鞏義市用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化對碳儲量的影響

摘要：建立了基于低碳導(dǎo)向的鞏義市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，并采用情景模擬方法，研究了鞏義市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及用地效率改變對碳儲量的影響。結(jié)果表明，①2011—2018年，鞏義市各土地利用類型面積均出現(xiàn)顯著變化，并造成了碳儲量的明顯變化。8年間，耕地碳儲量從412.27萬t下降到405.41萬t，林地和草地也分別下降了4.67萬t和2.64萬t；耕地向建設(shè)用地的流出造成土壤和植被碳儲量的顯著減少，幅度分別為7.70萬t和2.46萬t，說明建設(shè)占用耕地除了造成最直接的地面植被碳儲量的減少外，對土壤碳儲量的影響更為巨大。②經(jīng)過土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化，各土地利用類型的總碳儲量比基期年增加了64.16萬t，與2030年自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)相比增加了78.97萬t，說明在總土地面積固定的情況下，土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以提升區(qū)域總體碳儲量。③用地效率提升情景模擬結(jié)果顯示，耕地和林地的用地效率提升后，耕地碳儲量提升了23.40萬t，林地提升了142.43萬t，總體碳儲量提升165.83萬t；與自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)下的2030年相比耕地碳儲量提升了21.41萬t，林地提升了225.72萬t，總體碳儲量提升244.80萬t，說明在土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化基礎(chǔ)上，用地效率的提升可以進(jìn)一步增加土地利用類型的碳儲量?？梢娡恋乩媒Y(jié)構(gòu)優(yōu)化和用地效率提升均可以對區(qū)域碳儲量的變化起到促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化；碳儲量；固碳效應(yīng)；情景模擬；鞏義市

中圖分類號：F301.21；S181" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " " "文章編號：0439-8114（2025）02-0075-09

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2025.02.012 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract：The optimization model of land use structure in Gongyi City aiming at low carbon emission was established. The effects of land use structure optimization and land use efficiency change on carbon storage in Gongyi City were studied by the scenario simulation method. The results showed that，① from 2011 to 2018， the area of all land use types in Gongyi City showed significant changes， which resulted in significant changes in carbon storage. In 8 years， the carbon storage of cultivated land decreased from 4 122 700 tons to 4 054 100 tons， and that of forest land and grassland also decreased by 46 700 tons and 26 400 tons， respectively. The outflow of cultivated land to construction land resulted in a significant decrease in soil and vegetation carbon stocks， with a range of 77 700 tons and 24 600 tons. It showed that the conversion of cultivated land to construction land not only reduced the carbon storage of vegetation， but also had a greater impact on soil carbon storage. ② After the optimization of land use structure， the total carbon storage of each land use type increased by 641 600 tons compared with the base period. This was an increase of 789 700 tons compared to the natural development in 2030. It showed that the optimization of land use structure could improve the regional total carbon storage when the total land area was fixed. ③ The simulation results of land use efficiency improvement scenario showed that after land use efficiency improvement of cultivated land and forest land， carbon storage of cultivated land increased by 234 000 tons， forest land increased by" " " 1 424 300 tons， and overall carbon storage increased by 1 658 300 tons. Compared with 2030 under the state of natural development， the carbon storage of cultivated land increased by 214 100 tons， the forest land increased by 2 257 200 tons， and the overall carbon storage increased by 2 448 000 tons. It showed that on the basis of the optimization of land use structure， the improvement of land use efficiency could further increase the carbon storage of land use type. It could be seen that the optimization of land use structure and the improvement of land use efficiency could play a positive role in promoting the change of regional carbon stocks.

