趙筱青, 陳彥君, 徐逸飛, 陶俊逸, 施馨雨, 唐媛媛, 向愛盟, 顧澤賢, 瞿國尋

(1. 云南大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 昆明 650500; 2. 云南大學(xué)國際河流與生態(tài)安全研究院, 昆明 650500;3. 云南省國土資源規(guī)劃設(shè)計研究院, 昆明 650216)

由于全球氣候變暖加劇,各國紛紛響應(yīng)低碳中和的號召。中國也在逐步推進(jìn)“雙碳”目標(biāo),各省已將碳中和作為國土空間優(yōu)化的目標(biāo)。此外,國土空間分區(qū)是國土空間優(yōu)化研究的熱點話題。進(jìn)行國土空間分區(qū),有助于區(qū)別各分區(qū)的發(fā)展導(dǎo)向,進(jìn)而針對性地提出各國土空間分區(qū)的低碳發(fā)展策略[1]。因此,以“雙碳”目標(biāo)為導(dǎo)向,進(jìn)行碳源/匯核算及分區(qū)研究,探索低碳生態(tài)發(fā)展框架下的國土空間綜合分區(qū),將進(jìn)一步為國土空間優(yōu)化提供支撐,助力我國低碳發(fā)展與生態(tài)保護(hù),最終實現(xiàn)區(qū)域綠色發(fā)展、低碳循環(huán)。

近幾年,學(xué)者們從全球、國家、省際尺度,對碳源、碳匯進(jìn)行了大量的核算,并在此基礎(chǔ)上開展了碳源、碳匯的分區(qū)研究[2-4]。目前,碳源、碳匯核算主要采用“自下而上”或“自上而下”的方法[5],如:運用碳排放系數(shù)法(如IPCC溫室氣體清單法[6])、遙感反演法(如土地利用碳排放模型[7]和夜間燈光數(shù)據(jù)反演法[8])等方法核算碳源,運用清查法、生態(tài)系統(tǒng)過程模型模擬法核算碳匯[9-10]。但多數(shù)研究集中在宏觀層面,處于對區(qū)域均值化研究的階段,對中微觀層面的重視不夠。在分區(qū)研究方面,學(xué)者們從碳補(bǔ)償[11]、碳排放強(qiáng)度[12]、碳平衡[13]和碳源/匯效益[14]出發(fā),考慮碳排放或其效益的單一分區(qū),未考慮區(qū)域內(nèi)部的發(fā)展差異及不同的生態(tài)環(huán)境條件,而目前大多數(shù)國土空間分區(qū)研究尚未將低碳發(fā)展目標(biāo)納入考量[15]。生境質(zhì)量作為反映區(qū)域生物生存、繁殖和發(fā)展能力難易的指標(biāo)[16],是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[17],也是國土空間優(yōu)化的重要因素[18],能體現(xiàn)區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境條件對生物多樣性的影響。結(jié)合碳源/匯與生境質(zhì)量,在碳源/匯效益特征分析的基礎(chǔ)上考慮生態(tài)本底條件,從低碳和生態(tài)保護(hù)的二維角度進(jìn)行國土空間綜合分區(qū),進(jìn)而構(gòu)建生態(tài)重要區(qū),以權(quán)衡生態(tài)保護(hù)和區(qū)域發(fā)展,有利于區(qū)域低碳發(fā)展及生態(tài)文明建設(shè)。

我國西南喀斯特石漠化地區(qū)固碳潛力巨大,是國家固碳增匯的主要地區(qū)之一[19]。但該地區(qū)石漠化發(fā)生、發(fā)展造成的生物碳庫和土壤碳庫流失量巨大。云南省麗江市玉龍納西族自治縣(下文簡稱“玉龍縣”)位于云南省西北邊陲,是典型的高原石漠化山區(qū),也是川滇生態(tài)屏障核心區(qū)域,生態(tài)保護(hù)意義重大。近年來,由于玉龍縣旅游業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展、小型工業(yè)的崛起、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和金沙江水電建設(shè)項目的興起,碳排放總量逐步上升。如果能合理有序地規(guī)劃國土空間,將有助于玉龍縣推進(jìn)碳中和及維持生態(tài)重要區(qū)生態(tài)安全。因此,本研究以玉龍縣為研究區(qū),在土地利用變化分析基礎(chǔ)上,核算2010、2020年玉龍縣的碳源、碳匯,并分析其時空變化特征;在明確區(qū)域碳源/匯效益及生境質(zhì)量的基礎(chǔ)上,以低碳發(fā)展與生態(tài)保護(hù)為目標(biāo)來劃分國土空間綜合分區(qū)。研究以期對石漠化地區(qū)綠色低碳發(fā)展、生態(tài)保護(hù)以及國土空間優(yōu)化的調(diào)整與制定提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

