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2025 , Vol. 80 >Issue 5: 1183 - 1211

DOI: https://doi.org/10.11821/dlxb202505003

前沿探索

“双碳”目标下国土空间减排增汇路径研究

  • 郑欢 , 1 ,
  • 何斌 , 1, 2 ,
  • 张文新 3 ,
  • 郭兰兰 1 ,
  • 黄大全 2, 3 ,
  • 郑龙飞 3 ,
  • 李铁威 1 ,
  • 褚阳 1
展开
  • 1.北京师范大学地理科学学部 地表过程与水土风沙灾害风险防控全国重点实验室，北京 100875
  • 2.自然资源部土地利用重点实验室，北京 100035
  • 3.北京师范大学地理科学学部地理学院，北京 100875
何斌(1981-), 男, 安徽六安人, 博士, 教授, 研究方向为陆地生态系统碳循环、生态系统对气候变化的响应及反馈等。E-mail:

郑欢(1998-), 女, 辽宁沈阳人, 博士生, 研究方向为陆地生态系统碳循环。E-mail:

收稿日期: 2024-07-23

  修回日期: 2025-04-23

  网络出版日期: 2025-05-23

基金资助

北京师范大学地理科学学部“全球环境变化”学科发展专项(2023-GC-ZYTS-01)

收起

Carbon emission reduction and carbon sink enhancement pathway for national spatial planning under the "dual carbon" goals

  • ZHENG Huan , 1 ,
  • HE Bin , 1, 2 ,
  • ZHANG Wenxin 3 ,
  • GUO Lanlan 1 ,
  • HUANG Daquan 2, 3 ,
  • ZHENG Longfei 3 ,
  • LI Tiewei 1 ,
  • CHU Yang 1
Expand
  • 1. State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Disaster Risk Reduction, Faculty of Geographical Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
  • 2. Key Laboratory of Land Use, Ministry of Natural Resources, Beijing 100035, China
  • 3. School of Geography, Faculty of Geographical Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

Received date: 2024-07-23

  Revised date: 2025-04-23

  Online published: 2025-05-23

Supported by

BNU-FGS Global Environmental Change Program(2023-GC-ZYTS-01)

Fold

摘要

为实现“双碳”目标，需要在中国现有国情和制度框架下，积极探索国土空间的“双碳”响应战略，创新发展国土空间减排增汇路径研究。目前关于助力碳中和的讨论重点聚焦单一空间、单个部门的减碳维度，缺少面向“双碳”目标的多空间、多部门的整体统筹以及具体路径的论证研究，导致不同国土空间减排增汇的目标定位和权责关系不清，总体任务无法针对性分解并具体落实。对此，本文在统筹考虑生态、农业和城镇“三类空间”功能属性和交互作用的基础上，首先建立了“三类空间”碳收支效应的认知框架，提出“三类空间”减排增汇路径的设计原则。其次，结合“三类空间”承担的减碳份额，根据各路径的应用现状、历史贡献、适用范围及未来潜力，进一步总结提炼生态空间固碳增汇、农业空间减排增汇和城镇空间减排降碳的多空间协调行动路径，来助力实现可持续的生态修复、农田管理和城镇管控，促进形成未来国土空间一体化下的减排增汇优化策略和绿色转型应对方法。

关键词： “双碳”目标; 生态空间; 农业空间; 城镇空间; 减排增汇路径

本文引用格式

郑欢 , 何斌 , 张文新 , 郭兰兰 , 黄大全 , 郑龙飞 , 李铁威 , 褚阳 . “双碳”目标下国土空间减排增汇路径研究[J]. 地理学报, 2025 , 80(5) : 1183 -1211 . DOI: 10.11821/dlxb202505003

Abstract

To realize the "dual carbon" goals, it is necessary to actively explore the "dual carbon" response strategy in the national spaces and innovate the research on carbon emission reduction and carbon sink enhancement pathways within the existing Chinese national conditions and institutional framework. Currently, discussions centered around supporting carbon neutrality predominantly emphasize the carbon reduction dimensions of a single space or department, lacking comprehensive coordination and specific pathways demonstration research across multiple spaces and departments. This has led to unclear goal positioning and accountability relationships for carbon emission reduction and carbon sequestration in different national spaces, making it challenging to decompose the overall tasks and implement them concretely. On the basis of considering the spatial functional attributes and interactions of ecological space, agricultural space, and urban space, this study first establishes a cognitive framework for carbon balance effects of three types of space (ecological, agricultural, and urban spaces) and proposes design principles for carbon emission reduction and carbon sink enhancement pathways. Then, based on the share of carbon reduction undertaken by the three types of space, as well as the current application status, historical contributions, scope of application, and future potential of each pathway, this study further summarizes and proposes a multi-spatial coordinated pathway for enhancing carbon sinks within ecological spaces, reducing carbon emissions and increasing sinks in agricultural spaces, and decreasing emissions in urban spaces. This initiative not only contributes to achieving sustainable ecological restoration, efficient cropland management, and effective urban control, but also fosters the formation of climate mitigation optimization strategies and green transformation response methods under the integration of future national space.

Key words： "dual-carbon" goals; ecological space; agricultural space; urban space; carbon emission reduction and carbon sink enhancement pathways

1 引言

气候变化是当前全人类面临的最严峻挑战之一[1]，已经严重威胁到人类的生存和发展[2]。为了规避气候变化的风险与影响，2015年《巴黎协定》明确提出“在21世纪下半叶实现温室气体净零排放”的长期目标[3]。作为当前最大的碳排放国，2020年第75届联合国大会上，中国确立了“双碳”目标并宣布提高国家自主贡献力度（图1）。然而，无论从实现难度、还是实现周期来看，中国“双碳”目标的实现都面临比发达国家更为艰巨的挑战[4]。主要原因在于，中国的工业化和城镇化建设仍未完成，能源消费量和重工业生产在未来一定时间内会不可避免地持续增长[5-6]。这使得中国经济社会的绿色化、低碳化发展压力叠加、负重前行[7]。如何在维持预期经济发展目标的前提下，多部门联合、采用多种技术途径消纳掉每年120亿t左右的人为CO2排放量成为亟待解决的关键问题。
图1 气候变化和国土空间规划政策行动时间轴

Fig. 1 Timeline of climate change and national spatial planning policy actions

国土空间作为生态文明建设的空间载体，其规划编制、实施和监测是统筹碳源和碳汇的系统性政策工具[8]。例如，2021年《中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》及《2030年前碳达峰行动方案》要求“强化绿色低碳发展规划引领，构建有利于碳达峰、碳中和的国土空间开发保护新格局”[9-10]。2022年《自然资源部关于进一步加强国土空间规划编制和实施管理的通知》提出“落实《全国国土空间规划纲要（2021—2035年）》要求，在‘三区三线’划定成果基础上，进一步落实‘双碳’战略”[11]（图1）。其中，“三区”指由生态空间、农业空间和城镇空间组成的“三类空间”，“三线”是由生态保护红线、永久基本农田和城镇开发边界构成的“三条控制线”。“三类空间”作为落实生态修复、农田管理和城镇管控的主要空间载体，成为国土空间规划积极响应“双碳”目标的具体体现。
其中，生态空间为固碳增汇策略的重点，以森林、草原为代表的绿色碳汇和以海洋为代表的蓝色碳汇是生态碳汇的主要构成。生态碳汇多以陆地生态系统的碳汇预测研究为基础[12-14]，关注基于自然的解决方案（Nature-based Solutions, NbS）的路径设计和碳汇潜力评估。例如，美国和加拿大提倡基于自然的解决方案实现生态系统碳固存，建立减缓气候变化的能力[15-16]；中国地区预测量化了植树造林、天然林管理、最适放牧强度以及滨海湿地修复等自然途径的未来碳汇潜力，为生态空间固碳增汇路径的设计提供依据[17-18]。农业空间同时具备碳源汇特征，规划路径重点关注农业生产用地管理和农村生活方式调整[19]。国内外关于农田土壤动态监测的荟萃分析证实了农用地管理对服务“双碳”目标的积极意义[20-22]，但由于农田碳储量受区域气候条件[23]、土壤类型[24]、种植制度[25]、耕作方式[20,26]等多重因素影响，因地制宜开展农用地整治来提高农田有机碳储量、避免温室气体排放成为农业空间实现减排增汇的重要途径。最后，城镇空间作为承载人类生产生活的空间载体，是资源消耗和CO2排放的主要集中区域[27-28]。能源、工业、交通和建筑等领域由于碳排放份额大，各部门脱碳路径[29]、低碳发展路径[30-31]及CO2减排技术[32-33]等研究不断兴起。例如，法国积极探索零碳社区的建设模式[34]；英国制定建筑全生命周期的低碳管控导则[8]；中国大力推广可再生能源消费方式、鼓励新能源汽车的应用和生产[35]。因此，大规模的清洁能源替代和低碳技术管控[36]，将成为可持续城镇发展规划和服务“双碳”目标的基础前提和有效途径。
目前关于“三类空间”规划路径的“双碳”目标响应，现有文献和业内实践更多集中在能源转型、工业减排、农田管理和生态固碳等方面[28-29,37]，并聚焦单一空间、单个部门的减碳维度[38-41]。缺少碳中和实现路径与国土空间规划的整体对话，缺乏面向“双碳”目标的多空间、多部门的整体统筹以及具体路径的论证研究，导致不同国土空间减排增汇的目标定位和权责关系不清，总体任务无法针对性分解并具体落实。因此，在“山水林田湖草沙”生命共同体理念的指导下，本文从国土空间主体功能定位的差异性出发，构建“三类空间”碳收支效应的认知框架，确定“三类空间”减排增汇路径的设计原则。在此基础上，结合“三类空间”承担的减碳份额，提出生态空间固碳增汇、农业空间减排增汇和城镇空间减排降碳的多空间统筹协调行动路径。突破了以往以单一空间、单个部门进行减碳规划的限制，指导碳中和背景下“三类空间”规划路径设计，体现空间特征和区域差异，帮助最优路径的选取和落实。

