碳中和目标下的国土空间格局优化：理论框架与实践策略

国土空间规划是在基础层面引导土地利用、生态保护、产业布局、城乡建设和区域开发的国家基础性、约束性规划。在当前“双碳”战略背景下,将碳中和目标纳入国土空间规划和治理体系,对于从基础层面推动经济社会系统全面低碳转型具有重要意义。本文构建了碳中和目标下国土空间格局优化的理论框架,分析了国土空间格局、人地关系与碳收支的内在关系。从“经济—社会—生态”复合系统的视角探讨了碳中和目标下国土空间格局优化和调控机理;从国土空间碳收支核算体系、面向碳平衡的“双评价”方法、国土空间碳风险监测与评价、碳排放空间约束下的三线划定、碳达峰与产业空间结构调控等方面提出了面向碳中和的国土空间格局优化路径;从差别化的生态碳汇提升方案、符合中国国情的国土空间碳收支核算体系、面向碳中和目标的国土空间规划管控方案、基于生命周期的建设用地碳排放评估、低碳高效的国土空间治理体系、多层次国土空间碳补偿体系构建等方面,提出了碳中和目标下国土空间格局优化的关键领域。     

碳达峰碳中和目标下自然资源管理领域的关键问题

基于低碳目标创新自然资源管理体制,对于提升生态系统碳汇水平和自然资源支撑能力,推动经济社会中长期低碳转型具有重要意义。围绕“双碳”目标下的自然资源管理,九位专家分别从不同视角提出了创新自然资源管理的策略,为基于“资源要素—国土空间—生态系统”多层次视角构建低碳导向的自然资源管理体制提供参考借鉴。专家认为：未来应构建“双碳”目标下自然资源管理领域的系统性应对框架,建立健全自然资源“要素—空间—系统”多层次协同管理的体制机制;构建全域自然资源及国土空间碳循环监测网络和符合中国国情的碳核算标准体系,探索差别化国土空间管控方案;加强“自然—经济—社会”复合系统的资源流通管理,探寻基于资源优化管理的区域协同碳减排路径;将碳汇价值纳入碳交易和生态补偿体系,构建基于国土空间碳中和评价的区域横向碳补偿制度,推动区域协同减排和公平协调发展。     

农业生物质炭固碳潜力及经济效益分析——以山西省为例

随着温室气体减排和低碳发展的要求,生物质炭作为农业固碳的新型技术引起人们的关注。固碳潜力评价和经济效益分析是生物质炭规模化开发利用的基础。论文利用“生物质资源—固碳潜力—经济效益”集成评估方法,以山西省为研究区域,估算了农业生物质的固碳潜力和经济效益。结果显示：山西省3种生物质资源（农作物秸秆、禽畜粪便和作物加工副产品）的固碳总潜力为1 228.10×10⁴ t CO₂当量,约占2014年山西省全年碳排放总量的2.5%。在2014年碳均价和碳高价情形下,农作物秸秆和作物加工副产品实现了正效益,每t原料综合效益分别为8.09和21.79元。全年3种生物质炭固碳综合效益为0.44×10⁸~2.80×10⁸元,证实了山西省生物质固碳技术的经济可行性。     

中国低碳试点城市碳排放效率时空演变与影响因素

中国提出2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的战略目标,提高碳排放效率,推动绿色低碳发展是实现“双碳”目标的重要途径。运用包含非期望产出的Super-SBM模型,测度了2003—2018年中国68个低碳试点城市的碳排放效率并分析其时空演变特征,运用面板回归模型分析城市碳排放效率的影响因素,得出以下结论：（1）低碳试点城市碳排放效率在时间上整体呈上升趋势,效率值从0.169上升至0.423,年均增长率为6.31%,仍有一定的提升空间。（2）低碳试点城市碳排放效率的区域差异呈先缩小后逐渐扩大趋势,空间上呈现“东中西”递减分布格局;从城市等级规模来看呈现“超大城市>特大城市>大城市>中等城市>小城市”特征。（3）经济发展水平、产业结构、城镇化水平、绿色技术创新与试点城市碳排放效率呈显著正相关,外资强度与碳排放效率呈显著负相关,各影响因素对三大地区和不同规模城市的作用程度存在一定的差异性。从创新投入、产业结构和区域差异化等方面提出对策建议,对促进城市绿色低碳发展和生态文明建设具有一定的借鉴意义。     