近一個世紀(jì)以來，全球氣候變化明顯，并以變暖為顯著特征，其主要原因?yàn)楣I(yè)革命以來化石燃料的大量燃燒和土地的不可持續(xù)利用行為造成大氣CO2濃度不斷升高［1，2］。研究表明，土地利用變化對于維持和改善陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)至關(guān)重要［3，4］，土地利用類型發(fā)生改變后，其土地生態(tài)系統(tǒng)也隨之發(fā)生改變，而不同土地生態(tài)系統(tǒng)類型間碳密度存在差異，使得土地利用變化成為了引起大氣CO2含量增加的重要原因［5］。人類活動引起了地球表面近50%的土地利用變化［6，7］，除化石能源燃燒以外，土地利用變化已經(jīng)成為碳排放的重要來源［8］，采取優(yōu)化的土地利用結(jié)構(gòu)和管理方式，能回收約60%以上的碳［9］。因此，研究土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化下的區(qū)域碳儲量變化，對土地管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施的制定具有參考價值。多項(xiàng)研究表明，土地利用結(jié)構(gòu)的變化以及用地效率的變化均會影響碳循環(huán)［10-13］，但將兩者納入到同一個分析框架下，共同實(shí)現(xiàn)土地利用碳減排增匯的研究不多。本研究將土地管理方式變化（土地利用效率變化）應(yīng)用于土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，增加了用地效率對土地利用碳儲量的影響研究，以探索土地利用結(jié)構(gòu)及用地效率協(xié)同變化下區(qū)域土壤碳儲量的變化。

鞏義市位于黃河中下游，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市建設(shè)均處于快速發(fā)展階段，社會與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使鞏義市土地利用結(jié)構(gòu)和格局變化顯著，并對區(qū)域碳儲量也產(chǎn)生了深刻影響，不合理的土地利用結(jié)構(gòu)和方式將會帶來大量的碳排放，并進(jìn)一步影響生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會健康發(fā)展。因此，本研究通過構(gòu)建低碳導(dǎo)向的用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，探索以碳儲量最大化為目標(biāo)的土地利用結(jié)構(gòu)及用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化對區(qū)域碳匯能力的影響程度，在此基礎(chǔ)上提出基于用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化的碳匯能力提升對策，研究結(jié)果可為河南省實(shí)現(xiàn)碳中和的途徑提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

鞏義市地處河南省中部，伊洛河與黃河在此匯流，土地面積1 042.56 km2（圖1）。鞏義市地貌由山地、丘陵和河谷平原三大基本單元構(gòu)成，地域差異十分明顯，自東南向西北依次為山地、丘陵和河谷平原。鞏義市面積較大的3種土地利用類型分別為林地、耕地和建設(shè)用地，分別占總土地面積的40%、23%、23%（圖2）。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究所使用的土地利用數(shù)據(jù)中，2011年數(shù)據(jù)來自于鞏義市耕地質(zhì)量補(bǔ)充完善成果，2012—2018年數(shù)據(jù)源自鞏義市各年度耕地質(zhì)量等別年度更新成果，“三調(diào)”之后2020—2022年數(shù)據(jù)源自耕地資源質(zhì)量分類及各年度更新數(shù)據(jù)。社會經(jīng)濟(jì)類數(shù)據(jù)來自于《河南省統(tǒng)計年鑒》（2018—2022年）。各土地利用類型的限制性指標(biāo)來自《鞏義市國土空間總體規(guī)劃（2021—2035年）》，以下簡稱《規(guī)劃》。

1.3 研究方法

1.3.1 研究區(qū)各土地利用類型碳儲量核算 生態(tài)系統(tǒng)碳儲量可劃分為地上生物碳、地下生物碳、土壤碳、死亡有機(jī)碳4個基本碳庫，計算公式如下。

式中，[Ci]為i土地利用類型單位面積碳儲量之和（t/hm2）；[Cds]為地上生物量的碳密度（t/hm2）；[Cdx]為地下生物量的碳密度（t/hm2）；[Ctr]為土壤有機(jī)碳密度（t/hm2）；[Csw]為死亡有機(jī)物碳密度（t/hm2）；[CT]為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳儲量（t）；[Si]為某土地利用類型面積（hm2）。

