随机化土地利用路径生成助力多目标评估：英国实现土地部门净零排放的高效路径探索

本研究针对英国土地部门如何平衡气候变化缓解、生物多样性保护与粮食生产的"三重挑战"，提出了一种基于情景发现的半空间建模方法。研究人员通过生成10,000条随机土地利用路径，系统评估了八种基于自然的解决方案(NBS)在不同实施规模下的协同效应与权衡关系。结果显示存在多条通往净零排放的路径，其中最优路径可使粮食减产幅度从20.8%降至11.8%，同时揭示出国家尺度决策虽效率略高但公平性较低的重要政策启示。

　　

在全球面临气候变化、生物多样性丧失和粮食安全三重挑战的背景下，土地资源已成为最关键的竞争性战场。英国作为土地资源有限的发达国家，其农业、林业和其他土地利用(AFOLU)部门贡献了约10%的温室气体排放，如何在实现净零目标的同时平衡粮食生产和生态保护，成为政策制定的核心难题。传统情景建模方法因计算复杂性和空间限制，往往只能探索有限的解决方案空间，可能导致错过更优的协同路径。

英国皇家鸟类保护协会(RSPB)保护科学中心的Joshua P. Copping团队在《Scientific Reports》发表的研究，开创性地采用"半空间"情景发现方法，通过构建168,864个土地覆盖功能单元(LCFU)，模拟了10,000条随机土地利用路径。每条路径随机组合八种气候缓解措施（包括泥炭地修复、林地营造、农林复合系统等），并评估其对温室气体排放、粮食产量和鸟类栖息地（以120种繁殖鸟类为指标）的三重影响。研究突破性地证明，英国土地部门存在多条通往净零排放的差异化路径，且决策尺度会显著影响效率与公平的平衡。

关键技术方法包括：(1) 建立土地覆盖功能单元数据库，整合11类空间数据层；(2) 采用β分布随机采样生成10,000条差异化实施路径；(3) 开发非空间显式的食物生产-温室气体-鸟类栖息地耦合评估模型；(4) 运用帕累托前沿分析识别最优解集；(5) 比较英国整体与四个构成国（英格兰、苏格兰、威尔士和北爱尔兰）不同决策尺度的效果差异。

贸易-offs和协同效应
研究发现温室气体减排与粮食生产呈现强负相关(r=-0.70)，而与鸟类栖息地指数存在显著正相关(r=0.73)。在9,719条有效路径中，45.1%可实现AFOLU部门净零排放，其中最优化路径仅需减少粮食生产11.8%，较之前研究(NBS Extra情景)的20.8%有显著改善。值得注意的是，仅有10条路径能在三个目标上同时超越基准情景，表明多重目标间的固有权衡。

土地利用变化程度
高效路径通常组合多种措施，其中林地营造（平均290万公顷，占英国陆地面积12%）和低地泥炭地修复（87%机会面积）贡献最大。与气候变化委员会(CCC)第六碳预算路径相比，该研究提出的方案林地面积多出2.5倍，但避免了350-460万公顷"闲置土地"的产生。

效率与公平的尺度效应
国家尺度决策虽能使英国整体粮食减产最小化（平均12.5%），但导致构成国间严重不平等（北爱尔兰减产37.5%）。而分国决策虽使整体减产略增至14.7%，但大幅提升公平性（各国减产幅度14-26.9%）。这一发现为权力下放国家的气候政策协调提供了量化依据。

这项研究的重要意义在于：首次通过大规模随机路径生成证明，英国土地部门存在多样化净零路径而非单一"最优解"；量化了不同空间决策尺度下效率与公平的此消彼长；特别指出林地营造和泥炭地修复的关键作用，其中年增9.5万公顷林地的目标远超当前政府计划。研究采用的半空间方法突破了传统空间显式模型的计算限制，为其他高密度国家土地规划提供了可复制的分析框架。

需要强调的是，这些路径未考虑社会接受度和景观组合效应，且假设所有新增林地包含66%阔叶林和33%针叶林。未来研究可结合社区参与式规划，并纳入更多元化的生境类型。正如作者指出，情景建模仅是决策支持工具之一，真正的转型还需配套政策引导和利益相关方协商，方能实现气候、生态与社会的协同共赢。