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黄河下游影响区农业用地碳收支及碳补偿研究

黄河下游影响区农业用地碳收支及碳补偿研究

作者：王倩倩河南大学

学位级别：硕士

二氧化碳排放是导致全球气候变暖的主要原因之一,CO排放增加严重威胁人类社会的生存安全与可持续发展。减少碳排放,缓解气候变暖已成为世界各国的共同目标。2020年9月,我国政府作出了“2030年碳达峰、2060年碳中和”这一重要承诺。2022... 详细信息

二氧化碳排放是导致全球气候变暖的主要原因之一,CO排放增加严重威胁人类社会的生存安全与可持续发展。减少碳排放,缓解气候变暖已成为世界各国的共同目标。2020年9月,我国政府作出了“2030年碳达峰、2060年碳中和”这一重要承诺。2022年10月,党的二十大报告提出,“积极稳妥推进碳达峰碳中和,完善碳排放统计核算制度,健全碳排放权市场交易制度”这一最新战略部署。农业用地对农业可持发展起着重要的支撑,农业用地生产活动也是大气中碳排放主要来源之一,对碳循环产生着重要影响。2019年,习近平总书记亲自部署“黄河流域生态保护和高质量发展”的国家战略。黄河下游影响区是我国主要粮食产区。随着社会经济发展,城市化率不断提高,人地关系紧张,农业用地实践活动不断影响着碳收支,并对温室气体和气候变化产生重要影响。从碳中和视角出发,厘清黄河下游影响区农业用地碳排放与碳吸收的相互作用机制,探讨区域碳收支时空差异特征,并构建区域碳补偿模型,对“黄河流域生态保护和高质量发展”及“双碳”战略目标实现具有重要意义。论文以黄河下游影响区19个地级市为研究对象,基于IPCC法测算出2000、2005、2010、2015、2018、2020年研究区农业用地碳排放量、碳吸收量、净碳汇量。并运用Dagum基尼系数及其分解方法,探究了农业用地碳排放强度总体基尼系数、区域内基尼系数、区域间基尼系数、超变密度的贡献率和演变态势。结合Kernel密度估计方法,分析农业用地碳排放强度分布的动态特征。采用碳补偿模型对研究区农业用地碳补偿价值进行测算分析。因各区域人口,土地面积,科技水平,生态本底等资源禀赋不同,考虑到碳补偿再分配的公平性问题,本研究对碳补偿模型进行了因地制宜的修正。在此基础上,对各区域修正前后碳补偿价值空间分布变化进行对比分析。最后,通过运用空间自相关分析,从空间角度进一步探究碳补偿价值全局和局部相关性分布特征。得出以下结论:(1)黄河下游影响区农业用地碳排放、碳吸收、净碳汇总量存在明显时空差异变化特征,碳收支结构差异显著。