本研究碳密度數(shù)據(jù)確定以國家生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心資源共享服務(wù)平臺的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳密度數(shù)據(jù)級的碳密度點(diǎn)數(shù)為基礎(chǔ)，經(jīng)插值獲取河南省各土地利用類型地上、地下及土壤碳密度，再利用已發(fā)表文獻(xiàn)中河南省及周邊臨近區(qū)域?qū)崪y數(shù)據(jù)進(jìn)行修正［10-16］，最后獲取研究區(qū)各土地利用類型的4個碳密度數(shù)據(jù)（表1）。

1.3.2 低碳目標(biāo)的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型 鞏義市低碳導(dǎo)向土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化決策模型采用灰色線性模型計算。

1）土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。目前應(yīng)用最廣的解決低碳導(dǎo)向的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題研究的模型為線性規(guī)劃模型，以碳儲量最大為目標(biāo)，設(shè)定如下。

式中，Xi為各土地利用類型面積；[αi]為各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳密度；F（x）為土地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量；max為碳蓄積最大化目標(biāo)函數(shù)。

2）設(shè)定決策變量。決策變量的設(shè)定以現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，結(jié)合鞏義市國土空間體規(guī)劃和相關(guān)要求，并體現(xiàn)研究區(qū)實(shí)際發(fā)展情況；變量的設(shè)置要具有綜合性和差異性，在地域空間上不能重疊；決策變量的設(shè)置具有可操縱性和可行性。

本研究設(shè)置7個決策變量X1，X2，…，X7，分別為耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水域、其他用地。

3）設(shè)置約束條件。本研究共設(shè)置了7個約束條件，均以鞏義市國土空間規(guī)劃目標(biāo)要求為依據(jù)，并結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀缓蜕鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r設(shè)置。

①土地利用總面積。據(jù)第三次土地利用現(xiàn)狀調(diào)查，鞏義市土地總面積為104 256.22 hm2，在不發(fā)生行政區(qū)劃變化的前提下，總面積基本保持不變。將鞏義市2035年總面積確定為104 256.22 hm2。

②耕地。依據(jù)《規(guī)劃》，將耕地下限的約束條件設(shè)置為《規(guī)劃》中的耕地保有量23 398 hm2。

③園地。依據(jù)《規(guī)劃》鞏義市園地面積不得低于3 024 hm2。

④林地。根據(jù)《規(guī)劃》，鞏義市林地面積需維持在42 640 hm2。

⑤草地。2020年鞏義市草地面積2 606 hm2，以坡度較大，自然條件較差的荒草地為主，基于對脆弱生態(tài)區(qū)生態(tài)保護(hù)的考慮，依據(jù)《規(guī)劃》，至2035年草地面積不得低于2 349 hm2。

⑥建設(shè)用地。根據(jù)《規(guī)劃》，鞏義市規(guī)劃至2035年將建設(shè)用地面積增加至27 731 hm2，占市域國土面積的26.60%。建設(shè)用地大幅擴(kuò)張會造成碳儲量大幅減少，故優(yōu)化模型需對建設(shè)用地面積進(jìn)行限制。根據(jù)《河南省統(tǒng)計年鑒》（2018年），河南省人均建設(shè)用地面積為235.24 m2/人，而鞏義市為274.09 m2/人，鞏義市建設(shè)用地集約程度低于全省平均水平，故將全省人均用地面積作為鞏義市建設(shè)用地面積的最小值，根據(jù)《規(guī)劃》，2030年鞏義市人口預(yù)測為100萬人，故將27 731 hm2設(shè)置為鞏義市2035年建設(shè)用地面積最大值，23 524 hm2為最小值。

⑦水域。鞏義市水域呈逐年減少趨勢，依據(jù)《規(guī)劃》，至2035年水域面積維持在4 090 hm2，故設(shè)置水域面積約束條件為不低于4 090 hm2。

