低碳經濟視角下武漢市土地利用結構優化

摘要：為促進低碳經濟的發展，以武漢市為例，將最低碳排放量與最大經濟效益作為目標函數，采用灰色多目標線性規劃方法，對武漢市土地利用結構進行優化研究。結果表明，武漢市土地利用結構優化后耕地面積為３３８ ０００.0 ｈｍ２，林地面積為１０３ １００.0 ｈｍ２，草地面積為２８０.0 ｈｍ２，建設用地面積為１８５ ０００.0 ｈｍ２。因此在進行土地利用結構優化過程中應限制建設用地過度擴展，適度退耕還林。

關鍵詞：低碳經濟；土地利用碳排放；土地利用結構優化；武漢市

中圖分類號：Ｆ３０１．２４ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）02－0262-03

Optimization of Land Use Structure in Wuhan City under the Perspective of

Low-carbon Economy

ＨＥ Ｇｕｏ－ｇｏｎｇ，ＨＥ Ｌｉｎ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｘｉａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉａｎｎｉｎｇ ４３７００５， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎ ｅｃｏｎｏｍｙ， ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｗｕｈａｎ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒａｙ ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｌｉｎｅａｒ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ３３８ ０００ ｈｍ２ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｌａｎｄ， １０３ １００ ｈｍ２ ｗｏｏｄｌａｎｄ， ２０８ ｈｍ２ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ａｎｄ １８５ ０００ ｈｍ２ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ ｗａｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｃａｒｂｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ． As a result， ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｗｕｈａｎ ｃｉｔｙ ｓｈｏｕｌｄ ｌｉｍｉｔ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｏｏｄｌａｎｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎ ｅｃｏｎｏｍｙ； ｃａｒｂｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ； Ｗｕｈａｎ ｃｉｔｙ

低碳經濟的概念是在全球氣候變暖對人類生存和發展提出嚴峻挑戰的背景下應運而生的。發展低碳經濟是堅持科學發展觀的客觀要求，是構建“兩型社會”、走可持續發展道路的必然選擇。能源、建筑、交通等領域的變革都因低碳經濟這一全新的發展理念而備受關注，但土地利用對碳排放的影響似乎沒有得到廣泛的重視［１］。為此，以武漢市為例，以發展低碳經濟為目標，將碳排放目標函數引入模型，與經濟效益目標函數相結合構建灰色多目標線性規劃模型，探討土地利用結構優化方案，以期為土地合理利用促進低碳經濟的發展提供依據。

１ 研究區域概況

武漢市是湖北省的政治、經濟、文化中心，是我國重要的工業基地、科教基地和綜合交通樞紐，也是我國六大中心城市之一及長江中下游特大城市之一。武漢市位于湖北省東部，長江、漢水交匯處。東經１１３°４１′－１１５°０５′，北緯２９°５８′－３１°２２′。武漢市處于優越的中心位置，與鄰省的長沙、鄭州、洛陽、南昌、九江等大中城市相距６００ ｋｍ左右，與京、津、滬、穗、渝、西安等特大城市均相距１ ２００ ｋｍ左右。

２ 數據來源與研究方法

２．１ 數據來源

數據來源于武漢市國土資源局１９９６～２００８年土地利用變更數據、武漢市土地利用總體規劃（２００６－２０２０年）和《武漢統計年鑒》。

２．２ 研究方法

主要采用灰色預測和灰色多目標線性規劃相結合的方法，對發展低碳經濟目標指導下的土地利用結構優化進行研究，保證了結果的動態性和科學性。

３ 土地利用結構優化模型構建

３．１ 土地利用結構優化原則

土地利用結構優化是以一定區域土地利用系統的效益為最大目標，在一定的滿足條件下將一定數量的土地分配給各土地利用方式，使土地在時間上得到合理安排，在空間上得到最佳落實。在低碳經濟視角下，為保證武漢市土地利用結構優化的科學性、可行性和可操作性，必須遵循低碳經濟發展的目標原則、協調性原則、繼承性原則和動態性原則［２－４］。

３．２ 變量設置

設置變量是構建模型的關鍵，變量的選擇要能體現武漢市土地資源利用的特點和土地利用的分類體系，符合規劃的要求及今后的發展趨勢。變量設置應滿足3個原則：①土地利用類型的設置要結合現在的土地利用分類體系，既要符合土地利用總體規劃和土地管理法律法規的要求，又要盡量反映研究區域的實際；②各變量要在地域上獨立，不能重疊，并具有綜合性與典型性；③變量設置要考慮資料的可獲取性和變量的可操作性，如歷年的土地利用數據、各變量的效益資料要容易獲取［４］。本研究主要討論低碳經濟視角下的武漢市土地利用結構優化，因此數據只涉及與碳排放關系密切的幾種土地利用方式。根據以上原則，結合武漢市的實際情況，設置了４個變量（表１）。