时序变化上,黄河下游影响区农业用地碳排放总量呈先上升后下降趋势,环比增速呈先下降后上升态势。农业用地碳吸收、净碳汇量及环比增速均呈波动上升趋势。空间变化上,2000-2020年黄河下游影响区各地级市农业用地碳排放、碳吸收及净碳汇量均具有显著的空间分布差异特征。其中,高碳排放区、较高碳排放区及中碳排放区分布较多,低碳排放区分布较稳定,高碳排放区主要分布在研究区的东南部及西北地区。农业用地碳吸收量高值区域主要分布在研究区东南部及西北部,高碳吸收区空间分布随时间变化不大。较高碳效应区数量不断减少,中碳效应区数量不断增加,高碳效应区集中分布在研究区的东南部和西北部,低碳效应区分布在西南部及东北部。农业用地碳收支结构上,农业用地碳排放量主要来源于农地资本投入及畜牧业养殖,农业用地碳吸收量主要来源于农作物碳吸收量,其次是林地、草地。(2)黄河下游影响区农业用地碳排放强度存在显著的空间差异、聚集特征。研究期间,农业用地碳排放强度总体基尼系数呈波动上升态势,区域总体农业用地碳排放强度差异逐渐增大。研究区内,河南区域内农业用地碳排放强度比山东区域内差异相对显著。从省际间差异来看,山东-河南区域间差异呈“U”型趋势,2000、2005、2015、2018及2020年山东-河南区域间农业用地碳强度差异明显。从贡献率来看,区域内差距对研究区的贡献率相对稳定,区域间差距对研究区的贡献率呈波动下降,超变密度贡献率波动较大,呈现倒“U”型趋势。从Kernel密度估计来看,研究期间,农业用地碳排放强度整体地区差距逐渐变小,农业用地碳排放强度呈现出明显的聚集态势。(3)黄河下游影响区各地级市农地资本投入及畜牧业养殖存在差异是造成地级市间碳排放量差异的重要原因,而农作物种植面积对农业用地碳吸收量贡献力度较大。农地资本投入是导致各地级市农地碳排放量高的首要原因,其次是畜牧业养殖产生的碳排放。其中,菏泽市、新乡市、周口市、商丘市产生的农地资本投入碳排放量较高,可能由于该地级市耕地面积较大使得化肥、电力、灌溉等投入过高进而导致其碳排放量相对较高。德州市、周口市、商丘市、菏泽市畜牧业养殖产生的碳排放量相对较高,可能受该地区猪、牛、羊养殖数量占比较大的影响。农业用地碳吸收的主要来源是农作物碳吸收,10种农作物碳吸收中,小麦、玉米碳吸收贡献力度最大,在地域空间上,周口市、德州市、商丘市、菏泽市、聊城市影响显著。(4)黄河下游影响区修正前后的碳补偿价值空间分布差异性明显。碳补偿价值修正前,黄河下游影响区19个地级市绝大部分为碳补偿获补区,仅郑州、新乡、济南、东营、淄博5市个别年份为支付区。碳补偿价值修正后,黄河下游影响区碳补偿支付区数量增加,各年份碳补偿支付区数量均大于碳获补区。修正前后对比发