⑧其他用地。鞏義市其他土地以田坎為主，其次為設(shè)施農(nóng)用地，根據(jù)鞏義市總面積及其他用地類型的約束條件，設(shè)置其他用地約束條件為不大于" " 1 097 hm2。

2 結(jié)果與分析

2.1 2011—2018年土地利用變化引起的研究區(qū)碳匯量變化

因第二次和第三次土地利用調(diào)查采用不同坐標(biāo)系統(tǒng)，無法進(jìn)行空間疊加分析，故本研究僅對時間段較長的2011—2018年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。表2為鞏義市2011—2018年各土地利用類型面積統(tǒng)計，2011—2018年，鞏義市各土地利用類型中建設(shè)用地和耕地面積變化最大，總體趨勢為建設(shè)用地面積逐年增加，耕地面積逐年減少。8年間建設(shè)用地面積增加了" " "1 388.37 hm2，使建設(shè)用地占總土地面積的比例從2010年的20.18%增加到2017年的21.51%；耕地面積從2011年的40 438.50 hm2減少到2018年的" 39 765.15 hm2，共減少了673.35 hm2；草地、林地也存在明顯的逐年減少趨勢；水域面積部分年份出現(xiàn)小幅增加，但總體仍呈減少趨勢；園地和其他用地面積雖然也有減少，但變化較小。

表3為鞏義市2011—2018年土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣，可知鞏義市耕地面積流失的1 076.20 hm2中，被建設(shè)用地占用的有1 040.77 hm2，占耕地總減少面積的97%；園地和林地減少的面積也主要流入建設(shè)用地；草地共減少了205.77 hm2，其中131.72 hm2流入建設(shè)用地，占草地減少面積的64%，70.48 hm2轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，占草地減少面積的34%；建設(shè)用地減少的163.32 hm2中99%都轉(zhuǎn)變?yōu)楦?；水域面積減少了152.73 hm2，85%都轉(zhuǎn)變?yōu)楦?；其他用地變化較小。

圖3為2011—2018年鞏義市主要土地利用轉(zhuǎn)移類型空間分布，可以得出8年間，鞏義市用地類型變化最多、分布最廣泛的是耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變。雖然各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均存在耕地向建設(shè)用地的流出，但受城市擴(kuò)張影響，以中北部鞏義市區(qū)及周邊區(qū)域建設(shè)用地面積增加最為顯著。園地的流出主要集中在鞏義市區(qū)及康店鎮(zhèn)，流向基本為建設(shè)用地。林地的流出主要分布在鞏義市中部和東部區(qū)域，流向同樣以建設(shè)用地為主。草地的流出集中在鞏義市中部和北部區(qū)域，其中草地向耕地的轉(zhuǎn)變集中在西部的康店鎮(zhèn)和西村鎮(zhèn)；草地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變廣泛分布在鞏義市中北部區(qū)域。建設(shè)用地向耕地的轉(zhuǎn)變主要集中在距離市區(qū)相對較遠(yuǎn)的區(qū)域，以康店鎮(zhèn)、北山口鎮(zhèn)、夾津口鎮(zhèn)、大峪溝鎮(zhèn)居多。水域向耕地的轉(zhuǎn)變分布在北部黃河灘區(qū)康店鎮(zhèn)與河洛鎮(zhèn)交匯處。其余土地類型間的變化較小。

根據(jù)鞏義市各年度各土地利用類型面積，及2011—2018年土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)合表1中主要土地利用類型碳密度數(shù)據(jù)，可測算出鞏義市各年度土地利用類型碳儲量數(shù)據(jù)（表4），及2011—2018年因土地利用結(jié)構(gòu)變化而造成的植被碳儲量和土壤碳儲量的變化（表5、表6）。