2 “三类空间”碳收支效应的认知框架

国土空间规划作为统筹优化空间布局、提高资源利用效率、维护自然生态平衡和促进经济社会协调发展的重要途径，近年来对绿色低碳发展的关注度不断提升，其编制原则与技术规程均以促进形成绿色低碳的经济发展和生产生活方式为标准，积极响应“双碳”目标。但是由于普遍缺乏深入的专题研究，规划整体仍以指导性政策和原则性要求为主，对减碳增汇的工程和技术关注不足，缺乏基本的认知框架和具体的行动路径，难以充分发挥国土空间规划对服务“双碳”目标的关键作用[42]。如《市级国土空间总体规划编制指南（试行）》提出“探索绿色化的高质量发展新路子”[8]，但主要编制内容仍缺少与碳中和相关的规划编制要求、具体落实策略以及实施成效评估。即使部分省市出台的编制指南涉及碳中和相关内容，也仅限于对某一类国土空间的指导要求，不足以为“三类空间”的结构布局调整和资源要素配置等提供整体指导[43]。同样，“三区三线”中的生态保护红线、永久基本农田和城镇开发边界的划定也未将生态空间、农业空间和城镇空间的碳源汇功能纳入划分依据。因此，本文提炼“三类空间”减排增汇的功能属性、明晰“三类空间”影响碳源汇特征的交互作用，并以此为依据，建立起服务“双碳”目标的“三类空间”碳收支效应的系统性认知。

2.1 “三类空间”功能属性

生态空间指具有自然属性，以提供生态服务或生态产品为主体功能的国土空间[44]，不仅涵盖土地利用现状分类体系中所指的用地类别（如林地、草地、园地、湿地等），还包括国家公园、自然保护区、自然公园等自然保护地体系，可为生态、经济和社会的可持续发展提供安全保障。21世纪初至今，以国家重大生态保护和修复工程为首的中国生态环境建设取得了巨大成就，为生态碳库保护和碳汇能力提升奠定了坚实基础[45]。基于NbS来实现生态空间碳固存更成为中国生态保护、修复和可持续发展的新热点[18,46 -47]。针对中国历史特征和未来发展提出生态空间森林、草地和湿地生态系统多条固碳增汇路径的评估表明，NbS路径有效实施带来的碳汇潜力几乎可以抵消掉全国人为年均CO2排放量的10%~15%[18,28]。
农业空间是以农业生产和农村生活为主体功能的国土空间，包括耕地、园地、其他农用地等农业生产用地和农村居民点、农村公共设施、公共服务用地等农村生活用地[48]。作为人类改造自然的最基础活动单元，农业空间是人与生态环境相互作用的过渡区和渐变区[49]。中国农业空间因其兼具碳源和碳汇的双重属性在实现“双碳”目标进程中发挥着重要作用。一方面，农业生产和农村生活过程中的有机质分解、动物胃肠道发酵、养殖粪污处理等带来的温室气体排放总量不可忽视[41,50 -51]；另一方面，以保护性耕作、覆盖性种植和农林复合系统等为代表的农田管理措施和以农光互补、生态渔业等为代表的农业技术措施具备增加土壤有机碳固存的实际效应，在未来40~60年的长期尺度上表现出持续有效、绿色经济的碳汇作用[52-54]。
城镇空间是以城镇居民生产生活为主体功能的国土空间，主要由能源消费、产业发展、道路交通和建筑景观等几个方面构成，以承载城镇社会经济和政治文化的长久发展。“十四五”新阶段，城镇成为国家碳排放的主阵地[55]，碳排放规模达到100亿t CO2 a-1左右[28]。如何衔接“双碳”目标建设绿色低碳的城镇发展空间、缩减70%~80%的人为碳排放量成为中国未来城镇化发展的主要考量[28,56]。2010年起国家发展和改革委员会组织开展了3批低碳试点工作，积极探索各区域和各部门服务“双碳”目标的低碳转型路径。2021年《国家新型城镇化规划（2021—2035年）》的专家咨询委员会提出，要通过创新、智慧、绿色、韧性城乡规划实现“双碳”目标下的新型城镇化[56]，即从以资源消耗为依托的社会发展模式走向以技术创新为驱动的更清洁、高效的发展路径的转变[57]，进而实现城镇空间减排降碳的关键功能属性。

2.2 “三类空间”交互作用

国土空间规划路径的碳源汇特征取决于国土空间布局优化的3个主要维度，数量、空间和用途[4]。由于“三类空间”的数量结构、空间布局和资源利用均存在一定的现实矛盾，客观认识“三类空间”的功能属性和交互关系，成为开展国土空间减排增汇路径设计的基本前提。
截至2023年，中国常住人口城镇化率已高达66.2%。这种城镇化率的超高速增长和社会粗放的发展模式，导致中国资源约束趋紧、空间冲突加剧[58]。国土空间资源优化配置和布局低碳化调整的基础是各类空间用地得到保障。而城镇建设被视为是生态空间和农业空间资源利用和布局优化的主要干扰。一方面，城镇用地扩张导致大量的农业用地损失，新增城镇用地面积的60%以上都来自农业用地的转化，直接对作物产量和农田碳储量产生负面影响[59]。同时，城镇化的持续性快速发展还会进一步挤占位于远郊地区的森林、草地、湿地等自然生态空间，对生态碳库和自然生态系统的碳汇能力带来不可逆转的影响[4,60]。另一方面，为弥补城镇扩张对高产农田的破坏，通常需要占用更大面积的生态用地作为农业生产用地的补充，而高产农田生态补偿对生态空间的影响是同期城镇扩张所导致的直接损失的8倍左右[61]，不仅使生态碳汇能力减小，更在一定程度上缩减人为可利用的碳排放空间、增加城镇空间的减排降碳压力，形成一系列负反馈效应（图2）。以上过程成为中国城镇化进程中“三类空间”碳源汇功能制衡和冲突的具体表现。
图2 “三类空间”碳收支效应交互影响

Fig. 2 Interactive influence of carbon budget effects in three types of space

与之相反，相关学者提出中国城镇化进程利于农业生产，更助力实现碳中和的观点[62-63]。主要理由为大量农村人口向城镇的迁移可以释放大规模的非建设用地，供农业生产和自然生态系统再生使用。当基本农田得到保证，生态建设活动持续推进，就能够为农田碳储量和生态碳汇的增加提供空间。而这种自然碳汇能力的增加反过来可以减少城镇空间的减排降碳压力，为国家城镇化进程和社会经济发展提供额外支撑，形成正反馈效应（图2）。然而，以上“三类空间”固碳增汇的协同影响只在农村空地资源被合理利用的情况下才有机会发挥实际作用。
因此，在考虑“三类空间”交互影响的基础上，正确的空间治理策略和规划实施方式为：① 底线管控：确定合理的城镇开发边界，在保证“18亿亩耕地红线”、确保粮食安全的同时，遵守生态保护红线，不挤压高碳汇效益的生态空间；② 空间针对：合理布局，实现资源在城乡之间、东中西部之间的优化配置，并有序保护高产农业用地、开发高碳汇水平的生态资源。如以分布式能源系统、特高压电网等为代表的新型智能电网的构建，能够对中国产能与用能空间错配问题进行调整；③ 协同增效：提高城镇空间的资源利用效率、提升“三类空间”土地利用功能和承载能力。如在有效降碳的同时，增加城镇绿地面积，带来区域碳汇能力增加、空气质量改良等综合效益。

