【《低碳视角下J市土地利用时空变化及优化研究》21000字（论文）】

III低碳视角下J市土地利用时空变化及优化研究目录TOC\o"1-3"\h\u27994摘要 IV116861绪论 1137901.1研究背景及意义 1255661.1.1研究背景 1257491.1.2研究意义 1261681.2国内外研究综述 2107941.2.1国外研究现状 2182301.2.2国内研究现状 2110351.3研究内容与方法 3115811.3.1研究内容 3165371.3.2研究方法 340141.4技术路线 4173201.5可能的创新点 4199642概念界定与理论基础 6241672.1概念界定 6308152.1.1低碳经济 6318692.1.2土地利用结构优化 679412.2理论基础 6317352.2.1可持续发展理论 6255912.2.2土地优化配置理论 725923研究区概况 8115393.1行政区划 8133433.2地理环境 8324453.3社会经济 8126264济南市土地利用碳排放时空演化分析 1033834.1土地利用碳排放测算方法 10240064.1.1土地直接利用碳排放测算 10168474.1.2土地间接利用碳排放测算 12197784.1.3土地利用碳排放总量测算 13255224.2土地利用碳排放与土地利用结构相关性分析 13152784.2.1灰色关联法模型的建立及相关性分析 1315364.2.2土地利用碳排放与土地利用结构关联度 1584844.3土地利用碳排放与土地利用结构的预测 16201234.3.1灰色预测GM(1,1)模型的建立 16168934.3.2土地利用结构的预测 17192524.3.3地区生产总值的预测 18167415济南市土地利用时空变化分析 19137005.1土地利用现状 19288065.1.1区域整体土地利用结构 19263845.1.2各区县土地利用结构 239435.2土地利用程度分析 2521235.3土地利用结构变化动态分析 2565265.3.1土地利用变化速度 25157475.3.2综合土地利用动态度 26277815.3.3土地利用变化结构情况 26267506低碳视角下济南市土地利用结构优化 2928266.1优化模型的构建 2929926.1.1变量设置 2935356.1.2约束条件设置 2911366.1.3土地低碳利用排放模型构建 31199706.2优化模型的结果分析 34152627研究结论与政策建议 35234937.1研究结论 35103807.2政策建议 358241参考文献 38摘要以济南市为研究区域，构建碳排放测算模型，根据土地利用碳排放系数，对非建设用地利用过程产生的碳排放量进行测算。以济南市2011-2019年按产业地区生产总值为数据，根据能源消耗碳排放系数，对建设用地利用过程产生的碳排放量进行测算，结果显示济南市的碳排量总趋势是增加的。对济南市2011-2019年间土地利用结构变化进行分析，得出济南市土地利用结构的总体趋势是：建设用地面积持续增长，非建设用地面积持续减少。构建生态效益函数和经济效益函数，利用LINGO11对2022年济南市土地利用结构进行预测和规划。关键词：济南市；土地利用碳排放测算；灰色关联法；土地利用结构优化1绪论1.1研究背景及意义1.1.1研究背景自从二十世纪以来，人们为满足自身生存的需要而在土地上进行物资资料的生产劳动，在其过程中对化石燃料的大规模利用和对土地利用结构不合理布置产生的碳排放，造成了温室效益，破坏了生存环境。为了保护人类赖以生产的地球环境，我们必须走低碳发展的绿色道路，改变能源消费结构和土地利用结构，减少因人类不合理的物资资料生产活动产生的二氧化碳排放。中国的发展已经走过了资源无限量利用的阶段，面对巨大的发展压力，我国必须积极探索新发展模式。党的十八大首次提出了低碳发展的理念，建设有特色的社会主义社会就要坚持低碳发展，低碳发展就是以效率、和谐和可持续为目标的社会经济发展方式，以人与自然界和谐共生为价值取向，以绿色低碳为发展原则。要实现绿色发展，就必须以绿色低碳发展为要求。全球气温变暖是人类面对的共同问题。我们应从转变发展结构的角度，积响应习近平总书记号召，把减少二氧化碳排放纳入发展规划，积极从优化土地利用结构的角度探索减少二氧化碳排放量的方法，切实减少二氧化碳排放。1.1.2研究意义（1）落实低碳减排政策和建设新时代生态文明的迫切要求要落实低碳减排政策，就必须贯彻绿色发展理念。济南市作为山东省省会，肩负着生态环境保护和经济发展的双重责任。随着济南市经济的快速发展，济南市正处于城镇化快速建设阶段，济南市的化石能源消耗呈逐年增长趋势，这正是济南市二氧化碳排放量持续上升的原因。落实低碳减排政策是建设新时代生态文明和实现可持续发展的重要保障。（2）保障区域协调发展和提高土地利用效率的有效途径稳步推进“五位一体”总体布局和“四个全面”战略布局，切实打赢“三大攻坚战”，加快城镇化、信息化、农业现代化和工业化建设，必须实现以城乡区域协调发展和构建现代化经济体系为保障。而保障区域协调发展和构建现代化经济体系，是绿色发展基本盘，要实现绿色低碳发展，就必须保障城乡区域协调发展，加快构建现代化经济体系。绿色发展要求我们必须合理利用土地，不断优化土地利用结构，优化区域发展格局。通过技术手段，合理规划土地利用总体规划，切实提高土地的利用效率，尽可能减少土地利用过程中产生的二氧化碳，建立均衡绿色的城乡区域协调发展机制，优化现代化经济体系，保障济南市社会的发展。（3）优化土地利用结构和加强土地宏观调控的重要手段通过在低碳视角下对济南市土地利用结构优化的研究，依据济南市2011-2019年土地利用结构和土地利用过程中产生的二氧化碳的排放量，可以从一定程度上揭示土地利用结构与人类在土地上从事物资资料生产活动产生的二氧化碳排放量的关系，分析不同产业同对应土地利用碳排放量之间的关联度，进而为合理引导济南市产业结构调整提供依据。通过此项研究，还可以在一定程度上为土地利用总体规划提供依据，优化土地利用结构，使土地利用实现社会经济效益和生态环境效益最大化，对全社会的发展产生积极的影响。1.2国内外研究综述1.2.1国外研究现状人类利用土地过程中对生态环境产生的影响，许多国外学者做了相关调查研究，其中包括对二氧化碳排放与土地利用类型之间的联系，土地利用生态效益评价等方面的研究均取得一定成果。LiKaodu基于G20国家经济增长、能源消耗和碳排放量之间的关系，采用CCEMG和采用的AMG回归估计量等一系列方法发现，经济增长促进了碳排放，一个地区经济的增长，会以碳排放量增长为成本[17]。SongXiaoqing的一系列研究则发现，一个地区第二产业和第三产业的增长，会带来较高的经济回报，但也在一定程度上增多了化石能源的消耗，增加二氧化碳的排放量[18]。MinggaoXue和ShuhuaMa通过建立线性规划模型，发现要使生态系统服务总价值最大化，则应减少建设用地面积，相应的增加林地和草地等碳汇土地的面积[13]。1.2.2国内研究现状近年来，由于人类活动对化石燃料的大规模使用和土地高强度开发利用，二氧化碳的排放量日益增加，导致较为严重的环境问题，引起了国内许多专家学者的关注。国内有不少有关土地利用碳排放强度和土地利用结构优化的研究，目前均取得一定的成果。秦岩认为在土地利用变化过程中，碳排放强度有明显的差异性。耕地具有较高的碳排放强度，而其他土地利用类型如林地，有着较强的碳汇能力。