关键词：农业用地碳收支碳补偿碳补偿模型修正黄河下游影响区

黄河下游影响区景观生态安全时空演变及格局优化研究

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黄河下游影响区景观生态安全时空演变及格局优化研究

作者：邵静文河南大学

学位级别：硕士

由于城市化进程的不断加快,人地矛盾、自然环境恶化、环境污染等社会问题相继出现,对于土地利用变化与地区环境安全社会问题的研究应运而生。近年来,由于学者对生态建设安全管理问题探讨地不断深入,区域生态安全格局的构建已成为国内外... 详细信息

由于城市化进程的不断加快,人地矛盾、自然环境恶化、环境污染等社会问题相继出现,对于土地利用变化与地区环境安全社会问题的研究应运而生。近年来,由于学者对生态建设安全管理问题探讨地不断深入,区域生态安全格局的构建已成为国内外研究的热点。基于此,本研究以黄河下游影响区为研究区,运用景观格局指数和GIS空间分析技术,研究2000-2018年黄河下游影响区土地利用景观时空演变和空间分布特征。通过选取景观格局指数,建立景观生态安全评价模型,在定量分析区域景观生态安全状况和划分景观生态安全等级的基础之上,引入地统计学分析方法,并通过空间插值法分析评价黄河下游影响区近20年景观生态安全时空分布特征。此外,运用空间自相关分析方法,探讨黄河下游影响区景观生态安全的空间异质性特征;基于最小累积阻力(Minimum Cumulative Resistance,MCR)模型,针对区域生态环境问题,提取生态源地,选取阻力因子,生成综合阻力面,识别生态廊道、生态节点,构建生态安全格局。研究主要结论如下:(1)2000-2018年,耕地景观分布相对集中,建设用地景观总体分散,局部集中,不同的景观类型在时空分布上差异较大。主要表现为:在景观面积上,景观面积大小依次为耕地>建设用地>草地>林地>水域>未利用地。在空间分布上,景观类型发生变化的区域主要集中在区域的东北部,主要表现为其他景观类型向建设用地与水域的转化,其它景观面积虽有所变化,但整体变化率较小。区域内多样性指数整体呈增加态势,景观的空间异质性增强,景观破碎化现象严重。(2)研究时段内,黄河下游影响区景观生态安全的空间分布格局具有明显的规律性和异质性特征,各景观生态安全等级面积占比呈现“两头小、中间突出”的特点。相似性主要表现为该研究时段内生态安全程度高的景观类型均以林地、草地与水域为主,区域内敏感级水平分布广泛,风险级水平分布面积较少,且位于区域东北部;差异性表现为区域东北部部分区域景观生态安全水平整体呈现上升的态势。中部大多城市敏感级与临界安全级变化较为明显。(3)研究时段内,景观生态安全在全局分布上具有显著的空间正相关性,集聚类型空间变化较为明显。主要以高值集聚(H-H)和低值集聚(L-L)为主,低值异质区与高值异质区呈现零星分布的特点。高值集聚区自身的景观生态安全水平较高且周围地区景观生态安全水平相对较高,表现为“中间高、四周高”的高水平集聚状态,主要集中分布于以高生态安全(相对安全级、安全级)为核心的区域。低值集聚区表现为“中间低、四周低”的低水平集聚状态,处于低生态安全(风险级、敏感级)状态,主要集中分布于山东省的东营市和滨州市,受人类活动的影响,景观类型主要以建设用地为主。高值异质区与低值异质区在空间上表现为较为“分布零散、整体变化不明显”的特点。发生变化最为明显的地区为研究区东北部,该区域L-L集聚区范围在不断缩小,逐渐由L-L聚类向H-H聚类的转变。(4)本研究通过Linkage mapper生成生态廊道共98条,总长度为7329.25km,生态节点60个,并通过MCR模型将研究区划分为核心保护区、一般保护区、生态缓冲区、生产生活区与重点开发区。其中,核心保护区被一般保护区所包围,主要包括生态服务功能比较高、生态环境较为敏感的林地与水域,一般保护区的土地类型主要为林地与草地,水域分布与核心保护区相比,面积较少;而生态缓冲区属于中水平生态安全区,是生态保护和人类活动的过渡区和重要屏障;生产生活区属于低水平安全格局区,主要位于黄河下游影响区中部,成为区域从事农业生产和活动的重要区域;而重点开发区则远离生态源地,主要景观类型为耕地与城镇建设用地。

关键词：景观格局 MCR模型半变异函数景观生态安全黄河下游影响区

快速城镇化背景下耕地保护规划及对策研究 ——以黄河下游影响区为例

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快速城镇化背景下耕地保护规划及对策研究 ——以黄河下游影响区...

作者：常昊河南大学

学位级别：硕士

耕地是人们赖以生存的重要资源,关系着我国粮食安全和经济发展。中国作为当今世界上人口规模最大的农业大国,保障耕地资源是维护国家粮食安全、社会稳定和可持续发展的重要途径。本研究以黄河下游影响区为研究对象,分别运用建设用地扩... 详细信息