中国南北过渡带生态系统碳储量时空变化及动态模拟

山地是全球变化的敏感地带,对生态安全与发展具有重要作用,山地生态系统服务变化和生态环境承载力是地理学与生态学的研究热点。以中国南北过渡带的主体秦巴山地为研究对象,采用CA-Markov模型与InVEST模型模拟和预测（2000—2040年）不同土地利用情景下秦巴山地生态系统碳储量变化,运用热点分析（Getis-Ord G_i^*）探讨秦巴山地生态系统碳储量的空间分布差异。结果表明：（1）2000—2040年,研究区土地利用/土地覆被变化主要是耕地、林地、草地和建设用地。（2）2000—2020年,碳储量增加1.12×10⁷ t;2020—2040年自然增长情景下,碳储量损失剧烈,减少50.24×10⁷ t;生态保护情景下,碳损失幅度明显变弱,减少29.52×10⁷ t,说明采取生态环境保护政策,能够有效控制碳储量减少。（3）土地利用/土地覆被与生态系统碳储量的变化呈现显著的一致性,土地利用数量变化决定了生态系统碳储量的质量和空间分布格局。（4）随着海拔抬升,碳储量呈现出“先增后减”的趋势;随着坡度升高,碳储量呈现出“W”型变化趋势。（5）热点分析结果显示,2000—2020年间,碳储量热点区和冷点区零散分布在研究区内;2040年自然增长情景下,碳储量冷热点分布范围有逐渐变大的趋势;2040年生态保护情景较2020年,秦巴山地生态系统碳储量的冷热点分布范围整体变化不大。     

中国保护性耕作净碳汇的时空格局

研究中国保护性耕作净碳汇的时空格局对其推广政策的合理制定具有重要意义。在分析保护性耕作固碳排碳机理和构建其测度方法的基础上,以中国各省（市、自治区）为单元,对2000—2019年中国保护性耕作净碳汇的时空格局进行分析,并对其潜力进行预测。结果表明：（1）每年保护性耕作的碳汇基本都是碳排的2倍,土壤固碳占保护性耕作碳汇的2/3以上,生物固碳占比小于1/3。（2）中国保护性耕作净碳汇在时间上呈现逐年递增趋势,其中,华北、西北和东南地区增幅较大;在空间上表现为扩张—集聚—扩张态势,其重心由北向南移动。（3）中国保护性耕作净碳汇具有明显的空间非均衡性特征,2019年呈现华北、西北和东南地区“三足鼎立”之格局,河南、山东、内蒙古、新疆、安徽、湖北和江西7省区属于高碳汇区,河北、吉林、陕西和山西属于低碳汇区,其他省份属于碳中和区。（4）2020—2030年中国保护性耕作的净碳汇潜力继续保持增长态势,2030年的峰值将处于5794.38万~7962.93万t C之间。     

大别山革命老区旅游地“乡土—生态”系统韧性演化规律及影响机制

探讨旅游地“乡土—生态”系统演化,为理解人地关系地域系统结构与功能演变提供了新思路。通过构建“乡土—生态”系统韧性评价体系,解析2005—2019年大别山革命老区旅游地“乡土—生态”系统韧性的演化阶段、过程、路径及机制。结果显示：（1）研究区旅游地“乡土—生态”系统经历了利用、保存、释放、重组适应性循环过程,分别对应旅游地迅速发展期（2005—2009年）、发展成熟期（2010—2012年）、发展过渡期（2013—2016年）和再发展初期（2017—2019年）。（2）在适应性循环过程中研究区县域的数量结构经历了以“较低水平韧性为主→高水平韧性为主”的转变,县域“乡土—生态”系统韧性水平呈波动上升趋势。（3）2005—2019年研究区旅游地“乡土—生态”系统韧性演化的驱动因子由经济层面转向社会文化层面。在内外源因素的作用下,旅游地“乡土—生态”系统韧性通过乡土资源禀赋（向心凝聚力）、经济发展基础（核心推动力）、社会保障功能（重要支撑力）和自然环境本底（基础约束力）的四维驱动,以人的行为为媒介在相互作用和掣肘中演进,当韧性指数超过阈值时其内核组织将打破原有边界、自我调适实现“路径突破”,进入下一阶段适应性循环,以此促进旅游地的可持续发展。     