土地利用碳排放强度在空间上具有差异性，碳排放强度在空间上有聚集向内陆转移，且“东—西”方向扩张集中度大于“南—北”的特征。即空间分布具有“南高北低性”和“南部分撒性”两个特征。总体来看,碳汇与碳源用地的结构调整，是实现碳平衡及碳峰值的有效手段。城市发展水平与碳排放强度的集中度有一定的相关性。因此，经济较为发达的城市应保持较高水平的土地集约利用，以降低碳排放强度集中度。受辐射较为明显的地区，应控制新增碳源用地，挖掘潜在碳汇用地，实现区域内的碳平衡。生态资源良好、碳汇用地规模较大的地区，应优化土地利用结构布局，在保证碳汇功能的基础上实现高质量发展[14]。苏乐乐认为土地利用是造成碳排放增长的主要原因，建设用地与耕地是主要碳源，而林地、园地与牧草地为碳汇，其中林地为最主要的碳汇，其次是园地，牧草地的碳汇作用最弱[15]。郑永超则认为耕地是最大的碳源，而林地是最大的碳汇，建设用地的增长是产生碳排放的主要因素。并且指出减少碳排放的重点是在减少建设用地与耕地的碳排放同时，还要加大林地的面积，增强林地碳汇能力[19]。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容对《济南市统计年鉴》上获取的济南市2011-2019年土地利用类型数据进行分析，建立济南市年度二氧化碳排放量测算模型，结合济南市各个产业年度生产总值和化石能源消耗量，对济南市9年间的二氧化碳排放量进行测算，分析2011-2019年间土地利用结构与二氧化碳排放量的关系，以及各个因素与二氧化碳排放量的关联度；在此基础上，以降低济南市二氧化碳排放量为目标，综合考虑社会经济因素和生态环境因素，探寻优化土地利用结构。1.3.2研究方法（1）数理统计法。对济南市土地利用产生的二氧化碳排放量的测算，需要全面分析土地利用类型时间变化以及社会经济因素和生态环境因素对其的影响。本文采用构建数学模型、回归分析相关性分析和因子分析等数量统计方法测算土地利用过程中产生的二氧化碳排放。（2）系统分析法。本文以土地利用结构为研究对象，通过进行系统的数据处理和分析，研究其不同土地利用类型对碳排放影响。（3）文献研究法。土地利用结构优化包含着社会、经济、环境生态等多个方面的因素，涉及管理学、经济学、计量学城市规划和生态学等多种学科。仅凭一人之力难以对此做出全面客观的研究。本文大量查阅相关论文和期刊以及文献资料，为研究做准备。1.4技术路线研究以济南市为例，以降低碳排放为目标，对济南市九年间的有关数据进行分析，测算不同年份碳排放量，分析全市碳排放量的时间差异；分析土地利用结构变化，研究济南市九年间土地利用类型变化趋势。在上述基础上，以低碳为目标，在生态环境效益和社会经济效益相统一的前提下，对济南市土地利用结构进行优化。具体研究技术路线见图1.1。1.5可能的创新点（1）以济南市为研究区域，构建因土地利用造成的碳排放测算模型，测算碳排放量，并以控制碳排放为目的，对济南市的土地利用结构进行优化。（2）在方法层面上，用灰色预测GM(1,1)模型对建设用地面积进行预测，为控制因建设用地面积增长而产生的碳排放提供规划层面的建议。图1.1研究技术路线2概念界定与理论基础2.1概念界定2.1.1低碳经济低碳经济简单的说就是低能源消耗的经济。低碳经济与传统的经济发展模式相比，是一场全面的生产技术、生产方式、能源消费结构、生活方式和人们思想观念的变革。低碳经济强调低碳的生产方式和生活方式，通过改变在物资资料生产过程和人类生活活动过程中能源的消费方式，构建更科学、更绿色、更可持续的能源消费结构，减少化石燃料的使用，大力推广使用清洁能源，以实现社会的可持续发展，为人类社会后续的发展留下足够的资源。自20世纪来，人类社会对化石能源消耗的数量持续增加，这造成了大气中二氧化碳浓度持续增长，也使人类重视能源短缺愈发突现的问题。大气中二氧化碳浓度升高造成的温室效应严重危害人类赖以生存的环境，能源短缺影响人类社会未来发展模式，在此挑战之下，低碳经济已成为实现可持续发展，保护生态环境的重要发展模式。2.1.2土地利用结构优化土地利用结构是在一定区域内，不同土地利用类型的比例。土地利用结构优化，就是以科学的理论作指导，运用一定的方法，对此区域内无序的不同的利用类型的地块进行的规划，使不同的利用类型的地块有序排列，优化此区域内土地利用结构，已达到通过内部有序结构提升整体功能的目的。随着社会经济的发展和人口数量的增加，人类社会对土地的需求增大，但是现有的技术条件下可供利用土地资源有限，土地供不应求，人类必须改变土地利用模式，从无序扩张的利用模式向集约的利用模式转变。2.2理论基础2.2.1可持续发展理论自20世纪以来，人类社会物资资料的生产活动造成了全球气候的恶化和资源的短缺，剩余的资源的已不足于维持现有的发展模式，人类社会迫切需要转变现有的发展模式，在实现社会合理发展的同时，又不影响未来的发展道路。可持续发展理论在此形势下应运而生。持续性是此理论最基本的特征，在追求社会发展、经济增长的同时，也要注重发展道路的可持续性，不能以资源的无限消耗和生态环境的恶化为代价求发展。当今可通过合理规划土地利用结构，来实现社会的可持续发展。2.2.2土地优化配置理论土地优化配置是以科学的理论为指导，对土地利用类型的数量和结构进行规划，以实现土地利用效益最大化。随着社会经济的发展，各行业对土地都产生了不同的需求。有对土地结构上需求，也有对土地数量上需求，但有限的土地资源不可能同时满足这些需求，只有对土地资源进行优化配置，用宏观手段优化配置结构，才能实现社会经济的均衡发展。3研究区概况3.1行政区划济南市为山东省会。到2019年，济南市共下辖10个区县，其中包括市中区、历下区、槐荫区、章丘区、济阳区、天桥区、历城区和长清区等8个市辖区和商河县和平阴县等2个县。图3.1济南市2019年行政区划图3.2地理环境济南市地处山东省中部，华北平原东南部，其西南部与聊城市相接，北部与德州市和滨州市搭界，东部与淄博市搭界，南部则与泰安市相接。济南市地处鲁中南丘陵和鲁西北冲击平原相交地带，其北部横跨黄河，南部与泰山相依，地势南高北低。济南市南部山区多为丘陵，海拔较低，植被覆盖率较大，南接泰山山地。中部和北部地区其地貌主要为平原地区，北部与黄河相邻。济南城区内泉水众多，自古被誉为泉城。其原因是济南市地形地貌构造独特，其地势南高北低，正是这种地理空间布局，使南部山区的地下水和地表水向济南市区汇聚，加之济南市地下为独特的可溶性灰岩，使济南市出现天然泳圈。济南地处中纬度地区，其自然资源、矿产资源较为丰富。3.3社会经济济南市地处东部沿海地区，人口角度，截止2019年年末，济南市常住人口有890.87万人。济南地处华东地区，是特大城市，并在2019年被评为亚洲城市50强。2019年济南市生产总值为9443.37亿元，以农林牧渔为主的第一产业产值为637.3亿元；以工业为主的第二产业产值为3265.22亿元；以服务业、交通运输业为主的第三产业产值为5835.09亿元，均为正增长趋势。4济南市土地利用碳排放时空演化分析4.1土地利用碳排放测算方法以济南市10个区县为研究单元，根据济南市不同的土地利用类型，建立直接和间接的碳排放模型，计算济南市2011-2019年碳排放量，并根据其9年间土地利用类型的变化，探寻二氧化碳排放量的变化。本文以直接测算和间接测算两种方法测算土地利用碳排放。土地利用直接碳排放是人类在耕作过程中使用生产工具，消耗石油、电力等能源和化肥、农药等资源而产生二氧化碳排放。