1、 513 国家自然科学基金(41971238)资助 投稿日期:20220524;修回日期:20220815 北京大学学报(自然科学版)第 59 卷 第 3 期 2023 年 5 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,Vol.59,No.3(May 2023)doi:10.13209/j.0479-8023.2023.025 “双碳”目标下张家口市“三生”空间 格局演化及碳效应研究 刘天昊1,2,*冀正欣1,2,*段亚明1,2 许月卿1,2,1.中国农业大学土地科学与技术学院,北京 100193;2.自然资源部农用地质量与监
2、控重点实验室,北京 100193;*同等贡献作者;通信作者,E-mail: 摘要 基于“三生”空间识别与碳源(汇)属性分类体系,分析 20002020 年张家口市“三生”空间格局演化特征,测算“三生”空间垂直方向和水平方向的碳效应,探讨“三生”空间演化的生态关系及其对碳效应的影响。结果表明,20002020 年张家口市“三生”空间时空格局变化显著,生态空间增加 710.24 km2,生产生活空间增加 652.55 km2,生产生态空间减少 1362.79 km2,3 类空间相互转化的幅度愈加强烈。垂直方向上,碳通量从 2695.18 万吨上升到 4894.36 万吨,碳排放远大于碳吸收,碳收支
3、不平衡现象较为严重。水平方向上,生态空间的碳吸收强度逐渐上升,生产生态空间和生产生活空间的碳排放强度不断下降。20 年间,积极碳流增加 823 万吨,消极碳流减少 1182 万吨,整体净碳流为负值。张家口市“三生”空间生态关系冲突明显,主要表现为掠夺限制与竞争的关系,对碳效应产生消极影响。关键词 “三生”空间;演化特征;碳效应;生态关系;张家口市 Spatial Pattern Evolution and Carbon Effect of Production-Living-Ecological Space in Zhangjiakou City under Carbon Peak and C
4、arbon Neutrality Goals LIU Tianhao1,2,*,JI Zhengxin1,2,*,DUAN Yaming1,2,XU Yueqing1,2,1.College of Land Science and Technology,China Agricultural University,Beijing 100193;2.Key Laboratory for Agricultural Land Quality,Monitoring and Control,The Ministry of Natural Resources,Beijing 100193;*These au
5、thors contributed equally to this work;Corresponding author,E-mail: Abstract This study analyzes the evolution characteristics of“production-living-ecological”space in Zhangjia-kou City during the period of 20002020,measures its carbon effect in the vertical and horizontal directions,and discusses i
6、ts ecological relationship and its impact on carbon effect,based on the relationship between“production-living-ecological”space and carbon source/carbon classification system.The results show that“production-living-ecological”space in Zhangjiakou has changed significantly during 20002020,with an inc
7、rease of 710.24 km2 in ecological space,652.55 km2 in production-living space and a decrease of 1362.79 km2 in production-ecological space.The transformation of the three types of space has become more intense from 2000 to 2020 in Zhangjiakou City.Vertically,the carbon flux of Zhangjiakou City incre
8、ases from 26.9518 million tons to 48.9436 million tons.Carbon emission is more than carbon uptake and the imbalance of carbon budget is serious during 20002020.Horizontally,the carbon absorption intensity of ecological space gradually increases,and the carbon emission intensity of production-ecologi