３．３ 約束條件建立

根據武漢市國民經濟和社會發展規劃綱要、我國政府規劃部門對城市用地結構調整的現行規劃指標及城市土地的實際情況和發展規律等，分別從以下幾個方面選取相關指標作為約束條件：

３．３．１ 宏觀計劃約束

1）根據武漢市土地利用總體規劃，農業結構調整要有利于增加耕地，禁止擅自退耕，積極復墾災毀耕地到目標年（２０２０年），確保全市耕地保有量３３８ ０００.0 ｈｍ２。即：ｘ１≥３３８ ０００.0 ｈｍ２。

2）根據武漢市土地利用總體規劃，加強農田林網、村灣綠化、道路綠化、濱江濱湖綠化以及堤防綠化建設，加大荒山荒灘造林、低效林改造和廢棄采石場植被恢復力度，提高綠化覆蓋率，到２０２０年，全市林地面積為１０３ １００.0 ｈｍ２。即：ｘ２≥１０３ １００.0 ｈｍ２。

3）根據武漢市土地利用總體規劃，進行天然牧草地的人工改良，提高載畜能力，到２０２０年，全市牧草地面積不少于２８０.0 ｈｍ２。即：ｘ３≥２８０.0 ｈｍ２。

4）根據武漢市歷年ＧＤＰ增長情況，到目標年的ＧＤＰ下建設用地面積需求量至少為１４８ ２７３．７ ｈｍ２，建設用地擴展最大面積為２２１ ７２６．３ ｈｍ２。即：１４８ ２７３．７ ｈｍ２≤ｘ４≤２２１ ７２６．３ ｈｍ２。

３．２．２ 人均耕地約束 根據２０１０年《武漢統計年鑒》，２００９年底，武漢市耕地總面積338 344.0 ｈｍ２，戶籍總人口８３５．５５0 0萬人，人均耕地０．040 ｈｍ２，低于湖北省和全國平均水平（人均耕地分別為０．０７８ ｈｍ２和０．０９３ ｈｍ２），耕地相對較緊張。采用ＧＭ（１，１）灰色預測方法，到２０２０年武漢市人口預測為９８７．６０３ ６萬人。即：ｘ１／９ ８７６ ０３６≥０．０34 ｈｍ２/人。

３．３．３ 耕地動態平衡約束 按照上級規劃和基本農田保護指標要求，武漢市規劃目標年耕地保有量應在３３８ ０００.0 ｈｍ２以上，基本農田保護面積為２６４ ５００.0 ｈｍ２，基本農田保護率為78．25％。即：ｘ１≥３３８ ０００.0 ｈｍ２；ｘ１ｔ≥２６４ ５００.0 ｈｍ２，式中，ｔ為基本農田保護率，ｔ＝78．25％。

３．３．4 變量非負約束 ｘ１＞０，ｘ２＞０，ｘ３＞０，ｘ４＞０。

３．４ 目標方程的建立

構建一個土地利用結構優化模型，模型設計應追求經濟、社會及生態環境等的綜合效益，因此必須全面衡量各種效益并進行利弊權衡，建立有針對性的目標函數。通過分析武漢市土地利用結構現狀，在低碳經濟視角下，結合武漢市的實際情況，構建了以生態經濟效益函數和與碳排放關系密切的幾種土地利用方式的碳排放函數作為模型的目標函數。

３．４．１ 生態經濟效益目標函數建立

Ｆ１（ｘ）＝ ｐｉｘｉ → ｍａｘ

式中，ｘｉ為決策變量；ｐｉ為生態經濟效益系數；Ｆ１（ｘ）為生態經濟效益（萬元）。結合龔建周等［５］的研究成果，確定了到２０２０年各類用地ｐｉ預測值分別為１０ ０６９．７、１４ ２０２．２、１１ ５００．１、１０１ ２５５．６。因此確定生態經濟效益目標函數為：

Ｆ１（ｘ）＝１０ ０６９．７ｘ１＋１４ ２０２．２ｘ２＋１１ ５００．１ｘ３＋１０１ ２５５．６ｘ４

３．４．２ 碳排放目標函數建立 主要討論耕地的碳排放、建設用地的碳排放、林地的碳吸收和草地的碳吸收。雖然耕地中農作物吸收空氣中的ＣＯ２，但絕大多數農作物在短期內又分解釋放到空氣中去，因此耕地的碳匯作用很小，在此將耕地視為碳源。為了定量研究碳排放效應，引入如下公式：