由表4可知，2011—2018年，鞏義市耕地、林地和草地的碳儲量均呈逐年減少趨勢，其中耕地的降幅最大，從412.27萬t下降到405.41萬t，降幅為6.86萬t；其次是林地，降幅為4.67萬t，草地降幅為2.64萬t。園地、水域和其他用地碳儲量變化較小，建設(shè)用地是碳儲量惟一增加的地類，但建設(shè)用地碳儲量增加的原因僅為建設(shè)用地面積的增加，故并無生態(tài)學(xué)意義。

由表5可知，2011—2018年耕地有小面積流向園地，植被碳儲量增加了83.14 t，沒有發(fā)生耕地向林地的轉(zhuǎn)變；耕地向其他各用地類型均有流出，且均造成了植被碳儲量的減少，其中向建設(shè)用地的流出造成的植被碳儲量減少量最大，達(dá)24 124.94 t，其次是向其他用地和水域的流出也分別使植被碳儲量減少了403.00 t和204.84 t。園地的流出方向主要為建設(shè)用地，造成了植被碳儲量減少656.56 t。林地向各土地利用類型的流出均會造成植被碳儲量的減少，其中向建設(shè)用地的流出造成碳儲量減少量最多，達(dá)" "4 235.28 t，其次是向耕地的轉(zhuǎn)變，也造成植被碳儲量的減少，8年間，共減少425.26 t。草地向耕地的轉(zhuǎn)變，使鞏義市植被碳儲量增加了1 203.72 t，但向建設(shè)用地的流出造成了植被碳儲量減少803.47 t，兩者綜合后，2011—2018年草地向其他土地利用類型的轉(zhuǎn)變使植被碳儲量增加了361.69 t。建設(shè)用地的流出主要為耕地，植被碳儲量提升了3 741.24 t。水域的主要流出對象也為耕地，植被碳儲量提升了" " 3 673.53 t。其他用地的變化較小，引起的植被碳儲量變化也不明顯。

由表6可知，2011—2018年耕地向建設(shè)用地的流出造成了土壤碳儲量的顯著減少，幅度達(dá)7.70萬t，遠(yuǎn)大于植被碳儲量的減少，說明建設(shè)占用耕地除了造成最直接的地面植被碳儲量的減少外，對土壤碳儲量的影響更為巨大。類似地，園地、林地向建設(shè)用地的流出造成的土壤碳儲量變化也高于植被碳儲量的減少。草地的主要流向是建設(shè)用地和耕地，雖然" 8年間草地向其他用地利用類型的轉(zhuǎn)變使植被碳儲量增加了361.69 t，但卻同時使得土壤碳儲量發(fā)生了顯著降低，造成草地向其他用地利用類型的轉(zhuǎn)變使土壤碳儲量下降了8 911.82 t。即耕地、園地、林地、草地的減少，在造成植被碳儲量減少的同時，更主要的是造成了土壤碳儲量的顯著減少。

2.2 低碳目標(biāo)下土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)前文建立的低碳目標(biāo)下鞏義市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型和各變量的約束條件，采用Lingo19.0軟件對以上方程進(jìn)行求解，得到2030年鞏義市碳儲量最大化的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案（表7），表中2030年各地類面積為各土地利用類型正常發(fā)展?fàn)顟B(tài)下的面積數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源為各地類面積多年變化率并結(jié)合《規(guī)劃》數(shù)據(jù)，不得低于《規(guī)劃》中相關(guān)地類最低面積數(shù)值。

根據(jù)表7，經(jīng)過土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化，鞏義市多種土地利用類型面積與規(guī)劃基期年（2020年）相比，均發(fā)生了顯著改變，其中以其他用地和耕地面積減少最多，林地增加最多。優(yōu)化后，其他用地面積減少最多，達(dá)3 485.01 hm2，但比2030年自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)下多257.97 hm2，自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)下其他用地面積為總面積減去耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地和水域后的剩余面積，而優(yōu)化面積則考慮到其他用地主要為田坎，面積減少來源為田坎系數(shù)降低，本研究假定田坎系數(shù)最大可減少50%，最終確定其他用地面積最小為1 097 hm2；優(yōu)化后，鞏義市建設(shè)用地面積同樣減少較大，達(dá)246.08 hm2，與2030年《規(guī)劃》面積27 731.00 hm2相比減少4 207.00 hm2；鞏義市耕地面積23 398.00 hm2，與基期年相比減少了1 160.40 hm2，與自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)下2030年預(yù)測面積減少194.64 hm2。