土地利用间接碳排放是人在建设用地上，为自身生存发展生产物资资料造成的碳排放，造成这种碳排放的主要原因是化石能源的消耗，包括工厂消耗能源进行生产、利用能源供暖和城市建设等。此文中以交通运输用地、城镇村及工矿用地、耕地为碳源。林地、园地、草地、水域及水利设施用地和未利用土地为碳汇进行测算。4.1.1土地直接利用碳排放测算土地利用直接碳排放主要是非建设用地利用过程中产生的碳排放。本文选取济南市土地利用类型中的耕地、林地、园地、草地、水域及水利设施用地和未利用土地共6种土地利用类型。对以上土地通过碳排放转换系数，根据各个地类面积测算碳排放。本文中碳排放系数主要参考已有的相关研究进行定值[16]。表4.1济南市土地利用碳排放系数参照表单位：t/hm2名称参考值耕地0.425林地-0.631园地-0.731草地-0.200水域及水利设施用地-0.246未利用土地-0.005碳排放计算公式如下： （4.1）式中：是第种土地利用方式产生的碳排放；是土地利用直接碳排放；是第种土地利用类型面积；是第种土地利用类型碳排放系数，排放为正数，吸收为负数。其中的碳排放（吸收）系数根据济南市各个区县实际情况，根据以上提到的学者的研究情况进行确定的。（1）耕地。耕地是人类赖以生存的最基本的资源，人类在耕种的生产过程中，会因为使用大型农业机械消耗电力和燃料、使用化肥和农药以及农作物自身生长过程中的呼吸作用产生大量的二氧化碳，此部分即为碳排放；另一方面，又会因为农作物的光合作用固定一部分二氧化碳等温室气体此部分即为碳汇。它们两者的差值，即为耕地的碳排放系数。济南市地处华东地区，是中纬度地带，有利于农作物进行光合作用吸收二氧化碳，据此采用较小的碳排放系数较为合理。参考现有研究，结合济南市自然状况，本文采用0.425t/hm2为耕地的碳排放系数[16]。（2）林地。林地吸收二氧化碳的能力较强，济南市的林地多为温带阔叶林，有南部山区等面积较大的林地，有较强的吸收二氧化碳的能力。但由于地处发达东部地区，城市化程度较高，在一定程度上限制了二氧化碳的吸收。从目前的研究来看，林地的碳排放系数在-0.581t/hm2到-0.644t/hm2之间[16]，结合济南市自然状况，本文采用-0.631t/hm2为林地的碳排放系数。（3）园地。园地中的植物以光合作用来吸收二氧化碳，其吸收二氧化碳的能力较强，但由于济南市园地多为人工修建，园地种类多种多样，标准参差不齐，对其园地的碳排放系数确定较为困难。济南市位于东部沿海地区，园地较为稀疏，因此在本文中采用了较小的碳排放系数，目前研究中的园地碳排放系数为-0.730t/hm2到-5.770t/hm2之间，结合济南市实际状况，本文采用-0.731t/hm2为林地的碳排放系数。（4）草地。济南市草地面积较少，草地自身固定二氧化碳的能力也有限，其固定二氧化碳主要是靠植物光合作用吸收二氧化碳。济南市的草地多为灌丛草地和疏林草地，固定二氧化碳的能力较弱，现有研究中，草地的排放系数主要在-0.220t/hm2左右，结合济南市实际状况，本文采用-0.200t/hm2为草地的碳排放系数。（5）水域及水利设施用地。济南市位于黄河沿岸，被称为“泉城”，水系较多，还有大明湖等风景名胜，有一定的固定二氧化碳的能力，但是，水域其固定二氧化碳的能力相对较弱，结合济南市实际状况，本文采用-0.246t/hm2为水域及水利设施用地的碳排放系数。（6）未利用土地。济南市未利用土地主要有滩涂等，还包括山区、丘陵等难以利用的土地。这类土地生态系统较好，有一定的吸收二氧化碳的能力，但是由于植被稀少等原因，此类土地吸收二氧化碳的能力较弱。结合济南市实际状况，本文采用-0.005t/hm2为未利用土地的碳排放系数。4.1.2土地间接利用碳排放测算建设用地不同利用类型的土地会造成不同的碳排放，此文中建设用地包括交通运输用地和城镇村及工矿用地，但因为建设用地上承载利用方式相当复杂，不同类型的住宅用地因建材和布置方式会造成不同的碳排放，不同的企业因消耗不同能源也会造成不同的碳排放量。受限于本文作者能力与所掌握资料，在此采用较为简便的方法对建设用地的碳排放进行间接测算。建设用地中产生碳排放及碳排放多样性的原因有：（1）工矿企业用地进行物资资料的生产活动，不同行业间或同行业内不同企业生产经营模式不同，对各种化石能源的消耗。（2）住宅用地之间不同的生活方式及规模布局不同，从而造成对化石能源消费不同。（3）交通运输用地受利用类型、地域差异等因素的影响，也产生一定数量的碳排放并造成在能源消耗上的差异。通过研究得出，化石能源的消耗是建设用地产生碳排放的主要原因。本文以石能源消耗量这对建设用地碳排放进行测算。相关参考文献中对建设用地二氧化碳的排放是通过对各种化石能源的消耗总量和不同化石能源的碳排放系数进行间接测算的。本文第一次测算使用这种方法，受制于数据方面的问题，所得结果与实际不符。考虑数据可得问题，本文采用另外一种测算方法，即通过地区生产总值进行二氧化碳排放量的测算。本文采用济南地区生产总值来测算二氧化碳排放量，其主要原因为第一产业主要为农业生产农产品的生产总值，如果对第一产业也进行测算，将会与上述对耕地的二氧化碳排放的测算造成重复，而第二产业和第三产业主要是工业和服务业贡献的产值，这些活动主要是在建设用地上进行的，以消耗化石能源为代价，将第二、三产业生产产生的二氧化碳算入建设用地二氧化碳的排放更为合理。从《济南市统计年鉴》可以获得济南市地区2011-2019年间第二产业和第三产业的生产总值，借鉴其他学者的研究和参考的相关文献，采用第二产业和第三产业产值之和来计算土地利用间接碳排放量的公式如下： （4.2） （4.3）公式中：为建设用地的碳排放量；为第年建设用地碳排放量；第年为第二产业（GDP2）生产总值和第三产业（GDP3）生产总值之和；为国内万元GDP能耗，单位为吨标准煤/万元；为煤炭消耗的碳排放系数，根据《IPCC2006年国家温室气体清单指南》上的数据，取其值为0.7329，单位是t(C)/t。2011-2019年济南市第二、第三产业生产总值以及国内万元GDP耗能见表4.2。表4.2济南市第二、三产业生产总值和国内万元GDP耗能年份GDP2（万元）GDP3（万元）万元GDP能耗（吨标准煤/万元）201118289700233946160.79201219381399261261360.77201320532400289224600.80201422616579321864930.76201523070000348784040.62201623689000384990520.59201725692200431533840.57201828293100475483000.56201932652200583509000.554.1.3土地利用碳排放总量测算济南市土地利用碳排放总量为土地直接利用碳排放量与土地间接利用碳排量之和。计算公式为： （4.4）式中：是土地利用碳排放总量；是土地直接利用碳排放量；是土地间接利用碳排放量。根据济南市统计年鉴各类土地利用类型面积和化石能源的消耗数据，测算得到2010-2019年济南市碳排放总量,见表4.3。4.2土地利用碳排放与土地利用结构相关性分析使用灰色关联法，通过比较碳排放量与不同土地利用类型之间关联度的大小，并根据其关联度的大小为下一步的济南市土地利用结构优化提供参考依据。4.2.1灰色关联法模型的建立及相关性分析（1）土地利用碳排放量为确定反映系统行为特征的参考数列，设土地利用碳排放量数据为灰色关联度分析的母序列，即。设各类土地利用类型的面积为灰色关联度分析的子序列，即，其中。