DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-89407-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39987139
تاريخ النشر: 2025-02-22
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: استخدام الأراضي وخدمات النظام البيئي
نظرة عامة
تتناول هذه القسم من ورقة البحث تغييرات استخدام الأراضي وتأثيراتها على مخزونات الكربون في منطقة خليج قوانغشي بيبو الاقتصادية، متماشية مع أهداف الصين “ثنائية الكربون”. باستخدام نماذج PLUS و InVEST، تحلل الدراسة استخدام الأراضي من 1980 إلى 2020 وتقوم بمحاكاة سيناريوهات مستقبلية لعام 2030. تشير النتائج الرئيسية إلى زيادة كبيرة في الأراضي المخصصة للبناء على حساب الغابات وأنواع الأراضي الأخرى، مما يؤدي إلى اتجاه “زيادة واحدة، وانخفاضات عديدة”. يُعزى تخزين الكربون في المنطقة بشكل أساسي إلى الأراضي الحرجية، مع توقعات تظهر نتائج مختلفة لتخزين الكربون تحت سيناريوهات تطوير مختلفة لعام 2030. من الجدير بالذكر أن سيناريو حماية البيئة يتوقع زيادة طفيفة في تخزين الكربون، بينما تتوقع سيناريوهات التنمية الطبيعية وحماية الأراضي المزروعة انخفاضات.
تخلص الورقة إلى أن منطقة خليج قوانغشي بيبو الاقتصادية تواجه تحديات في تحقيق التوازن بين التنمية الاقتصادية والحفاظ على البيئة. وتؤكد على الحاجة إلى تعزيز حماية الغابات والأراضي المزروعة للحفاظ على مستويات تخزين الكربون. تسلط الدراسة الضوء على التباين المكاني في تخزين الكربون، حيث تتركز المناطق ذات القيمة العالية في شمال ناننينغ والمحميات البيئية، بينما تظهر المناطق الحضرية والساحلية تخزين كربون منخفض. تشمل التوصيات اعتماد نموذج حماية الأراضي المزروعة للتنمية المستقبلية، وضمان عدم تعارض النمو الاقتصادي مع سلامة البيئة، وإدارة استخدام الأراضي بشكل استراتيجي لتعزيز مصارف الكربون في المنطقة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الانخفاض الكبير في مخزونات الكربون داخل منطقة خليج قوانغشي بيبو الاقتصادية، والذي يُعزى بشكل أساسي إلى تحويل الغابات والأراضي المزروعة إلى أراضي بناء مدفوعة بالتنمية الاقتصادية السريعة. تقع هذه المنطقة، التي تقع استراتيجياً على طول طريق الحرير البحري، في مرحلة التحضر منذ عام 1980، مما أدى إلى زيادة الطلب على الأراضي الصناعية والتجارية والسكنية. تحدد الدراسة خمسة عوامل رئيسية تسهم في تقليل تخزين الكربون: (1) التحضر المتسارع الذي يتعدى على الغابات والأراضي المزروعة؛ (2) قطع الأشجار العشوائي من قبل السكان المحليين بسبب ضعف الوعي البيئي؛ (3) استغلال الموارد بشكل غير معقول، خاصة في مجال الغابات واستخراج المعادن؛ (4) الاحتلال غير القانوني للأراضي المزروعة من قبل السكان الريفيين؛ و(5) التخطيط الإقليمي غير الكافي الذي يغير استخدام الأراضي بشكل متكرر، مما يؤثر سلبًا على قدرات احتجاز الكربون.
