基于土地利用的水—能—碳關聯研究：理論框架與關鍵問題

摘要：研究目的：構建基于土地利用的水—能—碳關聯研究框架，并提出該領域研究的關鍵問題，以期從多要素耦合視角深化土地學科的交叉研究，并為面向多目標權衡的土地利用優化提供參考。研究方法：文獻歸納法，理論解析法，綜合分析法。研究結果：（1）土地是人類經濟社會活動的資源基礎、承載空間和“剛性”要素，土地利用結構、功能、強度和布局直接決定了水—能—碳的相互作用格局和強度，并深刻影響水—能—碳關聯關系。（2）基于土地利用的水—能—碳關聯研究的核心是：開展不同時空尺度水—能—碳關聯的“格局—過程—機理—優化—調控”研究，從“自然—社會”二元視角揭示土地利用及其變化對水—能—碳要素的關聯強度、組合格局、耦合特征和遠程流動的影響機理，闡明基于“要素—空間—系統”的土地利用與水—能—碳的相互影響與反饋機制，識別水—能—碳關聯系統風險并提出基于土地利用的協同優化方案和配置對策。研究結論：未來應基于不同尺度土地利用變化及用地轉型的視角，重點從影響機制、遠程流動、精細化模擬、優化調控和多要素權衡等方面開展水—能—碳關聯研究，從多尺度、多視角闡明土地利用對水—能—碳關聯的影響機制，探索水—能—碳協同約束下的土地利用格局優化方案。

關鍵詞：土地利用；水—能—碳關聯；理論框架；關鍵問題

中圖分類號：F301.24 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8158（2024）08-0097-12

基金項目：2023年度國家社科基金重大項目（23ZD099）。

全球變化背景下，由人類活動引致的資源環境問題相互交織，成為多學科交叉研究的熱點領域[1-2]。尤其是水能資源浪費、土地低效利用和配置，造成嚴重資源危機，引起碳排放快速增長，并嚴重制約經濟社會可持續發展，水資源、土地資源、能源和碳排放關系日趨尖銳，已成為當今社會廣泛關注的熱點話題[3]。隨著快速城市化進程的不斷推進，土地利用變化劇烈，并伴隨著大量的水能消費和碳排放。為應對資源危機和氣候變化，聯合國將水、能源、土地、氣候變化等納入可持續發展目標。中國是全球最大的碳排放國，為應對當前挑戰，中國在第75屆聯合國大會上首次提出“力爭于2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和”[4]。要實現“雙碳”目標，加強土地、水、能源的協同管理和優化配置十分必要[5-6]。中共“二十大”報告中提出優化國土空間開發保護格局要強化國土空間規劃、管控土地利用和合理配置資源[7]。《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》明確指出要“將碳達峰、碳中和目標要求全面融入經濟社會發展中長期規劃，構建有利于碳達峰、碳中和的國土空間開發保護新格局”。因此，基于土地利用視角開展水—能—碳關聯研究，既是破解資源環境約束、提升資源配置效率、推動可持續發展的迫切現實需要，也契合了國家中長期科技發展及生態文明建設和“雙碳”國家戰略的重大需求。

近年來，資源環境多要素關聯（或稱“紐帶”或“耦合”）研究成為多學科交叉的研究熱點[8]，如碳水關聯[9]、水能關聯[10]、水—能—碳關聯（WEC nexus）[11]、水—土—能關聯[12]、水—土—能—碳耦合[3]、食物—能源—水紐帶關系（FEW nexus）[13]等相關研究逐漸增多，從不同要素關聯的視角刻畫自然—社會復合系統要素的關聯關系、相互影響與耦合機制，并尋求協同優化對策。水、能、碳是連接自然系統和經濟社會系統的關鍵要素[14]，集中體現了人類活動的資源消耗與環境影響，它們之間相互依賴、相互反饋，深刻影響著經濟社會的可持續性，因此得到了國內外學者的廣泛關注。其中，如何協調水—能—碳耦合制約的矛盾、建立資源節約和碳減排調適的生產和生活方式成為學界關注的焦點。