3 “三类空间”减排增汇路径的设计原则

基于对“三类空间”功能属性和交互作用的系统认知，“三类空间”减排增汇路径设计的基本原则确定为底线管控、空间针对和协同增效（图3）。同时，由于“三类空间”减排增汇路径发挥作用的关键媒介表现为重点稳固、提升高碳汇效益的生态绿色空间，将林地、草地、湿地等具有碳汇功能的地类纳入规划整治范围[42,64]；关注整改减排增汇双重属性的农业生产空间，将中国耕地红线作为优先控制线，在农业生产力提升和农村生活水平改善的同时实现规模减排降碳[39]；以及引导形成低能耗、低碳排的城镇发展空间，通过各部门结构调整和技术创新实现能源优化供给、空间紧凑布局、工业绿色生产以及建筑低碳转型[64-65]。本文将以提高生态效益、保障粮食安全和促进城镇转型作为路径设计的总体原则（图3）。
图3 “三类空间”减排增汇路径设计系统结构

Fig. 3 System structure of the design of carbon emission reduction and carbon sink enhancement pathways in three types of space

其中，生态空间固碳增汇路径的提出，重点参考2008年世界银行提出的NbS理念[66]以及2017年大自然保护协会确定的基于自然的气候解决方案（Natural Climate Solutions, NCS）[17]，以此为依据对国际保护组织和前沿研究中涉及的优先发展事项进行总结提炼。如以造林和再造林为首的森林恢复路径、以草地恢复和放牧优化为主的草原修复和管理措施以及对现存滨海湿地和泥炭地的及时管护等，均为国内外探索生态碳汇潜力的研究热点。在此基础上，本文结合《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021—2035）》指南[67]，确定国内外同等重视、固碳增汇成效显著且潜力巨大的路径。最终，从生态保护、生态修复、可持续管理和生态技术4个层面，聚焦森林、草地和湿地生态系统提出有效增汇路径。在强化国土空间范围内“山水林田湖草沙”整体治理的同时，提高生态系统的质量和稳定性，提升生态系统的碳汇潜能。
农业空间减排增汇路径的提出，首先根据联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization, FAO）对发展中国家农业发展政策和战略的规定，确定加强国家粮食安全、促进环境保护与可持续发展以及推动农业技术合作等为路径设计的主向[68]。结合2021年中国农业农村科技发展高峰论坛暨中国现代农业发展论坛发布会上，农业农村部发布的农业农村减排固碳十大技术模式以及2022年发布的《农业农村减排固碳实施方案》[69]，本文从农田管理和农业技术2个层面、固碳增汇和减排降碳2个方向进行路径的提出。特别包括，农田固碳扩容、种植业节能减排、畜牧业减排降碳以及可再生能源替代等首要任务。最终，不仅确保国家粮食安全和重要农产品有效供给，更形成绿色低碳的农业生产空间以及节能降碳的农村生活空间。
城镇空间减排降碳路径的提出，主要参考2020年联合国支持发起的“奔向零碳”（Race to Zero）倡议联盟的宗旨以及2021年世界经济论坛发布的《净零碳城市：一种综合性的方法》的国际报告[70]，聚焦智慧能源建设、清洁的电气化、紧凑的城市形态以及超高效的建筑等几方面，对国际前沿技术的发展和应用进行总结归纳。在此基础上，根据《2030年前碳达峰行动方案》[10]和《国家新型城镇化规划（2021—2035年）》[56]要求，以宏观政策、战略规划为主体导向，对标中国能源、交通、工业、建筑和居民生活等多要素的历史遗留问题，本文从城镇管理、替代性技术和负碳技术3个方面入手，分供应端、消费端和固碳端依次提出城镇空间有效降碳路径。旨在充分释放生态空间和农业空间的碳汇潜力的同时，最大限度地降低城镇空间的碳排放量。

4 “三类空间”减排增汇路径

国际能源署（International Energy Agency, IEA）数据显示，2023年中国CO2排放总量已经超过120亿t。综合2024上半年逐月的碳排放情况以及国家电力消耗增长、石油需求停滞等现状，英国碳简报、芬兰能源与清洁空气研究中心等多家研究机构推测，“中国很可能于2023年提前实现了碳达峰目标”。因此，本文首先将峰值设置为120亿t CO2。其次，本文分达峰、减碳、低碳和中和4个时期，给出中国碳排放的阶段性控制目标，即2030年前碳达峰、争取2040年将CO2排放总量控制在85亿t内、争取2050年将CO2排放总量控制在60亿t内，以及力争2060年将CO2排放总量减至25亿~30亿t[71]。最后，确定中国碳中和的实现路径，即2060年人为可支配的碳排放量=生态固碳+农业固碳+工程固碳，大约为30亿t CO2左右（图4a）。
图4 中国碳排放的阶段性控制目标及“三类空间”预计承担的减碳份额

Fig. 4 Phased control targets for carbon emissions in China and the expected share of responsibilities for carbon emission reduction in three types of space

在明确国家减排降碳总任务和“三类空间”功能定位的基础上，本文通过整合现有的科学研究和数据资源，初步设定“三类空间”承担的减碳份额（图4b）。即在管理措施和相关技术发展成熟并全面应用的背景下，生态空间和农业空间分别承担约10亿~15亿t CO2 a-1和8亿~12亿t CO2 a-1的减碳份额[18,46 -47]。而城镇空间通过能源替代、结构调整和技术创新需要承担国家年均碳排放的剩余份额，约为80亿~90亿t CO2 a-1 [28]。在此基础上，本文对各路径的应用现状、历史贡献、适用范围及未来潜力进行汇总，依次提出15条生态空间固碳增汇路径、11条农业空间减排增汇路径和13条城镇空间减排降碳路径，实现“三类空间”减碳任务的分解落实，并对国土空间资源优化配置提供参考。

4.1 基于自然解决方案的生态空间固碳增汇路径

生态空间固碳增汇的功能表现主要以生态保护、生态修复、可持续管理和生态技术为关键媒介来发挥作用。本文从以上4个方面入手，聚焦森林、草地和湿地生态系统进行路径提出。分别确定4条生态保护路径、4条生态修复路径、5条可持续管理路径和2条生态技术路径，并对各路径的应用现状、历史贡献、适用范围及未来潜力进行梳理。

4.1.1 生态空间—生态保护路径

21世纪初，中国应对改革开放以来严峻的环境问题，开展了一系列重大生态修复工程，实现了生态碳汇的持续增长。其中，森林是中国陆地生态系统碳汇贡献的主体[45]。草地作为中国西部和北部地区的天然生态屏障，不仅为畜牧业的发展提供场所，更为减缓气候变化贡献力量[72]。湿地因其极大的固碳速率和长期持续的固碳能力而在缓解适应气候变化过程中发挥关键作用[73-74]。在森林、草地和湿地生态系统服务功能多样、碳汇贡献显著的背景下，本文提出避免森林退化、避免草地退化、湿地保育及泥炭地保护等4条生态保护路径。
避免森林和草地退化主要目的是防止土地利用类型转变（如转变为农田或城镇用地）导致森林生物质和土壤有机碳的流失。目前，中国大力推动建设的国家公园、自然保护区、生态保护区等均明确提出天然植被的空间分布界限，保护森林资源不被破坏。2021年印发的《关于加强草原保护修复的若干意见》也将草原纳入自然保护地、生态保护红线的建设中，并构建了以保护自然保护地内草原资源为重点的草原保护体系[75]。关于中国避免森林退化和避免草地退化的预测研究表明，未来以上路径分别可以带来0.90亿~1.20亿t CO2 a-1和0.20亿~0.50亿t CO2 a-1的碳汇潜力[18]。
湿地保育即避免以红树林、盐沼、海草床为主的滨海蓝碳生态系统转化为其他用地类型，并通过有效管理减缓湿地退化，维持湿地的碳汇能力不被削减。泥炭地保护则倡导优先保护现有的泥炭资源免受干扰和破坏，避免上万年来固定的深层土壤碳以温室气体的形式释放[76]。全国泥炭资源调查（1983—1985年）结果显示，中国泥炭地面积曾为104.40万hm2。但目前仅有不到40%处于湿地状态，超过60万hm2的泥炭地已经退化或被开垦为农田林地和牧场[77]。针对湿地生态系统面积锐减、资源退化的情况，中国早在2002年就启动了《全国湿地保护工程规划（2002—2030年）》，明确强调保护现存湿地生态系统结构与功能的完整性[78]。未来有效避免滨海湿地和泥炭地退化预计分别带来约 0.02亿t CO2 a-1和0.75亿t CO2 a-1的碳汇潜力[18]，后者将成为湿地生态系统中挖掘增汇潜力的有效途径。