“双碳”目标下新疆能源系统绿色转型路径

新疆是我国最重要的资源宝库和能源基地之一。如何在“双碳”目标引领下,实现能源系统的绿色转型,事关国家能源安全。在系统总结新疆主要能源的储量及分布的基础上,梳理现阶段能源生产与消费现状,分析能源转型面临的主要问题,提出了能源绿色转型路径及相关对策和建议。结果表明：（1）新疆能源系统中化石能源占比超过85%,碳减排任务异常艰巨;（2）新疆“弃风、弃光”问题严峻,弃电率高于全国平均水平;（3）要实现新疆能源系统的绿色转型,须控制煤炭消费增长,加快水—风—光—储一体化清洁能源基地建设,扩大电力对外输送通道,推进“电气化新疆”进程,发展CCUS与大规模储能新技术等。研究结果可为新疆实现“双碳”目标提供参考。     

中国红色旅游经典景区网络关注度时空演变及影响因素

借助“百度指数”,获取2011—2019年中国31个省（市、自治区）对红色旅游经典景区的网络关注度,结合区域差异分析法、景区偏好系数分析红色旅游经典景区网络关注度的时空演变特征,利用面板数据回归模型和地理探测器揭示其影响机理。研究发现：（1）从时序上看,2011—2019年红色旅游经典景区的网络关注度持续上升,具有明显的季节性差异,呈“M”型变化形态。（2）从区域上看,东—中—西部具有明显的梯度递减特征,区域差异呈东—西—中部依次递减态势,空间结构比较均衡,东部地区多位于热点区,中部地区多处于一般区,西部地区则属于冷点区,各省（市、自治区）存在一定季节性差异。（3）景区角度方面,景区的月际变化分为单峰型、双峰型和多峰型三种,单峰型季节差异显著,双峰型和多峰型的季节差异较小,景区偏好类型呈“金字塔”结构,具有“多中心”分布特征,整体格局相对稳定。（4）影响因素方面,客源地网络发展水平的贡献>人口规模>教育水平>经济发展水平,而旅游恩格尔系数的影响不显著,目的地的星级酒店数量、旅游化水平、市外交通可达性是重要影响因素,信息化水平、空气质量、旅行社及公共管理能力是主要影响因素,其他因素影响力较小。     

近35年中国资源环境承载力评价：脉络、热点及展望

在运用CITESPACE、ORIGN、Data-Driven Documents等软件计量统计核心期刊及核心学者的基础上,系统回顾近35年中国资源环境承载力评价研究的发展历程,梳理研究热点,提出研究展望。结果显示：（1）中国资源环境承载力评价遵循“单要素”—“多要素”—“动态集成”评价的轨迹,应用研究沿回答“人口容量”—“区域发展单方面问题”—“区域发展多方面问题”的方向演进;（2）以“科学评价—机理揭示—实际应用”逻辑梳理研究热点,学者们主要运用指标体系法、综合评价法、足迹类等方法测算承载力,并以测算结果为支撑,通过总结承载力时空分布规律、判别影响因子、揭示作用机制,发挥承载力在促进区域经济发展、推进新型城镇化、优化国土空间及监测预警与模拟预测等应用方面的支撑作用;（3）基于以上,提出未来应在学科交叉性、评价指标特异性与先进性、机理揭示深入性、承载力评价动态性等四个研究方向进行优化与深入。     

