松嫩平原肇源縣土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化研究

路 昌,雷國(guó)平,周 浩,宋嘉藝,蘇成信

(1.東北大學(xué) 土地管理研究所,沈陽(yáng) 110169; 2.東北大學(xué) 工商管理學(xué)院,沈陽(yáng) 110169)

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松嫩平原肇源縣土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化研究

路 昌1,雷國(guó)平1,周 浩1,宋嘉藝2,蘇成信1

(1.東北大學(xué) 土地管理研究所,沈陽(yáng) 110169; 2.東北大學(xué) 工商管理學(xué)院,沈陽(yáng) 110169)

土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)型發(fā)展模式的關(guān)鍵途徑之一，以松嫩平原區(qū)肇源縣為研究對(duì)象，從經(jīng)濟(jì)效益最大化和土地碳排放量最小化兩方面出發(fā)，基于多目標(biāo)規(guī)劃方法，得到了2020年肇源縣土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化方案并進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果顯示：低碳優(yōu)化方案中，農(nóng)用地、建設(shè)用地和未利用土地相對(duì)面積比例依次為65.60%，7.24%和27.16%，與規(guī)劃方案相比，碳排放量共減少2.62萬(wàn)t，對(duì)應(yīng)經(jīng)濟(jì)效益增加量2.45億元，與2005年相比，單位GDP碳排放強(qiáng)度下降46%，有效實(shí)現(xiàn)了碳減排目標(biāo)。優(yōu)化方案中，建設(shè)用地是最主要的碳源，其碳排放量占總量的98%以上；最主要的碳匯是林地和水域，二者碳吸收量之和為89%以上。以上結(jié)果表明以經(jīng)濟(jì)效益最大化和土地利用碳排放最小化為目標(biāo)的土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化方案可以較好地兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，并有效減少城市碳排放量。研究為該地區(qū)未來(lái)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供指導(dǎo)意義。

低碳; 土地利用; 結(jié)構(gòu)優(yōu)化; 松嫩平原; 肇源縣

土地利用/覆蓋變化作為全球氣候變暖的重要原因之一[1]，其通過(guò)影響碳源/匯格局[2]改變生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過(guò)程，是僅次于化石燃料燃燒的第二大因素。研究土地利用格局變化及其引起的碳平衡效應(yīng)，從優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)“低排放”、“高效率”和“高效益”的低碳經(jīng)濟(jì)型土地利用模式[3]具有重要現(xiàn)實(shí)意義。土地利用類型變化與碳排放之間相互影響關(guān)系已成為土地學(xué)科領(lǐng)域研究的重要課題，對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)低碳優(yōu)化的相關(guān)研究也逐漸深入。如何通過(guò)土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整降低碳排放，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展已成為學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，而在研究尺度上，學(xué)者多從國(guó)家、省市和縣域尺度上進(jìn)行研究[4-6]，在研究區(qū)域上，多集中于江蘇[2,7]、江西[8]、河南[9]、甘肅[10]、湖北[11]等中南部發(fā)達(dá)地區(qū)，而圍繞東北高緯度地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化研究較少，在低碳優(yōu)化研究的方法上，多為線性規(guī)劃法[2,9]、粒子群算法[3]、模糊線性規(guī)劃法[10]、多目標(biāo)線性規(guī)劃法[12]等方法。

松嫩平原黑土面積占我國(guó)國(guó)土面積的0.67%，有機(jī)碳儲(chǔ)量卻占陸地土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量的1.53%，松嫩平原是比較大的土壤有機(jī)碳庫(kù)[13]。作為我國(guó)重要的商品糧基地，自建國(guó)以來(lái)，由于自然因素和人為因素的影響，該地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化劇烈，已經(jīng)出現(xiàn)如濕地減少、湖泊萎縮、土壤退化、沙化和鹽堿化等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[14]，并造成陸地生態(tài)系統(tǒng)碳吸收能力的迅速下降，嚴(yán)重制約著區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。而土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整是實(shí)現(xiàn)該地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量增加和碳排放量減少的關(guān)鍵途徑之一[15]。黑龍江省肇源縣位于松嫩平原中部地帶，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以農(nóng)業(yè)種植和加工為主，具有較強(qiáng)的地區(qū)代表性，研究嘗試從經(jīng)濟(jì)效益最大化和碳排放量最小化兩方面出發(fā)，通過(guò)構(gòu)建多目標(biāo)線性規(guī)劃模型，研究未來(lái)該地區(qū)低碳優(yōu)化的最佳方案，對(duì)于下一輪土地利用總體規(guī)劃的制定，改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)地區(qū)土地資源的可持續(xù)發(fā)展有著重要的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