耕地是人们赖以生存的重要资源,关系着我国粮食安全和经济发展。中国作为当今世界上人口规模最大的农业大国,保障耕地资源是维护国家粮食安全、社会稳定和可持续发展的重要途径。本研究以黄河下游影响区为研究对象,分别运用建设用地扩展系数、空间基尼系数和土地利用转移矩阵、耕地净变化率、耕地变化动态度、耕地复种指数分析等研究方法,对研究区2000-2018年城镇建设用地和耕地利用水平的时空变化格局进行了分析,同时根据耦合协调度模型和生态位模型对研究区城镇用地扩展与耕地利用水平的耦合协调程度和耕地适宜性进行了评价,并以此为基础进行耕地保护空间布局规划和对策研究。主要结论如下:（1）2000-2018年黄河下游影响区各城市城镇建设用地面积差距在逐渐加大,且变化特征也存在明显差异。2000、2005、2010、2015和2018年济南和郑州的城镇建设用地始终处于领先地位,且随着时间的推移,这种领先地位越来越突出。2000-2018年黄河下游影响区各城市建设用地扩张速度随时间变化主要体现在不同城市之间的差异,建设用地扩强度随时间变化主要体现在相同城市上的差异,建设用地扩展规模随时间变化主要表现为扩展规模变化较大的主要发生在相同城市上,扩展规模变化较小的主要发生在不同城市之间。山东地区建设用地扩展的均衡化速度快于河南地区建设用地扩展的非均衡化速度。（2）2000-2018年黄河下游影响区耕地数量持续减少,净流失面积逐渐增加,区域耕地资源稳定性下降,耕地复种指数的时空分布格局差异明显。2000-2018年黄河下游影响区大量的耕地转变为建设用地,仅有少量的耕地转变为林地、草地和未利用地,草地和建设用地是耕地面积增加的主要来源;在耕地面积净变化率方面,耕地整体上处于净流失状态,2015-2018年耕地净变化率变动最大,耕地流失情况较为严重;在耕地变化动态度方面,耕地资源动态度低,耕地资源稳定性较高,绝大部分城市耕地变化动态度低于1%,2015-2018年黄河下游影响区耕地变化活跃,这与耕地净变化率特征保持一致。2000-2018年黄河下游影响区耕地复种指数呈现西南高东北低的特点,区域平均耕地复种指数保持在1.31-1.40之间。（3）2000-2018年黄河下游影响区各城市城镇用地扩展和耕地利用水平都处在不断变化之中,其排名的顺序也在不断变化。在城镇用地扩展水平方面,东营市的城镇用地扩展水平处于最高值,商丘市基本处于最低值;而在耕地利用水平方面,焦作市的耕地利用水平基本处于最高值,东营市基本处于最低值。从综合发展水平和协调等级来看,郑州、济南、泰安和莱芜市基本都处于优质协调城市,周口和商丘市基本都处于初级协调城市和濒临失调城市。从协调发展度及类型来看,东营、济南、郑州和淄博市的城镇用地扩展水平和耕地利用水平协调程度高;菏泽和商丘市的城镇用地扩展水平和耕地利用水平协调程度低。（4）2018年黄河下游影响区耕地适宜性评价良好,有利于农业的发展,同时开展黄河下游影响区耕地保护规划对维护国家粮食安全也具有重要的意义。在单因子评价方面,年降水量、土壤质地和土壤有机碳含量是黄河下游影响区耕地适宜性评价的主要影响因素。在多指标综合评价方面,适宜耕区占地面积最大,为50933 km,占整个研究区耕地面积的49.84%;非常适宜耕区占地面积的比例次之,为20188 km,集中分布在山东的济宁、泰安、莱芜和河南的周口、商丘、许昌等地;基本适宜耕区占地面积最小,为14140km,主要分布在黄河下游影响区西部的郑州和北部的东营、滨州等地区;不适宜耕区面积为16930 km,主要分布在河南的新乡和山东的菏泽等地区。

关键词：耕地保护规划城镇化耦合关系耕地适宜性黄河下游影响区

城市土地利用生态效率时空演变特征及驱动因子分析 ——以黄河下游影响区为例

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城市土地利用生态效率时空演变特征及驱动因子分析 ——以黄河下...

作者：张宇河南大学

学位级别：硕士

城市建设用地土地承载着城市第二、三产业的经济活动,是城市发展过程中经济活动最为活跃的土地利用类型。城市土地利用效率是指城市系统与土地利用系统间耦合水平的直接体现,也是衡量土地产出能力及区域发展质量的关键指标。从生态效率... 详细信息