玉龍縣位于云南省西北部麗江市,地處青藏高原東南邊緣向滇中高原的過渡地段,轄區(qū)面積為6 198.76 km2;地貌屬橫斷山系高山峽谷區(qū),山高谷深,北高南低,高差極為懸殊,全縣境內(nèi)最高海拔為5 596 m,最低海拔為1 370 m,地形地貌復(fù)雜(圖1)。玉龍縣喀斯特地貌廣布,其中巖溶面積為1 912.32 km2,占全縣面積的30.85%。截至2020年底,玉龍縣的石漠化面積為1 371.52 km2,占巖溶面積的71.72%,其中重度和極重度石漠化面積為50.34 km2,占全縣石漠化面積的3.67%。玉龍縣石漠化分布廣泛,主要集中在東北部及沿金沙江一線的相對貧困地區(qū),且東部片區(qū)石漠化面積大,有進(jìn)一步惡化的趨勢[20],影響其作為長江上游重要生態(tài)屏障的作用。

圖1 研究區(qū)區(qū)位及石漠化分布圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

考慮玉龍縣在2010年起開展較大規(guī)模的石漠化治理工程,選擇將2010年作為2020年的對比年份,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行土地利用及碳源/匯總量在10年間的時空分異特征研究。以Landsat-4/5 TM遙感影像(30 m×30 m)與Sentinel-2B遙感影像(10 m×10 m)為數(shù)據(jù)源,通過人機(jī)交互解譯的方式提取研究區(qū)2期(2010、2020年)土地利用類型數(shù)據(jù),kappa系數(shù)均在0.8以上,并統(tǒng)一分辨率為30 m×30 m。土地利用數(shù)據(jù)將用于碳源、碳匯和生境質(zhì)量的計算。碳匯計算所需NPP數(shù)據(jù)源于MOD17A3HGF數(shù)據(jù)集,分辨率為500 m×500 m。GDP數(shù)據(jù)參考中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云中的中國GDP分布公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)集,對其在2019年的數(shù)據(jù)進(jìn)行2020年經(jīng)濟(jì)總值的修正,分辨率為1 km×1 km,同時將坐標(biāo)系統(tǒng)一為CGCS2000 3 Degree GK Zone 34投影坐標(biāo)系。

1.3 核算方法

碳源核算主要包括建設(shè)用地中城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村住宅用地、工礦用地、交通運輸用地及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地中旱地、水田的碳排放,碳匯核算主要包括生態(tài)用地中喬木林地、灌木林地、草地、湖泊、河流以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地中旱地、水田的碳吸收。其中,水田、旱地既是碳源也是碳匯,且兩者因為播種方式不同,所產(chǎn)生的碳排放量與碳吸收量也不同。為便于評估碳源/匯效益以及國土空間分區(qū),考慮碳源/匯區(qū)域性的概念,結(jié)合玉龍縣的國土面積為6 198.76 km2,分別在4種格網(wǎng)大小(1.5 km×1.5 km、2.0 km×2.0 km、2.5 km×2.5 km、3.0 km×3.0 km)下,探討土地利用、NPP和GDP等多源數(shù)據(jù)尺度融合的適配性及碳源、碳匯效益的信息差異性與綜合性。根據(jù)試驗結(jié)果,最終選擇2.5 km×2.5 km的格網(wǎng)大小來劃分本研究的空間單元,每個格網(wǎng)面積為6.25 km2。

1.4 碳源核算

1.4.1 建設(shè)用地碳源核算 采用碳排放系數(shù)法計算建設(shè)用地全年的碳排放總量。本研究結(jié)合實際情況及參考文獻(xiàn)[21]提出的云南省碳排放系數(shù)推薦值,將區(qū)域的碳排放系數(shù)確定為0.717 2。核算公式如下:

C源i=EGDP×GDPi×0.717 2,

(1)

其中:C源i為第i個格網(wǎng)的碳排放量;EGDP為單位GDP能源消耗量(折標(biāo)準(zhǔn)煤單位:t/萬元),由《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589—2008)中各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤換算而來;GDPi為第i個格網(wǎng)的GDP數(shù)據(jù)。

1.4.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的碳源核算 基于生命周期法(LCA),選用化肥、農(nóng)藥、柴油、農(nóng)膜、農(nóng)業(yè)灌溉和農(nóng)業(yè)翻耕等為農(nóng)業(yè)碳排放的六大主要影響因素[22-23],估算水田、旱地碳排放。

(1)水田:依據(jù)《省級溫室氣體清單編制指南》確定玉龍縣稻田甲烷排放因子推薦值為156.2 kg/hm2,并在LCA參數(shù)法中加入稻田的甲烷排放,核算公式如下:

(2)

其中:Esi為第i個格網(wǎng)中水田的碳排放量;Si為第i個格網(wǎng)中水稻的播種面積;δ為單季稻稻田中甲烷的碳排放系數(shù),即156.2 kg/hm2;12/16為甲烷CH4轉(zhuǎn)化為C的系數(shù);Tij為第i個格網(wǎng)中第j個影響因素的碳排放總量;σij為第i個格網(wǎng)中第j個排放源的碳排放參數(shù)[24]。

(2)旱地:玉龍縣旱地作物種植期間的碳排放更多為間接排放,運用LCA 參數(shù)法核算旱地碳源。核算公式如下:

Ehi=∑Tij+σij,

(3)

其中:Ehi為第i個格網(wǎng)中旱地的碳排放總量,Tij為第i個格網(wǎng)中第j個影響因素的碳排放總量,σij為第i個格網(wǎng)中第j個排放源的碳排放參數(shù)。

1.5 碳匯核算

凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(NEP)表征生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力,能直接表示生態(tài)系統(tǒng)的碳源/匯性質(zhì)和大小[25]。采用凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力估算方法,運用城市生態(tài)智慧管理系統(tǒng)(IUEMS)平臺[26]核算碳吸收量,核算公式如下:

(4)

其中:C匯i為第i個格網(wǎng)的碳固定總量,即碳吸收量;MCO2/MC為CO2與C的相對分子質(zhì)量之比,即44/12;NEP為第i個格網(wǎng)第j個用地類型的凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力。

按照不同用地類型的NEP和NPP的轉(zhuǎn)換系數(shù),根據(jù)NPP計算得到NEP:

NEPij=α×NPPij×MC6/MC6H10O5,

(5)

其中:α為不同用地類型的NEP和NPP的轉(zhuǎn)換系數(shù);NPP為凈初級生產(chǎn)力;MC6/MC6H10O5為干物質(zhì)轉(zhuǎn)化為C的轉(zhuǎn)化系數(shù),即72/162。

1.6 國土空間綜合分區(qū)方法

1.6.1 碳源/匯效益測度 采用碳源的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)、碳匯的生態(tài)承載系數(shù)分別表征碳源的社會經(jīng)濟(jì)效益、碳匯的生態(tài)效益,分別反映區(qū)域的碳源效益、碳匯效益[27]。

碳源的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)(ECC)可用于評估不同地區(qū)間碳排放的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)公平性,是反映各地區(qū)碳排放生產(chǎn)力的指標(biāo)之一。計算公式如下:

(6)

其中:Gi、G分別為第i個格網(wǎng)的GDP、區(qū)域總GDP;Ci、C分別為第i個格網(wǎng)的碳排放總量、區(qū)域總碳排放量。若ECCi>1,則表示第i個格網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)率高于土地利用碳排放的貢獻(xiàn)率,表明該網(wǎng)格碳排放的經(jīng)濟(jì)效率較高;若ECCi<1,則表明第i個格網(wǎng)碳排放的經(jīng)濟(jì)效率較低。

碳匯的生態(tài)承載系數(shù)(ESC)可用于評估不同地區(qū)在固碳吸收貢獻(xiàn)方面的公平性,進(jìn)而反映區(qū)域的碳匯能力。計算公式如下:

(7)

其中,CA、CAi分別為區(qū)域總碳吸收量、第i個格網(wǎng)的主要碳匯對碳的吸收量。若ESCi>1,即第i個格網(wǎng)的主要碳匯對碳吸收的貢獻(xiàn)率高于碳排放的貢獻(xiàn)率,則對碳減排有正向影響;反之,對碳減排有負(fù)向影響。

1.6.2 生境質(zhì)量計算 生境質(zhì)量是反映區(qū)域生物多樣性的指標(biāo)[28]。目前,學(xué)者們主要采用MaxEnt、ENFA、MIMES和InVEST等模型來評估生境質(zhì)量。其中,InVEST模型因其對數(shù)據(jù)需求低、空間可視化能力強(qiáng)和評價結(jié)果精度高等特點而被廣泛應(yīng)用[29],故本研究采用InVEST模型計算生境質(zhì)量。綜合參考InVEST模型手冊、研究區(qū)實際情況及相關(guān)研究[30]設(shè)置各參數(shù)(表1,表2)。

表1 威脅因子權(quán)重與影響距離

表2 不同土地利用類型的生境適宜度及對威脅因子的敏感性

結(jié)合自然斷點法,將生境質(zhì)量劃分為5個等級:低、較低、中、較高、高(表3)。

表3 生境質(zhì)量等級劃分

1.7 國土空間綜合分區(qū)原理

碳源的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)可衡量區(qū)域碳排放對經(jīng)濟(jì)效益的貢獻(xiàn)程度,碳匯的生態(tài)承載系數(shù)可反映區(qū)域碳吸收的貢獻(xiàn)程度,二者是綜合碳排放分區(qū)的核心內(nèi)容。而生境質(zhì)量則代表了區(qū)域生態(tài)環(huán)境本底情況,特別是在喀斯特地區(qū),由于其特殊的地理環(huán)境狀況,不同區(qū)域的生態(tài)環(huán)境對人類活動的支撐能力有顯著的差異。因此,將生境質(zhì)量納入低碳分區(qū)中有利于維持喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

以減碳增匯優(yōu)先、生態(tài)保護(hù)為輔為原則,將碳源的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)(ECC)與碳匯的生態(tài)承載系數(shù)(ESC)以1為分界線,將區(qū)域劃分為減排增匯或經(jīng)濟(jì)、生態(tài)保持,以生境質(zhì)量中等以上等級(即生境質(zhì)量大于0.7)的區(qū)域為分界線,判斷區(qū)域發(fā)展或保護(hù)的發(fā)展導(dǎo)向,由此構(gòu)建國土空間低碳發(fā)展分區(qū)方案。