1　研究區(qū)概況

松嫩平原位于我國(guó)東北部，黑龍江省西南部，屬于松遼平原一部分，南部屬?zèng)_積平原，北部為小興安嶺向松嫩平原過(guò)渡地帶，是我國(guó)重要的商品糧基地之一。位于其西南部的肇源縣是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)大縣，其隸屬于黑龍江省大慶市，共轄8個(gè)鎮(zhèn)、8個(gè)鄉(xiāng)以及隸屬于綏化農(nóng)墾的部分地區(qū)(包括立陡山良種場(chǎng)、新立良種場(chǎng)等農(nóng)林牧漁場(chǎng))，地理位置為45°23′—45°59′N，123°47′—125°45′E，位于松花江和嫩江左岸。肇源縣屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤肥沃，適宜水稻種植。2010年，全縣人口約為47.7萬(wàn)，土地總面積41.15萬(wàn)hm2，地區(qū)生產(chǎn)總值88.6億元，整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以第一和第二產(chǎn)業(yè)為主，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為31∶47∶22。土地利用結(jié)構(gòu)上以農(nóng)用地為主，面積為26.74萬(wàn)hm2，占土地總面積的65.18%，其中耕地比重最大，相對(duì)面積比例達(dá)63.66%，而由于地勢(shì)低洼、水流不暢和氣候等原因，肇源縣形成了面積較廣的未利用地和濕地，其中，鹽堿地和沼澤地分別占土地總面積的8.92%和3.47%。

2　數(shù)據(jù)與方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)主要為相關(guān)文本和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中土地利用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)主要來(lái)自于《肇源縣土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》(以下簡(jiǎn)稱“總體規(guī)劃”)和肇源縣土地利用變更數(shù)據(jù)。人口、糧食單產(chǎn)、人均建設(shè)用地、化石能源消耗量等社會(huì)經(jīng)濟(jì)類數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《大慶統(tǒng)計(jì)年鑒》、《大慶市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》、《肇源縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》(以下簡(jiǎn)稱“十二五規(guī)劃”)、《大慶市城市總體規(guī)劃2002—2020年》(以下簡(jiǎn)稱“城市規(guī)劃”)。

2.2研究方法

在土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化研究中，目標(biāo)函數(shù)需綜合考慮生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)3方面影響，一般線性規(guī)劃模型難以很好地解決多個(gè)目標(biāo)之間的相互沖突，而多目標(biāo)線性規(guī)劃模型應(yīng)用更為成熟并且彌補(bǔ)了一般線性規(guī)劃模型的不足，具有很強(qiáng)地解決多個(gè)目標(biāo)問(wèn)題的能力和良好的適用性、靈活性。多目標(biāo)線性規(guī)劃模型最突出的優(yōu)點(diǎn)就是首先對(duì)各個(gè)目標(biāo)進(jìn)行分級(jí)然后再逐級(jí)進(jìn)行優(yōu)化，符合解決問(wèn)題最基本的思路，具有很好的邏輯性和合理性。因此，針對(duì)肇源縣的土地利用結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，本文采用模型法中的多目標(biāo)線性規(guī)劃模型對(duì)土地利用系統(tǒng)進(jìn)行低碳優(yōu)化建模[16]。

模型的基本表達(dá)式為：

i=1,2,…,m

(1)

式中：f(x)為目標(biāo)函數(shù)；xj為各種類型土地面積；cj為系數(shù)；aij為約束系數(shù)；bi為約束常數(shù)；m為階數(shù)，表示約束條件個(gè)數(shù)；n為維數(shù)，表示決策變量個(gè)數(shù)。

