基于土地利用結(jié)構(gòu)變化的蕪湖市碳排放及其影響因素研究

鄭 欣，程久苗，鄭 碩

（安徽師范大學(xué)，安徽 蕪湖241000）

低碳經(jīng)濟(jì)是近年來(lái)為應(yīng)對(duì)氣候變化而提出的一種全新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，受到了各國(guó)學(xué)術(shù)界和政府的普遍關(guān)注［1］。低碳研究主要集中于低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式［2］、低碳產(chǎn)業(yè)布局［3］、低碳城市模式［4］。隨著研究的深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，土地利用變化是造成全球變化的重要原因［5］，各種非持續(xù)土地利用活動(dòng)（砍伐森林、開(kāi)墾草地、改造沼澤）導(dǎo)致了大量溫室氣體排放［6］。據(jù)世界資源組織的碳排放計(jì)算器和碳循環(huán)研究學(xué)者的估算：1850—1998年間的全球碳排放中，土地利用變化引起的碳排放是分類(lèi)活動(dòng)影響碳排放總量的1／3；而1950—2005年中國(guó)土地利用變化累計(jì)碳排放為10.6Pg，占中國(guó)全部人為碳源排放量的30%。因此，研究土地利用變化對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)具有重要意義。土地利用變化可以造成直接和間接的碳排放［7］，其中直接碳排放主要是指由土地利用／覆被類(lèi)型轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型更替造成的碳排放，以及土地經(jīng)營(yíng)管理方式轉(zhuǎn)變或生態(tài)系統(tǒng)碳匯所驅(qū)動(dòng)的碳排放；間接碳排放主要是各土地利用類(lèi)型上所承載的全部人為碳排放?！吨腥A人民共和國(guó)氣候變化初始國(guó)家信息通報(bào)》研究中認(rèn)為：間接碳排放占總碳排放的80%左右。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土地利用與碳排放的研究主要集中于直接碳排放［5，8］。本文以蕪湖市為例，通過(guò)對(duì)土地利用間接碳排放的測(cè)算，分析土地利用結(jié)構(gòu)與碳排放的關(guān)系，提出低碳的土地利用對(duì)策，以期為政府部門(mén)節(jié)能減排工作提供參考。

1 研究區(qū)概況

蕪湖市位于安徽省東南部，長(zhǎng)江下游南岸，自古為“長(zhǎng)江局埠、皖之中堅(jiān)”，素有“皖南門(mén)戶”之稱(chēng)，地理位置優(yōu)越。蕪湖市屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，溫度適宜，光照充足，雨量充沛，四季分明，河網(wǎng)稠密，水系完整?，F(xiàn)轄三縣（蕪湖縣、繁昌縣、南陵縣）、四區(qū)（鏡湖區(qū)、弋江區(qū)、鳩江區(qū)、三山區(qū)）。2010年土地總面積336 255.42hm2，人口229.50萬(wàn)人。

2010年，市域地區(qū)生產(chǎn)總值1 108.6億元，總量位居安徽省第二位，增幅居第一位。三產(chǎn)結(jié)構(gòu)為4.4∶65.2∶30.4，城市居民人均年可支配收入18 600元，農(nóng)民人均年純收入7 410元。2010年，蕪湖市土地總面積336 255.42hm2，農(nóng)用地246 691.08hm2。其中耕地126 862.42hm2，林地72 248.45hm2。建設(shè)用地66 788.81hm2，其中城鎮(zhèn)村及工礦用地57 279.36hm2，交通水利設(shè)施用地9 509.45hm2。其他土地面積22 775.53hm2。作為皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)的核心城市，蕪湖市正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要時(shí)期，工業(yè)化、城市化進(jìn)程加速。因此分析該地區(qū)不同土地利用方式的碳排放具有一定的典型意義。