4.1.2 生态空间—生态修复路径

2000年全国生态环境质量评价结果显示，中国接近1/3的国土生态环境质量优良，1/3的国土生态环境处于差或较差水平。森林、草地和湿地生态系统除自然退化外，均不同程度地转化为其他用地类型，导致中国原始植被分布被破坏、生态资源质量不高。根据中国生态空间自然资源现状，如森林过度砍伐、草地沙化退化以及天然湿地大面积萎缩、消亡，本文提出森林恢复、草地恢复、滨海湿地恢复及泥炭地恢复等4条生态修复路径来应对目前生态资源破坏和损耗的问题。
森林恢复包括造林和再造林。其中，造林多指人工造林，再造林指在原生植被为森林但由于自然或人为因素遭到破坏的土地上，将非森林用地转化为森林用地的过程。2000年以来，中国开展了一批以三北防护林、长江珠江流域防护林和退耕还林为主的生态修复工程，均涉及大面积的造林和再造林活动。2001—2020年以上工程建设的成功实践累计带来约33亿t CO2的碳汇贡献，年均贡献达到1.60亿~1.70亿t CO2 a-1 [45,79]。目前，中国剩余的潜在造林面积约为5720万hm2，到碳中和时期预计发挥3.20亿~5.40亿t CO2 a-1的固碳潜力[18,80]，是森林生态系统的最大潜力路径。而草地恢复主要指将坡地或耕地恢复为草地，具体表现为1999年以来实施的两轮退耕还草工程。其碳汇贡献约为0.20亿t CO2 a-1 [45-46]。未来草地全面恢复预计实现0.04亿~0.06亿t CO2 a-1的增汇潜力[46]。
滨海湿地恢复是指推进以红树林、盐沼、海草床为主的几大湿地类型的生态保护和修复措施，以湿地恢复和重建来遏制因湿地转化而引起的温室气体释放现象[76]。1992—2012年为中国的湿地政策转型期，从鼓励湿地开发转向倡导湿地保护，并于2013年进入全面保护和恢复阶段。2020年《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021—2035年）》更提出到2025年恢复滨海湿地200 km2 [67]。相关研究表明，对中国红树林、盐沼湿地和海草床生态系统开展有效的保护修复措施，可使三者碳汇潜力达到0.02亿t CO2 a-1 [81]。另外，泥炭地作为沼泽湿地特有的自然产物，有机质含量几乎占土壤干质量的30%以上[82]，碳密度高达125~166 t C hm-2 [83]。恢复已经退化或被开垦为农田、林地和牧场的泥炭地将带来0.13亿t CO2 a-1的增汇潜力[18]。

4.1.3 生态空间—可持续管理路径

20世纪90年代以来，中国政府通过加大林业投资和大规模造林实现了森林碳汇的持续增长，森林有机碳储量增加50%~60%[45]。但长久积累的“重造林、轻经营”的问题也导致森林质量不高、森林碳汇效率受限[84-85]。为提高森林资源质量，限制天然草地资源的过度开发利用，维持生态碳汇的稳定性，本文提出天然林管理、人工林管理、森林火灾管理、城市绿化以及放牧优化等5条可持续管理路径。
天然林管理一方面通过天然林再生增加碳固存，另一方面通过全面禁止砍伐天然林来减少碳排放。自1998年起开始实施的天然林资源保护工程，主要目的是确保长江、黄河中上游地区的生态公益林采伐活动全面停止。工程实施的20年间总计带来了18.80亿t CO2的碳汇贡献，年均贡献达到0.85亿t CO2 a-1，并且约有50%来自中国西南地区[86]。在天保工程二期实施经验的基础上，中国推出《全国天然林保护修复中长期规划（2021—2035年）》，来指导地方做好省级天然林保护专项规划。未来天然林管理路径的有效开展将实现1.10亿~1.80亿t CO2 a-1的固碳潜力[18]。对于人工林的管理则主要集中在采伐限额、减少采伐以及改善残留物处理等方面[87]。作为全球人工林面积最大、增速最快的国家，中国人工林碳储量年均增加8.8%左右[88]，且人工林的管理优化预计带来0.17亿~0.49亿t CO2 a-1碳汇潜力[46]。
森林火灾管理通常指实施规定燃烧或火灾防控措施来降低森林野火发生的概率，减少CO2排放。欧洲及美国西部地区的相关研究证实，实施规定燃烧或火灾防控措施来替代野火可减少约50%~60%的碳排放[89-90]。在中国通过火灾管控来降低林火发生概率是最有效和最常见的，而规定燃烧措施采用较少。1949—1999年间林火的平均燃烧面积为89万hm2 a-1，到2000—2017年间下降至12万hm2 a-1，带来0.10亿t CO2 a-1的减排贡献[46]。该路径在2060年前后预计实现0.10亿~0.27亿t CO2 a-1减排潜力[47]。城市绿化指扩大城市绿地的生态建设规模，增加城市地区森林覆盖率来实现固碳增汇[91]。目前中国的城市绿地生态建设规模还在不断扩大。依据国家统计数据中各省新造林和城市绿地面积，结合植树造林活动对应的固碳速率，未来中国城市绿地预计带来0.30亿~0.80亿t CO2 a-1的碳汇潜力[40]。
放牧优化是针对重度放牧区采取围栏封育、围栏禁牧等保护缓解措施，来减轻天然草原压力，减少不合理利用草原导致的碳排放，进而增加土壤有机碳固存[92-94]。2003年中国北部和西南部地区启动了退牧还草工程。《2020年全国草原监测报告》显示，经过工程实践中国草原牲畜超载率逐年下降，重点天然草原的平均牲畜超载率为10.1%，同比2011年下降了17.9%，实现了0.29亿~0.59亿t CO2 a-1的碳汇贡献[46]。有关中国草原围栏禁牧措施对碳动态影响的研究表明，到2060年碳中和时期，放牧优化路径的碳汇潜力显著，几乎可以达到0.65亿t CO2 a-1左右[95]，成为草地生态系统中的最佳潜力路径。

4.1.4 生态空间—生态技术路径

生态保护、修复和管理能够实现的增汇潜力有限。在较长时间尺度上，突破性生态技术的应用不仅可以带来显著的减碳效益，提供净化空气、改良土壤、改善生物多样性等额外收益，更为中国能源转型和工业减排提供更大的发展空间。对此，本文提出土壤增汇和生物质能碳捕集与封存等2条生态技术路径。
土壤作为陆地生态系统最大的碳库，存储了全球陆地生态系统超过80%的碳[96]。中国土壤碳储量约占世界土壤碳储量的6.7%[97]，占中国总碳储量82.9%[98]。因此，除了加强以土壤质地、理化性质、树种结构、人类活动干扰等为主的土壤碳汇机制研究外，探索土壤增汇技术也是重中之重[87]。具体表现为，研究枯落物的数量、分解速率对森林土壤碳汇功能的重要影响，并针对枯落物不同形态，探索物理、化学和生物技术，促进枯落物快速分解，实现土壤养分的增加以及固碳速率的提升[87]。例如，添加微生物菌剂加快有机质分解、抑制病原菌生长，进而实现森林土壤固碳能力的持续提高[99]。此外，施加人为干预来增加土壤无机碳汇也不容忽视。例如，于非岩溶区人为播散碳酸盐岩粉末就是一种增加无机碳汇的潜在手段，可以产生类似岩溶区的碳汇通量[100]。
生物质能碳捕集与封存（Bio-Energy with Carbon Capture and Storage, BECCS）是碳捕集利用与封存（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS）中的一类特殊技术，能将传统CCUS与生物质能结合来实现负排放[101]。2018年《IPCC全球升温1.5 ℃特别报告》中提出，BECCS等CO2脱除技术是有望将全球碳排放稳定在低水平的关键技术[102]。虽然BECCS 项目在中国尚未开展实际运营[103]，但中国现代生物技术的发展，如人工利用和模拟生物光合作用，将有可能为BECCS提供颠覆性的关键技术支撑[40]。同时，森林和农田生态系统每年产生的大量废弃物或秸秆生物质，也为发展生物/生态固碳技术提供了巨大物质基础。2060年前后BECCS预计为中国碳中和的实现贡献8.60亿t CO2 a-1的碳汇潜力[104]。
综上，对生态空间固碳增汇路径历史贡献和未来潜力的分析汇总，突出了对现有生态资源和潜在生态资源高效、正确利用的关键。中国生态系统质量脆弱、生态保护压力较大。未来东北森林带的天然林保护和后备资源培育、北方防沙带的沙漠化防治、长江重点生态区河湖湿地的整治以及黄土高原水土流失问题的解决等都是生态空间保护和修复专项规划实施的重点。坚守生态红线，适时适地、科学高效地推进生态建设活动，增强生态科技支撑能力才能持续发挥生态空间各路径的固碳增汇潜力。

