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. 云南大學地球科學學院, 昆明 650500; 2. 云南大學國際河流與生態(tài)安全研究院, 昆明 650500;3. 云南省國土資源規(guī)劃設計研究院, 昆明 650216)

由于全球氣候變暖加劇,各國紛紛響應低碳中和的號召。中國也在逐步推進“雙碳”目標,各省已將碳中和作為國土空間優(yōu)化的目標。此外,國土空間分區(qū)是國土空間優(yōu)化研究的熱點話題。進行國土空間分區(qū),有助于區(qū)別各分區(qū)的發(fā)展導向,進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”目標為導向,進行碳源/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,最終實現(xiàn)區(qū)域綠色發(fā)展、低碳循環(huán)。

近幾年,學者們從全球、國家、省際尺度,對碳源、碳匯進行了大量的核算,并在此基礎上開展了碳源、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,學者們從碳補償[11]、碳排放強度[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[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。結合碳源/匯與生境質(zhì)量,在碳源/匯效益特征分析的基礎上考慮生態(tài)本底條件,從低碳和生態(tài)保護的二維角度進行國土空間綜合分區(qū),進而構建生態(tài)重要區(qū),以權衡生態(tài)保護和區(qū)域發(fā)展,有利于區(qū)域低碳發(fā)展及生態(tài)文明建設。

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、基礎設施建設和金沙江水電建設項目的興起,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)量的基礎上,以低碳發(fā)展與生態(tài)保護為目標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,在此基礎上進行土地利用及碳源/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)進行2020年經(jīng)濟總值的修正,分辨率為1 km×1 km,同時將坐標系統(tǒng)一為CGCS2000 3 Degree GK Zone 34投影坐標系。

1.3 核算方法

碳源核算主要包括建設用地中城鎮(zhèn)建設用地、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 建設用地碳源核算 采用碳排放系數(shù)法計算建設用地全年的碳排放總量。本研究結合實際情況及參考文獻[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(折標準煤單位:t/萬元),由《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589—2008)中各種能源折標準煤換算而來;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的轉換系數(shù);NPP為凈初級生產(chǎn)力;MC6/MC6H10O5為干物質(zhì)轉化為C的轉化系數(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)濟貢獻系數(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)濟貢獻系數(shù)(ECC)可用于評估不同地區(qū)間碳排放的經(jīng)濟貢獻公平性,是反映各地區(qū)碳排放生產(chǎn)力的指標之一。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)濟貢獻率高于土地利用碳排放的貢獻率,表明該網(wǎng)格碳排放的經(jīng)濟效率較高;若ECCi<1,則表明第i個格網(wǎng)碳排放的經(jīng)濟效率較低。

碳匯的生態(tài)承載系數(shù)(ESC)可用于評估不同地區(qū)在固碳吸收貢獻方面的公平性,進而反映區(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率高于碳排放的貢獻率,則對碳減排有正向影響;反之,對碳減排有負向影響。

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[28]。目前,學者們主要采用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、空間可視化能力強和評價結果精度高等特點而被廣泛應用[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)實際情況及相關研究[30]設置各參數(shù)(表1,表2)。

表1 威脅因子權重與影響距離

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)濟貢獻系數(shù)可衡量區(qū)域碳排放對經(jīng)濟效益的貢獻程度,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)保護為輔為原則,將碳源的經(jīng)濟貢獻系數(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、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)展或保護的發(fā)展導向,由此構建國土空間低碳發(fā)展分區(qū)方案。

2 結果與討論

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)玉龍縣土地利用結構以喬木林地、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)建設用地變化速度最快,年均增長率達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及東南部;城鎮(zhèn)建設用地分布較少,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、草地三者之間轉變較為頻繁,并且主要是灌木林地和草地之間的相互轉換。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?。此?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、草地轉移為城鎮(zhèn)建設用地和農(nóng)村居民點,其中建設用地在東南部等區(qū)域的轉入最顯著。

圖2 2010、2020年玉龍縣土地利用分布格局

綜上可知,土地利用變化導致區(qū)域碳排放、碳吸收強度變化,影響區(qū)域碳源/匯格局,因此需進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,碳排放增長量遠大于碳吸收增長量。

(2)從主要用地類型來看,建設用地(城鎮(zhèn)建設用地、農(nóng)村宅基地、交通建設用地、工礦用地)是碳排放的主要來源,且漲幅高達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,玉龍縣的建設用地不斷增加,碳排放總量也不斷上升,年均增長幅度達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度在2010年的基礎上大幅增長,東南部主城區(qū)的碳排放強度逐漸加強,可能與該地作為縣域中心城區(qū),城鎮(zhèn)化不斷加強、非農(nóng)建設占用有較大關系。相比之下,東西兩側以農(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)域的部分耕地轉變?yōu)閱棠玖值?、灌木林?導致喬木林地、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。

