【文献分享】保护、农业与可再生能源的土地利用统筹平衡

文章题目：

Balancing land use for conservation, agriculture,and renewable energy

发表期刊：《Nature Communications》

第一作者：Cameryn Brock

发表时间：2026年2月

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69952-6

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日益增长的粮食需求与减少排放的气候承诺将导致更多土地用于农业和可再生能源开发。同时，为保护生物多样性和自然对人类的贡献（NCP）而保留土地，对于实现国际气候、可持续发展和生物多样性目标至关重要。满足这些相互关联的目标需要跨部门的高效土地分配。本研究提出一个灵活的多目标框架，用于战略性地分配土地，以在支持发展的同时缓解气候变化对生物多样性和自然对人类贡献的威胁。通过国家级目标在全球尺度应用该框架显示，如果未来开发不考虑自然，土地需求可能影响近100万平方公里高优先级保护区。多部门规划可以缓解潜在冲突，减少碳损失和物种暴露。研究结果强调需要为自然保护关键区域、减少粮食和能源的土地需求，并有意识地协调跨部门土地利用。

全球粮食需求增长与碳中和目标驱动下，农业与可再生能源开发的土地扩张压力持续加剧，而能源生产本身已成为与农业相当的重要土地利用形式。在此背景下，条块分割、缺乏统筹的土地利用规划，导致可再生能源与农业开发不断侵占高生态价值区域，加剧生境丧失、破碎化与生物多样性危机，与《巴黎协定》温控目标、《昆明 — 蒙特利尔全球生物多样性框架》“30% 陆地保护” 等全球核心目标形成尖锐冲突。

既有研究多单独聚焦生物多样性保护、农业生产或单一可再生能源的空间布局，缺少能够统筹保护、农业、可再生能源三大目标的多部门协同空间规划框架，难以量化不同开发优先级下的土地利用权衡与生态风险。同时，气候变化正持续改变物种与作物的空间适宜性，进一步增加了土地资源优化配置的复杂性。

因此，亟需构建兼顾气候适应、生物多样性保护、粮食安全与清洁能源转型的多目标土地战略分配模型，在支撑社会经济发展的同时，最大限度缓解土地开发对关键生态系统与自然贡献的威胁。

1、情景框架设计

本研究构建三类土地利用规划情景，用以评估不同优先级对保护、农业及可再生能源土地最优配置的影响：

🔹 生产优先情景：基于产量潜力、选址约束与可行性优先分配发展用地，剩余土地用于保护。

🔹 自然优先情景：优先划定保护用地，剩余土地用于农业与能源开发。

🔹 多部门协同情景：同步开展保护与发展用地配置，实现多目标统筹优化。

发展用地配置以满足2050年SSP1可持续路径下可再生能源（光伏、光热、风电、水电、生物能源作物）与粮食作物需求为目标，按区域市场份额分解至国家尺度。分析剔除人类改造度＞80% 的高强度开发区域，采用像元独立分配模式，不考虑多部门用地复合布局。

保护用地配置以满足生物多样性、碳库、自然对人类贡献（NCP） 目标为核心。

2、空间优化算法

采用混合整数线性规划（ILP）开展土地空间优化配置，依托prioritizr程序包与 Gurobi 求解器实现全局最优解，计算效率与解的最优性优于传统启发式算法。所有空间数据统一为5km 分辨率，按国家边界裁剪与掩膜处理。

3、情景约束设置

所有情景均设置两组约束条件：

（1）各国保护用地比例上限为30%（含现有保护地）；

（2）不设保护用地比例约束，以满足保护目标为导向。

4. 气候变化耦合方式

（1）保护优先区基于物种当前生境*未来气候适宜性叠加确定，识别气候避难所；

（2）农业用地基于未来作物气候适宜性配置，而非仅依赖当前适宜性；

（3）气候情景采用中等排放路径（RCP6.0），能源需求基于低排放目标测算，兼顾风险预判与减排导向。

1、情景框架

本研究构建了三种规划情景，用以评估不同优先级对保护、农业与可再生能源土地最优配置的影响（图1）。“生产优先”情景下，基于产量潜力、选址约束与布局可行性，优先分配土地满足未来能源与粮食开发需求，剩余土地再优化配置用于保护；“自然优先”情景优先分配土地用于生物多样性、碳库与自然对人类贡献（NCP）保护，剩余土地再用于开发；“多部门协同”情景将保护与开发用地进行同步优化分配，实现多目标统筹。

