安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈碳排放強(qiáng)度與生態(tài)補(bǔ)償研究

孫賢斌，傅先蘭，倪建華，趙 彤

(皖西學(xué)院資源環(huán)境與旅游管理學(xué)院，安徽六安 237012)

氣候變暖是人類面臨的十大生態(tài)問(wèn)題之首，人類活動(dòng)大量排放CO2等溫室氣體形成的溫室效應(yīng)則是氣候變暖的根源，因此，目前碳排放研究已成為一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題［1－2］。中國(guó)已于2007年成為世界第一排放大國(guó)，該年中國(guó)CO2排放總量為60.28億t，超過(guò)美國(guó)的57.69億t［3］。因此，如何控制和減少中國(guó)碳排放量已經(jīng)成為一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題。目前，有學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展對(duì)碳排放的相關(guān)研究，如徐國(guó)泉等人進(jìn)行碳排放量的測(cè)算及其碳排放因素分解模型研究［4］;鄒秀萍、李穎等人分別對(duì)中國(guó)、江蘇等區(qū)域碳排放進(jìn)行實(shí)證分析［5－6］;王中英、譚丹等人探討碳排放的影響因素，以及碳排放與產(chǎn)業(yè)發(fā)展、能源演變的關(guān)系［7－8］。以上研究多數(shù)側(cè)重于碳排放的測(cè)算、影響因素分析、模型驗(yàn)證等方面，對(duì)碳排放的效益評(píng)估和區(qū)際生態(tài)補(bǔ)償研究還很少。

《京都議定書(shū)》已把林業(yè)列為應(yīng)對(duì)氣候變化、減排固碳的重要途徑。皖西大別山是省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈豐富森林資源分布區(qū)，安徽省正實(shí)施省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈發(fā)展戰(zhàn)略和生態(tài)省建設(shè)，自然資源、生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾日益凸顯，并成為亟待解決的問(wèn)題之一。研究省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈的土地利用變化對(duì)碳排放的影響，對(duì)省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)各市的碳源和碳匯功能進(jìn)行估算，以及對(duì)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行分析，揭示經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)碳排放的空間差異，科學(xué)地評(píng)價(jià)省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈碳匯量及生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可為省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈生態(tài)補(bǔ)償研究以及CO2排放權(quán)的有償轉(zhuǎn)讓等提供一定科學(xué)依據(jù)，對(duì)區(qū)域碳減排及低碳經(jīng)濟(jì)研究具有一定的意義。

1 研究區(qū)域概況

安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈地處江淮之間，具有承東啟西、貫通南北的重要區(qū)位優(yōu)勢(shì)，范圍包括合肥市(合肥市區(qū)、肥東縣、肥西縣、長(zhǎng)豐縣)、六安市(六安市區(qū)、舒城縣、霍邱縣、霍山縣、金寨縣、壽縣)、巢湖市(巢湖市區(qū)、廬江縣、無(wú)為縣、含山縣、和縣)。經(jīng)濟(jì)圈土地面積3.44萬(wàn)km2，占全省的24.7%。2006年戶籍人口1 603萬(wàn)人，占全省的24.3%;生產(chǎn)總值1 775億元，占全省的28.9%。省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈位居省內(nèi)中心位置，與周邊地區(qū)的聯(lián)系十分便捷。經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)資源豐富，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良。六安市是全省最大的林業(yè)基地，境內(nèi)的大別山生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)完好。

2 研究方法

2.1 碳排放量和強(qiáng)度計(jì)算

本研究是基于土地利用變化的碳排放，主要涉及到耕地、林地、草地、建設(shè)用地，其中，建設(shè)用地和耕地為主要碳源，林地和草地為碳匯。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是重要的溫室氣體排放源，作物及土壤呼吸、灌溉過(guò)程耗能等都釋放碳，而農(nóng)作物的光合作用可以吸收碳。因此，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)也是碳的輸入輸出過(guò)程。耕地類型的碳排放考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的 CH4排放系數(shù)以及對(duì) CO2的吸收系數(shù)［9－10］，其差值可得耕地的碳凈排放系數(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［6］;林地和草地的碳吸收系數(shù)根據(jù)前人研究所得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算［6，10］，具體采用的碳排放計(jì)算公式為［4］

式中:E為碳總排放量;ei為主要土地利用方式產(chǎn)生的碳排放量;Ti為各土地利用方式對(duì)應(yīng)的土地面積;δi為各土地利用方式的碳排放(吸收)系數(shù)。

建設(shè)用地碳排放估算公式為

式中:Et為碳排放量;Ef為煤炭消耗標(biāo)準(zhǔn)煤量;δf為煤炭消耗的碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù);公式(1)，(2)中有關(guān)能源消耗的碳排放系數(shù)及出處見(jiàn)表1。

表1 各類碳源(匯)碳排放(吸收)系數(shù)Tab.1 Coefficient of carbon emission(absorbability)of different carbon source(sink)