4.2 基于粮食安全保障的农业空间减排增汇路径

农业空间减排增汇的功能表现主要以农田管理和农业技术为关键媒介来发挥作用。本文从以上2个方面入手，分固碳增汇和减排降碳2个方向进行路径的提出，分别确定3条增汇型农田管理路径、2条减排型农田管理路径、2条增汇型农业技术路径和4条减排型农业技术路径，并对各路径的应用现状、历史贡献、适用范围和未来潜力进行梳理。

4.2.1 农业空间—农田管理路径

（1）增汇型农田管理路径。据IPCC第二次评估报告估算，未来50~100年全球农田土壤能固定400亿~800亿t CO2[105]。合理的农田管理措施能使全球土壤碳库每年增加4亿~9亿t CO2，反之，则导致农田土壤碳损失。为推进农业农村减排固碳，中国自21世纪初推动开展以保护性耕作、覆盖性种植等为代表的有效农田管理措施，年均碳汇贡献可以达到0.61亿~0.72亿t CO2 a-1 [20-21]，未来更会表现出长久持续的气候缓解潜力[18]。根据农田管理措施的历史实践和服务“双碳”目标的未来前景，本文提出以保护性耕作、覆盖性种植和农林复合系统为代表的3条适合推广应用的农田管理路径。
保护性耕作主要通过实施免耕和秸秆还田来提高土壤有机碳储量[106-107]。其中，免耕能够保护在升温条件下的土壤有机碳不被干扰[26,51,108]，秸秆还田则通过提供更多的有机质加速大团聚体的形成以增加土壤有机碳储量[109-110]。2002—2019年免耕和秸秆还田措施的推广面积已经达到1110万hm2和3980万hm2，推广率分别为12.6%和42.5%，主要集中在东北和华北地区，并带来了约0.66亿t CO2 a-1的碳汇贡献[111]。相比之下，中国南部地区推广率较低，仍具有较大的潜在实施面积。未来在全国范围内推进保护性耕作措施的应用将带来约2.10亿t CO2 a-1绿色且经济的碳汇潜力[53]。
覆盖性种植和农林复合系统是能够实现粮食生产和环境保护的可持续土壤管理模式。前者在主要经济作物的非生长季节进行覆盖作物种植来增加土壤碳固存[112]。后者则因地制宜开展防风林和防护林建设来解决当前资源枯竭、农林用地紧张的问题[52]。在20世纪中期，中国覆盖性种植的主要表现形式为“绿肥”，不仅有效抵御流水侵蚀，更减少农用化肥的施用率，最大应用面积高达1300万hm2 [113]，平均可以带来0.06亿t CO2 a-1的碳汇贡献[18]。2018年中国大自然保护协会的农业项目团队开始重点关注以上生态效益广泛的可持续管理措施。目前中国覆盖性种植和农林复合系统的发展空间约有2029万hm2和4500~7600万hm2 [52,114]，全面实施后分别可以实现0.24亿t CO2 a-1 [54,115]和1.10亿t CO2 a-1 [18]的增汇潜力。
（2）减排型农田管理路径。在农田管理实现固碳增汇的同时，2022年6月印发的《农业农村减排固碳实施方案》关注种植业和畜牧业温室气体排放强度的降低，倡导合力发挥农田管理措施的固碳减排能力[69]。根据中国种植业发展现状及尚存问题，本文提出农田养分管理和稻田耕作管理2条减排型农田管理路径。
其中，农田养分管理指在不对作物产量产生负面影响的情况下，通过减少氮肥施用、改进肥料种类，来推进氮肥减量增效，减少氧化亚氮（N2O）和其他温室气体的排放。在实施农田养分管理措施后，2012—2020年中国年均氮肥施用量减少0.04亿t N a-1，相当于0.48亿t CO2 a-1的减碳贡献[46,116]。另外，2030年和2050年中国农用氮肥的合理施用量预计为0.22亿t N和0.23亿t N[117]，证明实施有效管理、控制氮肥施用在合理范围内，将带来0.19亿~0.21亿t CO2 a-1的减排潜力[47]。
中国的农业灌溉方式主要包括连续灌溉、季中期排水、间歇灌溉等。而稻田耕作管理是指以水稻主产区为重点，因地制宜推广稻田节水灌溉技术，在提高水资源利用效率的同时，通过季中期排水、间歇灌溉等方式，缩短作物处于厌氧状态的时间来减少甲烷（CH4）排放[118]。目前，与连续灌溉的稻田相比，季中期单次排水会使CH4排放量减少约30%，而间歇灌溉会使CH4排放量减少50%~70%[119]。对中国稻田耕作管理措施的减排潜力研究表明，2020—2060年间该措施的减排潜力约为0.29亿~0.50亿t CO2 a-1 [46]。
因此，未来农业空间规划编制和实施过程中，要提高保护性耕作路径在国家中部和南部地区的推广率，因地制宜开展免耕和秸秆还田措施；在主要的经济作物产区，作物收获后的秋季或种植作物前的早春，适时适地应用覆盖性种植；在风蚀、水蚀以及风沙灾害明显的农业区，开展宜林地造林，实现农林复合；在保证作物产量和质量的同时，于华北、东北平原以及长江中下游平原的主要作物产区斟酌控制氮肥的施用率；最后，将合适的灌溉措施在中国秦岭—淮河以南的水稻主产区，以及东北、西北和中部小面积的水稻分散产区进行推广和应用，来实现总计约3.90亿~4.10亿t CO2 a-1的固碳减排潜力。

4.2.2 农业空间—农业技术路径

（1）增汇型农业技术路径。中国的农田管理措施主要作为绿色、经济且持续时间长的减排增汇路径被应用和推广。相比之下，农业技术路径具有技术需求度高、发展成本高、但未来潜力和协同效益大的特点。《2030年前碳达峰行动方案》指出，中国要大力发展绿色低碳循环农业，积极研发并应用增汇型农业技术[10]。因此，本文总结提出农光互补和生物炭等2条增汇型农业技术路径。
其中，农光互补是在农田中布置光伏发电板，使太阳能发电和农作物种植实现互利共赢。这种技术路径在合理布局时，不仅作物产量和质量不会受到影响，还能够有效提高土地的资源利用率，促进可再生能源的开发利用，实现农业与能源的双重收益[120]。目前，中国已成为光伏农业模式发展最好的国家之一[121]。未来潜力评估结果指出，适合发展农光互补的土地面积为3090万hm2，约占全国土地面积的3.3%，年发电潜力将达到1.84×1013 kWh，是2022 年中国电力消费总量的2.13倍，减排效益显著[122]。
生物炭是一种重要的碳汇形式，在应用于土壤后可以增加土壤碳储量并减少N2O和其他温室气体的排放[123]。现有研究报告显示，生物炭的全面推广和应用最多可以减少18亿t CO2 a-1的全球温室气体净排放量，相当于人为碳排放量的12%[124]。目前中国生物炭技术虽然没有像西方国家建立起成熟的产业链，但已经在典型区域得到推广和应用。例如，中国的东北地区、南方红壤区和工业重金属污染严重的地区等[125]。相关的区域实验分析也证实，与秸秆直接还田相比，秸秆生物炭会使CH4排放减少14.7%[126]，并且未来30年间中国生物炭技术的普及应用预计带来2.20亿~5.30亿t CO2 a-1的增汇潜力，有望成为农业空间增汇潜力最大、协同效益最高的典型路径[47]。
（2）减排型农业技术路径。农业技术减排的重点任务为畜牧业减排降碳和可再生能源替代[69]。目前中国畜牧业温室气体排放占农业总排放的49%。其中，动物胃肠道的CH4排放占到总量的72%，而动物粪便不仅在厌氧条件下降解会产生CH4，堆积过程中更会生成N2O等温室气体[127]。因此，农业减排技术重点关注养殖端动物胃肠道以及粪污处理情况。本文根据农业农村低碳发展要求确定畜种改良、饲料改良、秸秆能源化利用和沼气综合利用等4条减排型农业技术路径。
畜种改良和饲料改良是通过改进牲畜品种、增强饮食管理，来改善动物的繁殖性能和健康状况，提高动物的肠道消化率，使动物增重、繁殖能力增强，减少满足人类同等肉奶需求所需的动物总数，进而避免CH4排放[119,127]。全球尺度的Meta分析指出，每头牛和羊通过有效的畜种改良分别可以实现0.19 t CO2 a-1和0.02 t CO2 a-1的减排潜力，通过饲料改良分别可以实现0.73 t CO2 a-1和0.07 t CO2 a-1的减排潜力[119]。当前中国畜牧业已经在相关技术的研发与应用上获得一定程度的突破[128]。结合畜牧生产的实际情况，未来20~30年以上两种农业技术路径的潜在减排贡献分别可达0.19亿t CO2 a-1和0.73亿t CO2 a-1 [18]。
秸秆能源化利用则是通过推广秸秆打捆直燃供暖、成型燃料清洁燃烧等方式，来替代生产生活使用的化石能源。既降低农村薪柴燃料带来的碳排放，又解决农村地区清洁能源供应的短板问题。虽然中国秸秆综合利用率已超过80%，但主要以秸秆肥料化和饲料化为主，秸秆能源化利用的推广率仅占11%，主要集中在华南和西南地区，并实现约0.14亿t CO2 a-1的减排贡献[129]。秸秆综合利用的潜力分析表明，中国秸秆能源化利用能够替代化石能源5982.40万t，预计实现减排潜力1.50亿t CO2 a-1 [129]。沼气综合利用则是采用厌氧发酵处理，产生的沼气用于集中供气、发电上网、提纯制备生物天然气，产生的沼渣沼液为农村地区提供绿色清洁能源、减少化肥施用，来实现减污降碳协同增效[69]。当前沼气发酵可为国家贡献约0.02亿t CO2 a-1的减排能力[130]。
综上，随着中国政府对光伏行业的持续扶持和光伏技术的不断进步，未来在保证永久基本农田不被占用的情况下，要推动农光互补快速发展。在北方低温影响出苗率和作物产量导致秸秆还田难以推广的地区，以及土壤环境受损的地区，均可以将生物炭替代技术作为未来发展规划的重点方向。另外，在农村农业发展过程中要持续关注并推进畜牧业生产和饲养技术的改良，并提高华中、华北和西北地区的秸秆能源化利用率以发挥中国农业技术的固碳减排潜力。