3　土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化模型建立

3.1模型變量的確定

根據(jù)研究區(qū)土地利用方式及本研究需要，以2005年為基期年，2020年為規(guī)劃目標(biāo)年，共設(shè)7個(gè)變量：耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水域、其他土地，根據(jù)“總體規(guī)劃”得到土地利用結(jié)構(gòu)變化情況(表1)。

表1　2006-2020年肇源縣土地利用總體規(guī)劃方案

3.2目標(biāo)函數(shù)的確定

土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化的目標(biāo)，應(yīng)是兼顧經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益的綜合性目標(biāo)。因此，選擇經(jīng)濟(jì)效益最大化和碳排放量最小化作為目標(biāo)函數(shù)，碳排放效益目標(biāo)反映的是生態(tài)效益，而社會(huì)效益通過(guò)構(gòu)建約束條件進(jìn)行體現(xiàn)。

(1)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)是通過(guò)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化，據(jù)此設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)。依據(jù)地區(qū)實(shí)際情形，應(yīng)用專家打分法和綜合平衡法，確定肇源縣各類用地對(duì)GDP的貢獻(xiàn)率，即相對(duì)權(quán)益系數(shù)，其中其他土地的用地效益很低，視為0參與評(píng)判[17-18]。根據(jù)2005年和2010年該地區(qū)主要糧食作物(玉米、水稻和大豆)的單產(chǎn)和價(jià)格，確定耕地總效益，進(jìn)而計(jì)算得出對(duì)應(yīng)年份的耕地效益，分別為7 532，10 047元/hm2，選取GM(1,1)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到2020年肇源縣耕地的產(chǎn)出效益為17 258元/hm2，K×0.1207=17258，確定常數(shù)K為142 983元/hm2，將其與各地類的相對(duì)權(quán)益系數(shù)相乘得到相應(yīng)的單位面積產(chǎn)出效益，且將其他土地的權(quán)益系數(shù)設(shè)為1(表2)，最終求得目標(biāo)函數(shù)如下：

(2)

表2　肇源縣各土地利用類型的權(quán)益系數(shù)和經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)

(2)碳排放效益目標(biāo)。碳排放效益目標(biāo)是通過(guò)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)達(dá)到碳排放量最小化，據(jù)此設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)。由于耕地、園地、林地、草地、水域和其他土地的本身特性，在一定時(shí)期內(nèi)，碳排放率和吸收率變化較小，為便于研究，設(shè)定研究期間內(nèi)其數(shù)值為定值。依據(jù)相關(guān)學(xué)者研究成果和本文前期工作基礎(chǔ)[19-21]，確定各土地利用類型碳排放率和吸收率[耕地碳排放率為0.497 t/(hm2·a)，園地碳吸收率為0.581 t/(hm2·a)，林地碳吸收率為0.581 t/(hm2·a)，草地碳吸收率為0.021 t/(hm2·a)，水域碳吸收率為0.248 t/(hm2·a)，其他土地的碳吸收率為0.005 t/(hm2·a)]。建設(shè)用地碳排放量的計(jì)算采取間接估算法，通過(guò)其利用過(guò)程中各種化石能源消耗的碳排放系數(shù)進(jìn)行間接估算而得到，其中標(biāo)準(zhǔn)煤轉(zhuǎn)換系數(shù)來(lái)自于《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，碳排放系數(shù)來(lái)自于IPCC《國(guó)家溫室氣體排放清單指南》(2006年)(表3)。研究區(qū)在土地利用過(guò)程中消耗的化石能源量是動(dòng)態(tài)變化的，建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度也勢(shì)必會(huì)發(fā)生變化，因此，需要對(duì)肇源縣2020年建設(shè)用地的碳排放強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。依據(jù)2001—2010年肇源縣化石能源消耗量計(jì)算出建設(shè)用地碳排放量，用建設(shè)用地碳排放量除以建設(shè)用地面積得到建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度(表4)。根據(jù)2001—2010年的變化情況，采用最小二乘法進(jìn)行預(yù)測(cè)，最終得到2020年建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度預(yù)測(cè)值，為154.44 t/hm2。根據(jù)上述計(jì)算，最終得出2005年、2010年和2020年研究區(qū)各土地利用類型碳排放強(qiáng)度系數(shù)(表5)，求得碳排放量最小化目標(biāo)函數(shù)如下：

minf2(x)=0.497x1-0.581x2-0.581x3-0.021x4+154.44x5-0.248x6-0.005x7

(3)