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)濟貢獻系數(shù)(ECC)的空間分布(圖4)可知:(1)2010—2020年間,玉龍縣碳源的經(jīng)濟貢獻系數(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,經(jīng)濟貢獻系數(shù)相對較高;東南部為經(jīng)濟發(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)濟貢獻系數(shù)較低?？傮w而言,玉龍縣碳源的經(jīng)濟貢獻系數(shù)較低的區(qū)域與該地建設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)濟貢獻系數(shù)(ECC)類似,呈現(xiàn)東西兩側高、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)域從碳匯能力較強的地區(qū)轉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)進一步加劇的趨勢。因此,增強該地區(qū)的碳匯能力,有利于緩解當?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)濟貢獻系數(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)濟效益與碳匯的生態(tài)效益均比較低。故需要進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: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、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?shù)匕l(fā)展與保護問題嚴峻,需要對國土空間進行精細化發(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,是進行分區(qū)的主要依據(jù)。故應根據(jù)各個區(qū)域碳源的經(jīng)濟貢獻率、碳匯的生態(tài)承載系數(shù)和生境質(zhì)量等信息,分區(qū)域進行低碳國土空間利用的引導研究。

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)保護的強度,按照減碳增匯的原則,指導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)展目標必然導致碳源、碳匯的格局差異,直接影響區(qū)域碳收支,故進一步結合研究區(qū)的土地利用現(xiàn)狀和國土空間開發(fā)與保護的主導方向,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)量結構和空間布局模式,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構的聯(lián)接。基于碳源效益、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)濟貢獻系數(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。該區(qū)域在東北部的石漠化地區(qū)和西南部遠離石漠化的地區(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)應該通過建立自然保護地體系或封山育林等方式進行集中連片式的保護,嚴守生態(tài)環(huán)境保護的底線;遠離石漠化地區(qū)的西南部區(qū)域應充分發(fā)揮森林資源優(yōu)勢,發(fā)展生態(tài)旅游等產(chǎn)業(yè),在維護該區(qū)域的碳匯能力的同時實現(xiàn)經(jīng)濟增收。

(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)濟貢獻強度相對較高、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)濟效益較高。因此,該區(qū)域在今后的發(fā)展中應保持現(xiàn)有發(fā)展強度,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、生境質(zhì)量較好、碳排放的經(jīng)濟貢獻不足的特點。該區(qū)域主要分布在南部、西部及西北部遠離石漠化的區(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成,是離中心城鎮(zhèn)較遠的農(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)種植技術來進一步優(yōu)化發(fā)展農(nóng)業(yè),降低區(qū)域的碳排放強度。

(4)增匯生態(tài)修復區(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)濟貢獻不足的特點,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)象較為嚴重,生態(tài)環(huán)境相對脆弱。因此,為修復石漠化嚴重地區(qū)脆弱的生態(tài),該區(qū)域在今后的發(fā)展中應充分發(fā)揮區(qū)域自然修復能力,并佐以人力防治,增強區(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)濟貢獻系數(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)種植結構,積極發(fā)展低碳農(nóng)業(yè);在東北部石漠化區(qū)域進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開發(fā)的過程中要注重生態(tài)保護,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)域的碳排放強度與經(jīng)濟貢獻極不匹配,且粗放的經(jīng)濟發(fā)展模式對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成了嚴重威脅,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)建設用地和耕地構成,生態(tài)環(huán)境基礎較差,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)域在強調(diào)經(jīng)濟貢獻的同時,應持續(xù)推進城市綠色發(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,從而構建安全清潔的能源體系,以彌補其碳匯貢獻的不足;應考慮適度控制城市蔓延擴張進程,精細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,進而降低該區(qū)域對石漠化的影響。

2.5 討論

在碳源/匯核算結果方面,前人研究結果顯示: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)碳排放量在前人結果范圍內(nèi)。與相關研究相比,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、碳匯進行碳功能分區(qū)管治[34],雖然能夠促進各功能區(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,從碳補償角度出發(fā)結合主體功能區(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)劃目標對比,證實本文的分區(qū)發(fā)展導向符合規(guī)劃中對玉龍縣未來的發(fā)展要求。同時,通過格網(wǎng)尺度進行分區(qū)研究,得到的柵格低碳綜合分區(qū)結果更細致,柵格結果也可以與鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級行政區(qū)進行結合,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 結論

本文在土地利用變化分析基礎上,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)保護相結合的國土空間綜合分區(qū)。主要結果如下:

(1)2010—2020年,玉龍縣土地利用結構以喬木林地、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;城鎮(zhèn)建設用地增加的速度最快,其年均增長率達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、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)展及綠色城市建設提供參考。然而,各縣域的自然本底條件、能源使用強度等方面存在差異,這可能影響最終的碳源/匯核算結果準確性。為了更深入探討適用于石漠化山區(qū)縣域尺度的轉換系數(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)進行詳細分析。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,故有待進一步探討普適性的低碳方案和策略。