4.3 基于全周期低碳化的城镇空间减排降碳路径

城镇空间减排降碳的功能表现主要以结构调整、能源替代和技术创新为关键媒介来发挥作用。本文概括为城镇管理、替代性技术和负碳技术3个方面，并聚焦供应端、消费端和固碳端进行路径的提出。分别确定6条城镇管理路径、6条替代性技术路径和1条负碳技术路径，并对各路径的应用现状、适用范围、历史贡献和未来潜力进行梳理。

4.3.1 城镇空间—城镇管理路径

（1）供应端管理路径。能源是经济社会发展的重要物质基础，能源利用是碳排放的最主要来源。从排放趋势看，中国能源碳排放总量巨大，从2010—2020年总体呈上升趋势，增幅超过20%，占国家温室气体排放总量的78%左右。因此，本文提出低碳电力转型和调控油气消费等2条供应端管理路径来大力推进安全降碳。旨在保障能源安全的前提下，实施可再生能源替代，加快构建清洁低碳和安全高效的能源体系[10]。
低碳电力转型是指构建以风电、太阳能为主，核电、水电为辅的新型电力体系，以应对能源需求增长、煤炭消费下降、新能源需求增加的未来社会发展形势[131]。2010年以来中国煤炭消费量呈现显著下降趋势，对应着天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占比逐年增加。国家能源局数据显示，2022年全国煤炭消费量占能源消费总量的56%，天然气、一次电力及其他清洁能源消费量占比达26%。其中，可再生能源发电量几乎减少国内22.60亿t CO2 a-1的排放量。
调控油气消费是使石油消费处于合理区间，有序引导天然气消费，实现从重碳资源向轻碳资源的转换。目前中国石油消费量占能源消费总量仍表现出微增长趋势，近10年平均占比为18.5%。中国低碳战略分析模型（SACC）基于中国最强碳减排情景的预测结果表明，天然气占工业部门能耗的比重预计从2010年的3%上升至2050年的27%[29]，逐步形成煤炭和石油的天然气替代消费。
（2）消费端管理路径。交通运输、工业生产和废弃物处理等消费端的结构布局调整共同承担着中国的减排份额。其中，1990—2019年交通运输业的碳排放量总体呈上升趋势，增长率达到7.7%[132]。工业生产作为中国国民经济发展的支柱，耗能大、碳排放规模大巨大。而废弃物处理被认为是世界上第三大CH4排放源，贡献了约16.6%的CH4排放量[133]。因此，本文依次提出优化交通运输结构、调整城市空间布局、优化工业生产结构和废弃物资源化利用等4条消费端管理路径来助力减碳任务的落实。
优化交通运输结构是指建设综合立体交通网、合理配置运输资源、大力发展多式联运以降低运输能耗。2019年中国交通运输（不含国际航空运输和海运）的碳排放总量约为11.8亿t CO2。其中，道路交通行业排放量为10.30亿t CO2，占87%，而水路运输、民航和铁路运输仅分别占6.5%、6.1%和0.7%[131]。因此，有必要进行交通运输网络优化，使未来客运增量由铁路和航空实现，货运增量由水运实现，以便于2050年达成约1.90亿~3.10亿t CO2 a-1的减排潜力[134-135]。与此同时，城市空间布局的优化调整可减少单次出行距离、提高公共交通的可达性，进而减少高能耗机动车的碳排放[136]。相关研究表明，以轨道交通或公共交通为导向的走廊式发展模式将会成为中国都市区最合理的发展布局模式[137-138]，预计带来0.98亿~1.10亿t CO2 a-1的减排潜力[134,139]。
优化工业生产结构具体指加快传统工业升级转型、推动高耗能行业节能降碳[29]。工业生产是中国最大的终端能源消费部门。统计数据显示，中国超过60%的能源被工业生产所消耗，其中74%由六大高耗能产业贡献（钢铁、化工、石化、非金属、有色金属、电力生产供应）。因此，对重大项目实行能耗统筹和严格管控是工业生产减排降碳的关键[140]。《2024—2025年节能降碳行动方案》指出，钢铁行业、石化化工行业以及有色金属行业的节能改造将分别减少0.53亿t CO2 a-1、1.10亿t CO2 a-1和0.13亿t CO2 a-1的碳排放量[141]，总计1.76亿t CO2 a-1。中国低碳战略分析模型的预测结果更显示，工业生产结构的低碳转型会使2050年的单位工业增加值能耗相对2010年降低77%，基本达到欧盟平均水平[29]。
废弃物资源化利用是指城镇居民生活垃圾的资源化回收利用，进而达成资源消耗减少和碳排放降低双赢的目标[142]。现有数据显示，2020年中国城市废弃物处理的净碳排放量为0.25亿t CO2[143]。相比以传统填埋、焚烧为主的固体废弃物处理方式，有机固废的无害化处理和二次利用已成为欧盟、美国等地区废弃物处置的主要方式之一[144]。目前，中国垃圾焚烧比例的增加（相较于垃圾填埋）可减少0.05亿t CO2 a-1的碳排放量[145]，以厌氧消化和好氧发酵为主的生活固废协同利用可减少1.20万~1.40万t CO2 a-1的碳排放量[142]。在全面取消垃圾填埋，综合应用焚烧、生化处理和回收利用等方式下，2030年中国所有城市固废处理均可实现碳中和，减排潜力约为0.19亿~0.25亿t CO2 a-1 [143,145] 。