城市建设用地土地承载着城市第二、三产业的经济活动,是城市发展过程中经济活动最为活跃的土地利用类型。城市土地利用效率是指城市系统与土地利用系统间耦合水平的直接体现,也是衡量土地产出能力及区域发展质量的关键指标。从生态效率演化而来的土地利用生态效率测算,成为土地资源可持续利用的重要评估方法。因此,通过分析城市土地利用生态效率的静态和动态的变化,探索其空间全局演进轨迹以及关键影响因子可以为新型城镇化进程中土地资源可持续性研究提供新视角,为政府决策提供理论指导。黄河下游影响区是黄河流域及其影响范围内城市经济发展最为活跃的地区,城市化进程较快。因此,开展黄河下游影响区城市土地利用生态效率研究有助于提高城市土地利用水平,为分区域落实黄河流域生态保护与高质量发展国家战略提供策略支持。本研究以黄河下游影响区为研究区域,构建城市土地利用生态效率测算指标体系,利用基于非期望产出的超效率DEA模型(S-U-SBM)和基于全局的MalmquistLuenberger生产率指数模型(GM)测算研究区城市土地利用生态效率时间序列上的静态和动态效率变化,并探究其空间分异规律,并从城市生产过程和外部环境两个方面分析影响研究区城市土地利用生态效率空间差异的驱动因子。主要结论如下:(1)2007-2018年黄河下游影响区城市土地利用经济效率均值始终未达到经济效率最优,且土地利用经济效率随时间变化呈现明显的阶段性特征,山东地区城市土地利用经济效率均值整体上优于河南地区,而环境污染会造成研究区城市土地利用经济效率一定程度的损失。黄河下游影响区山东地区城市土地利用生态效率整体上要优于河南地区,但差距呈现逐渐缩小趋势。同时研究区城市土地利用生态效率空间非均衡性显著,呈现明显的两极分化,但随着时间的推移两级分化趋势有所缓解,均衡性持续增强,同时城市土地利用生态效率标准差椭圆主轴方位以及生态效率重心均向西移动。空间分异上,黄河下游影响区城市土地利用生态效率空间上呈现高值区东西部反向发展的趋势,低值区呈现从西向东发展的趋势。(2)研究期间内,黄河下游影响区城市土地利用生态效率跨期增长率平均指数值(GM值)小于1,表明研究时段内研究区城市土地利用生态效率以负增长为主;同时时序变化呈现明显的波动趋势。具体表现为2015年以前主要呈现下降趋势,2015年之后GM指数呈现增长趋势。同时,黄河下游影响区城市土地利用的管理和运营效率(EC)整体处于稳步增长的阶段,而土地利用技术进步(TC)不足,从而导致城市土地利用生态效率整体处于负增长。同时,山东地区各地级市的技术效率的进步带来的“增长效应”难以弥补技术进步增长率的下降对GM指数的负向作用。根据Theil指数分析,研究区GM指数区域差异呈现波动状态,城市土地利用GM指数差异主要来源于组内差异,贡献率基本保持在80%以上。(3)2007-2018年,河南地区城市资源投入和环境污染的改善潜力整体上高于山东地区,但逐步呈现优化的趋势。粗放的资源利用效率和环境污染是制约研究区城市土地利用生态效率提升的关键,同时也是山东地区城市土地利用生态效率整体优于河南地区的原因。从城市土地利用生态效率与资源投入、经济效益和环境污染叠加关系中分析得出,整体上“低资源投入、低经济产出、低环境污染”仍为黄河下游影响区城市发展的主要阶段,经济产出效率仍需增强。(4)根据灰色关联模型分析,整体上影响因子与城市土地利用生态效率有着相对密切的关系,同时二者的关联性整体上均有所增加,但不同影响因子的影响程度也在发生着变化。利用地理探测器模型探测关键因子以及影响因子的相互关联关系,所有影响因子均通过1%的显著性检验。整体来看,城镇化水平、对外开放水平、技术进步水平、投资强度、城市经济发展水平以及政府管制在不同时期对城市土地利用生态效率的变化起到主要作用,而植被覆盖度、产业结构和城市基础设施总体来说对城市土地利用生态效率的影响较小。因子交互探测分析表明所有交互因子对城市土地利用生态效率空间分异的决定力水平相对于单个影响因子来说均有所增强,部分指标两两相互作用对城市土地利用生态效率的影响大于两个指标影响力之和。同时,不同时间点,不同驱动因素的交互组合对城市土地利用生态效率的空间分异产生了不同的影响。

关键词：城市土地利用生态效率驱动因素黄河下游影响区

区域生态系统服务评估及权衡/协同关系研究 ——以黄河下游影响区为例

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区域生态系统服务评估及权衡/协同关系研究 ——以黄河下游影响区...

