低碳視角下濟(jì)南市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化案例報告目錄TOC\o"1-3"\h\u30411低碳視角下濟(jì)南市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化案例報告 128471.1優(yōu)化模型的構(gòu)建 132631.1.1變量設(shè)置 1327621.1.2約束條件設(shè)置 2251251.1.3土地低碳利用排放模型構(gòu)建 4234191.2優(yōu)化模型的結(jié)果分析 6實現(xiàn)低碳發(fā)展，不能以單一的犧牲社會經(jīng)濟(jì)利益或發(fā)展速度來換取生態(tài)環(huán)境利益，要在減少土地利用過程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量的基礎(chǔ)上實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)利益與生態(tài)環(huán)境利益相統(tǒng)一。1.1優(yōu)化模型的構(gòu)建1.1.1變量設(shè)置變量的設(shè)置要符合土地利用實際情況，本文基于前一部分研究和數(shù)據(jù)可取性，為了實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)利益與生態(tài)環(huán)境利益相統(tǒng)一，在控制二氧化碳排放量的基礎(chǔ)上調(diào)整2022年濟(jì)南市土地利用結(jié)構(gòu)，現(xiàn)對濟(jì)南市各個區(qū)縣不同的土地利用類型，設(shè)置8個變量，分別為耕地（x1）、林地（x2）、園地（x3）、草地（x4）、城鎮(zhèn)村及工礦用地（x5）、交通運輸用地（x6）、水域及水利設(shè)施用地（x7）和未利用土地（x8）。表1.1濟(jì)南市土地利用類型變量設(shè)置表土地利用類型變量2019年面積（平方公里）2022年規(guī)劃面積（平方公里）耕地x13531.52a園地x2251.75b林地x3839.47c草地x4568.79d城鎮(zhèn)村及工礦用地x51490.20e交通運輸用地x6302.16f水域及水利設(shè)施用地x7505.31g未利用土地x8499.21h1.1.2約束條件設(shè)置約束條件要使經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益有機(jī)結(jié)合，在實現(xiàn)兩者之和的最大化的基礎(chǔ)上，使?jié)鲜?022年土地利用過程中產(chǎn)生的碳排放量最小化。（1）結(jié)合濟(jì)南市土地利用實際狀況，根據(jù)濟(jì)南市2011-2019年間土地利用類型數(shù)據(jù)，2011-2019年間濟(jì)南市耕地、園地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地和未利用土地面積的總趨勢是逐年減少的，但濟(jì)南市土地總面積是不變的，據(jù)此可以設(shè)定約束條件： （1.1）濟(jì)南市所有利用類型土地的面積總和為7998.41平方公里。（2）濟(jì)南市正處于城市化快速發(fā)展階段，城市人口不斷增長，城市規(guī)模呈現(xiàn)為擴(kuò)張趨勢，因此建設(shè)用地面積應(yīng)該為正增長。一方面為確保社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，應(yīng)合理滿足城市建設(shè)的用地需求，2022年濟(jì)南市土地利用總體規(guī)劃中建設(shè)用地面積相比于2019年濟(jì)南市建設(shè)用地面積應(yīng)該有所增加，以2019年濟(jì)南市城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運輸用地的面積，即1490.2平方公里和302.16平方公里為最低約束條件。另一方面還要充分考慮濟(jì)南市的生態(tài)環(huán)境因素，不能只追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展而導(dǎo)致建設(shè)用地的無序擴(kuò)張犧牲生態(tài)利益，故要對2022年濟(jì)南市建設(shè)用地面積做出限制。根據(jù)第3章對土地利用結(jié)構(gòu)的預(yù)測，2022年濟(jì)南市城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運輸用地的面積分別為1552.06平方公里和309.21平方公里，以此作為2022年濟(jì)南市這兩類用地面積的最高約束條件。 （1.2） （1.3）（3）2021年兩會中政府工作報告中再次提出，要嚴(yán)守18億畝耕地紅線，嚴(yán)格保護(hù)基本農(nóng)田。農(nóng)業(yè)問題為重中之重，要切實保護(hù)糧食安全，就必須重視耕地的保護(hù)。因此，濟(jì)南市在2022年土地利用總體規(guī)劃中要切實落實最嚴(yán)格的的耕地保護(hù)政策，嚴(yán)格保護(hù)耕地，嚴(yán)控城市規(guī)模的擴(kuò)大建設(shè)用地占用耕地。結(jié)合濟(jì)南市實際情況，耕地面積不應(yīng)減少。2022年濟(jì)南市耕地面積不應(yīng)低于3201.06平方公里。 （1.4）（4）水利用地面積總趨勢上減少，在此不做下限要求。 （1.5）（5）據(jù)山東政府工作報告，未來將加大對林地的保護(hù)力度，加大保護(hù)環(huán)境力度，加大對植樹造林的投資，故林地面積未來應(yīng)有一定數(shù)量的增加，但也應(yīng)該綜合考慮社會經(jīng)濟(jì)效益，不能只追求生態(tài)環(huán)境效益而放棄社會經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)《濟(jì)南市土地利用總體規(guī)劃（2006-2020）》，到2020年林地規(guī)劃面積為817.63平方公里，考慮此規(guī)劃滯后性，以此為最低下限。以2019年林地面積839.47平方公里為最高上限。 （1.6）（6）園地其出于生態(tài)環(huán)境因素面積應(yīng)該有所增加，但應(yīng)該綜合考慮經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。根據(jù)《濟(jì)南市土地利用總體規(guī)劃（2006-2020）》，到2020年園地規(guī)劃面積為294.60平方公里，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，2022園地規(guī)劃面積以2020年規(guī)劃面積為上限。 （1.7）（7）草地雖然為碳匯類土地，但考慮到其生態(tài)效益低于林地，且追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然會引起建設(shè)用地需求的增加，故不另規(guī)劃增加草地面積，以2019年草地面積為上限面積。 （1.8）（8）結(jié)合濟(jì)南市實際發(fā)展?fàn)顩r，濟(jì)南市應(yīng)合理的開發(fā)未利用土地，盤活存量土地，未利用土地的面積將進(jìn)一步減少，在此不做下限要求。 （1.9）1.1.3土地低碳利用排放模型構(gòu)建（1）土地利用的生態(tài)效益函數(shù)構(gòu)建計算建設(shè)用地碳排放系數(shù)，根據(jù)本文第4章內(nèi)容，通過濟(jì)南市2011-2019年建設(shè)用地二氧化碳排放量和建設(shè)用地面積計算出2011-2019年建設(shè)用地碳排放系數(shù)。其公式為： （1.10）公式中：為第年建設(shè)用地碳排放系數(shù)；為第年建設(shè)用地利用過程中產(chǎn)生的二氧化碳排放總量；為第年建設(shè)用地的面積。建設(shè)用地碳排放系數(shù)見表1.2。表1.2濟(jì)南市2011-2019年建設(shè)用地碳排放系數(shù)201120122013201420152016201720182019145.597154.182171.619179.731152.982154.956163.008173.666204.663濟(jì)南市建設(shè)用地碳排放系數(shù)在2011-2019年呈總體上升趨勢，適合用灰色預(yù)測GM(1,1)模型進(jìn)行預(yù)測?；诨疑A(yù)測GM(1,1)模型，根據(jù)濟(jì)南市2011-2019年建設(shè)用地碳排放系數(shù)，對濟(jì)南市2022建設(shè)用地碳排放系數(shù)進(jìn)行預(yù)測。表1.3基于灰色預(yù)測GM(1,1)模型的2022年濟(jì)南市建設(shè)用地碳排放預(yù)測年份預(yù)測結(jié)果后驗差比檢驗指標(biāo)2022240.3570.0645好此項數(shù)據(jù)的檢驗指標(biāo)較好，在此取濟(jì)南市2022年建設(shè)用地碳排放系數(shù)為240.357。表1.4濟(jì)南市土地利用類型的碳排放系數(shù)耕地園地林地草地建設(shè)用地水域及水利設(shè)施用地未利用土地0.425-0.731-0.631-0.200240.357-0.246-0.005根據(jù)濟(jì)南市土地利用碳排放系數(shù)和上述基于灰色預(yù)測GM(1,1)模型預(yù)測的濟(jì)南市2022年建設(shè)用地碳排放系數(shù)，構(gòu)建濟(jì)南市的基于碳排放量最小化的目標(biāo)優(yōu)化模型函數(shù)： （1.11）公式中：表示2022年濟(jì)南市土地利用碳排放量趨于最?。粸榈诜N土地利用類型的碳排放系數(shù)；為第種土地利用類型的面積。（2）土地利用的經(jīng)濟(jì)效益函數(shù)構(gòu)建對土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，必須同時重視土地利用的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此構(gòu)建土地利用經(jīng)濟(jì)效益函數(shù)： （1.12）表示2022年濟(jì)南市土地利用經(jīng)濟(jì)效益實現(xiàn)最大化；為第種土地利用類型產(chǎn)生的單位經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)；為第種土地利用類型的面積。（3）使?jié)鲜?011-2019年各種土地利用類型對應(yīng)的產(chǎn)業(yè)年度總產(chǎn)值除與對應(yīng)年份的濟(jì)南市地區(qū)生產(chǎn)總值，以求得相對應(yīng)每年的單位經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)。