基于多目标模型的中国低成本碳达峰、碳中和路径

为探寻我国低成本碳达峰、碳中和路径,以我国主要耗煤产业、电力、供热、交通以及森林碳汇量为研究对象,构建基于低成本碳达峰、碳中和路径的多目标模型.以成本最小、二氧化碳排放量最少以及大气污染物排放量最少为模型的多目标,以我国2030年前碳达峰以及2060年前碳中和为研究目标设置相应约束条件,并设置产业需求、电力需求、供暖需求、交通需求、各行业新能源比例、污染物控制等约束条件,其中产业考虑煤炭消耗量较大的钢铁、化工、建材以及其他行业,电力考虑火电、核电、风电、太阳能.此外,模型除考虑森林碳汇外,还考虑了碳捕获与封存（CCS）作为实现碳达峰、碳中和的技术手段.结果表明:①我国碳达峰、碳中和实现的可行性较高,2030年及2060年的时间节点设定科学,碳达峰当年的各行业成本约为17.54×1012元,代表行业碳达峰、碳中和时的二氧化碳排放量分别为68.63×108和34.50×108 t.②以钢铁、化工、建材等为代表的工业转型可行性较低,且对于碳达峰、碳中和目标实现的贡献较小;电力、供热以及交通转型可行性较高,且对碳达峰、碳中和目标实现的贡献较大,电力二氧化碳排放量占比在2030年与2060年将分别达72.86%和43.34%.③煤电装机容量将在规划期内持续减少,需取消部分已规划的煤电项目并改造和提前淘汰部分已有煤电设备;相对风力发电与太阳能发电装机容量持续增加,二者装机容量总和于2030年达12×108 kW,于2060年达24×108 kW.④CCS将为碳达峰、碳中和目标实现提供助力.研究显示,未来我国碳减排工作将重点聚焦于电力系统,其次为供热与交通,建议根据行业特征制定不同省份、不同经济圈的绿色发展模式.      

两种模式下中国未来发电行业发展情景及其环境效益分析

为了研究“双碳”目标模式下我国发电行业发展前景及带来的环境效益,建立了饱和“S”状灰色模型计算了按照旧有发电模式——非“双碳”模式下2021～2060年发电行业装机容量和发电量,并基于“中国2030年能源电力发展规划研究及2060年展望报告”计算获得了“双碳”模式下2021～2060年发电行业装机容量和发电量,对比研究了两种模式下中国未来发电行业的发展情景.通过物料衡算法和火电行业排放绩效构建了CO₂、 SO₂、 NO_x、 PM、 PM₁₀和PM_2.5的排放因子以及减排因子,定义了用于衡量污染物减排量的4种环境效益A₁～A₄.结果表明,在“双碳”模式下,火电机组将于2026年实现碳达峰,之后年均降低0.28亿kW,同时要求可再生能源发电机组于2020年后年均增加1.54亿kW以实现碳中和.与非“双碳”模式相比,“双碳”模式下火力发电装机容量将大幅度减少,可再生能源发电装机容量将大量增加,由此产生巨大的环境效益A₁...     

安徽省垃圾填埋气CO_2减排潜力研究

采用IPCC与可生物降解两种预测模型对安徽省2020年城市生活垃圾填埋气甲烷产量进行预测,并分析比较模型预测结果;进而通过填埋气发电项目对安徽省垃圾填埋气二氧化碳减排潜力进行探讨。结果表明:预计到2020年,安徽总的生活垃圾清运量可达到758.9万吨,可产生的生活垃圾填埋气甲烷产量约45.5万吨,若这些甲烷气体不经处理直接排放到大气中,相当于排放约900万吨的CO2,因此,安徽省垃圾填埋气CO2减排潜力巨大,其基于清洁发展机制(CDM)的减排潜力可达1.46×109吨。该研究对促进安徽省CDM项目的开发,充分利用CDM资金促进安徽经济的可持续、健康发展具有一定的指导意义。     