9、cal space and production-living space continues to decline in Zhangjiakou City.In the past 20 years,the positive carbon flow has increased by 8.23 million tons,and the negative carbon flow has decreased by 11.82 million tons,but the overall net carbon flow is still negative.The spatial ecological re
10、lationship among the“production-living-ecological”space has obvious conflicts,mainly manifested as plundering-restriction 北京大学学报(自然科学版)第 59 卷 第 3 期 2023 年 5 月 514 and competition relationship,showing a negative impact on the carbon.Key words “production-living-ecological”space;evolutionary character
11、istics;carbon effect;ecological relation-ship;Zhangjiakou City自 1978 年改革开放以来,我国经历了快速城镇化进程,导致生产、生活和生态(“三生”)用地之间的矛盾日益加剧,国土空间可持续开发面临严峻的危机和挑战。为此,党的“十八大”提出构建“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的新型国土空间发展目标。与此同时,为应对全球气候变化危机,国务院发布2030 年前碳达峰行动方案,明确建立服务于“碳达峰、碳中和”的国土空间开发保护格局。作为国土空间规划和碳循环的直接目标载体,“三生”空间的时空演化特征及其碳效应研究对实现
12、区域国土空间低碳转型发展具有重要意义。目前,学术界就土地利用变化与碳排放效应进行了大量研究18,但对功能空间变化导致的碳排放效应研究较少,且相关研究集中于“三生”空间的内涵与分类9、识别和划定1011、时空演变12、冲突13与耦合14以及功能评价1516等方面,针对“三生”空间与碳效应相互关系的研究较为薄弱。作为一种重要且特殊的生态系统,山区不仅是自然资源和生物相互依存的重要环境,起到生态屏障和资源支撑的作用,而且作为气候变化的敏感区域,是典型的生态脆弱区17。张家口市是典型的山区城市,也是首都水源涵养功能区和生态环境支撑区。近年来,随着京津冀协同发展战略的带动,以及可再生能源示范区和 202
13、2 年冬奥会张家口赛区的建设,张家口市经济社会发展速度显著加快,“三生”空间格局演变剧烈,由此带来显著的碳效应变化。因此,亟需加强“三生”空间格局时空演化特征及其碳效应影响研究,为该区域绿色低碳转型决策提供科学支持。基于上述背景,本文采用遥感影像解译的土地利用数据以及人口和能源等社会经济数据,根据土地利用类型的主导功能,进行“三生”空间识别和划分,借助土地利用类型的碳源(汇)属性,建立“三生”空间和碳源(汇)属性分类体系,系统地分析 2000 2020 年张家口市“三生”空间的时空演化特征,测算不同时期“三生”空间垂直方向的碳通量和碳密度以及水平方向的碳流,揭示“三生”空间格局演化过程及其碳效
14、应,探讨碳效应变化过程中“三生”空间的生态关系,以期为研究区国土空间低碳发展和结构优化决策提供科学依据。1 研究区概况与数据来源 1.1 研究区概况 张家口市地处河北省西北部(图 1),地理坐标为 1135011630E,39304210N,北临内蒙古高原,南接华北平原。地势西北高、东南低,阴山山脉将全市分为坝上高原和坝下低中山盆地两大地貌区域。全域属于温带大陆性季风气候,四季分明,年降水量为 330500 mm。截至 2020 年,张家口市总面积为 3.68 万 km2(耕地 8960.37 km2,园地 1737.75 km2,林地 13652.73 km2,草地 9821.88 km2,
15、建设用地 1564.15 km2,交通运输用地 234.32 km2,水域及水利设施用地 653.08 km2,未利用地 175.98 km2),下辖 6 区 10 县,全市总人口为 411.89 万。2020 年全市生产总值为 1600.1亿元,居民人均可支配收入为 25674 元,三次产业比例为 16.7:26.9:56.4。1.2 数据来源 本文采用的数据包括土地利用数据和经济社会数据两大类。土地利用数据来源于 2000,2010 和2020 年 Landsat-TM 影像,从地理空间数据云平台(https:/ ENVI 5.3 软件对遥感影像进行处理和校正,得到 3 个不同时期的土地利
16、用数据。三期影像总解译精度分别为88.92%,90.46%和 89.23%,Kappa 系数分别为 0.87,0.88 和 0.87。参考国家基本资源与环境本底动态遥感调查数据库(http:/ 8 类18。经济社会数据主要包括张家口市不同时期的原煤、焦炭、汽油和柴油的消耗量和全市总人口数量,来自相应年份的张家口经济年鉴。由于张家口经济年鉴2021尚未发布,因此该年份少量数据用 2019 年的数据替代。2 研究方法 2.1“三生”空间识别与碳源(汇)属性分类 作为一种要素和载体,土地的功能具有多重属 刘天昊等 “双碳”目标下张家口市“三生”空间格局演化及碳效应研究 515 图 1 研究区概况 Fig.1 Overview map of the study area 性。土地利用功能的集聚是空间形成的本质1819,可根据功能划分为生产、生活和生态三类。由于使用主体的目的及利用强度不同,土地功能呈现主次之分。因此,本文在充分考虑土地多功能性的基础上,突出土地利用的主导功能,兼备土地利用的次要功能20,进行张家口市生产、生活、生态空间的识别和划分。林地、草地、水域及水利设施用地和未利用地以生态