4.3.2 城镇空间—替代性技术路径

（1）供应端技术路径。长远解决能源结构调整和能源效率提升问题需要颠覆性的技术突破，以此为“双碳”目标的按时按量实现提供支撑和保障[28]。本文确定的供应端技术路径主要以构建新型智能电网为核心，具体体现在分布式能源系统、特高压电网和柔性直流输电的应用上。其中，分布式能源系统是直接面向用户，按照用户需求就地生产并供应能量的中、小型能量转换利用系统。相较于传统的集中式供能系统，分布式能源系统既包含多种能源输入，又同时满足用户多种能量需求，能够避免大电网的输电损失，解决远距离输送冷热能问题，以实现能源利用效率的提高[146]。相比欧美国家，中国分布式能源发展起步较晚，2016—2022年中国分布式能源的新增装机容量不断升高，截至2022年累计装机容量达到250 GW，可减少约1.70亿t CO2 a-1的碳排放量[147]。就空间分布而言，在中国的京津冀鲁、长三角、珠三角、成渝等城市化程度高，产业投资能力强的地区得到相对快速发展。
特高压电网是国家新型基础设施建设的七大抓手领域之一，具有远距离、大容量、低损耗和输电能力强等特征。针对中国产能与用能的严重空间错配现象，即国家北部、西部地区布局大型清洁能源生产基地，东部沿海布局水上风电和核电基地，而能源主要消耗地却为中部和东南部的城乡建设区[148]，特高压直流输电可分配西部过剩电力供给东部沿海地区的经济发展[149]。与此同时，特高压电网也缩减了化石能源的消费空间，降低区域碳排放强度[150]。国家能源局的数据显示，目前中国特高压电网输电通道的减排能力已超过3亿t CO2 a-1。柔性直流输电作为新一代直流输电技术，在结构上与高压直流输电类似，可以大范围调节建筑的用电功率，解决能源波动带来的电能调节问题。能够实现对孤岛、村庄等无源网络的直接供电，具有长距离输电、新能源消纳以及成本控制等多项优势[151]。调查分析表明，张北地区柔性直流电网试验示范工程可实现0.13亿t CO2 a-1的减碳贡献，对推动能源转型与绿色发展具有重大意义[152]。
（2）消费端技术路径。中国过去碳密集型的工业化发展战略难以适应碳中和时代的新要求[131]。交通、工业和建筑等主要能源消耗部门要持续强化绿色低碳技术创新，来推动能源低碳转型和产业应用的升级[153]。对此，本文提出新能源汽车消费、智慧交通系统、工业电气化、建筑电气化以及超低能耗建筑等5条消费端技术路径。
新能源汽车消费具体指鼓励电动汽车、氢能汽车、燃料电池汽车等的推广应用[154]。近几年，中国新能源汽车产量和销量增长迅猛。2023年汽车工业协会的统计数据显示，中国当年新能源汽车销售量超过900万辆，占全球总销量的60%以上，不仅解决了石油能源紧张问题、避免尾气排放物污染，更有效减少汽车行业带来的碳释放，贡献约0.80亿t CO2 a-1的减碳能力。另外，有关城市公共汽车全生命周期碳排放的研究证明，纯电动公共汽车的碳排放量比柴油公共汽车低9.7%[155]。全面推广新能源汽车替代应用将带来3.40亿t CO2 a-1的减碳潜力[134]。而低碳绿波可视化和智慧路口等交通基础设施的数字化、信息化应用可以为驾驶过程提供动态指导，提高交通运输效率，从而减少驾驶过程中的能耗和碳排放[156-157]。现有研究指出，以上智慧交通系统的构建预计降低2.20亿t CO2 a-1的碳排放量[134]。
工业电气化发展是采用以可再生电力为支撑的电气化措施。如在钢铁行业中应用电炉钢、电解法炼钢等生产路径，来降低工业能源需求[33]。中国工业生产基本以高炉—转炉炼钢为主，电炉钢产量仅占粗钢总产量的10%[158-159]。而美国等发达国家电炉炼钢比例已经达到70%[160]。相比之下，高炉—转炉炼钢的碳排放量是电炉炼钢的4倍左右[161]。电炉钢占比低成为中国钢铁行业碳排放量大、能耗高、污染重的重要原因之一。中国钢铁工业协会数据显示，2022年电炉钢的减碳能力约为0.80亿t CO2 a-1。到2035年，电炉钢比例预计提高到30%，将带来2.70亿t CO2 a-1的减排潜力。
建筑电气化包括供热电气化和屋顶光伏的应用。其中，供热电气化是指提高电力在建筑供热能耗中的占比，鼓励地源热泵、水源热泵等利用非化石能源的高效节能装置的发展[162-163]。屋顶光伏具体指深化可再生能源的建筑应用，开展屋顶光伏行动。截至2019年底，中国太阳能光伏发电累计并网量达到204.56 GW，同比增长17.1%，其中约30 GW来自屋顶光伏[164]。在理想假设下中国屋顶光伏的全面普及也将带来3亿~4亿t CO2 a-1的减排潜力[165-166]。除此之外，中国主要的建筑节能技术包括维护结构和供热制冷系统的节能降碳。前者通过改善建筑物围护结构的热工性能来减少能耗，后者则包括锅炉高效燃烧、冷热电三联供、空调余热回收以及长途输热工程等技术措施[162]。当前中国建筑运行阶段单位面积碳排放高达1158.21 kg CO2 m-2，超过日本建筑43.5%[167]。未来超低能耗建筑的高速建设发展将使建筑业全生命周期的碳排放量减少56%，相当于28.40亿t CO2 a-1的减排潜力[168-169]。

4.3.3 城镇空间—负碳技术路径

（1）固碳端技术路径。各部门供应端和消费端的减排降碳路径是实现碳中和的基本途径，而固碳端则是对最后剩余的温室气体排放份额实施中和的有效手段。典型路径表现为CCUS的应用。
CCUS主要将工业生产、能源利用和大气中的CO2分离出来进行利用或封存，最终实现碳减排[170]。2006年以来，中国石油率先承担了国家“973”“863”和国家重大科技专项等一批重大项目和示范工程，先后成立了集团公司CCUS重点实验室、碳中和技术研发中心，推动CCUS技术的成熟和发展。目前，中国CCUS技术在燃煤发电、石油化工、钢铁冶炼等高排放行业的大型示范项目不断规划推进。2022年底已投运和建设的CCUS项目近百个，具备约0.04亿t CO2 a-1的碳捕集能力，较2021年提升33%左右[171]。与此同时，《中国碳捕集利用与封存年度报告（2023）》称，在不可能完全放弃化石能源的条件下，CCUS作为碳中和技术组合不可或缺的部分，是实现《巴黎协定》温控目标的关键技术手段和托底技术保障[172-173]。在碳中和背景下，2060年中国CCUS的减排需求将达到16亿t CO2 a-1 [174]。
综上，对城镇空间减排降碳路径发展现状和未来潜力的分析汇总，凸显了城镇管理和新型技术措施在可持续城镇规划和碳中和目标实现中的关键作用。未来，中国城镇空间的减碳规划更应着眼于能源结构优化、清洁能源替代以及负碳技术的深入开发。具体而言，应重点推动低碳电力转型，构建安全高效的新型能源体系；加快推进重点部门结构调整，实现能源利用效率的提高；同时，积极推广新能源汽车消费、超低能耗建筑以及CCUS等替代性技术和负碳技术的应用，从根本上实现能源低碳转型和产业应用升级，为中国迈向碳中和目标提供持续动力。

5 总结与讨论

5.1 总结

目前中国已将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，积极响应和对接“双碳”目标，构建国土空间开发保护新格局[34]。本文在“山水林田湖草沙”生命共同体理念的指导下，统筹考虑“三类空间”在“双碳”目标中的功能定位，综合提出生态空间固碳增汇、农业空间减排增汇、城镇空间减排降碳路径，突破了以往以单一空间、单个部门进行减碳规划的限制，初步实现了对减碳总体任务的针对性分解和具体落实。主要结论如下：
（1）生态空间从生态保护、生态修复、可持续管理和生态技术4个层面入手，聚焦森林、草地和湿地生态系统，总计提出15条固碳增汇路径。其中，通过生态保护、生态修复和可持续管理预计分别实现1.87亿~2.47亿t CO2 a-1、4.49亿~6.11亿t CO2 a-1、2.20亿~3.51亿t CO2 a-1的固碳潜力，总计8.56~12.09亿t CO2 a-1。剩余部分将为未来生态技术的应用预留发展空间（表1）。分配到森林、草地和湿地生态系统的增汇潜力具体为6.75亿~9.96亿t CO2 a-1、0.89亿~1.21亿t CO2 a-1和0.92亿t CO2 a-1（图5）。其中，森林恢复、天然林管理、避免森林退化以及泥炭地保护等路径的未来潜力较为突出，而BECCS技术的成熟应用将带来颠覆性贡献（表1）。本文结合中国区域灾害风险和生态治理策略，为关键路径的空间适用性和区域生态效用提供支撑。
表1 生态空间固碳增汇路径的历史贡献及未来潜力(亿t CO2 a-1)

Tab. 1 Historical contributions and future potential of the pathway for carbon sink enhancement in ecological space (100 million t CO2 a-1)

生态空间 类型 路径 应用现状 历史贡献 参考文献 未来潜力 参考文献 合计
生态保护 森林系统 1避免森林退化 *** - - 0.90~1.20 [18] 1.87~2.47
草地系统 2避免草地退化 *** - - 0.20~0.50 [18]
湿地系统 3湿地保育 *** - - 0.02 [18]
4泥炭地保护 *** - - 0.75 [18]
生态修复 森林系统 1森林恢复 *** 1.60~1.70 [45, 79] 4.30~5.90 [18, 80] 4.49~6.11
草地系统 2草地恢复 *** 0.20 [45-46] 0.04~0.06 [46]
湿地系统 3滨海湿地恢复 *** - - 0.02 [81]
4泥炭地恢复 *** - - 0.13 [18]
可持续管理 森林系统 1天然林管理 *** 0.85 [86] 1.10~1.80 [18] 2.20~3.51
2人工林管理 *** - - 0.17~0.49 [46]
3森林火灾管理 ** 0.10 [46] 0.10~0.27 [47]
4城市绿化 ** - - 0.18~0.30 [40]
草地系统 5放牧优化 *** 0.29~0.59 [18, 46] 0.65 [95]
生态技术 - 1土壤增汇技术 * - - - - > 8.60
2 BECCS * - - 8.60 [104]