（2）对灰色关联度分析中的土地利用碳排放量数据母序列既参考数列和各种土地利用类型的土地利用面积子序列即特征数列进行无量纲化处理，此处采用初值法对数PAGE6-表4.32011-2019年济南市土地利用碳排放量单位：万吨年份碳排放总量碳吸收总量净碳排放耕地建设用地合计园地林地草地水域及水利设施用地未利用土地合计201115.3532413.4842428.838-1.947-5.431-1.168-1.263-0.025-9.8342419.004201215.3462568.1402583.486-1.943-5.412-1.166-1.262-0.025-9.8092573.677201315.3432899.6372914.980-1.918-5.370-1.150-1.258-0.025-9.7212905.259201415.3103052.5533067.863-1.914-5.361-1.149-1.256-0.025-9.7043058.159201515.2392633.1642648.403-1.905-5.343-1.145-1.254-0.025-9.6712638.732201615.1982689.0802704.278-1.897-5.331-1.143-1.252-0.025-9.6482694.630201715.1162876.0452891.160-1.886-5.311-1.140-1.247-0.025-9.6102881.550201815.0303112.7133127.743-1.877-5.297-1.138-1.243-0.025-9.5803118.164201915.0303668.2893683.320-1.877-5.297-1.138-1.243-0.025-9.5803673.740PAGE6-据进行处理，这样可以确保把所有数据控制在灰色关联度分析的范围内，方便进行比较，以得到正确结论。公式为: （4.5）式中：为第组特征数列中的第一个数据。（3）计算参考数列与特征数列的之间的关联系数。记经过初值法处理的参考数列为，记经过初值法处理得特征数列为，年份为时参考数列和特征数列的关联系数可以求得。公式为： （4.6）式中：为每组特征数列中绝对差的最小值，为每组特征数列中绝对差的最大值，是在年份为时两数列的绝对差，为，是分辨系数。根据现有资料当分辨最为显著。本文为了使分辨较为明显，取分辨系数。（4）求关联系数，公式为： （4.7）式中：是土地利用碳排放量与土地利用结构中各个地类面积的关联度，与1越相接近，则其相关性越好。4.2.2土地利用碳排放与土地利用结构关联度将济南市2011-2019年间土地利用碳排放与土地利用结构数据代入灰色关联度模型进行分析，不同土地利用类型关联度见表4.4。城镇村及工矿用地与土地利用碳排放关联度最大，排第1位为0.699。排在第2，第3位分别的是交通运输用地和未利用土地，其与土地利用碳排放的关联度分别为0.679和0.638，这表明建设用地是最大的碳源，二氧化碳的排放量大都是由建设用地利用过程中产生的。济南市自2011-2019年间二氧化碳排放量总体呈上升趋势，其建设用地面积的逐年增长是主要原因。表4.4济南市土地利用碳排放与土地利用类型关联度土地利用结构耕地园地林地草地城镇村及工矿用地交通运输用地水域及水利设施用地未利用土地关联度0.6350.6210.6270.6250.6990.6790.6360.638排名58671243与土地利用碳排放关联度最小的为园地、草地和林地，其关联度分别为0.621、0.625和0.627，这项数据与实际是相符合的，它们对二氧化碳排放的影响较小，园地、草地和林地可视为碳汇土地，其吸收二氧化碳的能力有限。济南市园地、草地和林地面积在9年间呈逐年递减趋势，吸收二氧化碳的能力逐年减弱。耕地和水域及水利设施用地与土地利用碳排放的关联度排名居中，其原因是耕地和水域及水利设施用地即是碳源也是碳汇，耕地上的农作物和水域对二氧化碳有一定的吸收能力，但这项能力非常有限。人类在耕地和水域及水利设施上从事生产物资资料的劳动时，利用生产设备，消耗化石能源，反而会造成一定数量二氧化碳的排放，这项数据也是与实际相符合的。综上所述，建设用地与碳排放量的关联度最高。林地、园地和草地与碳排放的关联度最低。未来，济南市可以通过优化土地利用结构，合理控制城镇村及工矿用地和交通运输用地等建设用地面积的增长，适度规划面积合理的林地、园地和草地，来实现城市的低碳排放。4.3土地利用碳排放与土地利用结构的预测4.3.1灰色预测GM(1,1)模型的建立灰色预测GM(1,1)模型可以预测的数量比较少，数据完整性及可靠性较低的数据序列进行预测。其预测的精度比较高，程序也较为简易，好检验。灰色预测GM(1,1)模型比较适用于时间较短，指数增长的预测，可对土地利用碳排放量与土地利用结构一定时间发展做出的预测性的描述；从而为优化土地利用结构，合理规划未来土地利用类型提供决策依据。根据现有研究数据，可得以下建模公式。（1）为减弱原始数据随机性，建立灰色预测GM(1,1)模型前，需要对原始数据进行处理，设序列为所要预测的土地利用碳排放原始数据，然后再对数据的级比进行计算。公式为： （4.8）若大多数级比落在可覆盖的区间内，则满足建立则灰色预测GM(1,1)模型的要求。（2）对进行一次累加，得到的累加序列，公式中。（3）记参数序列为，，再用对求解，其中是累加矩阵数据阵，为常数向量数据列，公式为： （4.9） （4.10）（4）对预测值进行还原，将灰色预测GM(1,1)模型所得还原为。 （4.11）根据现有研究，检验指标和与灰色预测的精度判断标准见表4.5。表4.5检验判断标准检验指标好合格勉强合格不合格﹥0.95﹥0.80﹥0.70≤0.70﹤0.35﹤0.50﹤0.65≥0.654.3.2土地利用结构的预测因为建设用地的面积每年都为正增长，所以本节基于灰色预测GM(1,1)模型利用2011-2019年土地利用结构数据对济南市2022年这两种土地利用类型面积进行预测。表4.6基于灰色预测GM(1,1)模型的2022年济南市建设用地面积预测土地利用类型预测结果后验差比检验指标城镇村及工矿用地155206.0680.0161好交通运输用地30921.0510.0507好综合分析济南市2011-2019年数据，基于灰色预测GM(1,1)模型，可以预测出到2022年，济南市城镇村及工矿用地和交通运输用地的面分别为1552.06平方公里和309.21平方公里。4.3.3地区生产总值的预测根据本章4.1.2中对建设用地碳排放测算的方法，基于灰色预测GM(1,1)模型，预测2022年济南市第二、第三产业的生产总值。表4.7基于灰色预测GM(1,1)模型的2022年济南市第二、三产业生产总值预测单位：亿元产业结构预测结果后验差比检验指标济南市生产总值11844.810.0243好第二产业生产总值3826.050.046好第三产业生产总值7038.730.0311好灰色预测GM(1,1)模型对2022年济南市第二、三产业生产总值预测分别为3826.05亿元和7038.73亿元。5济南市土地利用时空变化分析本文以济南市10个区县为研究单元，研究济南市2011-2019年间共9年的土地利用时空变化规律，从不同的土地利用类型面积的变化情况，来揭示济南市土地利用变化在时空中的规律。