表8為基期年、2030年自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)和經(jīng)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的2030年各土地利用類型的碳儲量計算結(jié)果。可以看出，無論是與基期年相比，還是與自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)下的2030年相比，經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，鞏義市各土地利用類型總碳儲量均有提升，說明在總土地面積固定的情況下，土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以提升區(qū)域總體碳儲量。與基期年相比，鞏義市耕地、園地和草地碳儲量有所減少，但林地碳儲量增加了79.00萬t，綜合后各土地利用類型總碳儲量比基期年增加64.16萬t。與2030年自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)相比，經(jīng)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化后鞏義市林地碳儲量增加了83.29萬t，其他地類變化不大，各地類總碳儲量增加了78.97萬t。而2030年自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)由于建設(shè)用地面積增幅較大，其他各用地類型均有下降，故總碳儲量比基期年有所下降，故建設(shè)用地擴(kuò)張幅度需慎重。

2.3 用地效率改變對土地利用碳匯能力的影響分析

用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括兩個方面，即土地利用類型間面積的調(diào)整，以及各土地利用類型的空間分布形態(tài)、產(chǎn)出、集約程度和生態(tài)調(diào)解能力的提升等用地效率的改善。為了研究土地利用類型用地效率對土地利用固碳能力的影響，對鞏義市面積占比最大的耕地和林地分別設(shè)定了兩種不同的用地效率情景。

有研究得出，化肥施用策略會顯著影響耕地土壤碳密度，化肥有機(jī)肥配施可提高土壤碳密度10 t/hm2以上［17］。本研究設(shè)定兩個施肥情景：一般情景，保持現(xiàn)有化肥施用現(xiàn)狀，耕地碳密度維持現(xiàn)狀；理想情景，有機(jī)肥化肥配施，耕地總碳密度提升10 t/hm2以上，達(dá)111.95 t/hm2。

林地利用強(qiáng)度不同，其固碳量存在顯著差異，高密度林地碳密度為中密度林地的1.15倍［18］。鞏義市森林中密度較低的灌木林和疏林地等其他林地占近50%，本研究以當(dāng)前狀況為中密度的一般情景；以高密度林地利用為理想情景，該情景下，林地碳密度為231.92 t/hm2。

建設(shè)用地土地集約利用水平的提高能實(shí)現(xiàn)碳減排，但對建設(shè)用地碳密度影響不大，故本研究未設(shè)定建設(shè)用地集約利用的固碳效果情景。其余各土地利用類型面積較小，合計共占總土地面積的10%左右，不再考慮其用地效率改變對固碳量的影響。

表9為不同用地效率情景下鞏義市土地利用類型結(jié)構(gòu)優(yōu)化后碳儲量。可以看出，用地效率提升后鞏義市土地利用類型總碳儲量有顯著提升。理想情景中，耕地和林地的用地效率均比一般情景有提升，使得耕地碳儲量與一般情景相比提升了23.40萬t，林地提升了142.43萬t，總體碳儲量比一般情景提升165.83萬t；與自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)下的2030年相比耕地碳儲量提升了21.41萬t，林地提升了225.72萬t，總體碳儲量提升244.80萬t。說明用地效率的提升可以顯著增加土地利用類型的碳儲量。