2 結(jié)果與討論

2.1 玉龍縣土地利用變化特征

通過疊加2010、2020年的土地利用數(shù)據(jù),統(tǒng)計玉龍縣2010—2020年土地利用面積變化情況。由結(jié)果(表4)可知:

表4 2010—2020年玉龍縣土地利用面積變化

(1)玉龍縣土地利用結(jié)構(gòu)以喬木林地、灌木林地、草地和旱地等土地利用類型為主,這些類型在2010、2020年的總面積在土地總面積的占比分別為85.61%、87.72%,其中喬木林地的占比為68.86%(2010年)和67.35%(2020年),灌木林地的占比為8.48%(2010年)和12.63%(2020年),旱地的占比為8.27%(2010年)和7.74%(2020年)。

(2)從土地利用面積的數(shù)量變化上看,土地利用面積變化最大的地類是灌木林地、草地和喬木林地。其中,灌木林地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民點和裸地等的面積增加較大,喬木林地、草地、旱地、水田、冰川及永久積雪的面積減少較多。

(3)從面積變化速率上看,灌木林地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民點和裸地面積增加較快,草地、水田面積減少較快。其中,城鎮(zhèn)建設(shè)用地變化速度最快,年均增長率達(dá)35.15%;工礦用地次之,年均增長率為15.40%。

由土地利用的空間分布(圖2)可知:2010—2020年間,玉龍縣的喬木林地、灌木林地分布廣泛,主要集中在西北部和西南部;旱地主要連片集中在西北側(cè)及東南部;城鎮(zhèn)建設(shè)用地分布較少,主要集中在東南部縣政府所在地;裸地主要集中在東北側(cè)的石漠化地區(qū)。究其原因為:“十三五”期間的退耕還林還草、陡坡地治理和石漠化治理等措施,使縣域內(nèi)的喬木林地、灌木林地、草地三者之間轉(zhuǎn)變較為頻繁,并且主要是灌木林地和草地之間的相互轉(zhuǎn)換。同時,隨著東北部石漠化加劇,該區(qū)域的喬木林地和灌木林地逐漸變?yōu)椴莸睾吐愕亍４送?由于玉龍縣近10年來旅游業(yè)發(fā)展和人口增長對于生活空間的需求,使大量旱地、裸地、灌木林地、草地轉(zhuǎn)移為城鎮(zhèn)建設(shè)用地和農(nóng)村居民點,其中建設(shè)用地在東南部等區(qū)域的轉(zhuǎn)入最顯著。

圖2 2010、2020年玉龍縣土地利用分布格局

綜上可知,土地利用變化導(dǎo)致區(qū)域碳排放、碳吸收強(qiáng)度變化,影響區(qū)域碳源/匯格局,因此需進(jìn)一步探究玉龍縣的碳源/匯現(xiàn)狀,分析其分布特征,為國土空間分區(qū)提供依據(jù)。

2.2 碳源、碳匯時空變化特征

根據(jù)玉龍縣2010、2020年能源消耗數(shù)據(jù),統(tǒng)計2010、2020年主要用地類型的碳排放與碳吸收的總量、占比及漲幅變化情況。

由統(tǒng)計結(jié)果(表5)可知:

表5 2010、2020年玉龍縣碳源/匯情況

(1)從數(shù)量變化上看,玉龍縣于2010—2020年間的碳排放總量不斷遞增,從2010年的96.88萬t增至2020年的169.47萬t,增長幅度為74.93%。相比之下,碳吸收量由于固碳基數(shù)大,變化幅度較小,僅為0.95%:2010年的碳吸收總量為181.62萬t,2020年為183.36萬t。與碳吸收量相比,碳排放量的增長幅度更大,碳排放增長量遠(yuǎn)大于碳吸收增長量。

(2)從主要用地類型來看,建設(shè)用地(城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村宅基地、交通建設(shè)用地、工礦用地)是碳排放的主要來源,且漲幅高達(dá)335%。另一來源為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地(旱地、水田、果園),其碳排放由5.31萬t降為4.85萬t,呈減少的變化趨勢;從碳吸收來看,生態(tài)用地(喬木林地、灌木林地、草地及其他用地)起主要碳匯作用,占比高達(dá)93.41%,呈穩(wěn)中有升的趨勢。

2010—2020年,隨著城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn),玉龍縣的建設(shè)用地不斷增加,碳排放總量也不斷上升,年均增長幅度達(dá)65.76%。從能源消耗來看,能源消耗需求遞增,碳排放量逐年增長,控制碳源的增長幅度將是未來有效減少凈碳排放量的重點所在。由此可以看出,目前玉龍縣碳排放總量漲幅攀升,碳排放增長量與碳吸收增長量無法平衡。