土地是人類經濟社會活動的基礎要素和承載空間，土地利用結構、功能、強度和布局直接決定了水—能—碳的組合格局、關聯強度和耦合效率。盡管已有從土地利用視角開展水—能—碳關聯研究的嘗試，但目前尚缺乏對該領域理論框架的系統梳理與闡釋。構建基于土地利用的水—能—碳關聯研究框架，對于從多要素耦合視角深化土地學科的交叉研究、推動基于土地利用的多目標協同優化配置具有重要意義。鑒于此，本文在系統梳理相關研究的基礎上，分析了土地利用對水—能—碳關聯的影響機理，構建了基于土地利用的水—能—碳關聯研究的理論框架；基于不同尺度土地利用變化及用地轉型的視角，重點從影響機制、遠程流動、精細化模擬、優化調控和多要素權衡等方面提出本領域未來研究的關鍵問題。本文能為基于土地利用的水—能—碳關聯研究提供理論參考，并為面向多目標權衡的土地利用優化和管控政策的制定提供實踐指導。

1 水—能—碳關聯研究進展評述

1.1 水—能—碳關聯研究進展

國內外學者從不同尺度、不同視角開展水—能—碳關聯及互饋機制研究，致力于從多要素的角度揭示資源、能源開發利用對區域碳排放的影響。從研究尺度來看，涉及到國際[15]、國家[16]、區域[17-18]、省域[19]、城市群[20]、城市[11]和鄉鎮[21]等不同空間尺度，主要研究方法包括投入產出分析[22-23]、耦合協調度模型[24]、灰色關聯模型[25]、生命周期分析[26]、LEAPWEAP-Binio模型[27]、系統動力學模型[28]和生態網絡分析[29]等，重點是闡明水—能—碳多要素的匹配特征與效率[30]、區際流動[31]、關聯網絡[32]和耦合特性[33]等。除了從區域尺度開展研究之外，還有針對不同產業或部門的研究，如電力行業[34]、水系統[35-36]和建筑業[37]等。研究發現：水—能—碳關聯關系在不同行業或部門具有較大的差異，這主要與人類活動方式、土地利用強度、產業類型與生產特點、水能資源利用效率、能源消費類型等密切相關[3，22，38]。同時，水—能資源的相互需求關系、貿易流通和技術進步等也是影響碳排放的重要因素[11，30]。此外，城市是水能消費和碳排放集中地域，也是水—能—碳風險高發區域，水—能—碳通過城市復雜經濟社會系統相耦合，嚴重制約城市可持續發展[14]。近年來，相關研究也從宏觀向微觀深入，一些學者針對城市建筑物[37]、企業[39]、校園[40]和社區[41]等開展了水—能—碳耦合機理研究，并探討建筑屬性[37]、人類行為方式[42]、居住密度[43]等對水—能—碳關聯的影響。

總體來看，現有文獻主要集中在水—能—碳紐帶關系[42]、耦合機理[22]、風險評價[44]、協同優化[45]和政策評估[46]等方面，通過揭示產業[47-48]或部門[33]間水—能—碳關聯關系與耦合規律、提出緩解水—能—碳紐帶系統風險[49]及具有針對性的水—能—碳系統協同規劃策略[45]和節能降耗政策路徑[43]（表1）。以上研究為明晰經濟社會系統水—能—碳關聯機制、揭示不同產業和部門水—能—碳耦合規律和流通路徑、識別水—能—碳耦合制約的關鍵領域并制定相關政策提供了參考借鑒。