根据济南市统计局发布的统计年鉴，可以获得济南市2011-2019年间共9年的各种土地利用类型面积，包括交通运输用地、城镇村及工矿用地、耕地、林地、园地、草地、水域及水利设施用地和未利用土地。为了便于测算，本文中把交通运输用地、城镇村及工矿用地归为建设用地。5.1土地利用现状5.1.1区域整体土地利用结构济南市作为副省级城市，经济实力不断增强，城市建设愈发繁荣，其土地利用结构也不断变化，总趋势为：建设用地面积持续增长，非建设用地的面积持续减少。表5.1济南市2011年、2019年土地利用现状单位：平方公里年份20112019耕地3612.513536.52园地266.32256.75林地860.70839.47草地584.04568.79城镇村及工矿用地1373.061490.20交通运输用地284.59302.16水域及水利设施用地513.24505.31未利用土地503.95499.21济南市总面积为7998.41平方公里，截止2019年，济南市耕地总面积为3536.52平方公里，占其土地总面积的44.22%；济南市园地总面积为256.75平方公里，占其土地总面积的3.21%；济南市林地总面积为839.47平方公里，占其土地总面积的10.50%；济南市草地总面积为568.79平方公里，占其土地总面积的7.11%；济南市建设用地面积为1792.36平方公里，占其土地总面积的22.41%；2011-2019年济南市建设用地面积增加较多。耕地面积显著减少，其它非建设用地的面积均减少，主要原因是城市发展过程中建设用地需求增加，只能占用非建设用地。济南市不同阶段的土地利用类型面积各不相同，为了把握济南市9年间的土地利用结构的变化，下面将分为2011-2013年、2014-2016年、2017-2019年三个阶段对土地利用整体情况进行分析。图5.1济南市2011年、2019年土地利用类型面积变化幅度图（1）对2011-2013年济南市土地利用结构进行分分析，这个阶段土地利用现状见表5.2。表5.2济南市2011-2013年土地利用现状单位：平方公里年份201120122013耕地3612.513610.773610.12园地266.32265.81262.33林地860.70857.70851.00草地584.04583.10575.20城镇村及工矿用地1373.061377.981402.18交通运输用地284.59287.67287.40水域及水利设施用地513.24513.12511.55未利用土地503.95502.26498.632011-2013年，济南市建设用地积增加，非建设用地面积减少。此阶段城镇村工矿用地及交通运输用地面积增加，主要原因是城市化发展导致城市储备建设用地供不应求，加之城镇化的发展导致不少农村人口涌入城市地区，城市向郊区扩张，与之相应的建设用地面积增加。这一阶段济南市林地面积减少了9.7平方公里，草地面积减少了8.84平方公里，未利用土地面积减少了5.32平方公里，其原因一是城镇化建设占用部分林地、草地，原因二是林地、草地和未利用土地被开垦为耕地或园地。图5.2济南市2011-2013年土地利用类型面积变化幅度图（2）对2014-2016年济南市土地利用结构进行分分析，这个阶段土地利用现状见表5.3。表5.3济南市2014-2016年土地利用现状单位：平方公里年份201420152016耕地3602.413585.683576.01园地261.80260.54259.57林地849.63846.76844.84草地574.30572.50571.51城镇村及工矿用地1407.721429.691442.19交通运输用地290.68291.53293.19水域及水利设施用地510.39509.62508.75未利用土地501.50502.27502.362014-2016年，济南市加大环境保护力度，增加了林地的建设，同时增加了城市公园的建设，所以这个阶段济南市林地面积减少较少。耕地面积减少了26.4平方公里，同上个阶段相比，耕地面积大规模减少，主要原因是济南市城市化建设步伐加快，不得不占用大量耕地、林地、园地、林地和草地等。非建设用地减少是城镇化建设必然的结果。这个阶段未利用土地面积有所增加，主要原因是济南市政府加大了对土地的整理工作。城镇村及工矿用地和交通运输用地面积均增长，其中城镇村及工矿用地面积增加了34.47平方公里，济南市的城市化建设仍然处于快速发展阶段，越来越多的农村人口涌入城市，必然造成城市规模扩大，建设用地面积增加。图5.3济南市2014-2016年土地利用类型面积变化幅度图（3）对2017-2019年济南市土地利用结构进行分分析，这个阶段土地利用现状见表5.4。表5.4济南市2017-2019年土地利用现状单位：平方公里年份201720182019耕地3556.593536.523536.52园地258.01256.75256.75林地841.75839.47839.47草地570.18568.79568.79城镇村及工矿用地1468.191490.201490.20交通运输用地296.17302.16302.16水域及水利设施用地506.96505.31505.31未利用土地500.55499.21499.212017-2019年，济南市耕地面积减少了20.07平方公里，比上个阶段减少面积有所减少，主要原因是济南市人民政府加大了耕地的保护力度，严格保护基本农田。园地、林地、草地、水域及水利设施用地和未利用土地数量均有所减少，但减少速度有所减缓。城镇建设用地面积均继续保持增长，交通运输用地则增长了5.99平方公里，比上个阶段多增长了3.48平方公里，城镇村及工矿用地面积增长了22.01平方公里，比上个阶段少增长了12.46平方公里，其原因是济南市经济持续增长，城市化建设仍然保持着较高的速度。图5.4济南市2017-2019年土地利用类型面积变化幅度图5.1.2各区县土地利用结构到2020年，济南市辖十区二县。因为莱芜区和钢城区于2019年刚划入济南辖区，相关数据难以找到，所以本文暂只对历下区、市中区、槐荫区、天桥区、历城区、长清区、章丘区、济阳区、平阴县和商河县进行分析。对上述八区二县2019年土地利用结构进行分析，结果显示，2019年济南市各个区县土地利用类型差异较大。表5.52019年济南市各区县土地利用结构地区地类面积（公顷）耕地（%）园地（%）林地（%）草地（%）城镇村及工矿用地（%）交通运输用地（%）水域及水利设施用地（%）其它土地（%）历下区101182.730.2518.794.3171.770.580.381.19市中区2814919.193.9213.1414.7436.103.081.278.57槐荫区1516121.520.262.840.7851.344.7717.311.18天桥区2589736.590.346.820.5035.015.1614.571.00历城区13012124.4410.4817.7512.0122.963.873.544.97长清区12085938.183.6317.1212.5412.203.124.069.14章丘区17190945.532.208.519.5616.753.614.669.19济阳区10988163.940.344.000.4514.433.7610.522.57平阴县7150646.432.7314.545.5913.633.924.488.67商河县11624065.010.252.540.3013.544.559.853.97根据2019年济南市各区县土地利用结构表；历下区耕地所占土地总面积的比例最小，为2.73%，城镇村及工矿用地占土地总面积比例最大，为71.77%；历下区位于济南市东部，为济南市中心城区，有著名的趵突泉、大明湖和千佛山等风景名胜，下辖13个街道。