表3　各種能源的標(biāo)準(zhǔn)煤轉(zhuǎn)換系數(shù)和碳排放系數(shù)

表4　2001-2010年肇源縣建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度變化情況

表5　肇源縣各土地利用類型碳排放強(qiáng)度系數(shù)　 t/hm2

3.3約束條件的確定

研究根據(jù)肇源縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)、土地利用實(shí)際情況，綜合考慮多目標(biāo)線性規(guī)劃模型的相關(guān)要求，共設(shè)9個(gè)約束條件，結(jié)合“總體規(guī)劃”確定約束目標(biāo)年為2020年。約束系數(shù)aij和約束常數(shù)bi采用趨勢(shì)預(yù)測(cè)和灰色預(yù)測(cè)GM(1,1)等多種方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)途中綜合考慮“總體規(guī)劃”、“十二五規(guī)劃”和“城市規(guī)劃”。

(1)土地總面積約束。各地類面積之和應(yīng)等于土地總面積，地類面積應(yīng)為正數(shù)。即：

(4)

(2)人口總量約束。人口是影響土地利用結(jié)構(gòu)的主要因素，人口數(shù)量的變化決定了未來(lái)各類用地需求量。農(nóng)用地和城鎮(zhèn)用地承載的人口應(yīng)控制在2020年預(yù)測(cè)人口之內(nèi)，根據(jù)“城市規(guī)劃”，肇源縣2020年城鎮(zhèn)化水平預(yù)測(cè)值為25%；總?cè)丝陬A(yù)測(cè)值為52萬(wàn)人，其中城鎮(zhèn)人口13萬(wàn)人，農(nóng)村人口39萬(wàn)人；農(nóng)用地的平均人口密度預(yù)測(cè)值為0.15人/hm2，建設(shè)用地平均人口密度預(yù)測(cè)值為12.5人/hm2。即：

0.15(x1+x2+x3+x4)+12.5x5≤520000

(5)

(3)耕地面積約束。根據(jù)“總體規(guī)劃”的約束性指標(biāo)，到2020年耕地保有量不得低于129 518 hm2，肇源縣作為全國(guó)商品糧基地縣之一，農(nóng)業(yè)種植業(yè)是支柱產(chǎn)業(yè)，土地開(kāi)發(fā)整理補(bǔ)充耕地，耕地將呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。根據(jù)2005—2010年耕地變化趨勢(shì)得到2020年預(yù)測(cè)值為144 108 hm2，將其設(shè)為上限，規(guī)劃目標(biāo)值設(shè)為下限，建立耕地保護(hù)約束方程。即：

129518 hm2≤x1≤144108 hm2

(6)

(4)園地面積約束。根據(jù)“十二五規(guī)劃”，肇源縣未來(lái)將逐漸擴(kuò)大園地面積，推廣種植一定規(guī)模的耐鹽堿瘠薄的果樹(shù)品種，園地將呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此將“總體規(guī)劃”中2020年園地面積規(guī)劃目標(biāo)值1 906 hm2設(shè)為上限，2010年現(xiàn)狀面積1 646 hm2設(shè)為下限，即：

1646 hm2≤x2≤1906 hm2

(7)

(5)林地面積約束。根據(jù)“十二五規(guī)劃”，肇源縣森林覆蓋率將由2010年的6.9%提高到2015年的10%，規(guī)劃期內(nèi)將加大生態(tài)廊道防護(hù)林建設(shè)力度，研究區(qū)林地面積會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。通過(guò)趨勢(shì)預(yù)測(cè)得出林地面積2020年為53 495 hm2，高于“總體規(guī)劃”中2020年規(guī)劃目標(biāo)值32 259 hm2。因此將林地2020年預(yù)測(cè)值設(shè)為上限，規(guī)劃目標(biāo)值設(shè)為下限，即：