從空間分布(圖3)上看,2010—2020年間,玉龍縣碳排放的集中分布區(qū)域變化不大,總體呈現(xiàn)西高東低、東南高值的空間分布特征。將總體碳排放量按自然斷點法劃分為微度碳排放區(qū)(C<20×104t)、輕度碳排放區(qū)(20×104≤C<65×104t)、中度碳排放區(qū)(65×104≤C<150×104t)、重度碳排放區(qū)(C≥150×104t)4個等級。

圖3 2010、2020年玉龍縣碳排放和碳吸收的空間分布圖

西北、東北部的碳排放量強(qiáng)度在2010年的基礎(chǔ)上大幅增長,東南部主城區(qū)的碳排放強(qiáng)度逐漸加強(qiáng),可能與該地作為縣域中心城區(qū),城鎮(zhèn)化不斷加強(qiáng)、非農(nóng)建設(shè)占用有較大關(guān)系。相比之下,東西兩側(cè)以農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)為主,碳排放總量較低。對于碳吸收而言,玉龍縣碳匯呈現(xiàn)西高東低、西南高值的空間分布特征,低值主要集中在中部沿江、東北部石漠化區(qū)域、中部雪山及東南部建設(shè)用地附近。2010—2020年間,多數(shù)地區(qū)的喬木林地、灌木林地碳匯增加,特別是西南部等山區(qū)面積較大的地區(qū)。隨著植樹造林、退耕還林等政策的實施,山區(qū)植樹造林或坡度較大區(qū)域的部分耕地轉(zhuǎn)變?yōu)閱棠玖值?、灌木林?導(dǎo)致喬木林地、灌木林地碳匯增加。綜上,玉龍縣碳源、碳匯在時空上的差異性是后續(xù)開展低碳分區(qū)研究的重要基礎(chǔ)。

2.3 國土空間綜合分區(qū)依據(jù)的時空分異特征

2.3.1 碳源/匯效益變化分析 由2010、2020年玉龍縣碳源的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)(ECC)的空間分布(圖4)可知:(1)2010—2020年間,玉龍縣碳源的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)(ECC)整體增大,其中ECC<1的區(qū)域大量減少,ECC>1的區(qū)域大幅增加。(2)在空間分布上,ECC呈現(xiàn)東西兩側(cè)較高、西北部及東南部較低的分布特征。究其原因為:玉龍縣東西兩側(cè)多為山區(qū),生態(tài)用地為其主要用地類型,因此,該區(qū)域的碳匯能力較強(qiáng),經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)相對較高;東南部為經(jīng)濟(jì)發(fā)展中心,大量的能源消耗需求帶來了巨大的碳排放總量,因此,該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)較低?？傮w而言,玉龍縣碳源的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)較低的區(qū)域與該地建設(shè)用地的總體分布高度吻合。

圖4 2010、2020年玉龍縣ECC的空間分布

由2010、2020年玉龍縣碳匯的生態(tài)承載系數(shù)(ESC)的空間分布(圖5)可知:玉龍縣碳匯的生態(tài)承載系數(shù)(ESC)的空間分布與碳源的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)(ECC)類似,呈現(xiàn)東西兩側(cè)高、西部及東南部較低的空間分布特征。其中生態(tài)承載系數(shù)大于1的區(qū)域在研究期間整體呈上升趨勢,對中和碳排放量具有積極作用。東北部區(qū)域從碳匯能力較強(qiáng)的地區(qū)轉(zhuǎn)為碳匯能力較弱的地區(qū),說明該地區(qū)的碳排放比例明顯超過了碳吸收比例,并呈現(xiàn)進(jìn)一步加劇的趨勢。因此,增強(qiáng)該地區(qū)的碳匯能力,有利于緩解當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)壓力。

圖5 2010、2020年玉龍縣ESC的空間分布

玉龍縣碳源的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)、碳匯的生態(tài)承載系數(shù)各自的空間分布差異明顯,且數(shù)值小于1的區(qū)域占比較多,說明研究期內(nèi)玉龍縣碳源的經(jīng)濟(jì)效益與碳匯的生態(tài)效益均比較低。故需要進(jìn)一步分析玉龍縣的自然本底條件,并探究生境質(zhì)量在空間上的差異性,進(jìn)行因地制宜的低碳分區(qū)研究。

2.3.2 生境質(zhì)量時空變化特征分析 由玉龍縣不同年份各等級生境質(zhì)量比例(表6)可知:(1)2010—2020年,玉龍縣以高等級生境質(zhì)量區(qū)域為主,占比高達(dá)67.35%,中等及以上等級呈增加趨勢,較低等級和低等級呈略微下降趨勢。(2)2010—2020年間,玉龍縣的生境質(zhì)量微弱好轉(zhuǎn):2010年玉龍縣中等及以上等級生境質(zhì)量區(qū)域占比為81.07%,2020年在此基礎(chǔ)上增加了1.47%(占比為82.54%);2010年較低等級和低等級生境質(zhì)量區(qū)域占比為18.93%,2020年下降為17.46% 。