历下区城镇化程度最高，这是导致其建设用地面积和耕地面积相差巨大的原因。除历下区外，槐荫区、市中区和天桥区的城镇化程度也较高，其建设用地面积与耕地面积差距也较大，其城镇村及工矿用地分别占51.34%、36.10%、35.01%。商河县耕地面积占总面积比列最大，为65.01%，而建设用地只占18.09%；商河县地处济南市西北部，下辖1个街道和11个镇，城市化水平较低，故耕地面积较大。除商河县外，济阳区、平阴县和章丘区的耕地所占土地总面积的比列也较大，分别为63.49%、46.43%的45.53%；在所统计的八个区和二个县外，历下区、历城区和长清区林地面积所占土地总面积分别18.79%、17.75%和17.12%，值得一提的是，历下区为林地占区总面积比例最高的一个区，同时也是建设用地占区总面积最高的一个区，其建设用地占比为72.35%。主要原因是许多风景名胜如趵突泉、大明湖和千佛山均坐落于历下区。历城区东部规划科学合理，林地园地数量合理布置，所占比列也比较大。长清区位于济南市区西部，其辖区内有长清大学城、园博园等，这也是林地和园地所占比列较大的原因。图5.52019年济南市城镇化分级图本文根据建设用地面积占总面积的比例，对济南市各区县城镇化率进行分级，Ⅰ级城镇化程度最高，城镇化率为40%~80%；Ⅱ级城镇化程度为中等，城镇化率为25%~40%；Ⅲ级城镇化程度为最低，城镇化率为15%~40%。由图4.5，槐荫区和历下区城镇化程度为Ⅰ级，天桥区和市中区城镇化程度为Ⅱ级，这四个区为济南市市区，故其建设用地面积所占土地总面积比例较大；长清区等其它6个区处于济南市郊，城镇化程度较低，均为Ⅲ级，其辖区内建设用地面积占比较少，耕地等其它碳汇用地面积所占比例较大。5.2土地利用程度分析本文主要从社会经济生产和自然生态两个方面进行分析，选取建设用地面率、土地垦殖率、土地利用率和农业用地率为社会经济生产指标，选取林地覆盖率为自然生态指标。表5.6土地利用程度各指标计算方式指标计算公式土地垦殖率耕地面积/土地总面积*100%土地利用率已用土地面积/土地总面积*100%农业用地率耕地面积+园地面积+林地面积+草地面积/土地总面积*100%建设用地面率城镇村及工矿用地面积+交通运输用地面积/土地总面积*100%林地覆盖率林地面积/土地总面积*100%2011-2019年济南市整体土地利用程度各指标见表5.7。表5.7济南市2011-2019年土地利用程度指标年份土地垦殖率土地利用率农业用地率建设用地面率林地覆盖率201145.1787.2866.5620.7210.76201245.1487.3166.4820.8210.72201345.1487.3766.2521.1210.64201445.0487.3566.1121.2310.62201544.8387.3565.8321.5210.59201644.7187.3665.6621.7010.56201744.4787.4065.3422.0610.52201844.2287.4465.0322.4110.50201944.2287.4465.0322.4110.50根据近9年的济南市土地利用程度指标来看，济南市土地利用率呈增长趋势，到2019年，土地利用率从87.28%增长到87.44%，这表明济南市对土地的需求呈上升趋势，经济得到了一定的发展。建设用地率呈持续上升趋势，从2011年的20.72%增长到2019年的22.41%，这项数据正好与济南市城市化建设进程加快相符合。农业用地率则从2011年的66.56%下降到2019年的65.03%，总体呈现持续下降趋势。5.3土地利用结构变化动态分析5.3.1土地利用变化速度济南市土地利用结构随着城镇化发展不断改变，这就表明有必要对济南市土地利用方式进行动态度分析。对济南市各类土地利用方式进行动态度分析，有助于了解济南市各种土地利用类型的变化程度，为以后合理规划济南市土地利用提供依据。单一土地利用动态度表示一定区域内某一时期某种土地利用类型面积的变化程度。其公式为： （5.1）公式中：为某种类型土地利用动态度；为研究时期初此类型土地的面积；为研究时期末此类型土地的面积；为此研究时间跨度。当以年为单位时，则为某类型土地利用面积年度利用动态度。5.3.2综合土地利用动态度综合土地利用动态度反映研究区域内某时期某类型土地利用面积在整个区域内的变化情况。其公式为： （5.2）公式中：为某一时期初第类土地利用类型的面积；为某一时期内第类土地利用类型变化为不是第类土地利用类型的面积的绝对值；为此研究的时间跨度，当以年为单位时，此公式则为这个研究区域内土地利用年变化率。5.3.3土地利用变化结构情况相关数据显示，济南市综合土地利用动态度变动较大。从2011-2019年只有城镇村及工矿用地和交通运输用地的土地利用动态度为正值，其中城镇村及工矿用地变化最为明显。数据表明，这9年来济南建设用地面积呈现为绝对增长趋势，城市面积不断扩大，城镇化是发展的趋势。非建设用地的土地利用动态度均为负值，这项数据表明在城市化过程中，未利用土地已经无法满足需求，只能侵占非建设用地。其中耕地的土地利用动态度变化最大，这表明城市的发展和建设占用了一部分耕地。其它类型土地均有不同程度的减少，这正好与济南市城镇化进程加快，人口数量增长和经济发展引起城市规模扩大的客观事实相符合。表5.8济南市2011-2019年土地利用结构变化年份20112019土地利用动态度/%综合土地利用动态度/%面积/km2比例/%面积/km2比例/%耕地3612.510.4523536.520.442-0.7010.561园地266.320.033256.750.032-1.198林地860.700.108839.470.105-0.822草地584.040.073568.790.071-0.870城镇村及工矿用地1373.060.1721490.200.1862.844交通运输用地284.590.036302.160.0382.058水域及水利设施用地513.240.064505.310.063-0.515未利用土地503.950.063499.210.062-0.314将2011-2019分为2011-2013年、2014-2016年、2017-2019年三个阶段对济南市单一土地利用动态度和综合土地利用动态度进行分析。数据见表5.9。表5.9济南市2011-2019年土地利用动态地类2011-2013年2014-2016年2017-2019年耕地-0.022-0.244-0.188园地-0.499-0.284-0.163林地-0.376-0.188-0.090草地-0.505-0.162-0.081城镇村及工矿用地0.7070.8160.500交通运输用地0.3290.2880.674水域及水利设施用地-0.110-0.107-0.108未利用土地-0.3520.057-0.089综合土地利用动态度0.1330.1580.117由表5.9可知，2011-2013年，济南市土地利用的综合动态度变化比较小。建设用地动态度为正值，表明建设用地面积增长速度较其它地类变化较大。济南市非建设用地面积呈现出下降趋势，其中草地和园地面积下降较快，其土地利用动态分别为0.505%和0.499%，其主要原因是城市规模的扩大，城市建设用地的占用非建设用地，导致此现象。