32259 hm2≤x3≤53495 hm2

(8)

(6)草地面積約束。肇源縣地處干旱區(qū)地帶，水土流失土壤荒漠化嚴(yán)重，根據(jù)2005—2010年草地變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)草地面積在規(guī)劃期內(nèi)將呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)，2010年草地面積98 816 hm2設(shè)為上限，2020年草地規(guī)劃目標(biāo)值95 245 hm2設(shè)為下限，即：

95245 hm2≤x4≤98816 hm2

(9)

(7)建設(shè)用地約束。根據(jù)“城市規(guī)劃”，2020年建設(shè)用地總面積增長(zhǎng)5%以內(nèi)，隨著肇源縣城市化進(jìn)程的加快，總?cè)丝诩俺擎?zhèn)人口不斷增加，建設(shè)用地面積將不斷增加，2020年建設(shè)用地預(yù)測(cè)值為30 508 hm2，設(shè)為上限?！翱傮w規(guī)劃”中2010年建設(shè)用地現(xiàn)狀值29 055 hm2設(shè)為下限，即：

29055 hm2≤x5≤30508 hm2

(10)

(8)水域面積約束。根據(jù)2001—2010年水域的變化情況，預(yù)測(cè)2010—2020年，水域面積將持續(xù)減少，減少幅度為5%～10%，即：

45042 hm2≤x6≤47545 hm2

(11)

(9)其他土地約束。在肇源縣的其他土地中，大部分為鹽堿地、荒草地、沙地等。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，土地利用率不斷提高，城市的建設(shè)會(huì)占用一部分的未利用土地，其他土地面積會(huì)逐漸減少。根據(jù)2001—2010年其他土地的變化情況，通過(guò)線性回歸預(yù)測(cè)，到2020年肇源縣其他土地面積約為66 719 hm2，設(shè)為下限，2010年現(xiàn)狀值74 310 hm2設(shè)為上限，即：

66719 hm2≤x7≤74310 hm2

(12)

4　結(jié)果與分析

4.1優(yōu)化結(jié)果與分析

在多目標(biāo)線性規(guī)劃問(wèn)題求解方法中，理想點(diǎn)法能夠把多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)單目標(biāo)問(wèn)題然后用相對(duì)簡(jiǎn)單的決策方法進(jìn)行求解[22]，本研究采用理想點(diǎn)法，借助LINGO 11.0軟件進(jìn)行肇源縣未來(lái)土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表6。

表6　肇源縣土地利用總體規(guī)劃方案與優(yōu)化方案的地類結(jié)構(gòu)對(duì)比

與“總體規(guī)劃”中制定的2020年規(guī)劃方案相比，2020年低碳優(yōu)化方案差異較為明顯，具體為耕地和林地面積將會(huì)高于規(guī)劃方案中的對(duì)應(yīng)地類面積，其中耕地面積將達(dá)到134 799 hm2，相對(duì)于規(guī)劃方案增加5 281 hm2，而林地面積將會(huì)變?yōu)?8 267 hm2，增加幅度達(dá)到最大的6 008 hm2，相對(duì)面積變化比例為1.46%；在低碳優(yōu)化方案中，未來(lái)園地、建設(shè)用地、水域和其他土地面積將會(huì)小于規(guī)劃方案，尤以其他土地最為明顯，低碳優(yōu)化方案中，其面積將會(huì)由2020年的規(guī)劃方案的72 560 hm2下降至66 719 hm2，變化幅度為5 841 hm2，其次為水域用地，在規(guī)劃方案中，其用地面積為50 047 hm2，而在低碳優(yōu)化方案其面積將會(huì)將為45 042 hm2，園地和建設(shè)用地由于基期面積小，與規(guī)劃方案面積相比，二者在低碳優(yōu)化方案中下降幅度較小，分別為260，183 hm2；規(guī)劃方案中的草地面積和低碳優(yōu)化方案中的面積相等，均為95 245 hm2。