2 碳排放計(jì)算

2.1 研究方法

本文主要研究由人類(lèi)活動(dòng)引起的碳排放，受實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的限制，主要討論耕地碳排放、建設(shè)用地碳排放以及林地和草地為主的碳吸收。耕地利用的碳排放考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的CH4排放和CO2的吸收，其差值即為耕地的碳排放系數(shù)。建設(shè)用地的碳排放通過(guò)其利用過(guò)程中能源消耗的碳排放系數(shù)間接估算，包括生產(chǎn)和生活的碳排放量，各種能源碳排放系數(shù)參照IPCC2006［9］缺省值。由 于IPCC 給 定 值 單 位 為 （t／TJ），因此首先要將能源消耗量折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，具體轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.0萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤等于2.93×1011J［10］，轉(zhuǎn)換后各種能源的碳排放系數(shù)見(jiàn)表1。林地和草地的碳吸收系數(shù)使用謝鴻宇［11］的計(jì)算結(jié)果。碳排放估算公式本文參照李穎［12］的研究結(jié)果：

式中：E——碳排放總量；ei——研究區(qū)第i種土地利用類(lèi)型產(chǎn)生的碳排放量；Ai——第i種土地利用類(lèi)型對(duì)應(yīng)的土地面積；Ci——第i種土地利用類(lèi)型的碳排放（吸收）系數(shù)。根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)各土地利用方式的碳排放系數(shù)表（負(fù)值為碳吸收系數(shù)）。

表1 各類(lèi)碳源（匯）碳排放（吸收）系數(shù)

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

土地利用數(shù)據(jù)采用2000—2010年蕪湖市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，能源消耗數(shù)據(jù)參照2001—2011年《蕪湖市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 碳排放總量 從表2可以看出，蕪湖市2000—2010年，碳排放總量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2010年碳排放總量是2000年的4.10倍，碳排放總量年均增長(zhǎng)率達(dá)到15.17%，其中建設(shè)用地碳排放量年均增長(zhǎng)率為13.74%。尤其是2009年和2010年兩年間，在蕪湖市加快發(fā)展的背景下，城市化加速，碳排放的增速加快。僅2009年全市碳排放總量增加了103.92萬(wàn)t，是2000年全年碳排放量的77.68%。

表2 2000－2010年蕪湖市主要土地利用方式的碳排放量 104t

2.3.2 碳源／碳匯 作為碳源的建設(shè)用地面積在不斷增加，由此產(chǎn)生的碳排放量年均增速達(dá)到13.74%。“十五”期間，建設(shè)用地面積年均增長(zhǎng)1.94%，碳排放量年均增加16.41%；“十一五”期間，年均增長(zhǎng)9.20%，建設(shè)用地碳排放量年均增加13.80%?！笆晃濉逼陂g，建設(shè)用地相比“十五”期間增速加快，但碳排放量增速減慢，主要是由于政府將可持續(xù)發(fā)展列為“十一五”期間的發(fā)展目標(biāo)，能源利用效率提升，碳排放量增速減緩。耕地碳排放量少量下降，主要是由于耕地面積的減少造成的。

從表1可以看出，碳排放總量與建設(shè)用地碳排放量基本吻合，而林地和草地的碳匯作用并不明顯。相比碳源排放量的增加速度，碳匯能力遞增速率平緩，基本維持在同一水平。林地為主要的碳匯，2000—2003年林地碳匯能力略有增加，2003年后基本維持在相同水平。草地碳匯量基本保持不變。因此，僅僅依靠保持碳匯能力遠(yuǎn)不能抵消快速增長(zhǎng)的建設(shè)用地碳排放的影響。

2.3.3 地均碳排放強(qiáng)度／地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度

目前碳排放強(qiáng)度研究基本上是從單位GDP角度出發(fā)，區(qū)域單位面積碳排放量的研究較少［13］。本文是基于土地利用方式的碳排放研究，參照前人的研究經(jīng)驗(yàn)，引入地均碳排放強(qiáng)度這一概念。從圖1可以看出，地均碳排放強(qiáng)度平穩(wěn)增長(zhǎng)，2010年地均碳排放強(qiáng)度為2.06t／hm2，較2000年增加了1.54t／hm2。地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，利用Excel對(duì)其進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)圖1。2000—2010年是蕪湖市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)期，地均碳排放強(qiáng)度、地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平呈正相關(guān)。