1.2 基于土地利用的水—能—碳關聯研究進展

土地利用變化影響陸地生態系統碳收支[59-61]，是改變區域碳源/匯格局的重要因素[62-63]。水—能—碳關聯關系與土地利用活動密切相關[3]，土地利用方式及其空間格局直接決定了水能資源的利用方式、規模和效率[64]，進而影響碳排放水平。近年來，一些學者基于土地利用視角開展了水—能—碳關聯研究，針對城市系統[65]、農業生產[66-67]、電力系統[68]等揭示了特定人類活動的水、土地和能源關聯狀況，并分析其碳減排效果[12]。主要包括兩種思路：一是探討土地利用結構及其變化對水—能—碳關聯關系的影響，如FENG等[56]開展了土地利用變化對水—能—碳關聯的影響及未來模擬研究，結果表明通過土地利用強度約束水能消費，有助于推動水—能—碳協同優化目標的實現。二是將土地要素納入水—能—碳系統，開展區域水—土—能—碳（WLEC）多要素耦合[69]與系統關聯研究[32]。如FENG等[69]建立了評估黃河流域水資源利用變化對水—土—能—碳關聯影響的概念框架，并采用耦合協調度模型探討黃河流域水資源利用變化與WLEC系統及其子系統之間的復雜相互作用。研究表明，WLEC系統分析可以為建立水資源—土地—能源的區域協同發展模式和利用其資源優勢減少碳排放提供參考。LIN等[70]以深圳市為例，建立城市土地—能源—水一體化評估系統，分析了經濟、人口、水資源、能源、土地利用和碳排放系統的關系。研究發現，土地利用和水能消耗相互耦合與反饋，應高度關注城市土地—能源—水一體化系統內部要素之間的競爭與協調機制。CAO等[71]建立了與水—能—碳相關的多維土地利用空間優化（LUSO）模型，并對長江中游城市群進行實證分析，結果表明，社會經濟發展會導致土地利用模式的快速變化，通過土地利用格局優化可以推動實現多維度的協同發展。

總體來看，國內外水—能—碳關聯研究不斷拓展深入，研究領域包括紐帶關系、耦合機理、風險評價、協同優化等，研究尺度涉及到國家、省市、社區，研究對象涉及到工業、建筑業、電力、水系統等不同產業和部門，為從不同視角揭示水—能—碳關聯機制提供了重要參考。盡管一些學者從土地利用開展了水—能—碳關聯研究，并從用地方式、結構和優化等視角探討了土地利用對水—能—碳關聯關系的影響，為理解土地要素在水—能—碳系統中的作用提供了參考。但基于土地利用視角的水—能—碳關聯研究的理論框架還不夠完善，缺乏從土地利用角度深入總結研究的主要領域和關鍵問題。因此，有必要深入剖析土地利用對水—能—碳關聯的影響機理，并構建該研究的理論框架，這對于從多要素耦合視角深化土地學科的交叉研究、推動建立多目標協同的土地利用空間優化模式、提升國土空間規劃對資源要素配置的引導作用和調控能力具有重要現實意義。

2 基于土地利用的水—能—碳關聯研究理論框架

2.1 機理分析

2.1.1 水—能—碳關聯機理分析

水、能源和碳排放是自然—經濟—社會復合系統的關鍵要素，它們通過人類各種經濟社會活動相互影響、相互反饋，構成了區域水—能—碳關聯系統。其中，水能關聯主要體現在水資源/能源開發利用全生命周期過程不同環節中的相互需求，比如水資源開發、輸送、使用和處理等不同環節（水利工程建設、制水、加壓、輸水、灌溉及用水等）均需要消耗大量的能源，而能源開發、加工、運輸和消費的過程（火電/水力發電、工農業生產、生活消費等）也往往需要水的參與，兩者的相互需求強度主要受區域水資源賦存條件、生產結構、能源結構與效率和技術因素等的影響（圖1），并具有高度的地域差異和行業異質性。水能關聯的格局進一步決定了碳水關聯和能碳關聯的強度和效率。從“碳”要素的視角來看，應該考慮水能關系對碳排放/碳吸收的雙重影響，比如水資源開發利用帶來碳排放的同時，也通過農業生產、生態修復等增強區域的碳匯能力，能源開發利用過程中生物能源種植、CCUS技術的應用也會帶來一定的固碳效益。此外，在“雙碳”目標的約束下，可以通過節水/節能技術、效率提升、優化配置或結構調整等措施積極推動水能資源開發利用過程中的降碳增匯。總體來看，水—能—碳要素之間通過復雜的相互影響和反饋，共同決定了自然—經濟—社會系統的運行效率和環境影響程度。