表6 玉龍縣不同年份各等級生境質(zhì)量比例

由2010、2020年玉龍縣生境質(zhì)量的空間分布(圖6)可知:(1)玉龍縣高等級生境質(zhì)量區(qū)域主要集中在東西兩側(cè)、西南部,中等級和較低等級生境質(zhì)量區(qū)域主要分布在東部和東北部的石漠化區(qū)域,低等級生境質(zhì)量區(qū)域主要集中分布在東南部的城鎮(zhèn)建設(shè)用地。(2)自然生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定且受人類活動干擾較小的區(qū)域多為高等級生境質(zhì)量區(qū)域,土地利用類型以喬木林地為主;山腳緩沖帶和雪山附近區(qū)域多為較高等級生境質(zhì)量區(qū)域,并且東部雪山附近一些生境質(zhì)量較高區(qū)域向高等級生境轉(zhuǎn)變明顯。(3)中等級和較低等級生境質(zhì)量區(qū)域主要分布在流域周圍及石漠化區(qū)域,以草地和裸地為主,且有好轉(zhuǎn)趨勢。(4)低等級生境質(zhì)量區(qū)域聚集在東南部城區(qū)和居民點附近,以耕地和建設(shè)用地為主,并且中心城區(qū)生境質(zhì)量較低區(qū)域逐漸向外擴(kuò)張,不斷吞噬周邊生境質(zhì)量較高的區(qū)域。

圖6 2010、2020年玉龍縣生境質(zhì)量圖

由以上結(jié)果可知:玉龍縣主要為高等級生境質(zhì)量區(qū)域,區(qū)域內(nèi)部差異明顯。地形、氣候和土壤等自然條件不適合人類進(jìn)行生產(chǎn)生活的區(qū)域的生境質(zhì)量大部分較高;自然和區(qū)位條件較好、人類活動強(qiáng)度較大的區(qū)域的生境質(zhì)量大部分較低。從高等級生境質(zhì)量區(qū)域占比來看,玉龍縣中成熟林及過熟林的面積較大,表明玉龍縣在較長時間范圍內(nèi)很難有大幅度的碳匯增加,碳排放大幅攀升與碳固存基數(shù)大、低碳匯增加形成鮮明對比,當(dāng)?shù)匕l(fā)展與保護(hù)問題嚴(yán)峻,需要對國土空間進(jìn)行精細(xì)化發(fā)展的部署。

碳源/匯效益與生境質(zhì)量的時空分異產(chǎn)生的原因差異較大,是進(jìn)行分區(qū)的主要依據(jù)。故應(yīng)根據(jù)各個區(qū)域碳源的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)率、碳匯的生態(tài)承載系數(shù)和生境質(zhì)量等信息,分區(qū)域進(jìn)行低碳國土空間利用的引導(dǎo)研究。

2.4 基于碳源/匯與生境質(zhì)量的國土空間綜合分區(qū)

為充分反映區(qū)域低碳發(fā)展導(dǎo)向,以碳源/匯效益和生境質(zhì)量為劃分依據(jù),考慮區(qū)域發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的強(qiáng)度,按照減碳增匯的原則,指導(dǎo)玉龍縣向減碳增匯的發(fā)展模式靠攏。此外,不同的土地利用方式和不同的發(fā)展目標(biāo)必然導(dǎo)致碳源、碳匯的格局差異,直接影響區(qū)域碳收支,故進(jìn)一步結(jié)合研究區(qū)的土地利用現(xiàn)狀和國土空間開發(fā)與保護(hù)的主導(dǎo)方向,利用ArcGIS平臺劃分6個分區(qū)(表7)。

表7 玉龍縣國土空間綜合碳排放分區(qū)規(guī)則

不同的國土空間綜合碳排放分區(qū)具有不同的數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間布局模式,因此,需要采取因地制宜的分區(qū)管控措施來指導(dǎo)其發(fā)展方向,依托分區(qū)特征來完善空間碳排放格局,以實現(xiàn)國土空間資源有效配置與國土空間功能結(jié)構(gòu)的聯(lián)接?；谔荚葱б?、碳匯效益和生境質(zhì)量,將玉龍縣劃分為6個分區(qū)(圖7):

圖7 基于碳源/匯與生態(tài)的國土空間綜合分區(qū)圖

(1)碳匯功能保持區(qū):占總面積的42.89%,具有碳源經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)、碳匯生態(tài)承載系數(shù)和生境質(zhì)量都較高的特征,生態(tài)本底條件較好,具有良好的綠色發(fā)展基礎(chǔ)。該區(qū)域在東北部的石漠化地區(qū)和西南部遠(yuǎn)離石漠化的地區(qū)集中連片度較高。在今后的發(fā)展過程中,東北部石漠化地區(qū)應(yīng)該通過建立自然保護(hù)地體系或封山育林等方式進(jìn)行集中連片式的保護(hù),嚴(yán)守生態(tài)環(huán)境保護(hù)的底線;遠(yuǎn)離石漠化地區(qū)的西南部區(qū)域應(yīng)充分發(fā)揮森林資源優(yōu)勢,發(fā)展生態(tài)旅游等產(chǎn)業(yè),在維護(hù)該區(qū)域的碳匯能力的同時實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增收。