4.2優(yōu)化方案分析

結(jié)合表4和表5確定的各年份經(jīng)濟(jì)效益和碳排放相關(guān)系數(shù)，計(jì)算得到肇源縣土地利用總體規(guī)劃方案和低碳優(yōu)化方案各地類的經(jīng)濟(jì)效益和碳排放結(jié)果(表7—8)。

表7　肇源縣土地利用總體規(guī)劃方案與優(yōu)化方案的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比　萬(wàn)元

表8　肇源縣土地利用總體規(guī)劃方案與優(yōu)化方案的碳排放量對(duì)比　萬(wàn)t

在經(jīng)濟(jì)效益結(jié)構(gòu)方面，規(guī)劃方案與優(yōu)化方案結(jié)構(gòu)基本一致，具體表現(xiàn)為：建設(shè)用地是效益貢獻(xiàn)率最大的地類，占比均超過(guò)50%；其次是耕地，為35%以上，建設(shè)用地和耕地之和占比超過(guò)88%；其余地類占比較小。經(jīng)濟(jì)效益總量方面，2020年優(yōu)化方案的經(jīng)濟(jì)效益61.01億元，相比于規(guī)劃方案的59.94億元，增加幅度2.45億元，但比現(xiàn)狀中的34.13億元增加26.88億元，經(jīng)濟(jì)效益增加的主要來(lái)源途徑為耕地面積的增加，表明在保障經(jīng)濟(jì)效益方面，優(yōu)化方案不僅優(yōu)于規(guī)劃方案，而且優(yōu)于現(xiàn)狀方案，優(yōu)化方案可以很好的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。

在碳排放結(jié)構(gòu)方面，規(guī)劃方案與優(yōu)化方案結(jié)構(gòu)基本一致，具體表現(xiàn)為，碳排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳吸收量，其中建設(shè)用地是最主要的碳源，占比均高于98%；林地和水域是最主要的碳匯，兩者之和占碳吸收總量均高于89%，林地占碳吸收總量的比例逐年提高，而水域則逐年下降。碳排放總量方面，優(yōu)化方案碳排放量為437.56萬(wàn)t，比規(guī)劃方案的440.18萬(wàn)t減少2.62萬(wàn)t，表明在低碳排放方面，優(yōu)化方案優(yōu)于規(guī)劃方案，優(yōu)化方案可以更好地實(shí)現(xiàn)低碳效益目標(biāo)。優(yōu)化方案和規(guī)劃方案碳排放量均遠(yuǎn)高于現(xiàn)狀方案，原因在于研究期間內(nèi)肇源縣建設(shè)用地面積的增加，以及地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度的大幅增長(zhǎng)。

單位GDP碳排放強(qiáng)度方面，在《國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化規(guī)劃(2014—2020年)》中，我國(guó)承諾到2020年，中國(guó)單位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%。肇源縣2005年單位GDP碳排放強(qiáng)度為13.18 t/萬(wàn)元，而2020年規(guī)劃方案為7.34 t/萬(wàn)元，2020年優(yōu)化方案為7.17 t/萬(wàn)元，與2005年相比分別下降了44%和46%，兩方案均可以實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)，但優(yōu)化方案下降幅度更大，碳減排能力更強(qiáng)(圖1)。

圖1　肇源縣土地利用總體規(guī)劃方案與優(yōu)化方案的碳排放強(qiáng)度對(duì)比

綜上所述，優(yōu)化方案比“總體規(guī)劃”方案更能有效地實(shí)現(xiàn)耕地保護(hù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和控制建設(shè)用地等各項(xiàng)土地可持續(xù)利用目標(biāo)。

5　結(jié) 論

(1)2020年土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化方案中，農(nóng)用地、建設(shè)用地和未利用土地面積分別為269 957，29 781，111 761 hm2，相對(duì)面積比例65.60%，7.24%，27.16%。與2020年肇源縣土地利用結(jié)構(gòu)規(guī)劃方案相比，優(yōu)化方案中增加最多的是林地，增加的面積占土地總面積的1.46%；其次是耕地，增加了1.29%；減少最多的是其他土地，減少1.43%。