تؤكد النتائج على التحديات التي تواجه تحقيق الحياد الكربوني في الحزام الاقتصادي الساحلي، مما يبرز الحاجة إلى ممارسات استخدام الأراضي الرشيدة التي تحمي المناطق ذات مصارف الكربون العالية مثل الغابات والأراضي المزروعة. كما تشير الدراسة إلى أنه بينما تؤثر تغييرات استخدام الأراضي بشكل كبير على مخزونات الكربون، تلعب عوامل أوسع مثل أنماط الحياة المحلية ونماذج الاقتصاد وأنماط استهلاك الطاقة أيضًا أدوارًا حاسمة. تهدف الأبحاث المستقبلية إلى استخدام تقنيات نمذجة أكثر دقة لمحاكاة سيناريوهات استخدام الأراضي وتأثيراتها على مخزونات الكربون بشكل أفضل، مما يسهم في التوازن البيئي في هذه المنطقة الاقتصادية الحيوية.
طرق
توضح قسم الطرق مصادر البيانات والمنهجيات البحثية المستخدمة في الدراسة. تتفصل في مجموعات البيانات المحددة المستخدمة، والتي قد تشمل بيانات أولية تم جمعها من خلال استبيانات أو تجارب، بالإضافة إلى بيانات ثانوية مستمدة من الأدبيات الموجودة أو قواعد البيانات. يتم أيضًا مناقشة معايير اختيار هذه المصادر، لضمان الصلة والموثوقية لأهداف البحث.
بالإضافة إلى ذلك، يوضح قسم طرق البحث التقنيات التحليلية المطبقة لتفسير البيانات. قد تشمل هذه التحليلات الإحصائية، أو أساليب النمذجة، أو الطرق الحسابية المصممة لمعالجة أسئلة البحث. يتم التأكيد على صرامة هذه الطرق للتحقق من النتائج وضمان أنها قوية وقابلة للتكرار. بشكل عام، يؤسس هذا القسم أساسًا لاستنتاجات الدراسة من خلال توضيح البيانات والمنهجيات المستخدمة بوضوح.
نتائج
تشير نتائج محاكاة سيناريوهات استخدام الأراضي المتعددة باستخدام نموذج PLUS إلى تغييرات كبيرة في أنماط استخدام الأراضي المتوقعة لعام 2030 بناءً على بيانات من 2010 و2020. تحت سيناريو التنمية الطبيعية، من المتوقع أن تنخفض الأراضي المزروعة بنسبة 2.252%، مع ملاحظة أكبر انخفاض في هذه الفئة. بالمقابل، من المتوقع أن تتوسع المنطقة المخصصة لأراضي البناء بنسبة 19.437%، مما يبرز اتجاه التحضر. في المقابل، يتوقع سيناريو حماية الأراضي المزروعة زيادة طفيفة في الأراضي المزروعة بنسبة 0.691%، بينما يتوقع سيناريو حماية البيئة زيادات في مناطق الغابات والمياه، على الرغم من انخفاض الأراضي المزروعة.
يكشف التحليل المقارن للسيناريوهات الثلاثة أن كل من تدابير حماية الأراضي المزروعة وحماية البيئة يمكن أن تخفف بشكل فعال من توسع أراضي البناء. يروج سيناريو حماية البيئة، بشكل خاص، لنمو أنواع الأراضي ذات القدرة العالية على احتجاز الكربون، مثل الغابات والأراضي العشبية، على الرغم من انخفاض الأراضي المزروعة. تشير النتائج إلى أن تنفيذ هذه التدابير الوقائية بشكل متزامن يمكن أن يعزز بشكل كبير البيئة البيئية لمنطقة خليج قوانغشي بيبو الاقتصادية. بحلول عام 2030، من المتوقع أن يعود استخدام الأراضي إلى نمط تقليدي، مع بقاء الأراضي الحرجية والمزروعة سائدة، بينما تستمر أراضي البناء في التوسع بشكل أساسي في المناطق الحضرية والمناطق المحيطة بها.