作者：耿文亮河南大学

学位级别：硕士

生态系统服务是指生态系统所形成和维持人类赖以生存和发展的环境条件与效用,为人类直接或间接从生态系统得到的所有收益。在多种因素的共同驱动下,生态系统服务间产生了密切而又复杂的权衡/协同关系,全面理解生态系统服务间的关系,实... 详细信息

生态系统服务是指生态系统所形成和维持人类赖以生存和发展的环境条件与效用,为人类直接或间接从生态系统得到的所有收益。在多种因素的共同驱动下,生态系统服务间产生了密切而又复杂的权衡/协同关系,全面理解生态系统服务间的关系,实现生态系统服务的可持续供给对区域生态文明建设、经济社会的可持续发展具有重要意义。近年来,在快速城镇化、工业化、农业现代化的背景下,黄河下游影响区建设用地不断扩张导致人地关系紧张,资源分布不协调导致部分地区出现资源短缺,加上土地资源退化、水污染严重、水土流失加剧、生物多样性减少等问题日益突出,严重影响着区域的生态安全和生态系统健康。因此,加强对黄河下游影响区典型生态系统服务的科学评估,理清多个服务间复杂的权衡/协同关系,对于提高区域的生态效益、实现区域高质量发展具有重要的战略意义。本研究以黄河下游影响区为例,综合运用多源数据,对其典型的生态系统服务(食物供给、产水量、土壤保持、碳储量、生境质量)进行评估和测算,并分析其时空变化特征,运用随机森林回归模型对影响生态系统服务空间分异的驱动机制进行探究,结合相关性分析和空间叠置分析对不同服务间的权衡与协同关系进行量化,通过叠加分析、SOFM方法分别对多重生态系统服务的冷、热点区、服务簇进行识别和划分,并从生态系统服务簇的角度提出黄河下游影响区减少服务间权衡,实现服务间协同发展的区域发展建议。主要结论如下:(1)黄河下游影响区不同生态系统服务间的空间分布差异明显,且多数服务水平趋于下降。从时间变化来看,食物供给呈现显著增加的态势,产水量呈现逐渐降低的趋势,土壤保持呈现先增加再减少的趋势,碳储量和生境质量均呈现逐渐轻微减少的趋势。从空间分布上来看,食物供给主要呈现中部高、东西部偏低的分布格局;土壤保持、碳储量和生境质量的核心区域在空间分布上具有一致性,主要集中分布在鲁中南山地丘陵区、豫北南太行山地地区以及豫西嵩山山地丘陵区。从不同土地利用类型单位面积内生态系统服务水平高低来看,耕地单位面积食物供给量最高,林地单位面积土壤保持量、碳储量和生境质量水平最高,建设用地单位面积产水量水平最高。土地利用类型是影响食物供给、碳储量和生境质量等服务最主要的驱动因素,气候因素是影响产水量服务最主要的驱动因素。由于气候、地形、土地利用类型等多种因素的影响,土壤保持服务呈现出明显空间分异。(2)从不同空间尺度和时间变化来看,黄河下游影响区不同服务间的权衡与协同关系并不一致。从相关性分析的结果来看,基于随机点和县域尺度进行的相关性分析结果总体一致,但是不同服务间关系的显著性仍然存在明显差异。将各个县区不同服务间的权衡与协同关系空间化,可以与区域相关性分析的结果互补。从空间叠置分析的结果来看,黄河下游影响区各生态系统服务间综合作用结果以低权衡关系为主,其次是高权衡关系为主的区域,之后是以低协同关系为主的区域,以高协同关系为主的区域所占面积比重最少。(3)黄河下游影响区生态系统服务具有明显的空间集聚特征。从冷、热点分析的结果来看,黄河下游影响区的热点区主要集中在研究区东部的鲁中南山地丘陵区、研究区西北部的豫北南太行山地丘陵区和研究区西部的豫西嵩山山地丘陵区,冷点区主要集中在研究区的西北部和东北部的平原地区。从服务簇的结果来看,黄河下游影响区食物供给簇主要集中在研究区内的平原地区,水粮协调簇受产水服务的影响,不同年份分布差异明显,生态均衡簇主要集中分布在研究区东部和西部的山地丘陵区,城乡发展簇主要分布在主要城市的市区以及研究区东北部的部分县区。

关键词：生态系统服务评估权衡与协同黄河下游影响区