基于土地利用变化的内蒙古碳排放和碳平衡分区的时空模式

《Frontiers in Environmental Science》：Spatiotemporal patterns of carbon emissions and carbon balance zoning in Inner Mongolia based on land use change

双碳背景下内蒙古土地利用变化与碳排放研究（2000-2024），基于土地动态度模型、碳系数法分析发现：林地、建设用地、湿地面积增长，远高于耕地、草地等；碳排放总量增长133%，空间呈现“东部高、中部中、西部低”；构建经济贡献率与生态承载系数分区模型，划分六类碳平衡区并提出差异化优化策略，为北方干旱区生态保护与经济发展协同提供科学依据。

　　
该研究以“双碳”战略为背景，聚焦内蒙古自治区的土地利用与碳平衡关系，通过2000至2024年的多维度数据分析，揭示了区域碳循环的关键特征与优化路径。研究基于遥感影像解译与社会经济统计数据，创新性地构建了“经济贡献率-生态承载系数”双指标评价体系，为北方干旱半干旱地区实现生态保护与经济发展协同提供科学支撑。

一、区域碳循环时空特征分析
（一）土地利用动态演变
研究显示内蒙古土地结构呈现“三增三减”态势：森林、建设、湿地面积年均递增0.149%、5.091%、1.097%，而农田、草地、水域、未利用地面积分别下降0.018%、0.025%、0.407%、0.123%。这种结构性变化与区域发展战略密切相关——以呼伦贝尔、通辽、赤峰为代表的东部平原区，因城镇化加速导致建设用地扩张显著，2014年后增速放缓转向质量提升；而阿拉善等西部区域受生态脆弱性制约，通过退耕还草、防沙治沙等工程实现草牧场面积稳定。

（二）碳收支平衡动态
全区碳收支呈现“双峰递增”特征：2000-2015年通过“三北防护林”工程和“退耕还草”政策，森林、湿地等碳汇能力提升使净碳排放量年均增速降至2.47%。但2015年后随着鄂尔多斯能源基地建设、包钢工业升级等战略推进，碳排放量以年均8.76%的速度增长，至2024年总排放量达1.00×10^8吨，较世纪初增长133%。值得注意的是，2000-2015年呼伦贝尔市通过植被恢复实现碳收支平衡，2015年后全区12个地级单元均出现碳排放超过吸收的赤字状态。

（三）空间异质性特征
研究构建的“东高西低、中心过渡”三维空间模型显示：东部通辽、赤峰等农业主产区因化肥使用强度达2.3kg/ha·年，单位耕地碳排放较西部高58%；中部 Baotou、Hohhot等工业城市因能源结构以煤电（占比76%）为主，碳排放强度达1.2吨CO2e/万元GDP；西部阿拉善虽碳排放强度最低（0.45吨CO2e/万元GDP），但因碳汇承载力不足（0.12）仍面临生态赤字。这种空间分异格局与“能源-产业-人口”集聚效应密切相关。

二、双维度评价体系创新
（一）经济贡献率模型
通过GDP与碳排放的耦合分析，建立ECC（经济贡献率）=区域GDP/碳排放的量化指标。结果显示，2024年全区ECC均值0.68，其中鄂尔多斯（3.39）、阿拉善（2.31）等资源型城市表现突出，但Hohhot（0.89）、Baotou（0.72）等工业重镇处于亚高效区间。该模型突破传统碳强度单一指标局限，特别揭示出：草原牧区通过碳汇交易可实现ECC>1，而能源基地城市需通过技术迭代将ECC提升至1.5以上才能实现正效益。

（二）生态承载系数测算
构建ESC（生态承载系数）=碳汇量/碳排放的评估体系，发现全区ESC均值0.35。Hulunbuir（6.52）和阿拉善（2.30）形成显著生态岛，而巴彦淖尔（0.12）、通辽（0.18）等农业区生态承载力不足。创新性引入“碳汇空间溢价”概念，测算显示单位森林碳汇可创造0.87元/吨的经济价值，高于草场0.32元/吨的生态效益。

三、分区治理与政策启示
（一）六区协同发展模型
基于ECC与ESC的耦合分析，将全区划分为六大功能 zone：
1. 低碳发展区（呼伦贝尔市）：通过发展碳汇型旅游业，实现碳汇收入占比达41%
2. 低碳经济区（鄂尔多斯市）：构建煤电-光伏-储能的三角循环体系，单位GDP碳排放下降27%
3. 低碳维护区（阿拉善盟）：实施“生态银行”制度，将荒漠化土地转化为碳汇资产
4. 经济发展控制区（Hohhot、Baotou）：建立“碳标签+绿色信贷”双轨机制，重点行业碳强度目标值设定为欧盟2025年基准的70%
5. 碳强度管控区（乌海市）：推行建筑光伏一体化，要求新建建筑光伏覆盖率≥40%
6. 高碳优化区（锡林郭勒等）：实施“草原碳汇保险”，对过度放牧地区实施碳汇补偿机制

（二）关键政策工具箱
1. 碳汇转化机制：在森林覆盖率达60%以上的区域试点“林业碳汇收益权质押贷款”，已为呼伦贝尔牧区发放绿色信贷12.7亿元
2. 空间管制创新：划定占全区国土23%的“碳汇核心保护区”，实行“负面清单+生态补偿”双重管控
3. 产业置换路径：建立“煤化工-生物制造-碳捕捉”产业链闭环，在鄂尔多斯建成全球首个沙漠光伏制氢一体化基地
4. 智慧监测体系：部署5000+个物候监测站，实现碳汇能力动态评估误差率<5%

四、理论贡献与实践价值
（一）学术创新点
1. 构建“时空-结构-效益”三维分析框架，突破传统碳研究的静态局限
2. 首次将生态足迹理论与碳汇市场机制结合，提出“碳汇空间效能指数”
3. 建立“政策工具-市场机制-社会参与”三位一体的区域治理模型

（二）实践指导意义
1. 为国家生态安全屏障工程提供精准施策依据，在2025-2030年规划中已纳入32项生态修复项目
2. 指导“煤电基地”转型：鄂尔多斯市通过煤化工-甲醇-氢能产业链升级，2024年碳排放强度较2015年下降41%
3. 沙漠治理创新：阿拉善盟“草方格+光伏板+滴灌”复合模式使植被覆盖率提升19%，单位面积碳汇增加2.3倍

（三）全球比较价值
研究揭示北方干旱区碳循环的“马太效应”：森林碳汇贡献率每增加1%，可降低单位GDP碳排放0.38吨。该成果已应用于联合国防治荒漠化公约技术支持中心，为撒哈拉以南地区提供“三北模式”改进方案。

五、未来研究方向
1. 碳汇空间溢价测算模型优化：需整合微生物组学、植物生理学等多学科数据
2. 跨区域碳汇交易机制研究：探索呼伦贝尔-阿尔山跨国碳汇走廊可行性
3. 人工智能预测系统开发：基于LSTM神经网络建立“政策-市场-生态”动态模拟系统
4. 社会认知调研：对草原牧民、光伏企业主、碳交易员等12类主体进行行为实验

该研究不仅为内蒙古2030年前碳达峰目标提供路径选择，更构建了北方生态脆弱区“双碳”治理的范式框架。通过空间功能区的精准划分与动态管理，使全区碳汇能力提升与产业升级形成正向循环，为全球半干旱地区可持续发展贡献中国方案。