مناقشة
في هذه الدراسة، يتم اقتراح إطار شامل للتحقيق في آثار تغيير استخدام الأراضي على تخزين الكربون في منطقة خليج قوانغشي بيبو الاقتصادية. تم هيكلة البحث في أربعة مكونات رئيسية: تحديد القضايا المهمة وأهميتها العالمية، واستكشاف المنهجيات لتقييم تغييرات استخدام الأراضي ومخزونات الكربون، وتحليل النتائج من 1980 إلى 2030، وتقديم النتائج والتوصيات. تتميز المنطقة بمناخ موسمي شبه استوائي ونظم بيئية متنوعة، وقد شهدت تغييرات كبيرة في استخدام الأراضي مدفوعة بالتحضر والصناعية، مما أدى إلى انخفاض ملحوظ في تخزين الكربون.
تشمل البيانات المستخدمة في الدراسة معلومات عن استخدام الأراضي وكثافة الكربون، مستمدة من مؤسسات موثوقة، لتقدير مخزونات الكربون في النظام البيئي ومحاكاة سيناريوهات استخدام الأراضي المستقبلية. يكشف التحليل أنه من 1980 إلى 2020، توسعت أراضي البناء بشكل كبير على حساب الأراضي المزروعة والحرجية، مما أدى إلى انخفاض صافي في تخزين الكربون. تستخدم الدراسة نموذج PLUS لمحاكاة استخدام الأراضي ونموذج InVEST لتقدير مخزونات الكربون، مما يظهر أن سيناريو حماية البيئة هو الأكثر فعالية في التخفيف من فقدان الكربون، بينما يؤدي سيناريو التنمية الطبيعية إلى تفاقم تدهور البيئة.
تؤكد النتائج على الحاجة الملحة لتحقيق التنمية الاقتصادية المتوازنة التي تعطي الأولوية للاستدامة البيئية. تسلط الدراسة الضوء على أن تحويل الأراضي المزروعة إلى أراضي حرجية أمر حيوي لتعزيز احتجاز الكربون، بينما يؤدي تحويل الأراضي الحرجية إلى أراضي بناء إلى تقليل مخزونات الكربون بشكل كبير. لذلك، يجب أن تركز السياسات المستقبلية على حماية الموارد البيئية الحالية لمواجهة الآثار السلبية للتوسع الحضري وتعزيز تخزين الكربون في المنطقة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-89407-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39987139
Publication Date: 2025-02-22
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Land Use and Ecosystem Services
Overview
This section of the research paper examines land-use changes and their effects on carbon stocks in the Guangxi Beibu Gulf Economic Zone, aligning with China’s ‘dual-carbon’ goals. Utilizing the PLUS and InVEST models, the study analyzes land use from 1980 to 2020 and simulates future scenarios for 2030. Key findings indicate a significant increase in construction land at the expense of forest and other land types, leading to a trend of “one increase, many decreases.” The region’s carbon storage is primarily attributed to forest land, with projections showing varying carbon storage outcomes under different development scenarios for 2030. Notably, the ecological protection scenario predicts a slight increase in carbon storage, while the natural development and cultivated land protection scenarios forecast declines.
The paper concludes that the Guangxi Beibu Gulf Economic Zone faces challenges in balancing economic development with ecological preservation. It emphasizes the need for enhanced protection of forest and cultivated lands to maintain carbon storage levels. The study highlights the spatial heterogeneity of carbon storage, with high-value areas concentrated in northern Nanning and ecological reserves, while urban and coastal areas exhibit low carbon storage. Recommendations include adopting a cultivated land protection model for future development, ensuring that economic growth does not compromise ecological integrity, and strategically managing land use to enhance carbon sinks in the region.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant decline in carbon stocks within the Guangxi Beibu Gulf Economic Zone, primarily attributed to the conversion of forest and cultivated land into construction land driven by rapid economic development. This region, strategically located along the Maritime Silk Road, has experienced urbanization since 1980, leading to increased demand for industrial, commercial, and residential land. The study identifies five key factors contributing to the reduction of carbon storage: (1) accelerated urbanization encroaching on forest and cultivated land; (2) indiscriminate logging by local residents due to weak ecological awareness; (3) unreasonable resource exploitation, particularly in forestry and mineral extraction; (4) illegal occupation of cultivated land by rural residents; and (5) inadequate regional planning that frequently alters land use, adversely affecting carbon sequestration capacities.
