快速城市化进程中土地利用碳效应的演化规律、影响机制和优化调控研究—以珠江三角洲地区为例

The project takes "process - pattern - effect - regulation" as the logic main line, focusing on the evolution process, impact mechanism and optimal regulation and control research of land use carbon effect during rapid urbanization. The ecology process and effect mechanism of the regional land use system are examined deeply during the social and economic development process, which will summarize the optimization measures and innovative approaches of land use system for low carbon development objective during rapid urbanization process. Under the guidance of the theories of human-environment relationship territorial system and sustainable development, the core issue is to explore the coupling coordination mechanism among urbanization, land use and carbon effect, in order to analyze the impact mechanism and optimize path of land use carbon effect during urbanization in the Pearl River Delta area. Based on multiple remote sensing image data, physical geographic features data, and social and economic data, integrated 3S technology, simulation of quantity model, geodetector and other methods, the timing synergies relationship has been revealed among urbanization, land use change and land use carbon sink/carbon emission/carbon effect in the Pearl River Delta since the past 30 years. To explore the “decoupling”, “tunneling”, “lagging” and other characters of carbon effect, systematically analyzed the influencing factors of land use carbon effect evolution process, which provided scientific basis for establishing land use optimization allocation model, innovation management and control the low carbon-oriented path.

项目以“过程—格局—效应—调控”为逻辑主线，着眼于城市化、土地利用及其碳效应的演化规律、影响机制和优化调控研究，深化社会经济发展过程中区域土地利用系统的生态过程和效应机理的研究，以期归纳总结快速城市化中低碳为目标导向的土地利用系统优化调控措施和创新途径。以典型高度城市化的珠江三角洲地区为案例区，以人地关系地域系统及可持续发展理论为指导，以揭示城市化、土地利用及碳效应之间的耦合协同机制为核心，以探寻城市化过程中土地利用碳效应的影响机制和优化调控路径为目标；基于多元遥感影像数据、自然地理要素数据和社会经济等数据，集成3S技术、数量模型模拟、地理探测器等多种方法，揭示近30年以来珠三角地区城市化、土地利用变化和土地利用碳汇、碳排放及碳效应间的时序协同性，探究碳效应与经济发展间的脱钩关系；系统解析土地利用碳效应演化的影响因素，为建立低碳导向的土地利用优化调控模式和创新管控路径提供科学依据。

伴随快速城市化，土地利用的类型、结构和格局发生剧烈变化，其碳效应发生相应变化，探究城市化进程中土地利用变化的碳效应对于城市经济发展与生态环境保护之间博弈关系的协调具有重要意义。本项目研究中主要基于土地利用数据、NDVI数据及社会经济等数据，集成RS、GIS、模型模拟及数理验证等多种方法，揭示了城市化与土地利用变化的过程和格局，土地利用变化碳效应的多尺度空间分异特征，城市化、土地利用与碳效应间时序协同关系与影响机制，并归纳总结了区域“碳增汇减排”的优化调控模式和创新路径。研究结果表明：①珠三角地区建设用地空间扩张明显，空间格局由“小集聚、大分散”演化为“大集聚、小分散”，逐步形成以“广-佛”为顶点的“A字型”空间分布特征，且东岸城市带的发展明显快于西岸城市带。②近30年间，珠三角地区碳汇水平呈总体下降趋势，且林地碳汇下降最明显，碳汇的空间分布格局为“中心低四周高”，且不同土地利用类型的固碳能力具有差异；单位面积碳排放及碳排放总量均呈上升趋势，碳排放的组成结构为能源消费碳排放量＞工业生产过程碳排放＞固体废弃物碳排放＞废水碳排放；碳效应由正向碳输入状态转为负向碳输出，碳效应损失明显，由62.71万t显著下降为-13547.60万t。③土地利用变化对碳汇的影响突出表现在建设用地扩张所造成的大量碳汇损失，其中土地利用结构熵值与土地利用均衡度对区域碳汇的影响显著；珠三角地区土地利用变化与碳效应的时序协同性研究表明，其对碳汇影响无显著时序滞后性，但与碳排放间存在滞后阶数为4的显著滞后性。④目前珠三角地区的能源消费中煤炭仍占主要地位，故需要加快产业结构的调整及升级、能源结构的优化及使用效率的提升等，控制碳排放强度及总量，未来城市发展路径应是社会、经济、环境相协调的绿色、低碳化发展。