2.1.2 土地利用對水—能—碳關聯的影響機理分析

不同人類活動類型和生產方式的水—能—碳組合格局、關聯強度和耦合效率存在顯著差異，這與土地利用方式、結構、強度和布局密切相關。土地是人類經濟社會活動的資源基礎、承載空間和“剛性”要素，不同土地利用方式及其組合導致水—能—碳的強度和關聯關系具有高度的空間異質性（圖2）。一方面，土地利用結構和布局從根本上決定了地域自然—經濟—社會復合系統的結構和功能及特定土地利用方式上水/能消費規模及其相互需求關系，進而決定了土地利用承載的碳排放的強度和格局，并導致了水—能—碳關聯的地類差異；另一方面，隨著快速城市化和經濟社會發展，土地利用變化和用地轉型導致土地利用強度及其承載的水能消費結合和強度的變化，進一步造成水—能—碳關聯格局及耦合態勢隨土地利用格局變化而發生改變。因此，區域水—能—碳多要素耦合關系從根本上受制于土地利用及其承載的人類經濟社會活動方式的格局和強度的變化。總體而言，土地利用對水—能—碳關聯關系的影響主要體現在以下方面：（1）不同土地利用方式的水—能—碳關聯具有顯著差異，并具有高度的空間異質性。由于不同地域、不同土地利用方式上人類產業活動方式和強度存在較大差異，導致水能資源利用方式不同，進而影響碳排放強度和效率。（2）土地利用結構、強度和布局決定了水—能—碳強度的組合格局和效率。比如，高密度城區和工業區往往具有高強度的水能資源消費與碳排放；而農業生產對水資源需求較高，能源消費及碳排放則相對較低。（3）土地利用變化（結構、布局和功能變化）和用地轉型（顯性轉型和隱性轉型）通過直接和間接水能消費的改變影響碳排放強度。土地利用結構與布局方式變化及用地轉型，往往伴隨著產業活動方式和土地利用集約水平的變化，這會造成水能投入、流動及消費強度的變化，并影響特定用地空間上直接和承載的碳排放強度。（4）自然要素和社會經濟要素通過作用于區域土地利用變化而影響水—能—碳關聯特征。自然要素（如氣候變化、資源稟賦等）決定了土地適宜性，社會經濟要素（如人口增長、經濟結構和政策措施等）則從根本上決定了用地方式和功能，二者共同塑造了區域的土地利用格局進而影響水—能—碳關聯特征。（5）土地利用及其承載的產品和服務在區域之間的隱含流動和遠程耦合關系也會對區域水—能—碳的耦合格局帶來影響，并進一步影響區域水—能—碳系統的結構、功能和效率，因此，識別制約隱含流動和遠程耦合關系的關鍵因素是提高區域水—能—碳耦合效率的前提和關鍵（圖2）。

此外，土地利用對水—能—碳關聯的影響機理可以從土地利用類型與土地利用功能兩個視角來考慮。從土地利用類型視角而言，重點是關注不同土地利用方式上水能相互需求、匹配關系及其碳排放效應，通過揭示特定土地利用類型的要素關聯及作用機制，探索水—能—碳要素匹配與效率提升的路徑；而在土地利用功能層面，則要從國土空間的視角出發，揭示基于三生功能（生產、生活、生態）的地域系統中水—能—碳關聯機制，既要考慮人類各種產業活動及生產模式對水—能—碳關聯的影響，又要關注資源賦存條件、開發模式、建筑結構、用地組合等對水—能—碳關聯的作用機制，通過識別用地空間水—能—碳要素的耦合關系、流通機制和障礙因素，尋求資源要素協同優化配置和多目標權衡策略（圖2）。

