42 t/hm²,增长了4.69倍,工业化和城镇化是其增长的驱动因素;碳排放强度和ESV强度具有空间负相关性,局部聚集现象明显,以高低聚集区为主转变为以低低聚集区为主,与地类面积和建设用地的碳排放系数有关;低高聚集区的范围和分布变化不大。总之,该流域在整体上面临着ESV和碳排放增加的趋势,根据它们之间的空间关联性,流域应采取有效措施来防止碳排放快速增长对周围区域生态环境带来负面影响,并构建生态良好的循环系统,以实现流域低碳经济。     

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。     

农田生态系统碳足迹时空变化——以河南省为例

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,起着碳源和碳汇的双重作用,对维持整个生态系统碳平衡具有重要意义.本文基于ArcGIS 10.1、SPSS 20.0、Sigmaplot 12.5等分析平台,以农田生态系统为研究对象,构建农田生态系统碳足迹模型,分析2005—2014年河南省农田生态系统碳排放、碳吸收和碳足迹及三者之间的关系.结果表明: 2005—2014年,研究区碳排放年平均增长率为2.7%,其中因化肥施用引起的碳排放量占总碳排放量的比例最高,占66.2%,且化肥的使用强度为890.38 kg·hm^-2,远高于发达国家公认的安全警戒线225 kg·hm^-2.河南省农田生态系统的碳总储量整体呈逐年上升趋势,其中,小麦的碳吸收比例最高,占总吸收量的60%,水稻的碳吸收增速最快,为7.9%.河南省农田生态系统存在碳生态盈余,且农田生态系统碳足迹总体呈现不断增加趋势,农田生态系统碳足迹占同期生产性土地面积(耕地)的平均比例为5.7%.研究区碳排放、碳吸收、碳足迹的空间变化较为一致,均呈现东南多、西北少的空间分布规律,且地区差异及变化幅度差异较大是三者的最主要外部特征.     

城市住区形态时空模拟——以厦门岛为例

住区形态变迁受到人口迁移、住区满意度和低碳城市发展政策等因素的限制,常用的土地利用模型难以有效表征这一相互制约关系,使得这方面的研究仍然相对不足。通过耦合SD模型和CLUE-S模型,充分发挥了2个模型在宏观情景模拟和微观土地分配上的优势,模拟了住区、人口、住区碳足迹等制约因素的相互关系,为住区形态变迁时空模拟提供了一种有效的方法。以厦门岛为例,根据研究区历史统计数据、问卷调查数据构建了住区形态变迁SD模型,模拟了基准情景、紧凑情景和低碳情景3种不同发展情景下各类住区类型的用地需求,结合CLUE-S模型预测了3种情景下2009年—2020年各类住区类型的用地范围。结果表明,基准年住区类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三者占地面积比例为1∶1.18∶0.83,基准情景下2018年住区类型Ⅲ将成为主要的住区类型。低碳发展和紧凑发展是惯性发展的两种极端情况,体现在总住区面积、人均住宅面积和人均碳足迹大小的变化,但是对厦门岛总人口数量的影响并不大。根据目前厦门的发展趋势,低碳发展情景与紧凑发展情景相结合可能更靠近现实。在空间分布上,住区类型Ⅰ未来不再新建;住区类型Ⅱ遵循现状继续发展的惯性较大;住区类型Ⅲ分布在征地成本相对较低的区域。模型模拟结果能够为住区用地规划、住区发展对策建议提供有效的技术支撑。     

主体功能区视角下的碳排放核算——以广东省为例

区域碳排放核算是当前全球气候变化与碳排放研究的核心内容之一。中国于2010年出台《全国主体功能区规划》,主体功能区是以区域开发程度、资源环境基础和未来开发潜力为依据,县域为基本单位的区域规划方案,这为区域碳排放核算和配额分配提供了全新的视角。鉴于县域的能源数据不够完善,基于经济、人口、省级能耗量等数据构建了适用于主体功能区划分的碳排放核算方法,并确保各主体功能区的碳排放总量和分部门碳排放量都与该省的总碳排放量和分部门的一一对应相等。以中国广东省为案例,对其四类主体功能区在2005—2015年间的碳排放情况进行核算分析。研究发现:四类主体功能区的碳排放总量与经济总量呈现高度正相关性;四类地区中碳排放量从大到小依次为优化、重点、农产品、生态开发区。碳排放强度最大的为生态开发区,其次是重点开发区,农产品开发区和优化开发区。重点开发区和优化开发区的碳排放占全省比值达86%,都应作为未来节能减排措施的最主要的作用对象,需加快产业结构升级,扩大新能源技术的应用。农产品开发区和生态开发区应加快发展循环农业,有机低碳农业生态环境友好型产业。