注：应用现状分3级，星号数量表示应用程度，星号越多该路径目前的应用越广泛；合计为各路径未来潜力的汇总。

图5 “双碳”目标下“三类空间”减排增汇概念图

Fig. 5 Conceptual diagram of carbon emission reduction and carbon sink enhancement for three types of space under the "dual carbon" strategy

（2）在农田管理和相关技术全面应用的背景下，农业空间11条路径预计承担的减碳份额约为8.00亿~12.00亿t CO2 a-1，对应着农田管理和农业技术将分别带来3.92亿~4.15亿t CO2 a-1和4.62亿~7.72亿t CO2 a-1的减排增汇潜力（表2）。其中，以种植业实施管理和畜牧业技术改良为主的减排型路径的未来潜力约为2.90亿~3.13亿t CO2 a-1，而以农田固碳扩容和可再生能源替代为代表的增汇型路径的未来潜力将达到5.64亿~8.74 亿t CO2 a-1（表2、图5）。保护性耕作、生物炭和秸秆能源化利用为减排增汇成效好、环境协同效益高的3条路径。本文为未来农业空间规划编制和实施提供了关键路径的适宜性选择，并鼓励创新土地管理措施，调控区域碳源汇特征。
表2 农业空间减排增汇路径历史贡献及未来潜力(亿t CO2 a-1)

Tab. 2 Historical contributions and future potential of the pathway for carbon emission reduction and carbon sink enhancement in agricultural space (100 million t CO2 a-1)

农业空间 类型 路径 应用现状 历史贡献 参考文献 未来潜力 参考文献 合计
农田管理 增汇型 1保护性耕作 *** 0.66 [111] 2.10 [53] 3.44
2覆盖性种植 *** 0.06 [18] 0.24 [54, 115]
3农林复合系统 ** - - 1.10 [18]
减排型 4农田养分管理 *** 0.48 [46] 0.19~0.21 [47, 117] 0.48~0.71
5稻田耕作管理 ** - - 0.29~0.50 [46]
农业技术 增汇型 1农光互补 ** - - - - 2.20~5.30
2生物炭 * 0.01 [46] 2.20~5.30 [47]
减排型 3畜种改良 ** - - 0.19 [18, 119] > 2.42
4饲料改良 *** - - 0.73 [18, 119]
5秸秆能源化利用 ** 0.14 [129] 1.50 [129]
6沼气综合利用 ** 0.02 [130] - -

注：应用现状分3级，星号数量表示应用程度，星号越多该路径目前的应用越广泛；合计为各路径未来潜力的汇总。

（3）城镇空间从城镇管理、替代性技术和负碳技术3个方面入手，分供应端、消费端和固碳端依次提出的13条城镇空间减排降碳路径，预计减少87.96亿~90.34亿t CO2 a-1的碳排放量。其中，消费端管理和技术路径的减碳贡献超过目前总量的52%，成为城镇空间减排降碳的贡献主体（表3）。分配到能源、交通、工业、建筑部门和居民生活具体为27.43亿t CO2 a-1、8.48亿~9.80亿t CO2 a-1、20.46亿t CO2 a-1、32.40亿t CO2 a-1和0.19亿~0.25 亿t CO2 a-1的减排潜力（图5）。其中，新型智能电网、智慧交通系统、超低能耗建筑以及工业电气化等技术路径是中国城镇发展融入国际前沿领域的体现。而新能源电力体系的发展、新型智能电网的构建、新建建筑的能效提升以及CCUS技术的普及和推广将从根本上推动城镇转型，并助力碳中和的如期实现。
表3 城镇空间减排降碳路径历史贡献及未来潜力(亿t CO2 a-1)

Tab. 3 Historical contributions and future potential of the pathway for carbon emission reduction in urban space (100 million t CO2 a-1)

城镇空间 类型 路径 应用现状 历史贡献 参考文献 未来潜力 参考文献 合计
城镇管理 供应端 1低碳电力转型 *** 22.60 本文 - - >22.60
2调控油气消费 ** - - - -
消费端 3优化交通运输结构 ** - - 1.90~3.10 [134-135] 4.83~6.21
4调整城市空间布局 ** - - 0.98~1.10 [134, 139]
5优化工业生产结构 *** - - 1.76 [141]
6废弃物资源化利用 ** 0.05 [142, 145] 0.19~0.25 [143, 145]
替代性技术 供应端 1新型智能电网 ** 4.83 [147, 152] - - 4.83
消费端 2新能源汽车消费 *** 0.80 本文 3.40 [134] 39.70~40.70
3智慧交通系统 * - - 2.20 [134]
4工业电气化 ** 0.80 本文 2.70 本文
5建筑电气化 ** - - 3.00~4.00 [165-166]
6超低能耗建筑 ** - - 28.40 [168-169]
负碳技术 固碳端 1碳捕集利用与封存 * 0.04 [171] 16.00 [174] 16.00

注：应用现状分3级，星号数量表示应用程度，星号越多该路径目前的应用越广泛；合计为各路径未来潜力的汇总。

5.2 讨论

本文依托国家发展目标和碳中和政策体系、综合国际优先发展事项和前沿研究，完成了中国减排增汇路径的提出和关键路径应用现状、适用范围和减碳增汇量级的梳理，能够指导碳中和背景下“三类空间”规划路径设计、推动碳中和任务的分解落实、推进新时期国土空间布局优化，并带动经济社会和生态农业持续发展。为进一步形成国土空间一体化下的减排增汇优化策略，应从以下几个方面展开深入探索：
（1）搭建多源数据方法融合、多时序的国土空间碳收支核算体系。现有研究对碳增汇/减排能力的核算方法和体系多为利用统计数据、遥感监测等进行的简单线性评估，无法反映环境变量或管理措施发生改变后对“三类空间”碳源汇特征的动态影响[42,175]，导致本文给出的各路径减排增汇潜力可能存在一定误差。另外，目前所预测的未来特定时期各路径的碳增汇/减排能力，更受制于气候变化的不确定性以及其他自然或人类活动的影响[176]。例如，20世纪80年代以来全球陆地生态系统的CO2施肥效应大幅下降，进一步加速全球气候变暖，不仅增加各地减碳潜力评估的不确定性，更加重各国分解减碳任务的难度[177]。因此，在未来国土空间规划实践中，应注重基于实测、计量经济、模型模拟等多尺度核算方法的衔接与转换，关注不同领域过程模型的人为管理模块改良，以便科学揭示不同时期典型路径的碳源汇时空变化规律，从而为增强人类社会应对气候变化能力提供科学参考。
（2）建立区域差别化、多要素影响的减排增汇路径评估体系。本文针对国家碳达峰和碳中和的总体目标，进行减碳份额的分配。但从中国区域发展状况来看，各地区碳汇、碳排放强度不同，经济结构、社会条件和碳减排能力也同样存在差异[176]。统一的碳排放管控目标在各地区的公平性和合理性均欠考虑。因此，为了探索最大化的国土空间减排增汇发展模式和最适化的国土空间资源配置方案，差别化制定区域减碳目标，并搭建以空间适用性、时间持续性和经济可行性为主的多要素影响下的减排增汇路径评估体系是必然趋势。例如，美国和加拿大基于自然的气候缓解潜力研究，在综合考虑各路径的空间分异特征和时间持续特征（即碳汇能力的最大持续时间）之后，才最终判定2050年各路径可实现的气候缓解潜力[15-16]。以及相关学者运用边际减排成本曲线来简化温室气体减排能力与削减一单位CO2排放的减排成本之间的复杂关系，进而对不同经济限制条件下各路径的减排增汇潜力展开评估和模拟[46]。
（3）形成面向碳中和战略的国土空间一体化治理体系。本文明确提出了“三类空间”权衡和协同作用对碳收支效应的响应，但具体到各路径碳增汇/减排能力的确定仍较少考虑路径间的彼此联系和冲突影响。例如，中国一直坚持植树造林来缓解土壤侵蚀和土地荒漠化等环境问题，但大规模的造林显著增加蒸散发，使径流减少、土壤湿度降低，以至于对湿地保护工作带来预警和威胁，增加碳汇评估的不确定性[178]。此外，“三类空间”减排增汇路径除了减缓气候变化之外，还会带来许多协同效益。例如，新能源汽车的发展在减少环境污染之余，能够释放巨大的分布式储能潜力，缓解电网效率低和可再生能源波动的问题[179]。同时，净化空气、保护水源以及改善生物多样性等均为各路径产生的多边效益。而以上协同效益的成本价值应在未来研究中量化体现、各路径的冲突影响更应进行系统讨论，进而推动综合、全面的国土空间优化治理策略的发展。

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