Ｆ１（ｘ）＝Ｅ＝Ｔｉ·ｆｉ → ｍｉｎ

式中，Ｅ——碳排放量（ｔ）；Ｔｉ——第ｉ種土地利用方式的面積（ｈｍ２）；ｆｉ——第ｉ種土地利用方式的碳排放（吸收）系數（ｔ／ｈｍ２），吸收為負，其中，根據蘇雅麗等［６］對陜西省土地利用變化的碳排放效益研究成果以及李穎等［７］對江蘇省區域不同土地利用方式的碳排放效應分析成果，設定耕地、林地、草地和建設用地的碳排放系數分別為０．４２２、－０．６４４、－０．０２０、５５．８００。因此確定碳排放目標函數為：

Ｆ2（ｘ）＝０．４２２ｘ１－０．６４４ｘ２－０．０２0ｘ３＋５５．８00ｘ４

３．５ 模型求解

運用ＬＩＮＧＯ軟件求解，即可得到武漢市城市土地利用結構優化的結果。得出優化后的武漢市的城市土地各類用地面積分別為耕地３３８ ０００.0 ｈｍ２、林地１０３ １００.0 ｈｍ２、草地２８０.0 ｈｍ２、建設用地１８５ ００0.0 ｈｍ２，占城市面積比例分別為３９．５４％、１２．１４％、０．０３％、２１．８０％。

３．６ 優化結果分析

從武漢市部分土地利用方式結構現狀與優化結果對比分析可以看出，耕地面積有所減少，但優化后的面積所占城市總面積的比例仍然高達３９．５４％；林地面積由８７ ４０７．５ ｈｍ２增加到１０３ １００.0 ｈｍ２，是林地作為碳匯的客觀要求，也是發展低碳經濟的必然選擇；草地面積有所增加，但所占城市總面積的比例增長不大；建設用地面積由１４８ ２７３．７ ｈｍ２增加至１８５ ０００.0 ｈｍ２，其優化結果與武漢市土地利用總體規劃目標年的面積一致（表2）。

優化結果和武漢城市總體規劃和政府的宏觀調控有著密切的聯系。也反映了武漢市的遠景目標要求城市調整現有用地比例和功能布局，在揭示土地利用的碳排放效應機理基礎上，通過創新土地利用規劃技術，形成低碳排放的土地利用結構與布局，通過土地資源的利用和管理助推低碳經濟發展，是構建“兩型社會”的必然要求，是保障和促進落實科學發展觀的重要途徑。

另外，優化后的城市土地利用結構，提高了城市土地利用效率，帶來的經濟效益也是客觀的。就該文所研究的４種土地利用方式來看，根據目標函數方程的測算，武漢市部分土地到２０２０年的生態經濟效益達２ ３６０億元，且碳排放量大大減少。可見武漢市的城市土地結構的優化，可以大大促進經濟在低碳條件下的發展，拉動整個城市綜合效益的迅猛提高。

４ 結論

在發展低碳經濟目標下對武漢市土地利用結構進行優化，優化后耕地面積為３３８ ０００.0 ｈｍ２，相比２００9年耕地面積減少了３４４.0 ｈｍ２；林地面積為１０３ １００.0 ｈｍ２，增加１５ ６９２．５ ｈｍ２；草地面積為２８０ ｈｍ２，增加２５．２ ｈｍ２；建設用地面積為１８５ ０００.0 ｈｍ２，增加３６ ７２６．３ ｈｍ２。為此應限制建設用地過度擴大，適度退耕還林，使原來的碳源地轉化為碳匯地，有效降低碳排放總量。

參考文獻：

［１］ 彭 歡．低碳經濟視角下我國城市土地利用研究［Ｄ］．長沙：湖南大學，２０１０．

［２］ 國務院發展研究中心應對氣候變化課題組．當前發展低碳經濟的重點與政策建議［Ｊ］．中國發展觀察，２００９（８）：８－１１．

［３］ 劉傳江，馮碧梅． 低碳經濟對武漢城市圈建設“兩型社會”的啟示［Ｊ］．中國人口·資源與環境，２００９，１９（５）：１６－２１．

［４］ 陳溶萍．基于兩型社會目標的武漢城市圈土地利用結構優化研究［Ｄ］．武漢：華中農業大學，２０１０．

［５］ 龔建周，劉彥隨，張 靈．廣州市土地利用結構優化配置及其潛力［Ｊ］．地理學報，２０１０，６５（１１）：１３９１－１４００．

［６］ 蘇雅麗，張艷芳．陜西省土地利用變化的碳排放效益研究［Ｊ］．水土保持學報，２０１１，２５（１）：１５２－１５６．

［７］ 李 穎，黃賢金，甄 峰．江蘇省區域不同土地利用方式的碳排放效應分析［Ｊ］．農業工程學報，２００８，２４（２）：１０２－１０６．