2.2 研究框架

基于土地利用的水—能—碳關聯研究可以從不同的研究內容、時空尺度和系統構成等方面開展（圖3）。從研究內容來看，可以從“格局—過程—機理—優化—調控”等不同的角度入手探討土地利用對水—能—碳關聯機制的影響；從時間尺度來看，應考慮短期、中期和長期土地利用變化對水—能—碳關聯的影響，同時應關注要素變化和流動的周期特征、嵌套關系及不同時間尺度上的要素反饋機制；從空間尺度來看，可以從“微觀—中觀—宏觀”等不同尺度開展，在微觀尺度上，可以從地塊單元、城市功能區、耕作模式等方面來探討微觀尺度上土地利用對水—能—碳的耦合機理，并分析人類活動方式改變及水—能利用效率提升對多要素耦合的影響機制；在中觀和宏觀尺度上，應關注區域土地利用的組合格局及布局改變對水—能—碳的影響及調控策略，并揭示區域水—能—碳足跡的流動轉移及其對土地利用變化的響應；從系統構成方面，可以從“要素—空間—系統”不同視角入手開展研究，在要素層面重點關注土地利用及其變化對不同要素的相互需求、組合格局及耦合特征的研究；在國土空間視角，重點分析特定國土空間內部及其與外部之間水—能—碳的要素流動及其影響機制，并對比分析不同類型國土空間上多要素關聯特征的差異；在系統層面上，要重點從區域土地利用系統模擬入手，揭示不同土地利用對水—能—碳關聯的影響機制，從氣候變化、自然條件、社會經濟要素和政策要素等入手，全面評估未來不同土地利用情景對水—能—碳關聯系統的影響及調適對策。此外，土地利用與水—能—碳關聯系統的相互影響和反饋機制，尤其是未來氣候變化背景下水—能—碳協同約束下的土地利用情景模擬和優化策略研究也值得關注。

基于以上分析，本領域研究的核心內容是：基于土地利用視角開展不同時空尺度水—能—碳關聯的“格局—過程—機理—優化—調控”研究，從“自然—社會”二元視角[72]揭示土地利用變化對水—能—碳多要素的關聯強度、組合格局、耦合特征和遠程流動的影響機理，闡明基于“要素—空間—系統”的土地利用與水—能—碳的相互影響與反饋機制，進而識別水—能—碳關聯系統風險并提出未來協同優化對策。研究目標是揭示土地利用的水—能—碳關聯效應并提出未來多要素協同約束下的土地利用優化方案。

3 基于土地利用的水—能—碳關聯研究關鍵問題

在上述研究框架的基礎上，基于不同尺度土地利用變化及用地轉型的視角，重點從影響機制、遠程流動、精細化模擬、優化調控和多要素權衡等方面提出本領域未來研究的關鍵問題。

3.1 土地利用及其變化對水—能—碳關聯的影響機制研究

土地利用變化導致人類產業活動方式和土地利用強度的變化，引起水能資源利用方式、強度和效率的改變，進而影響碳排放強度和效率。因此，土地利用變化深刻影響著區域水—能—碳關聯關系，厘清土地利用對水—能—碳關聯的影響機制是土地利用格局優化的前提和關鍵。應從不同土地利用方式入手，采用空—天—地一體化技術開展水—能—碳的精準核算，建立基于土地利用的區域水—能—碳綜合評估的數據庫；分析不同土地利用類型水—能—碳強度及其組合特征的差異，探討區域土地利用結構和布局改變對水—能—碳關聯關系的影響，識別影響水—能—碳關聯系統的關鍵要素。該研究可以從不同尺度開展，既可以從宏觀尺度評估不同土地利用水—能—碳關聯的空間格局和效率，也可以從小尺度單元開展城市功能區、街區地塊、農作物種植區、企業單元[73]的用地組合方式或用地強度改變對水—能—碳關聯的影響機制。需要注意的是：（1）水—能—碳關聯是一個復雜的系統過程，為提高研究精度，避免研究結果的不確定性，應基于遙感數據、經濟社會大數據和實地觀測數據等多源數據來實現對區域水—能—碳的精確模擬。同時，由于不同區域經濟社會活動差異明顯，應注重通過社會調研和統計建立本地化的水—能消費的參數庫，使研究結果更符合區域實際。（2）注意區分不同土地利用類型直接和間接的水/能消費和碳排放強度的差異。土地利用具有生產和承載的雙重功能，如耕地、林地等用地類型屬于生產功能，而工業用地、居住用地等則屬于承載功能，這需要在研究中區別對待。（3）土地利用變化對水—能—碳關聯系統韌性的影響及其帶來的系統風險也值得關注。在水—能—碳關聯系統韌性評估的基礎上，識別土地利用變化影響水—能—碳系統風險的關鍵制約因素，對于推動土地利用結構優化，提升土地利用效率和資源協同優化配置具有重要意義。