3 討論與結(jié)論

3.1 基于用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化的碳匯能力提升對策

1）保護(hù)耕地面積、加快農(nóng)田管理技術(shù)體系創(chuàng)新。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是除森林生態(tài)系統(tǒng)外最大的碳庫，保護(hù)耕地、堅(jiān)守耕地紅線不僅關(guān)乎糧食安全，更對溫室氣體減排增匯具有重要意義。雙碳背景下，農(nóng)業(yè)發(fā)展必須維持農(nóng)田碳存儲與農(nóng)業(yè)高生產(chǎn)力之間的平衡。在耕地面積一定或難以增加的情況下，通過科學(xué)的農(nóng)田管理技術(shù)體系提高耕地的利用效率同樣會實(shí)現(xiàn)農(nóng)田減排增匯。根據(jù)本研究情景分析結(jié)果，化肥施用效率的改變可以顯著提升耕地的固碳能力，且有機(jī)肥與化肥配施在增加耕地碳儲量的同時還減少了化肥施用量，進(jìn)而可以減少因化肥施用而造成的碳排放。據(jù)統(tǒng)計，河南省農(nóng)田碳排放中，化肥施用造成的碳排放約占50%［19］，故改變施肥方式，并采用合理的有機(jī)肥化肥配施措施是實(shí)現(xiàn)鞏義市耕地碳減排增匯的有效手段。秸稈還田、少免耕等保護(hù)性耕作措施、節(jié)水灌溉等措施也對農(nóng)田減排固碳具有積極意義。有研究得出，秸稈還田、少免耕等保護(hù)性耕作措施可以減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放，增加農(nóng)田土壤固碳量［20］。秸稈還田可以增加土壤固碳量，少免耕通過減少土壤呼吸減少碳排放，與大水漫灌相比節(jié)水灌溉在節(jié)約用水的同時能有效增加土壤濕潤時間，有利于土壤有機(jī)碳的保存，增強(qiáng)了土壤碳匯強(qiáng)度［21］。

因此，可通過科學(xué)規(guī)劃，改變作物結(jié)構(gòu)，拓寬秸稈還田覆蓋率和擴(kuò)大免耕技術(shù)運(yùn)用范圍，加強(qiáng)化肥與有機(jī)肥協(xié)同配施等措施，發(fā)展可持續(xù)、低碳化農(nóng)業(yè)，從而達(dá)到進(jìn)一步提高土壤固碳減排能力的目標(biāo)。

2）增加林地面積、改善林地種植結(jié)構(gòu)。森林是陸地上最大的碳匯，但林地樹種、樹種結(jié)構(gòu)、種植密度、林木樹齡結(jié)構(gòu)對碳的存儲存在明顯的差異［22］。通常闊葉林高于針葉林（松類），如落葉松碳密度約為楊樹碳密度的2倍；天然闊葉林固碳能力約為灌木林的2倍，為經(jīng)濟(jì)喬木林的15倍［23］；熟林碳儲量僅為中齡林的3/4左右；高密度林地碳密度分別為中密度和低密度林地碳密度的1.15和1.29倍［24］；物種豐富的混交林生物多樣性高，碳含量、生物量均超過純林的2倍以上。

鞏義市森林中有林地占60%，灌木林和疏林地等其他林地占40%。東南部山地區(qū)林地類型以栓皮櫟為主的次生林，在西北部地勢相對平坦地區(qū)，以人工種植的楊樹林、泡桐林為主。因此，鞏義市林地碳匯能力的提升可從更新林木樹種、調(diào)整林木樹齡結(jié)構(gòu)和林木種植密度入手，提高林地利用強(qiáng)度，增加森林植被植物和土壤固碳總量。

3）提高建設(shè)用地效率、加快能源清潔化。城市系統(tǒng)的低碳高質(zhì)量發(fā)展直接受城鎮(zhèn)建設(shè)用地利用效率變化的影響［25］，高效率、低排放的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式是未來城鎮(zhèn)建設(shè)用地發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要。當(dāng)前鞏義市經(jīng)濟(jì)增長與碳排放仍存在脫鉤情況，嚴(yán)格限制碳排放勢必對產(chǎn)能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此可從提高現(xiàn)有建設(shè)用地集約利用水平、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和加快技術(shù)進(jìn)步等方面入手，助力城鎮(zhèn)建設(shè)用地效率提升。