The findings underscore the challenges of achieving carbon neutrality in the coastal economic belt, emphasizing the need for rational land use practices that protect high carbon sink areas like forests and cultivated lands. The study also notes that while land use changes significantly impact carbon stocks, broader factors such as local lifestyles, economic models, and energy consumption patterns also play crucial roles. Future research aims to utilize more accurate modeling techniques to better simulate land use scenarios and their effects on carbon stocks, ultimately contributing to the ecological balance in this vital economic zone.
Methods
The section on methods outlines the data sources and research methodologies employed in the study. It details the specific datasets utilized, which may include primary data collected through surveys or experiments, as well as secondary data sourced from existing literature or databases. The selection criteria for these data sources are also discussed, ensuring relevance and reliability for the research objectives.
Additionally, the research methods section elaborates on the analytical techniques applied to interpret the data. This may encompass statistical analyses, modeling approaches, or computational methods tailored to address the research questions. The rigor of these methods is emphasized to validate the findings and ensure that they are robust and replicable. Overall, this section establishes a foundation for the study’s conclusions by clearly delineating the data and methodologies used.
Results
The results of the land use multi-scenario simulations using the PLUS model indicate significant changes in land use patterns projected for 2030 based on data from 2010 and 2020. Under the natural development scenario, cultivated land is expected to decrease by 2.252%, with the most substantial reduction observed in this category. Conversely, the area designated for construction land is projected to expand by 19.437%, highlighting a trend of urbanization. In contrast, the cultivated land protection scenario predicts a slight increase in cultivated land by 0.691%, while the ecological protection scenario anticipates increases in forest and water areas, albeit with a decrease in cultivated land.
Comparative analysis of the three scenarios reveals that both cultivated land protection and ecological protection measures can effectively mitigate the expansion of construction land. The ecological protection scenario, in particular, promotes the growth of land types with high carbon sequestration potential, such as forest and grassland, despite a reduction in cultivated land. The findings suggest that implementing these protective measures concurrently could significantly enhance the ecological environment of the Guangxi Beibu Gulf Economic Zone. By 2030, it is anticipated that land use will revert to a traditional pattern, with forest and cultivated lands remaining predominant, while construction land continues to expand primarily in urban core areas and their suburbs.
Discussion
In this study, a comprehensive framework is proposed to investigate the effects of land use change on carbon storage in the Guangxi Beibu Gulf Economic Zone. The research is structured into four key components: identifying significant issues and their global relevance, exploring methodologies for assessing land use and carbon stock changes, analyzing results from 1980 to 2030, and presenting findings and recommendations. The region, characterized by a subtropical monsoon climate and diverse ecosystems, has experienced substantial land use changes driven by urbanization and industrialization, resulting in a notable decline in carbon storage.
Data utilized in the study includes land use and carbon density information, sourced from reputable institutions, to estimate ecosystem carbon stocks and simulate future land use scenarios. The analysis reveals that from 1980 to 2020, construction land expanded significantly at the expense of cultivated and forest lands, leading to a net decrease in carbon storage. The study employs the PLUS model for land use simulation and the InVEST model for carbon stock estimation, demonstrating that the ecological protection scenario is the most effective in mitigating carbon loss, while the natural development scenario exacerbates environmental degradation.
The findings underscore the critical need for balanced economic development that prioritizes ecological sustainability. The study highlights that the conversion of cultivated land to forest land is vital for enhancing carbon sequestration, while the transformation of forest land to construction land significantly diminishes carbon stocks. As such, future policies should focus on protecting existing ecological resources to counteract the adverse impacts of urban expansion and promote carbon storage in the region.