2.3.4 碳排放強(qiáng)度 單位GDP碳排放量反映了一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)程度，可以反映碳排放強(qiáng)度［13］，其值越大則能耗越大，碳排放效益越差。從圖2可以看出，隨著人均GDP增長(zhǎng)，碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。2000—2003年，單位GDP碳排放強(qiáng)度逐年上升，2003年達(dá)到最大值0.075 6t／萬(wàn)元。2003年以后，單位GDP碳排放強(qiáng)度出現(xiàn)浮動(dòng)，但總體上呈下降趨勢(shì)。2010年碳排放強(qiáng)度為0.049 5t／萬(wàn)元，與2003年相比降低了52.73%。利用Excel對(duì)單位GDP碳排放強(qiáng)度與人均GDP進(jìn)行方程擬合，如圖2所示。曲線呈倒U型，在（1.278 6，0.075 9）處出現(xiàn)拐點(diǎn)。從計(jì)算結(jié)果可以看出，蕪湖市11a間碳排放強(qiáng)度走勢(shì)良好，利用效率在逐年提高。

圖1 蕪湖市2000－2010年地均碳排放強(qiáng)度

圖2 2000－2010年蕪湖市碳排放強(qiáng)度與人均GDP關(guān)系曲線

3 碳排放影響因素研究

3.1 STIRPAT模型

York［14］等將IPAT方程轉(zhuǎn)變成一種隨機(jī)模型，即STIRPAT（stochastic impacts by regression on population，affluence，and technology）模型，通過(guò)對(duì)技術(shù)項(xiàng)的分解，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種類(lèi)型人文驅(qū)動(dòng)因素與環(huán)境影響之間的分析。該模型形式如下：

式中：I——環(huán)境影響；P——人口；A——富裕程度；T——技術(shù)；α——模型系數(shù)；β，γ，δ——P、A 和T 的人文驅(qū)動(dòng)的指數(shù)；e——?dú)埐铐?xiàng)。由于目前對(duì)技術(shù)缺乏統(tǒng)一的測(cè)量指標(biāo)，實(shí)際應(yīng)用中一般將之歸于殘差項(xiàng)，而不是單獨(dú)估算。同時(shí)，由于式（2）是一個(gè)多自變量的非線性模型，為測(cè)試驅(qū)動(dòng)因素對(duì)環(huán)境的影響，通常將式（2）轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)形式［7］：

以lnI作為因變量，lnP，lnA，lnT作為自變量，lna作為常數(shù)項(xiàng)，lne作為誤差項(xiàng)，對(duì)經(jīng)過(guò)處理的模型進(jìn)行多元線性擬合［15］。在計(jì)算中一般將技術(shù)和殘差項(xiàng)合并，用來(lái)表示除人口、富裕程度以外的其他因素。應(yīng)用到具體問(wèn)題的研究中，可根據(jù)需要增加其他因素，分析其對(duì)環(huán)境的影響［7］。

3.2 模型構(gòu)建

本文采用STIRPAT模型，將碳排放量作為環(huán)境影響的表征，將人口、人均GDP作為驅(qū)動(dòng)因素。計(jì)算公式同式（3），其中I為碳排放量；P為人口；A為人均GDP；T歸為殘差項(xiàng)；α為常數(shù)項(xiàng)；β，γ為碳排放對(duì)人口、人均GDP的彈性系數(shù)。

3.3 結(jié)果分析

利用SPSS 13.0軟件的liner回歸分析對(duì)模型進(jìn)行擬合，具體擬合結(jié)果如表3所示。從表3可知，自變量的t檢驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明因變量和自變量之間的線性相關(guān)關(guān)系顯著，回歸方程有意義。其中，方差分析的F值為301.020、P值為0.000，均能說(shuō)明回歸方程通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)。