3.2 區域隱含土地流動的水—能—碳耦合效應及異地影響研究

資源環境要素的跨區域流動和遠程耦合研究是當前的研究熱點之一。不同國家、區域之間的貿易帶來了產品和服務的區域流動，并造成了土地利用、資源消耗和環境影響的異地流動。盡管土地是“剛性”要素，但因區域貿易帶來的虛擬土地流動也得到了學界的關注。在土地利用對水—能—碳關聯的影響機制研究的基礎上，應重點分析土地利用遠程隱含流動帶來的水—能—碳多要素的區際轉移，分析不同區域、不同行業水—能—碳轉移的效率差異及影響機制，揭示土地利用轉移帶來的水—能—碳壓力的傳導機制和主要路徑，揭示水—能—碳跨區域流動對區域發展和生態環境造成的影響，探索未來面向高效要素流動的土地配置方案和政策路徑。具體而言，可采用生命周期評價、投入產出方法等從省際尺度、不同產業類型之間探討因土地利用變化帶來的水—能—碳轉移狀況，并通過水—能—碳要素壓力分析探討國家間、區域間、城鄉之間隱含土地流動的環境壓力狀況。在此基礎上，進一步從自然和社會經濟因素兩方面入手分析影響水—能—碳要素流動的制約因素，識別土地遠程流動影響水—能—碳耦合效率的關鍵環節和流通路徑。此外，針對水—能—碳跨區域流動造成的異地影響，應建立基于區域水—能—碳異地影響的跨區域的橫向土地利用生態補償機制，以資源要素的優化配置推動區域公平發展和協同減排[74]。

3.3 土地利用轉型對區域水—能—碳關聯機制及效率的影響研究

土地利用轉型是當前城鄉融合背景下的重要研究方向之一。土地作為重要資源基礎和經濟社會活動的空間載體，在城鎮化的推動下不斷產生形態上的變化，既包括顯性土地利用形態的變化也包括隱性土地利用形態的轉變[75]。因此，探討區域土地利用轉型對水—能—碳關聯機制和效率的影響也是值得關注的領域。在顯性土地利用轉型方面，應首先識別不同土地利用類型規模和結構的轉變特征，在此基礎上核算土地利用轉型前后的水能資源消耗和碳排放狀況，分析由土地利用轉型引起的水/能消費結構和碳排放強度的變化，據此揭示土地利用轉型對水—能—碳關聯效率的影響機制。在隱性土地利用轉型方面[76]，則需要考慮經營方式、投入產出、土地功能等土地利用屬性的轉變對水能資源消耗和碳排放的影響。比如可以從農業機械化水平、灌溉模式、耕作方式、農業規模化經營程度等視角探討耕地利用隱性轉型對水—能—碳關聯效率的影響；從建設用地效率提升、建設用地組合格局變化、建筑技術更新、城市精細化治理等方面分析建設用地隱性轉型對水—能—碳關聯機制和效率的影響；從居民生計視角入手，分析貧困地區和城鄉過渡區土地利用轉型帶來的居民生計改變對水—能—碳關聯關系的影響，并提出水—能—碳協同約束下的居民生計提升對策。此外，也可以從土地利用轉型過程中土地利用功能的變化及功能沖突入手探討用地轉型對水—能—碳關聯的影響，并提出土地利用轉型過程中水—能—碳關聯的關鍵調控策略，這對于提升資源協同開發利用效率、優化國土管控政策至關重要。

3.4 城市精細化用地尺度上水—能—碳關聯機理研究

城市是水、能消費和碳排放高度集中的地域，也是多要素耦合制約和矛盾突出的區域。城市系統內部經濟社會活動復雜，用地類型細碎、結構多樣且高度混合，這導致城市用地單元上水能消費和碳排放具有高度的空間異質性。因此，開展城市精細化用地單元的水—能—碳關聯機理研究，對于推動建立多目標協同的城市用地空間優化模式、提升國土空間規劃對城市內部空間配置的引導和調控能力具有重要意義。具體而言，可以將城市地塊單元和街區尺度等作為研究對象，融合遙感數據、城市水能消費大數據、城市建筑高度數據及人口分布等相關數據，對不同用地單元的水—能—碳進行核算和精細化空間模擬。其中，精細化用地單元的水能資源消費可采用生命周期評估法或環境足跡分析法進行核算，精細化尺度的碳排放可通過碳排放濃度動態監測和基于本地化碳排放因子的全生命周期碳排放推算相結合的方法進行核算，碳吸收則可采用樣地清查法和定位觀測方法進行精細化核算；在此基礎上，分析不同用地單元單位面積/建筑面積的水—能—碳強度特征、相互需求關系及空間格局；從水—能、水—碳、能—碳等要素兩兩關系出發，探討不同類型用地單元水—能—碳效率組合特征和匹配關系的差異，深入了解精細化用地尺度上不同用地類型的水—能—碳關聯狀況，揭示用地單元結構和用地混合度變化及城市擴張對水—能—碳關聯關系的影響機制，并識別制約其水—能—碳效率的關鍵因素，針對不同類型用地單元制定差異化的規劃政策，并通過建立精細化的資源監測和管理體系，提高精細化用地尺度上的水—能—碳效率。

