摘要
土地承载了各种人类活动与自然生态系统功能，其组成与结构对于碳排放与碳吸收效应具有重要影响。快速城市化地区土地利用结构变化剧烈，建设用地扩张、生态用地减少与破碎化等土地利用变化影响了地区碳排放与碳吸收的空间布局，导致城市生态系统总体碳排放增长。目前，关于土地利用碳效应的研究中，多关注于土地利用碳效应机理、碳核算方法、影响因素分析等，但在碳效应基础上的土地利用结构优化研究还处于起步阶段。鉴于土地利用结构对区域碳效应的影响，从低碳视角进行土地利用结构优化研究，进一步探索更具碳减排效益与经济效益的土地利用结构，对城市低碳可持续发展具有重要意义。 本文构建了一套低碳视角下“碳效应核算-影响因子识别-碳生态承载/碳经济贡献耦合评价-土地利用结构优化”的土地利用碳效应核算与结构优化分析框架。以快速城市化地区珠三角城市群为案例，系统分析了2010～2020年城市群土地利用碳排放与碳吸收时空变化特征，并通过多目标规划方法探索了2030年不同土地利用结构下城市碳减排潜力与土地利用经济效益，具体研究结果如下: (1)基于土地利用碳效应原理，构建了城市群土地利用碳核算框架。通过从能源消费、工业生产、废弃物和生物呼吸活动四个方面建立土地利用碳排放清单，结合陆地生态系统遥感模型模拟生态系统NEP，对研究区2010～2020年耕地、林地、草地、水域、建设用地、道路交通用地与未利用地的碳排放/吸收进行估算。结果表明，珠三角城市群2010～2020年期间土地利用碳排放贡献呈城乡建设用地＞道路交通用地＞耕地的特点，碳排放总量呈波动上升趋势;在空间分布特征上，广州、东莞、佛山与深圳的建设用地，以及中山与佛山的道路交通用地属于碳排放强度高值区;从时间角度分析珠三角城市碳排放变化，可将九市分为三类:稳步下降型、波动下降型和整体上升型。城市群西北部、西南部与东北部山地丘陵的林地属于碳吸收强度高值区，碳吸收总量经历了先上升后下降的过程，2020年碳吸收总量较2010年提升了1.86％，肇庆、惠州、江门与广州是城市群内主要的碳汇提供城市。基于碳排放与碳吸收差值得到城市群净碳排放，2010、2015到2020年珠三角城市群净碳排放变异系数缩小，在空间上呈现“中心倒U”型分布，惠州市净碳排放增长显著。 (2)从土地利用视角，构建了城市群土地利用碳效应影响因素识别模型。根据改进的LMDI模型，从城市群与城市层面分解碳排放与碳吸收影响因素，并进一步分析不同时期各影响因素对碳排放/吸收的作用效果。结果表明，在研究期内碳排放影响因素作用强度排序为土地利用效率＞经济发展水平＞人口规模＞土地利用结构＞土地碳排放强度;在“十二五”到“十三五”时期，深圳、中山对城市群碳排放总量作用效果由抑制变为促进，惠州始终呈现碳排放促进特征，但各城市主要的碳排放促进作用因素不同。研究期内生态系统碳汇能力对城市群碳吸收总量的作用效果大于生态系统面积;林地碳汇能力在2016年后有显著碳吸收促进作用，草地面积与碳汇能力对碳吸收量在研究期内整体呈现积极影响。 (3)建立了城市群碳生态承载/碳经济贡献耦合协调度评价体系。从经济发展与土地利用碳效应角度构建碳生态承载力与碳经济贡献系数两个指标，并基于耦合协调度理论评价城市群碳生态承载力与碳经济贡献系数的耦合协调性。结果表明，在空间分布格局上，珠三角城市群2010年、2015年与2020年三期碳生态承载力呈现四周高中心低的空间分布特点，碳经济贡献系数则反之;根据耦合协调度理论，2010、2015和2020年珠三角城市群整体碳生态承载/碳经济贡献耦合协调度大多呈下降趋势，整体处于轻度失调状态。 (4)构建了典型城市土地利用结构多目标优化模型，为低碳视角下城市土地利用结构调控提供参考。以广州为例，以土地利用类型为决策变量，根据广州城市发展相关规划设置约束条件，以土地利用经济效益最大化与土地利用减排潜力最大化构建目标函数，设置惯性发展、低碳优先与经济优先三种土地利用结构发展模式，探索低碳视角下的土地利用结构优化模式。结果表明，2030年，在三种土地利用模式下，广州土地利用碳排放均有不同程度下降;经济优先模式下，2030年单位GDP碳排放强度最低，表明此模式中广州可以实现低碳-经济效益的协同最优化。基于PLUS模型模拟不同模式下2030年广州土地利用空间分布结果显示，在惯性发展模式下，从化区、增城区水域面积有被侵占的风险，在土地利用低碳优先、经济优先模式中广州生态空间得到了有效保护。 最后，在土地利用碳效应影响因素分析与结构优化模拟结果的基础上，从土地利用结构与土地利用碳效应两个维度提出土地利用管理建议，在城市功能分区规划调控、加强植被管理，提升生态系统碳汇能力，促进能源结构转型，降低土地利用碳排放强度等方面采取措施，促进城市土地利用的低碳可持续发展。
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