中国民航业中长期碳排放预测与技术减排潜力分析

基于LEAP构建自下而上的中国民航业能源系统模型,设置冻结、现有政策、力度、替代和革命五组情景,深入分析民航业的驱动因子和发展趋势,探讨中国民航业中长期低碳发展的技术路径.结果显示,预计2060年左右人均乘机次数翻两番,突破2人次,冻结情景下2060年会带来高达6.9亿t的碳排放.力度情景下,民航业碳排放有望在2044年左右达峰,峰值水平控制在3亿t左右,40年累积减排近50%,仅需增加约1万亿人民币的成本.稳步推进机队更新换代,加快基础设施提升和运营操作改进,发展可持续航空燃料是民航业必须依赖的减排手段,分别能带来44.1%、29.5%和26.4%的减排量.因此,民航业要尽早制定行业"双碳"目标和实施路径计划,中短期统筹推进空域改革、空中交通管理和航司精细化管理,大力支持国产大飞机的发展,长期推动可持续航空燃料全产业链商业化和市场化.     

基于函数极值条件下的中国碳达峰碳中和情景分析

基于函数极值条件提出了碳达峰出现时间和需要满足的理论条件,并对主要发达国家作了验证,同时对中国现状做了分析,最后采用了基准和强化两种情景分析了中国实现2030年碳达峰后进入2060年碳中和时期的二氧化碳排放量。研究结果显示：（1）根据IPAT恒等式将碳排放函数分解成人口、人均GDP和碳强度三个因素时,碳峰值出现时间为三个因素年增长率之和由正转负的正数值年度,发达国家的历史数据证实了这一条件。（2）中国三个因素年增长率之和自2003年起已经开始降低,最近几年一直在0.01~0.02徘徊,表明总体上朝着有利于碳达峰的方向发展,同时按照三个因素的预期发展目标计算得出中国2030年碳排放峰值的上限为112.2亿t,若2021—2035年保持相同的人均GDP年均复合增长率,碳强度年均复合增长率的绝对值需要比人均GDP年均复合增长率高0.14个百分点。（3）在能源消费总量逐渐回落的前提条件下,2060年基准情景下非化石能源占比约为65%,产生的二氧化碳量约为31.4亿t,强化情景下非化石能源占比约为70%,二氧化碳排放约为26.6亿t,而碳汇和CCUS等固碳技术还存在不确定性,碳中和任务依然艰巨。实现碳达峰碳中和最终需要控制能源消费,践行低碳消费行为。     

碳中和下水泥行业低碳发展技术路径及预测研究

为探究水泥行业的碳中和实现路径,从我国的国情出发,结合水泥行业生产特点,对水泥行业未来低碳发展进行了预测. 结果表明:①在碳中和背景下,水泥行业仍会存在约2×108~3×108 t的CO₂排放,产能减量是主要的CO₂减排手段,结合现阶段我国较低的水泥集约化程度和较短的熟料生产线服役年限,产能减量政策的推荐和实施应在合理的规划和政策下推进,低碳技术的发展仍是实现碳中和的关键. ②通过能效提升节能技术可实现CO₂减排约1.19×108 t/a. ③未来在替代原燃料来源、种类及替代率得到全面提升的情况下,原燃料替代技术可基本实现行业10%的CO₂减排量. ④目前,低碳水泥每年产量不足水泥总产量的5%,未来仍需通过产品技术创新,提高其生产及使用占比. ⑤CCUS (CO₂捕集、利用与封存)技术是水泥行业实现碳中和的必要路径,混凝土固碳、钙循环等在水泥行业具有典型行业优势的技术可与生产工艺紧密结合,成为未来水泥行业CCUS技术的重要发力点. 研究显示:结合水泥行业CO₂减排预测及技术路径分析,短期内我国水泥行业降碳主要思路为控制源头排放,包括流程智能化、余热利用、原燃料替代和产业结构调整等路径,实现碳达峰及CO₂减排;中期随着生产线服役年限临近及低碳水泥制备技术的发展,支撑行业碳的大幅削减;后期通过CCUS、富氧燃烧、可再生能源利用等技术来实现水泥行业碳中和的目标.      