图1.三种规划情景用于评估不同优先级对土地分配的影响，以及每种情景中空间优化方法的简化工作流程

2、生态保护、农业与可再生能源的土地配置

(1) 多目标实现依赖跨部门协同与保护实施尺度

在跨部门情景及各国30%土地保护目标约束下，2050年全球土地配置结构如下：

200万km²未开发土地转为农业用地、450万km²用于可再生能源开发、2040万km²用于生态保护。未来土地开发热点主要集中在东亚与南亚、北非沿海、美国中部及西欧。

(2) 保护目标实现程度取决于土地保护约束比例

在 30% 保护约束下，仅不足半数物种实现生物多样性保护目标；NCP 目标达成国家比例极低，生产优先仅 3%，多部门与自然优先均为 9%。

取消 30% 面积约束后，自然优先与多部门情景下近全部物种达标，生产优先为 88%；NCP 目标达成率分别提升至 96%、84% 与 62%。

全球需56% 的陆地面积用于保护方可满足全部保护目标，较现有保护地高出 41%。

(3) 开发目标实现率在不同规划情景与部门差异明显

不同规划情景下的开发效率和能源类型差异明显。“生产优先”情景开发效率达94%，“自然优先”仅74%。另外，水电用地效率受保护约束影响最大，太阳能用地效率受情景影响最小，具备更高布局灵活性。

图 2.多部门协同情景下的全球土地分配格局

图3.各情景下目标达成情况、额外土地使用量以及物种与碳暴露量的评估

3、重点保护与开发区域的潜在冲突

将生产优先的开发布局与自然优先的保护布局叠加，识别出土地利用冲突高风险区域，主要集中于东亚、南亚、西欧与北非。

分部门看，水电虽占地最小，但与保护地重叠率最高，生产优先达 35%，粮食与能源作物、风电与保护地的冲突处于中等水平，多部门协同可显著降低太阳能与保护地的冲突，由 14% 降至 2%。

图4.在“自然优先”规划情景下分配给保护的额外土地与“生产优先”情景下开发项目之间潜在冲突区域

1、核心结论

(1) 缺乏统筹的单部门规划将导致近100万 km²高优先级保护区域受农业与能源开发侵占，加剧生境丧失与破碎化。

(2) 多部门协同空间规划可显著降低生物多样性与碳库暴露风险，是平衡保护、农业、可再生能源发展的最优路径。

(3) 全球30%陆地保护目标不足以实现生物多样性、碳库与NCP多重保护需求，需突破面积约束并实施精准空间配置。

2、优化路径与政策启示

(1) 提升土地利用效率：闭合农业产量差，推广农光互补、风光复合等多功能土地利用模式。

(2) 低冲突开发选址：光伏优先布局城镇屋顶、已改造土地；风电、水电避让关键生态节点。

(3) 跨部门协同治理：整合保护、农业、能源规划，纳入本土与原住社区知识，实施零毁林承诺与生态修复。

3、研究局限

(1) 未纳入林业、城市扩张等驱动土地转用的关键部门；

(2) 保护对象未覆盖昆虫、植物、淡水与海洋生物类群；

(3) 未量化多用途复合用地对生物多样性与 NCP 的实际支撑效应；

(4) 全球尺度分析存在空间尺度偏差，结论不宜直接用于地方规划。

4、研究价值

研究结果可供保护规划者用于抵御气候变化影响，供开发商用于规避关键保护区域，供政府部门用于激励低影响开发。本研究提出的全球框架可与特定区域数据、知识相结合，与原住民族及地方社区合作，实现跨尺度知识整合，识别契合国家与全球目标的适宜干预措施。