以上数据与济南市在2011-2013年间城市经济发展，城市规模扩大是相符合的，非建设用地的土地利用动态度均为负值，建设用地土地利用动态度为正值，大量非建设用地转化为建设用地。2014-2016年，这个阶段济南市的土地利用的综合动态度变化比上一阶段要大。建设用地动态度为正值，其中城镇村及工矿用地的土地利用动态度为0.816%，比上一阶段的土地利用动态度要高。这表明建设用地面积增加，此阶段济南市城镇化速度加快，城市规模扩大，非建设用地地转为城市建设用地。济南市未利用土地的动态度也为正值，这个数据表明济南市政府在这个阶段加大了未利用土地的开发整理工作，对用地结构进行了科学的调整，促使城市用地规划趋于合理。济南市耕地的动态度呈负值，为0.244%，比上一个阶段的耕地利用动态度高了0.222个百分点，这一阶段耕地面积减少速度远超上一个阶段，这与镇村及工矿用地、交通运输用地面和未利用土地面积的增长是相符合的，城市发展侵占农用地，农用地面积下降。这个阶段园地、林地和草地均为负值，其土地利用动态度与上一阶段相比，均有所降低，其土地利用动态度分别为0.284%、0.188%、0.162%和0.107%，而上个阶段的土地利用动态度分别为0.499%、0.376%、0.050%和0.110%，通过对比可以看出，园地和林地动态度变化较大，这说明园地和林地面积减少的速度远高于上个阶段。综上分析可以得出，济南市在2014-2016年是城市发展较快的一个时期，大量的非建设用地转化为城市建设用地。2017-2019年，这个阶段济南市的土地利用的综合动态度同前两个阶段的土地利用综合动态度相比较小，为0.117%。镇村及工矿用地和交通运输用地动态度为正值，分别为0.500%和0.674%，其中镇村及工矿用地的土地利用动态度比上一阶段有所下降，而交通运输用地得动态度较高，比上一阶段的0.288%高出0.386个百分点。这一阶段济南市加大了对交通基础设施的投入和建设，这与建设用地增加，城市规模的扩大是相符合的，城市规模的扩大，必然要求有更完善、跟发达的交通运输体系。济南市耕地的土地利用动态度为0.188%，相比上个阶段有所下降，这个阶段济南市调整了农业用地结构，加大了对农用地的保护，减缓了农用地被占，转为建设用地的速度。园地、林地、草地和水域及水利设施用地的土地利用动态度分别为0.163%、0.090%、0.081%和0.108%，相比上个阶段，其土地利用动态度均下降，与这个阶段建设用地面积增长速度减缓相符合。济南市在2017-2019年间，更加注重高质量发展，土地利用结构趋于合理，盲目占用耕地等非建设用地的现象减少，城市正在由快速发展向高质量发展转变。6低碳视角下济南市土地利用结构优化实现低碳发展，不能以单一的牺牲社会经济利益或发展速度来换取生态环境利益，要在减少土地利用过程中产生的二氧化碳排放量的基础上实现社会经济利益与生态环境利益相统一。6.1优化模型的构建6.1.1变量设置变量的设置要符合土地利用实际情况，本文基于前一部分研究和数据可取性，为了实现社会经济利益与生态环境利益相统一，在控制二氧化碳排放量的基础上调整2022年济南市土地利用结构，现对济南市各个区县不同的土地利用类型，设置8个变量，分别为耕地（x1）、林地（x2）、园地（x3）、草地（x4）、城镇村及工矿用地（x5）、交通运输用地（x6）、水域及水利设施用地（x7）和未利用土地（x8）。表6.1济南市土地利用类型变量设置表土地利用类型变量2019年面积（平方公里）2022年规划面积（平方公里）耕地x13536.52a园地x2256.75b林地x3839.47c草地x4568.79d城镇村及工矿用地x51490.20e交通运输用地x6302.16f水域及水利设施用地x7505.31g未利用土地x8499.21h6.1.2约束条件设置约束条件要使经济效益和生态效益有机结合，在实现两者之和的最大化的基础上，使济南市2022年土地利用过程中产生的碳排放量最小化。（1）结合济南市土地利用实际状况，根据济南市2011-2019年间土地利用类型数据，2011-2019年间济南市耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地和未利用土地面积的总趋势是逐年减少的，但济南市土地总面积是不变的，据此可以设定约束条件： （6.1）济南市所有利用类型土地的面积总和为7998.41平方公里。（2）济南市正处于城市化快速发展阶段，城市人口不断增长，城市规模呈现为扩张趋势，因此建设用地面积应该为正增长。一方面为确保社会经济发展，应合理满足城市建设的用地需求，2022年济南市土地利用总体规划中建设用地面积相比于2019年济南市建设用地面积应该有所增加，以2019年济南市城镇村及工矿用地和交通运输用地的面积，即1490.2平方公里和302.16平方公里为最低约束条件。另一方面还要充分考虑济南市的生态环境因素，不能只追求经济发展而导致建设用地的无序扩张牺牲生态利益，故要对2022年济南市建设用地面积做出限制。根据第3章对土地利用结构的预测，2022年济南市城镇村及工矿用地和交通运输用地的面积分别为1552.06平方公里和309.21平方公里，以此作为2022年济南市这两类用地面积的最高约束条件。 （6.2） （6.3）（3）2021年两会中政府工作报告中再次提出，要严守18亿亩耕地红线，严格保护基本农田。农业问题为重中之重，要切实保护粮食安全，就必须重视耕地的保护。因此，济南市在2022年土地利用总体规划中要切实落实最严格的的耕地保护政策，严格保护耕地，严控城市规模的扩大建设用地占用耕地。结合济南市实际情况，耕地面积不应减少。2022年济南市耕地面积不应低于3201.06平方公里。 （6.4）（4）水利用地面积总趋势上减少，在此不做下限要求。 （6.5）（5）据山东政府工作报告，未来将加大对林地的保护力度，加大保护环境力度，加大对植树造林的投资，故林地面积未来应有一定数量的增加，但也应该综合考虑社会经济效益，不能只追求生态环境效益而放弃社会经济效益。根据《济南市土地利用总体规划（2006-2020）》，到2020年林地规划面积为817.63平方公里，考虑此规划滞后性，以此为最低下限。以2019年林地面积839.47平方公里为最高上限。 （6.6）（6）园地其出于生态环境因素面积应该有所增加，但应该综合考虑经济社会的发展。根据《济南市土地利用总体规划（2006-2020）》，到2020年园地规划面积为294.60平方公里，考虑到经济效益，2022园地规划面积以2020年规划面积为上限。 （6.7）（7）草地虽然为碳汇类土地，但考虑到其生态效益低于林地，且追求经济发展必然会引起建设用地需求的增加，故不另规划增加草地面积，以2019年草地面积为上限面积。 （6.8）（8）结合济南市实际发展状况，济南市应合理的开发未利用土地，盘活存量土地，未利用土地的面积将进一步减少，在此不做下限要求。 （6.9）6.1.3土地低碳利用排放模型构建（1）土地利用的生态效益函数构建计算建设用地碳排放系数，根据本文第4章内容，通过济南市2011-2019年建设用地二氧化碳排放量和建设用地面积计算出2011-2019年建设用地碳排放系数。其公式为： （6.10）公式中：为第年建设用地碳排放系数；为第年建设用地利用过程中产生的二氧化碳排放总量；为第年建设用地的面积。建设用地碳排放系数见表6.2。