首先在控制建設(shè)用地擴(kuò)張規(guī)模的同時可通過空閑、廢棄建設(shè)用地整治等途徑，加快對城鎮(zhèn)低效建設(shè)用地整治，加大對存量建設(shè)用地挖潛，提高建設(shè)用地集約利用水平和利用效率，完善建設(shè)用地集約利用機(jī)制，提升資源配置與利用能力。其次應(yīng)加快經(jīng)濟(jì)體制轉(zhuǎn)型步伐，可通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整驅(qū)動城鎮(zhèn)建設(shè)用地優(yōu)化［26］，逐步降低以碳排放增加為代價的經(jīng)濟(jì)占比，加快傳統(tǒng)資源產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級，增強(qiáng)低碳經(jīng)濟(jì)的競爭力和占比，同時優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，逐步提升新能源和可再生能源比例，減少建設(shè)用地碳排放量的增加，實(shí)現(xiàn)建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度的降低。最后應(yīng)大力推動技術(shù)進(jìn)步、提高經(jīng)濟(jì)效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效率與節(jié)能減排的雙贏［27］。

3.2 結(jié)論

1）2011—2018年鞏義市各土地利用類型面積變化顯著，總體趨勢為建設(shè)用地面積逐年增加，耕地面積呈逐年減少。用地類型之間變化最多、分布最廣泛的是耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變，8年間建設(shè)用地擴(kuò)張以占用耕地為主。

2）2011—2018年，鞏義市耕地、林地和草地的總碳儲量均呈逐年減少趨勢，其中耕地的降幅最大，從412.27萬t下降到405.41萬t；其次是林地和草地，降幅分別為4.67萬t和2.64萬t。2011—2018年耕地向建設(shè)用地的流出造成了土壤碳儲量的顯著減少，幅度達(dá)7.70萬t，遠(yuǎn)大于植被碳儲量減少的2.46萬t，說明建設(shè)占用耕地除了造成最直接的地面植被碳儲量的減少外，對土壤碳儲量的影響更為巨大。園地、林地、草地也有類似結(jié)論。

3）經(jīng)過土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化，鞏義市多種土地利用類型面積與規(guī)劃基期年（2020年）和未經(jīng)優(yōu)化的2030年自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)相比，均發(fā)生了顯著改變，其中以其他用地和耕地面積減少最多，林地增加最多；受面積變化影響，經(jīng)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化后鞏義市各土地利用類型的碳儲量也發(fā)生了顯著改變，與基期年相比，各土地利用類型總碳儲量增加64.16萬t，與2030年自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)相比增加了78.97萬t，說明在總土地面積固定的情況下，土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以提升區(qū)域總體碳儲量。

4）用地效率提升情景模擬結(jié)果顯示，耕地和林地的用地效率提升后，耕地碳儲量提升了23.40萬t，林地提升了142.43萬t，總體碳儲量提升165.83萬t；與自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)下的2030年相比耕地碳儲量提升了21.41萬t，林地提升了225.72萬t，總體碳儲量提升244.80萬t。說明在土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化基礎(chǔ)上，用地效率的提升可以進(jìn)一步增加土地利用類型的碳儲量。

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收稿日期：2024-10-29

基金項(xiàng)目：河南省軟科學(xué)研究計劃項(xiàng)目（242400410343）；河南省科學(xué)院科技智庫研究項(xiàng)目（230701007）

作者簡介：宋艷華（1979-），女，河南封丘人，副研究員，碩士，主要從事土地資源調(diào)查與評價研究，（電話）15515558635（電子信箱）514739335@qq.com。