綜合考慮數(shù)據(jù)的可得性和研究的可操作性，本文中8種土地利用類型分別對應(yīng)的產(chǎn)業(yè)是：農(nóng)業(yè)年度總產(chǎn)值對應(yīng)耕地；第一產(chǎn)業(yè)服務(wù)業(yè)對應(yīng)園地；林業(yè)年度總產(chǎn)值對應(yīng)林地；畜牧業(yè)年度總產(chǎn)值對應(yīng)草地；第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值對應(yīng)建設(shè)用地；漁業(yè)對應(yīng)水域及水利設(shè)施用地；未利用土地不做對應(yīng)。第三產(chǎn)業(yè)包括服務(wù)業(yè)和運輸業(yè)，難以單純的對應(yīng)交通運輸用地產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，故本文把第二、第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)歸于建設(shè)用地。（4）根據(jù)濟(jì)南市2011-2019年不同土地利用類型每年的單位經(jīng)濟(jì)效益，通過excel工作表中的線性回歸趨勢擬合預(yù)測法，對濟(jì)南市2022年各種土地利用類型的單位經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)進(jìn)行估算。由此得2022年各土地利用類型的權(quán)益系數(shù)見表1.5。表1.5線性回歸預(yù)測的濟(jì)南市2022年土地利用類型的權(quán)益系數(shù)土地利用類型預(yù)測結(jié)果決定系數(shù)耕地0.04200.7189園地0.00190.7346林地0.00220.6795草地0.02270.2696建設(shè)用地0.93080.8329水域及水利設(shè)施用地0.00040.9321濟(jì)南市未利用土地面積較少，社會經(jīng)濟(jì)效益幾乎為0，故未利用土地的單位權(quán)益系數(shù)為0。（5）根據(jù)灰色預(yù)測GM(1,1)模型對濟(jì)南市2022年生產(chǎn)總值的預(yù)測，2022年其生產(chǎn)總值為11844.81億元。將上述通過線性回歸預(yù)測的濟(jì)南市2022年各個土地利用類型的單位權(quán)益系數(shù)，乘于預(yù)測的2022年濟(jì)南市生產(chǎn)總值，可得出2022年各種土地利用類型對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。表1.6濟(jì)南市2022年土地利用類型經(jīng)濟(jì)效益土地利用類型預(yù)測結(jié)果經(jīng)濟(jì)效益（億元）耕地0.0420497.48園地0.001922.51林地0.002221.06草地0.0227268.88建設(shè)用地0.930811025.15水域及水利設(shè)施用地0.00044.74將濟(jì)南市2022年各個土地利用類型的經(jīng)濟(jì)效益，除于對濟(jì)南市2022年土地利用總體規(guī)劃初步規(guī)劃的此類型土地面積，可得濟(jì)南市2022年八類土地利用類型的單位經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)。表1.7濟(jì)南市2022年土地利用類型的經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)土地利用類型經(jīng)濟(jì)效益（億元）初步規(guī)劃面積單位經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)耕地497.483201.060.1554園地22.51251.750.0877續(xù)表1.7林地21.06839.470.0310草地268.88568.790.4727城鎮(zhèn)村及工礦用地11025.151521.137.2480交通運輸用地11025.15305.68531.0670水域及水利設(shè)施用地4.74505.310.0094上述初步規(guī)劃面積中城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運輸用地采用最小值和最大值的平均數(shù)，非建設(shè)用地均以2019年面積計算，在查閱相關(guān)資料結(jié)合有關(guān)學(xué)者研究后[20]，將未利用土地的單位經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)定為1。1.2優(yōu)化模型的結(jié)果分析在參考有關(guān)研究和相關(guān)文獻(xiàn)后[21]，賦土地利用的生態(tài)效益函數(shù)權(quán)重為0.4，賦土地利用的經(jīng)濟(jì)效益函數(shù)為0.6，構(gòu)建約束函數(shù)為： （1.13）LINGO能對線性方程組求解，解決求最優(yōu)解的問題，本文利用LINGO11對2022年濟(jì)南市土地利用結(jié)構(gòu)實現(xiàn)二氧化碳排放量最小化和社會經(jīng)濟(jì)效益最大化組成約束函數(shù)進(jìn)行分析求解，求得2022年濟(jì)南市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果。表1.8濟(jì)南市2022年土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果土地利用類型2022年規(guī)劃面積（平方公里）耕地a3498.67園地b294.60林地c839.47草地d568.79城鎮(zhèn)村及工礦用地e149