從回歸分析結(jié)果中可知，人口對(duì)碳排放的解釋作用最大，人口每增加1%，則碳排放量相應(yīng)的增加8.726%。R2值為0.993，說(shuō)明人口和人均GDP指標(biāo)能解釋蕪湖市能源利用碳排放影響的99.3%，而且系數(shù)都在0.05水平上顯著。

表3 回歸分析擬合結(jié)果

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）從碳排放總量上看，蕪湖市不同土地利用方式碳排放量從2000年的133.78萬(wàn)t上升到2010年的549.04萬(wàn)t，呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)。人口增加和城市化進(jìn)程的加快是其主要的驅(qū)動(dòng)因素。

（2）建設(shè)用地和林地為主要的碳源和碳匯。11a間，建設(shè)用地碳排放總量年均增長(zhǎng)率達(dá)到14.02%。林地的面積緩慢增長(zhǎng)，其碳吸收總量年均增長(zhǎng)率約為1.18%。這反映出蕪湖市在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)沒(méi)有忽視碳匯能力的保護(hù)。但是，僅僅依靠增加林地和草地面積從而增強(qiáng)碳匯能力遠(yuǎn)不能達(dá)到低碳利用的效果，建設(shè)用地中的能源消耗仍然是主要的碳源。

（3）2000—2010年，地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度則呈現(xiàn)波動(dòng)上升的態(tài)勢(shì)。兩者與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平呈正相關(guān)。工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展所產(chǎn)生的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張，在促進(jìn)GDP增長(zhǎng)的同時(shí)，也給環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力，碳減排壓力艱巨，任重道遠(yuǎn)。

（4）單位GDP碳排放強(qiáng)度從2003年開(kāi)始逐年下降，說(shuō)明蕪湖市節(jié)能減排已經(jīng)取得一定成效，但是減排壓力仍然存在。

（5）STIRPAT分析中得出碳排放總量與人口、人均GDP呈現(xiàn)顯著的線性回歸關(guān)系，且人口對(duì)碳排放總量的解釋作用最大。

4.2 建議

《皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)規(guī)劃》的批復(fù)，給蕪湖市帶來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，必然會(huì)增加能源消耗，從而增加碳的排放量。因此必須要構(gòu)建低碳排放的土地利用體系，從根本上做到碳的節(jié)能減排。

（1）減少碳源。建設(shè)用地作為主要的碳源，是控制碳排放、實(shí)現(xiàn)碳減排的重點(diǎn)。發(fā)展規(guī)模適度的建設(shè)用地，避免低水平重復(fù)建設(shè)，堅(jiān)持規(guī)劃引導(dǎo)，避免土地浪費(fèi)。促進(jìn)土地節(jié)約集約利用，盤(pán)活存量土地，降低城鎮(zhèn)土地閑置率。同時(shí)減少單位面積的能源投入，提高投入效率，從根本上降低碳排放。

（2）增加碳匯。在確保一定質(zhì)量的耕地面積前提下，將圍湖造田、毀林造田等新增耕地適當(dāng)退林還水，或者進(jìn)行耕地休耕以增加森林覆蓋率和林業(yè)碳匯，用以補(bǔ)償高碳土地利用方式的碳排放。發(fā)展生態(tài)用地，改善農(nóng)耕方式增加土壤碳匯。結(jié)合區(qū)域自然環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)土地進(jìn)行綜合整理和治理，在提高作物產(chǎn)量的同時(shí)最大程度發(fā)揮土地的生態(tài)功能。

（3）改良能源利用結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，減少單位建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度。加大清潔能源的使用如天然氣、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等等，減少高碳能源如煤炭和石油的使用量。培育生物燃料，降低化石能源的比重。

（4）合理布局。在進(jìn)行土地利用規(guī)劃和城市規(guī)劃時(shí)，應(yīng)盡量做到合理化布局。以節(jié)地、節(jié)能和優(yōu)化布局為理念的緊湊型城市更適應(yīng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展下的低碳土地利用模式。

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