(2)低碳限制發(fā)展區(qū):占總面積的7.49%,總體來看,具有碳排放的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)強(qiáng)度相對較高、碳匯及生態(tài)本底條件能力相對不足的特點。該區(qū)域主要集中分布于東北部沿江石漠化區(qū)域及東部玉龍雪山等永久冰川積雪區(qū)域。該區(qū)域雖受東北部沿江農(nóng)田以及旅游區(qū)人類活動的干擾,但其產(chǎn)生碳排放的經(jīng)濟(jì)效益較高。因此,該區(qū)域在今后的發(fā)展中應(yīng)保持現(xiàn)有發(fā)展強(qiáng)度,通過整合東北部耕地來降低農(nóng)業(yè)碳排放對石漠化的影響。

(3)減碳優(yōu)先發(fā)展區(qū):占總面積的25.16%,具有碳匯能力強(qiáng)、生境質(zhì)量較好、碳排放的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)不足的特點。該區(qū)域主要分布在南部、西部及西北部遠(yuǎn)離石漠化的區(qū)域,是高碳匯區(qū)向較低碳匯區(qū)過渡的生態(tài)環(huán)境較好的區(qū)域,主要由喬木林地和耕地構(gòu)成,是離中心城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)的農(nóng)林交錯區(qū)。因此,在區(qū)域發(fā)展過程中,既可以為碳匯功能保持區(qū)固碳能力的提高提供助力,同時由于該區(qū)域擁有較高的生境質(zhì)量,也可以通過集約分散耕地、提高農(nóng)業(yè)種植技術(shù)來進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)展農(nóng)業(yè),降低區(qū)域的碳排放強(qiáng)度。

(4)增匯生態(tài)修復(fù)區(qū):占總面積的0.77%,具有較高的碳匯潛力、生境質(zhì)量較差且碳排放的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)不足的特點,主要集中分布于區(qū)域東北部的石漠化區(qū)域,主要由裸地、裸巖石礫地構(gòu)成。該區(qū)域雖然有巨大的碳匯潛力,但石漠化現(xiàn)象較為嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境相對脆弱。因此,為修復(fù)石漠化嚴(yán)重地區(qū)脆弱的生態(tài),該區(qū)域在今后的發(fā)展中應(yīng)充分發(fā)揮區(qū)域自然修復(fù)能力,并佐以人力防治,增強(qiáng)區(qū)域碳匯功能。

(5)高碳生產(chǎn)優(yōu)化區(qū):占總面積的16.05%,該區(qū)域的碳源經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)和碳匯生態(tài)承載系數(shù)都相對較低,但生境質(zhì)量較高,是高碳源區(qū)域向高碳匯區(qū)域轉(zhuǎn)變的過渡區(qū)域,主要連片分布于南部和西北部,零散分布于東北部。該區(qū)域由耕地和農(nóng)村居民點構(gòu)成,為生態(tài)環(huán)境和耕作生產(chǎn)狀況較好的易低碳發(fā)展的耕作生產(chǎn)區(qū)域。因此,該區(qū)域在今后的發(fā)展中,可根據(jù)南部和西北部生境質(zhì)量較高的區(qū)域特點,集約利用自身優(yōu)質(zhì)耕地資源,調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),積極發(fā)展低碳農(nóng)業(yè);在東北部石漠化區(qū)域進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開發(fā)的過程中要注重生態(tài)保護(hù),降低生產(chǎn)活動過程中對石漠化的不良影響,提高區(qū)域的碳匯能力。

(6)高碳總量控制區(qū):占總面積的7.64%,該區(qū)域的碳排放強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)極不匹配,且粗放的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅,主要集中分布于區(qū)域的東南部和西北部,少量集中在東北部,由城鎮(zhèn)建設(shè)用地和耕地構(gòu)成,生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)較差,碳匯的生態(tài)承載系數(shù)很低,是區(qū)域主要的碳源區(qū)域。因此,在今后的發(fā)展中,該區(qū)域在強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)的同時,應(yīng)持續(xù)推進(jìn)城市綠色發(fā)展、控制區(qū)域碳排放總量、優(yōu)化綠色低碳的產(chǎn)業(yè)布局,從而構(gòu)建安全清潔的能源體系,以彌補(bǔ)其碳匯貢獻(xiàn)的不足;應(yīng)考慮適度控制城市蔓延擴(kuò)張進(jìn)程,精細(xì)化打造城市存量綠地生態(tài)空間。此外,分布在東北部石漠化地區(qū)的高碳總量控制區(qū)應(yīng)充分利用周圍過渡區(qū)域,提高周邊區(qū)域的碳匯能力、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平、控制區(qū)域高碳排放,進(jìn)而降低該區(qū)域?qū)κ挠绊憽?/p>