中国钢铁行业CO2减排技术及成本研究

钢铁行业是我国主要的能源消费及CO₂排放行业,推动钢铁行业低碳绿色发展已成为实现我国碳达峰、碳中和的重要环节。为此,研究围绕能源结构调整、工艺结构优化、节能减排技术推广和CCUS技术应用4方面,通过设置基础情景、稳定发展情景和强化减排情景3类情景,利用边际减排成本曲线对我国钢铁行业34项减排技术的减排成本和减排潜力进行分析。结果表明:在稳定发展情景下,我国钢铁行业平均减排成本为433元/tCO₂,所有技术的总减排成本为2100亿元,总减排潜力为4.9亿t。在各项减排技术中,废铁-电弧炉炼钢具有较高的减排经济效益,其以较低的单位减排成本贡献了钢铁行业近50%的碳减排量。未来,我国应加快推进长流程炼钢向短流程炼钢的发展,推动钢铁行业生产工艺的结构性调整。     

江苏省高速公路站区光伏能源综合利用研究

基于江苏省高速公路沿线服务区、收费站、办公楼屋面面积以及服务区停车场面积统计数据,估算了可利用屋面面积和进行光伏车棚改造的服务区停车场面积。测算了光伏屋面、光伏车棚的装机规模和发电量,结合高速公路用电情况分析了运行方式。经测算:江苏省高速公路服务区和收费站屋面可安装光伏发电总装机容量为32 MW,首年发电量为3200万kWh,全省高速公路光伏屋面25年发电总量约7.3亿kWh;江苏省高速公路光伏车棚可安装光伏发电装机容量约11 MW,25年发电总量约2.5亿kWh;高速公路站区光伏系统所发电量均小于其昼间用电量,站区光伏发电能够以“自发自用”的模式运行。     

中国石化化工行业二氧化碳排放达峰路径研究

石化化工行业是高耗能高排放行业之一,约占工业部门碳排放比例的10%,研究石化化工行业碳排放达峰路径不仅能推动工业部门尽早实现达峰,同时也为石化化工行业加快绿色低碳转型指明方向. 基于中国统计年鉴、行业协会、企业碳核查等多来源数据,在分析历史排放趋势的基础上,识别能源集中度高的重点行业和产品,采用情景分析法针对石油和天然气开采业、石油煤炭及其他燃料加工业、化学原料及化学制品制造业三大子行业中的炼油、乙烯、丙烯、对二甲苯和合成氨等重点产品,预测其基准情景和控排情景下的重点产品产量和碳排放强度,以及石化化工行业2021—2035年二氧化碳排放趋势. 石化化工行业在基准情景下排放量无法实现2030年前达峰,控排情景下将于2030年达峰,峰值为17.3×108 t. 通过能源结构调整、节能和低碳技术改造、低碳循环及高效利用等途径可以实现行业减排,与BAU(仅考虑石化产品产量变化,不考虑产品结构、单位产品能耗变化)情景相比,减排贡献最大的路径是化石能源利用清洁化改造,2030年相对BAU减排1.19×108 t,贡献率约44%;其次是加大节能和低碳技术改造力度和资源循环及高效利用,减排量分别为0.8×108和0.6×108 t,减排贡献率分别达到29%和22%.      

广西重点行业二氧化碳减排潜力分析

为加快CDM项目的开发,以广西为试点,采用自下而上的方法针对其重点行业的二氧化碳减排潜力进行评价,具体地包括:高耗能工业(冶金、有色金属、建材、化工、制糖、造纸等)、电力(火电、水电、风电)、户用沼气池、木薯制燃料酒精、有机废液利用等。结果表明到2010年广西上述领域的碳减排潜力(以碳计)可达1623万t。为促进广西的可持续发展,不仅应在水电、风电、提高能效等已有方法学的领域积极开展CDM项目,还应加强其它领域如木薯制燃料酒精、户用沼气池等CDM方法学以及CDM项目的开发。