表6.2济南市2011-2019年建设用地碳排放系数201120122013201420152016201720182019145.597154.182171.619179.731152.982154.956163.008173.666204.663济南市建设用地碳排放系数在2011-2019年呈总体上升趋势，适合用灰色预测GM(1,1)模型进行预测。基于灰色预测GM(1,1)模型，根据济南市2011-2019年建设用地碳排放系数，对济南市2022建设用地碳排放系数进行预测。表6.3基于灰色预测GM(1,1)模型的2022年济南市建设用地碳排放预测年份预测结果后验差比检验指标2022240.3570.0645好此项数据的检验指标较好，在此取济南市2022年建设用地碳排放系数为240.357。表6.4济南市土地利用类型的碳排放系数耕地园地林地草地建设用地水域及水利设施用地未利用土地0.425-0.731-0.631-0.200240.357-0.246-0.005根据济南市土地利用碳排放系数和上述基于灰色预测GM(1,1)模型预测的济南市2022年建设用地碳排放系数，构建济南市的基于碳排放量最小化的目标优化模型函数： （6.11）公式中：表示2022年济南市土地利用碳排放量趋于最小；为第种土地利用类型的碳排放系数；为第种土地利用类型的面积。（2）土地利用的经济效益函数构建对土地利用结构进行规划，必须同时重视土地利用的生态效益和经济效益。因此构建土地利用经济效益函数： （6.12）表示2022年济南市土地利用经济效益实现最大化；为第种土地利用类型产生的单位经济效益系数；为第种土地利用类型的面积。（3）使济南市2011-2019年各种土地利用类型对应的产业年度总产值除与对应年份的济南市地区生产总值，以求得相对应每年的单位经济效益系数。综合考虑数据的可得性和研究的可操作性，本文中8种土地利用类型分别对应的产业是：农业年度总产值对应耕地；第一产业服务业对应园地；林业年度总产值对应林地；畜牧业年度总产值对应草地；第二产业和第三产业总产值对应建设用地；渔业对应水域及水利设施用地；未利用土地不做对应。第三产业包括服务业和运输业，难以单纯的对应交通运输用地产生的经济效益，故本文把第二、第三产业经济效益统归于建设用地。（4）根据济南市2011-2019年不同土地利用类型每年的单位经济效益，通过excel工作表中的线性回归趋势拟合预测法，对济南市2022年各种土地利用类型的单位经济效益系数进行估算。由此得2022年各土地利用类型的权益系数见表6.5。表6.5线性回归预测的济南市2022年土地利用类型的权益系数土地利用类型预测结果决定系数耕地0.04200.7189园地0.00190.7346林地0.00220.6795草地0.02270.2696建设用地0.93080.8329水域及水利设施用地0.00040.9321济南市未利用土地面积较少，社会经济效益几乎为0，故未利用土地的单位权益系数为0。（5）根据灰色预测GM(1,1)模型对济南市2022年生产总值的预测，2022年其生产总值为11844.81亿元。将上述通过线性回归预测的济南市2022年各个土地利用类型的单位权益系数，乘于预测的2022年济南市生产总值，可得出2022年各种土地利用类型对应的经济效益。表6.6济南市2022年土地利用类型经济效益土地利用类型预测结果经济效益（亿元）耕地0.0420497.48园地0.001922.51林地0.002226.06草地0.0227268.88建设用地0.930811025.15水域及水利设施用地0.00044.74将济南市2022年各个土地利用类型的经济效益，除于对济南市2022年土地利用总体规划初步规划的此类型土地面积，可得济南市2022年八类土地利用类型的单位经济效益系数。表6.7济南市2022年土地利用类型的经济效益系数土地利用类型经济效益（亿元）初步规划面积单位经济效益系数耕地497.483201.060.1554园地22.51256.750.0877续表6.7林地26.06839.470.0310草地268.88568.790.4727城镇村及工矿用地11025.151521.137.2480交通运输用地11025.15305.68536.0670水域及水利设施用地4.74505.310.0094上述初步规划面积中城镇村及工矿用地和交通运输用地采用最小值和最大值的平均数，非建设用地均以2019年面积计算，在查阅相关资料结合有关学者研究后[20]，将未利用土地的单位经济效益系数定为1。6.2优化模型的结果分析在参考有关研究和相关文献后[21]，赋土地利用的生态效益函数权重为0.4，赋土地利用的经济效益函数为0.6，构建约束函数为： （6.13）LINGO能对线性方程组求解，解决求最优解的问题，本文利用LINGO11对2022年济南市土地利用结构实现二氧化碳排放量最小化和社会经济效益最大化组成约束函数进行分析求解，求得2022年济南市土地利用结构优化结果。表6.8济南市2022年土地利用结构优化结果土地利用类型2022年规划面积（平方公里）耕地a3498.67园地b294.60林地c839.47草地d568.79城镇村及工矿用地e1490.20交通运输用地f302.16水域及水利设施用地g505.31未利用土地h499.21根据LINGO11对2022年济南市土地利用结构优化求得的结果，即在减少二氧化碳排放量的基础上，实现生态环境效益的社会经济效益的统一，构建约束函数，求得了以上结果。规划到2022年济南市耕地面积会进一步减少，而园地、林地和草地面积适当增加，建设用地面积保持缓慢稳定的增加，才能在保证在实现一定社会经济效益的基础上实现生态环境效益最大化，最大程度的减少二氧化碳的排放。7研究结论与政策建议7.1研究结论（1）通过构建济南市土地利用碳排放测算模型，对济南市2011-2019年因土地利用产生的二氧化碳排放量进行测算，可以看出济南市从2011-2014年间，因土地利用产生的二氧化碳排放量是逐年增多的，济南市在2014年的碳排放量是3058万吨，在2015年的碳排放量是2638万吨，同上一年相比，呈现断崖式下降，原因是在2014-2015年间，华东、华北地区受雾霾污染严重，济南市实行了严格的环境监管制度，关停了一部分对环境污染严重的高能耗企业，大规模采用清洁能源。济南市在2015-2019年间，因土地利用产生的二氧化碳排放仍呈逐年上升趋势，在2019年，济南市年度二氧化碳排放量为3673万吨。2011-2019年济南市的社会经济呈正增长趋势，新型城镇化建设速度加快，因而土地利用产生的二氧化碳排放也不断增加。（2）基于灰色关联度模型的分析，可以得出济南市的城镇村及工矿用地与土地利用碳排放量关联度最大，为0.699。排在第2、第3位的是交通运输用地和未利用土地，其与土地利用碳排放的关联度分别为0.679和0.638，这项数据表明二氧化碳的排放量主要是由建设用地使用过程产生的。与土地利用碳排放关联度最小的为园地、草地和林地，其关联度分别为0.621、0.625和0.627，它们对二氧化碳排放的影响最小。（3）对济南市土地利用时空变化进行分析可得，2011-2019年间，济南市城镇建设用地面积显著增加，主要原因是城镇化速度加快，导致建设用地需求增加，城市面积扩大。耕地面积显著减少，林地、园地等非建设用地的面积均减少，主要原因是城市建设过程中建设用地需求增加，只能占用耕地等其它非建设用地。7.2政策建议（1）优化能源消费结构，推动清洁能源使用。济南市地处中国东部地区