2.5 討論

在碳源/匯核算結(jié)果方面,前人研究結(jié)果顯示:玉龍縣2010—2017年的總碳排放為81.75×104～126.16×104t[31],云南省每個縣的農(nóng)業(yè)碳排放量為3.99×104～4.28×104t[24],本研究核算的總碳排放量略高于該值,核算的農(nóng)業(yè)碳排放量在前人結(jié)果范圍內(nèi)。與相關(guān)研究相比,本研究核算的玉龍縣碳吸收量(183.36 萬t)高于全國尺度的陸地碳吸收量(約為72 萬t)[32],低于省際尺度的云南省碳吸收量(大約為200 萬t)[33],結(jié)合玉龍縣為川滇生態(tài)屏障核心區(qū)域的特殊定位,研究結(jié)果在前人研究的合理范圍內(nèi)。

在基于碳源/匯與生境質(zhì)量的國土空間綜合分區(qū)方面,僅依據(jù)碳源、碳匯進(jìn)行碳功能分區(qū)管治[34],雖然能夠促進(jìn)各功能區(qū)發(fā)揮碳功能的作用,但無法落實到區(qū)域內(nèi)部,體現(xiàn)內(nèi)部的差異性[35],相比之下,從碳補(bǔ)償角度出發(fā)結(jié)合主體功能區(qū)的碳分區(qū)更為綜合、全面[36]。本文綜合考慮自然本底條件中的生境質(zhì)量,從區(qū)域是否碳源/匯效益失衡的角度進(jìn)行綜合分區(qū)管控,從多方面因素出發(fā),更加全面而又精確地指出各個分區(qū)的特性,針對性地提出減碳增匯、生態(tài)保護(hù)的發(fā)展措施。此外,與《麗江市國土空間總體規(guī)劃(2021—2035年)公眾征求意見稿》中玉龍縣的規(guī)劃目標(biāo)對比,證實本文的分區(qū)發(fā)展導(dǎo)向符合規(guī)劃中對玉龍縣未來的發(fā)展要求。同時,通過格網(wǎng)尺度進(jìn)行分區(qū)研究,得到的柵格低碳綜合分區(qū)結(jié)果更細(xì)致,柵格結(jié)果也可以與鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級行政區(qū)進(jìn)行結(jié)合,為區(qū)域采取行之有效的管控措施提供參考,這對于區(qū)域治理、發(fā)展將會有更深層次的推動作用。

3 結(jié)論

本文在土地利用變化分析基礎(chǔ)上,通過核算2010、2020年玉龍縣的碳源、碳匯,以碳源/匯效益和生境質(zhì)量為低碳分區(qū)依據(jù),得到玉龍縣低碳發(fā)展與生態(tài)保護(hù)相結(jié)合的國土空間綜合分區(qū)。主要結(jié)果如下:

(1)2010—2020年,玉龍縣土地利用結(jié)構(gòu)以喬木林地、灌木林地、草地和旱地等土地利用類型為主,喬木林地、灌木林地集中分布在西南部,草地、旱地分別集中分布在中西部及西北側(cè);城鎮(zhèn)建設(shè)用地增加的速度最快,其年均增長率達(dá)35.15%,集中分布在東南部。

(2)2010—2020年,玉龍縣碳源增長劇烈,碳源呈現(xiàn)西高東低、東南高值的空間分布特征;碳匯呈現(xiàn)西高東低、西南高值的空間分布特征。其中,建設(shè)用地為主要碳源,喬木林地則起到主要碳匯的作用;碳排放量漲幅劇烈,碳排放增長量與碳吸收增長量不匹配。

(3)2010—2020年,玉龍縣碳源效益、碳匯效益有較大的提升,總體上呈現(xiàn)東西側(cè)高、東南最低的特征,但仍有大范圍低效益區(qū)域;其次,玉龍縣以高等級生境質(zhì)量區(qū)域為主,高等級生境質(zhì)量區(qū)域主要集中在東西兩側(cè)、西南部,低等級生境質(zhì)量區(qū)域主要集中分布在東南部。

(4)基于碳源/匯與生境質(zhì)量的國土空間綜合分區(qū)原則,可將玉龍縣劃分為6個分區(qū):碳匯功能保持區(qū)、低碳限制發(fā)展區(qū)、減碳優(yōu)先發(fā)展區(qū)、增匯生態(tài)修復(fù)區(qū)、高碳生產(chǎn)優(yōu)化區(qū)和高碳總量控制區(qū),并提出協(xié)同減排的差異性對策。

本文提出的國土空間低碳綜合分區(qū)方法,可指導(dǎo)類似區(qū)域的碳源/匯核算及國土空間低碳分區(qū),為區(qū)域低碳發(fā)展及綠色城市建設(shè)提供參考。然而,各縣域的自然本底條件、能源使用強(qiáng)度等方面存在差異,這可能影響最終的碳源/匯核算結(jié)果準(zhǔn)確性。為了更深入探討適用于石漠化山區(qū)縣域尺度的轉(zhuǎn)換系數(shù),后續(xù)研究可以根據(jù)各縣的實際情況對能源排放系數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。另外,因不同發(fā)展階段、不同區(qū)域、不同類型的鄉(xiāng)鎮(zhèn)對降源增匯的需求不盡相同,縣域低碳發(fā)展定位仍需綜合考慮其他影響因素來確定,故有待進(jìn)一步探討普適性的低碳方案和策略。