3.5 水—能—碳協同約束下土地利用格局優化研究

對經濟社會發展而言，土地要素表現為“剛性”的影響，因為土地利用規劃布局一旦確定，會在長期內“固化”用地空間的水能消耗和碳排放。在面臨資源環境制約和用地低效配置的背景下，強化用地布局的引導、推動水—能—碳多要素協同優化是推動區域集約高效發展和碳減排的重要途徑。開展水—能—碳協同約束下土地利用格局優化研究，前提是要對不同土地利用方式（用地單元）的水—能—碳開展精細化核算，并厘清不同土地利用組合格局下水—能—碳的相互影響和關聯機制，關鍵是針對不同要素設定科學合理的約束閾值。其中，水資源約束可以基于總量供需評價和用地定額進行設定，能源約束可以依據未來能源需求和能源效率等進行設定，碳排放約束可以結合不同主體功能區域從碳源/匯角度通過碳排放“雙控”目標來設定。在具體應用中，應綜合考慮區域經濟社會發展實際和區域碳減排目標，針對不同用地類型（或用地單元）設置差異化的水—能—碳強度約束閾值，并將其納入未來土地利用優化和情景模擬中，提出在保證未來經濟增長和用地空間需求下兼顧資源約束和碳減排目標的用地空間布局方案。需要注意的是：土地利用優化不僅要考慮區域水—能—碳的約束，又要考慮未來社會經濟發展需求與生態環境承載力。這對于推動建立水、土、能高效利用與碳減排調適路徑與發展模式具有重要意義。

3.6 區域土地利用的水—能—碳效應綜合權衡研究

區域多目標權衡是提升資源環境容量、推動實現區域自然—經濟—社會協調發展的重要途徑。從區域土地利用視角開展水—能—碳效應綜合權衡研究，旨在全面探究和綜合評估不同土地利用政策對水—能—碳效應的綜合影響，并通過要素反饋機制建立有助于多目標實現的土地利用優化方案，有助于制定科學合理的土地利用管控政策，更好地服務于國土空間規劃實踐。具體而言，首先應開展水—能—碳關聯的多維度分析。基于不同空間尺度土地利用變化情況，深入揭示區域不同土地利用類型的水—能—碳關聯效應及其演變態勢，分析不同空間尺度下土地利用的水—能—碳效應的差異；其次，應從土地利用結構和功能入手，分析土地利用沖突對水—能—碳效率的影響，針對不同用地類型或用地單元對水—能—碳矛盾制約的關鍵要素進行識別；然后是建立綜合評估模型，基于多目標優化方法對水能節約、碳減排、糧食安全、經濟增長等多目標進行權衡和決策，旨在尋求最佳的土地利用強度、布局模式和管控策略。在此基礎上，建立綜合評估機制，對土地利用的水—能—碳效益進行實時評估，并據此調整用地政策以推動資源高效利用和經濟社會發展多目標的實現。需要注意的是，在研究中需要重點關注不同類型和不同尺度用地上水—能—碳權衡/協同的時空演變格局，以便建立更加科學合理的綜合評估模型，并注重土地利用變化及轉型過程與自然—經濟—社會復合系統之間的反饋機制和尺度效應，以便及時調控優化目標。

4 結論

本文在系統梳理國內外水—能—碳關聯相關研究的基礎上，剖析了土地利用的水—能—碳耦合效應機理，構建了基于土地利用的水—能—碳關聯研究的理論框架，并提出了未來研究的關鍵問題。主要結論如下：

