低碳目标导向的土地利用结构优化研究

张馨予　石培基

摘要：碳排放的一个重要因素是区域土地利用，土地利用结构的优化能够在一定程度上改变土地利用的碳源/汇格局。本文以甘肃省张掖市为案例区域探讨了低碳目标导向下地土地利用结构模式，提出土地利用低碳优化方案，并给出了政策建议。

关键词：土地利用规划；低碳；张掖市；优化

目前，全世界对气候变化的关注越来越密切，而中国的碳排放量已居世界第二，未来要保持可持续发展面临着向低碳转型的巨大挑战。[1]区域土地利用是引起碳排放的重要因素之一[2-3]，土地利用结构调整能在一定程度上改变土地利用的碳源/汇格局。[4]因此，从土地利用角度开展碳排放及其调控研究，对于构建低碳型土地利用格局、推动经济社会低碳发展具有重要意义。

1.研究区概况及数据来源

张掖市位于甘肃省西部，总面积39436.53平方公里，占全省总面积的8.67%。近年来，张掖市城市化水平逐年提高。为了与已有的《张掖市土地利用总体规划（2006-2020年）》作对比，本文研究的土地利用结构优化以2005年为基期，2020年为规划目标年。

2.研究过程

2.1线性规划模型

本研究根据张掖市的土地利用现状以及土地结构调整后的利用方向选取7种地类的面积作为变量，采用线性规划方法，建立土地利用结构优化模型。以各地类的面积乘以碳积蓄（碳排放）系数并求和作為模型的目标函数。公式如下：

Max F（Xct）=∑Xi × Cti（1）

Min F（Xce）=∑Xi× Cei（2）

式中，F（Xct）， F（Xce）分别代表总碳蓄积量和总碳排放量这两个目标函数；Cti，Cei分别代表2020年第i 类土地利用方式的碳蓄积系数和碳排放系数。

2.2 模糊约束条件

根据《张掖市土地利用总体规划（2006—2020）》的主要约束目标和张掖的实际情况，构建各个变量的约束方程。假设X1-7分别为耕地，园地，林地，牧草地，建设用地，水域，其他用地。首先，各类土地面积之和应等于张掖市土地总面积，即：∑Xi =3943653hm2 （Xi>0）。根据《总体规划》的约束指标，2020年耕地面积应不低于252000hm2。由于建设用地的占用，耕地面积会有一定程度的减少。以2015年耕地面积为上限，设定约束条件为：252000hm2

3.计算结果及分析

3.1 土地利用总体规划方案的碳效应评估结果分析

本文用不同生态系统的各碳库的平均碳密度乘以相应地面积后求得某特定区域的总碳库的碳蓄积量。碳排放量利用碳排放系数乘以不同土地利用类型面积估算。张掖市2020年规划方案的碳排放量为1439.84万吨，比2005年增长了332.57万吨。根据表格可知，主要归因于建设用地碳排放的大幅增长。在碳蓄积量上，与2005年规划基期年相比，张掖市2020年为37110.64，比2005年增加了246.88万吨。总体而言，土地利用总体规划方案虽然使区域的总碳蓄积量有所提升，但是方案带来的碳排放量却远大于碳蓄积量的增加值。

3.2基于低碳目标的土地利用结构优化研究

根据前文中土地利用结构优化模型式（1）和式（2），采用Lingo软件进行求解，可得到2020年基于碳蓄积最大化和碳排放最小化的土地利用优化方案。以下简称方案I和方案II。

（1）碳蓄积量估算。方案I 的总碳蓄积量为49527.12万吨，比张掖市2020年规划方案的碳蓄积多12416.48万吨，由此可看出，土地利用结构优化的碳蓄积潜力非常大。该方案不仅使得碳蓄积的提升，也保证了建设用地的适度增长。（2）碳排放量估算。方案II的碳排放总量比张掖市2020年规划方案减少了115.21万吨，起到了较好地碳减排效果。因此，优化方案II着力通过增加耕地、牧草地，林地的面积，同时控制建设用地面积的增长来实现。

4.结论及讨论

（1）本文以张掖市为研究区域，基于碳蓄积量最大和碳排放量最小化建立了区域土地利用结构的模糊线性规划模型，通过数据分析表明碳蓄积最大化以及碳排放量最小化目标优解基本吻合，相比原2020年规划方案，张掖市碳蓄积量增加12416.48，碳排放量减少115.21，有利于土地资源的合理利用以及可持续发展。（2）通过对张掖市2005年、2015年、2020年规划年的碳蓄积量和碳排放量进行估算，结果表明建设用地、林地、耕地和牧草地对陆地生态系统影响较大。而建设用地关系最为密切，所以合理开发利用建设用地非常关键。