(2)低碳優(yōu)化方案與2020年規(guī)劃方案相比，低碳優(yōu)化方案碳排放量可減少2.62萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)效益可增加2.45億元，單位GDP碳排放強(qiáng)度比2005年下降46%，有效地實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)。表明研究構(gòu)建出的多目標(biāo)線性規(guī)劃模型所得到的優(yōu)化方案既能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)，也能實(shí)現(xiàn)低碳效益目標(biāo)。

(3)對(duì)規(guī)劃方案和優(yōu)化方案碳排放量構(gòu)成的綜合分析，肇源縣最主要的碳源是建設(shè)用地，碳排放量占比均高于98%；最主要的碳匯是林地和水域，兩者之和的碳吸收量占比均高于89%。在未來(lái)的城市發(fā)展中，應(yīng)嚴(yán)格控制建設(shè)用地增長(zhǎng)速度，轉(zhuǎn)變城市未來(lái)發(fā)展方向，充分發(fā)掘城市內(nèi)部發(fā)展?jié)摿?，由現(xiàn)階段無(wú)序盲目擴(kuò)張轉(zhuǎn)向高效有序發(fā)展，減少新增建設(shè)用地。在保護(hù)濕地的前提下，提高森林覆蓋率，改善生態(tài)環(huán)

境，建立立體復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

研究結(jié)果表明，以經(jīng)濟(jì)效益最大化和土地利用碳排放最小化作為目標(biāo)函數(shù)，建立多目標(biāo)線性規(guī)劃模型，得到的土地利用結(jié)構(gòu)低碳優(yōu)化方案可以很好地兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，對(duì)今后肇源縣的土地利用及規(guī)劃具有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。但由于研究只是在縣域尺度上對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行低碳優(yōu)化分析，缺乏更大范圍和更深層次的優(yōu)化模型設(shè)計(jì)研究，因此，綜合考慮多個(gè)尺度，對(duì)區(qū)域低碳優(yōu)化進(jìn)行全面的分析，將是下一步研究的方向和重點(diǎn)。

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Study on Optimization of Low Carbon-Based Land Use Structure in Zhaoyuan County of Songnen Plain

LU Chang1,LEI Guoping1,ZHOU Hao1,SONG Jiayi2,SU Chengxin1

(1.Institue of Land Management,Northeast University,Shenyang 110169, China; 2.School of Business Administration,Northeast University,Shenyang 110169,China)

Land use structure adjustment is one of the key ways to realize low carbon economic development model.In this study,we used the multi-objective linear programming method to establish two objective functions,the maximum economic benefits of land use and carbon emissions minimization of land use,to pick out the low carbon optimization scheme of land use structure optimization of Zhaoyuan County in 2020,and performed the comparison analysis.The results are as follows：according to 2020 low carbon optimization scheme,areas of farm land,construction land and unused land account for 65.60%,7.24%,and 27.16% of the total land area respectively.Compared with the planning scheme,carbon emissions can be reduced by 26 200 t,the economic benefits increase 245 million Yuan.Compared with 2005,the per unit GDP carbon emission intensity decreased by 46%,the carbon reduction target had be realized effectively.In the optimization scheme,construction land is the main source of carbon emissions accounting for more than 98%; the most important carbon sinks are woodland and water,both of which the sum of carbon sequestration account for more than 89%.The results show that establishing the maximize economic benefits of land use and carbon emissions minimization as the objective function,and the low carbon optimization scheme can be very good in both economic and ecological benefits of land use structure of the city,reduce carbon emissions,and provide guidance for the future economic development of this region.

low carbon; land use; structure optimization; Songnen Plain; Zhaoyuan County

2015-11-06

2015-11-17

黑國(guó)土科研“基于二調(diào)成果的黑龍江省耕地及后備資源調(diào)查評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)利用研究”(201411)；黑國(guó)土科研“兩大平原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)土地管理制度創(chuàng)新研究”(201414)

路昌(1990—)，男，山東臨沂人，博士研究生，研究方向?yàn)橥恋乩门c規(guī)劃。E-mail:chang20081990@126.com

雷國(guó)平(1963—)，男，黑龍江青岡人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事土地利用與規(guī)劃研究。E-mail:guopinglei@126.com

F301.24

A

1005-3409(2016)05-0310-06