（1）土地利用是人類經濟社會活動的承載空間和基礎要素，不同土地利用方式、結構、強度和布局造成水—能—碳關聯關系和耦合格局具有較大的空間異質性。構建基于土地利用的水—能—碳關聯研究理論框架有助于系統梳理土地利用在水—能—碳關聯研究中的基礎性作用，對于推動多要素耦合研究在土地學科領域的深化具有重要意義。

（2）基于土地利用的水—能—碳關聯研究的核心是：從不同時空尺度開展水—能—碳關聯的“格局—過程—機理—優化—調控”研究，從“自然—社會”二元視角揭示土地利用變化對水—能—碳多要素的關聯強度、組合格局、耦合特征和遠程流動的影響機理，闡明基于“要素—空間—系統”的土地利用與水—能—碳的相互影響與反饋機制，進而識別水—能—碳關聯系統風險并提出未來協同優化對策。

（3）在當前氣候變化背景下，應基于不同尺度土地利用變化及用地轉型的視角，重點從影響機制、遠程流動、精細化模擬、優化調控和多要素權衡等方面開展水—能—碳關聯研究。其中，開展土地利用的水—能—碳精確模擬是研究的前提；在此基礎上，應重點圍繞土地利用轉型、城市精細化用地單元、區域土地虛擬流動等，從多尺度、多視角闡明土地利用對水—能—碳關聯的影響機制，并探索水—能—碳協同約束下的土地利用格局優化方案。

本文嘗試構建基于土地利用的水—能—碳關聯研究的理論框架，并對其關鍵問題進行總結和展望，以期為該領域未來研究提供參考借鑒。但囿于篇幅，本文難免存在不足，未來應進一步從用地詳細分類、國土空間結構和功能、土地利用沖突識別、土地碳補償和碳交易等方面進一步細化研究框架，使研究體系更為科學合理。此外需要說明的是，在實際研究中僅關注土地利用的水—能—碳效應及其約束是不夠的，未來應在充分考慮不同區域自然稟賦、經濟社會發展實際和主體功能區定位的基礎上，進一步結合糧食安全、生態承載等多目標開展區域差別化多要素關聯機制與權衡研究，以便尋求更加科學合理的區域自然—經濟—社會協同優化策略與發展路徑。

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ZHAO Rongqin， JI Yufei， FENG Wei， XIE Zhixiang， XIAO Liangang， LI Hanbing

（College of Surveying and Geo-Informatics， North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou 450046， China）

Abstract： The purposes of this study are to construct a research framework of water-energy-carbon nexus （WEC nexus）of land use， to propose key issues to deepen the interdisciplinary research of land disciplines from the perspective of multi-element coupling， and to provide reference for land use optimization for multi-objective trade-offs. The research methods include literature review， theoretical analysis and comprehensive analysis. The results show that： 1） land serves as the fundamental resource， spatial carrier and rigid element of human economic and social activities. The structure， function， intensity and layout of land use directly determine the pattern and intensity of water-energy-carbon interaction， and in turn profoundly influence the water-energy-carbon nexus. 2） The core of the research on waterenergy-carbon nexus of land use lies in the pattern-process-mechanism-optimization-regulation of water-energycarbon nexus at different spatiotemporal scales， reveals the influencing mechanism of land use and its change on the correlation intensity， combination pattern， coupling characteristics and embodied flow of water-energy-carbon elements from the dual perspectives of nature-society， elucidates the interaction and feedback mechanism between land use and water-energy-carbon based on element-space-system， identifies the risk of water-energy-carbon nexus system， and proposes collaborative optimization schemes and configuration countermeasures based on land use. In conclusion， in the future， from the perspective of land use change and land use transformation at different scales， the research on waterenergy-carbon nexus should be conducted in the aspects of influencing mechanism， embodied flow， refined simulation， optimization and regulation and multi-element trade-offs. The influencing mechanism concerning water-energy-carbon nexus of land use should be elucidated from the multi-scales and multi-perspectives， and should explore optimization schemes for land use patterns under the synergistic constraint of water-energy-carbon.

Key words： land use； water-energy-carbon nexus； theoretical framework； key issue

（本文責編：陳美景）