城镇建设用地扩张是城镇化在空间上最明显的特征,其扩张变化结果是衡量城镇化水平的关键指标之一。随着城镇化进程的推进,城镇建设用地、资源环境、经济发展彼此间的相互关系矛盾愈发凸显。不同的土地利用方式对城市经济增长和区域可持续发展有着直接且重要的影响,因此,城镇建设用地扩张逐渐成为土地利用变化研究的核心内容之一。我国为严格限制城市无节制扩张,解决“摊大饼”现象问题,2014年在全国国土会议上明确提出要划定城市增长边界,推进城市的精明增长。与此同时,中国向全世界承诺,2030年单位GDP产生的二氧化碳排放要比2005年下降60%-65%,以缓解区域经济增长与生态环境压力之间的矛盾。这一系列政策措施,为我国下一阶段城市发展指明了方向,提供了思路。武汉城市圈作为我国“两型社会”的改革配套试验区,正处于城镇化发展转型的关键时期,人口数量、经济水平、文化和物质交流日益频繁,城镇建设用地扩张程度进一步加剧。在此背景下,文章以武汉城市圈为研究对象,依据低碳经济、城市发展和可持续发展等理论,定量分析城市圈城镇建设用地历史演变及土地利用碳排放特征,以此为依据,结合武汉城市圈城镇建设用地发展潜力,设计三种发展情景,运用SLEUTH模型模拟城市圈未来城镇建设用地扩张,并进一步探讨不同情景下城镇建设用地扩张的碳排放响应特征,以此为城市圈未来城市发展路径提供一定参考。主要结论如下:(1)2000-2015年,武汉城市圈城镇建设用地面积不断增加,碳排放量持续上升,城市发展破坏了大量的耕地和生态用地,生态环境形式愈发严峻;此外,武汉城市圈2000-2015年间每五年土地利用净碳排放量增幅为121%、121%、60%;同期,我国城镇化率由2000年的36.22%上升到2015年的56.1%,上涨了19.88%,建设用地扩张与碳排放表现出脱钩的趋势,表明武汉城市圈在城镇化进程中逐渐表现出高质量、高水平和高环保的特征;(2)对武汉城市圈建设用地扩张特征分析发现,2010-2015年是武汉城市圈扩张速率最快的年份,年均扩张速率达到11.22%,相比2000-2005年和2005-2010年分别高出7.11%和8.21%;基于土地利用类型相对变化率计算结果发现,武汉城市圈建设用地相对变化率空间差异明显,不同时期建设用地扩张热点表现在不同的城市中。整体上看,2000-2015年,武汉城市圈建设用地扩张的热点区域主要集中在孝感、咸宁、鄂州三个城市,武汉市作为中心城市在十五年间的建设用地扩张变化幅度低于周边城市,表现出低热点特征,其原因与其建设用地面积基数较大有关;(3)2000-2015年,武汉城市圈城镇建设用地面积与城镇建设用地碳排放表现出同步增加的态势,但单位建设用地面积碳排放表现为先增加后减少,说明武汉城市圈建设用地碳排放随时间推移有减缓趋势;此外,从新增单位建设用地面积碳排放演变趋势可知,城市圈在2005-2010年间承接了较多的高碳排放产业。对武汉城市圈城镇建设用地面积与城镇建设用地碳排放进行相关性分析,Person值为0.901,通过了0.01水平(双侧)的显著性检验,二者表现出高度相关性;(4)从扩张面积来看,2015-2030年武汉城市圈在三种情景下的建设用地面积均大幅增加,现有发展情景注重城市的自然历史扩张趋势,受到的限制较少,扩展面积最大达到1804.36平方千米;低碳情景则注重城市发展过程中对生态环境的保护,受到限制性因素较多,扩张面积最小为1039.02平方千米。其中,各城市城镇建设用地面积增加量空间差异较大,但建设用地面积的增加量均随着城市发展对生态环境的注重而有所减少,表现出与武汉城市圈整体趋同特征。低碳发展、现有趋势和合理开发建设三种情景中,现有趋势发展情景在城市的外围区域有随机出现新的增长斑块,且数量多于低碳发展情景和合理开发建设情景,低碳发展情景中新增斑块总数低于现有趋势发展情景和合理开发建设情景,表明低碳发展情景在城市发展过程中占用的农用地数量较少,在碳减排大背景下对城市发展有着较大的现实意义。(5)三种情景中,耕地、林地、水域用地均是武汉城市圈未来城镇建设用地扩张的主要来源,粮食安全与生态安全形势均较为严峻。其中武汉城市圈建设用地需求量最大的城市是武汉市,在低碳、合理和现有趋势情景中占用耕地面积分别为319.67平方千米、348.15平方千米、403.96平方千米;建设用地需求量最少的城市是天门市,在低碳、合理和现有趋势发展情景中占用耕地面积分别为17.57平方千米、23.67平方千米、30.43平方千米。林地在低碳情景中作为禁止开发区,被限制用于城市开发,降低了生态用地转变为建设用地的数量,与武汉城市圈推进“两型社会”的发展理念有着较好的契合度。(6)碳排放对不同城市发展理念表现出明显差异,低碳、合理、现有发展情景的碳排放响应系数值分别为:1.29、0.84、0.73,结果表明低碳情景在严格限制生态用地的转变背景下表现出高敏感性特征,而合理情景和现有发展情景的土地利用方式对碳排放的响应程度较低。此外,基于土地利用转移矩阵的碳排放响应结果表明,城镇建设用地扩张占用碳汇能力强的土地利用类型其碳排放响应系数值越大、敏感性越高,反之则越低。