2.2 碳排放的生態(tài)補(bǔ)償計(jì)算

碳排放的生態(tài)補(bǔ)償依據(jù)是碳匯價(jià)格，目前較常用的計(jì)算固定CO2價(jià)值的方法有兩種，一種是造林成本法，它是根據(jù)所造林分吸收大氣中的CO2與造林的費(fèi)用之間的關(guān)系來(lái)推算森林固定CO2的價(jià)值;另一種是碳稅率法，環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)家們通常使用瑞典的碳稅率。目前，中國(guó)的造林成本因林分、年代和區(qū)域的差異，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值各異，固定CO2的價(jià)格主要有:(1)國(guó)內(nèi)專家研究指出，在中國(guó)種植森林，每?jī)?chǔ)存1t CO2的成本約為122元人民幣;此碳排放價(jià)格是生態(tài)補(bǔ)償?shù)南孪迾?biāo)準(zhǔn)［11］。(2)中國(guó)造林成本法有 251.4，260.9，273.3，305.0 元/t(C)4 個(gè)價(jià)位，采用平均值272.65元/t(C)，此碳匯價(jià)格是國(guó)內(nèi)比較常用的合理價(jià)格［12］。(3)在國(guó)際上采用通用的瑞典碳稅率，即150美元/t(C)［11］，以100美元兌換人民幣668元計(jì)，相當(dāng)于人民幣1 002元/t(C)，此碳排放價(jià)格是國(guó)際上的參考價(jià)格，可以作為生態(tài)補(bǔ)償上限的參考標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源和處理

本研究采用的土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于1997年和2007年TM遙感影像。數(shù)據(jù)處理過(guò)程為:以行政區(qū)劃圖和地形圖為參考，對(duì)1997年和2007年遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正，按照研究區(qū)行政邊界裁剪，獲得研究區(qū)范圍。以此為基礎(chǔ)，對(duì)兩期遙感影像實(shí)地調(diào)查，建立遙感解譯標(biāo)志，在ArcGIS9.2軟件中進(jìn)行目視解譯，并進(jìn)行野外精度驗(yàn)證(正確率為91%，滿足本研究需要)，獲取兩期區(qū)域土地利用數(shù)據(jù)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布的《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010－2007)，將土地利用分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地(城鄉(xiāng)、工礦以及居民用地)、未利用地6種類型。

經(jīng)濟(jì)圈的3個(gè)市的建設(shè)用地碳排放采用了《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》中安徽省1997，2009年能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，以及《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒(1998和2008)》的數(shù)據(jù)。經(jīng)濟(jì)圈的15個(gè)市縣碳排放數(shù)據(jù)難以獲取，故結(jié)合區(qū)域GDP數(shù)據(jù)來(lái)處理和獲取:先根據(jù)3個(gè)市的國(guó)民生產(chǎn)總值(GDP，萬(wàn)元)和能源消費(fèi)總量(t標(biāo)準(zhǔn)煤)計(jì)算各市的單位GDP能耗系數(shù)(t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元)，然后由15個(gè)市縣的GDP和能耗系數(shù)計(jì)算各市縣的能源消費(fèi)總量。

3 結(jié)果及分析

表2 1997，2007年各市碳排放量和強(qiáng)度Tab.2 Changes of carbon emission and intensity in 1997 and 2007

3.1 安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈1997年和2007年碳排放變化

表2是安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈3個(gè)市碳源/碳匯、地均碳排放強(qiáng)度、碳排放總量等指標(biāo)變化情況。其中，地均碳排放強(qiáng)度為單位土地面積的碳排放量，地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度為單位面積建設(shè)用地的碳排放量，兩者均可反映碳排放強(qiáng)度。建設(shè)用地和耕地為主要碳源，林地和草地為主要碳匯［2］。

3.1.1 碳排放總量變化。從碳排放總量來(lái)看，安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈為碳匯區(qū)(碳源值小于碳匯值)，六安市和巢湖市總體上為碳匯區(qū)，3個(gè)市的碳源值均增大，其中，2007年合肥市的碳源值增加為1997年的3.47倍，碳排放增長(zhǎng)迅速。3個(gè)市林地和草地面積的變化不大，所以，碳匯值變化很小。2007年合肥市碳排放總量為1997年的4.2倍，碳排放總量快速上升，達(dá)到1 049.9萬(wàn)t，10年間平均增長(zhǎng)率高達(dá)14.4%。由于城市化加速、工業(yè)發(fā)展、人均收入和生活水平顯著提高、能源的大量消耗而使CO2排放呈較快增長(zhǎng)趨勢(shì)。巢湖市碳源值增加90.9萬(wàn)t，使碳排放總量下降，六安市的碳源、碳匯、總碳排放量變化均較小。

3.1.2 碳排放強(qiáng)度變化。碳排放強(qiáng)度取決于建設(shè)用地上碳排放量以及面積大小。1997—2007年，安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈3個(gè)市的建設(shè)用地上碳排放量均有所增加(表2)，其中，合肥市變化最大，增加了3.65倍，地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度由29.4 t/hm2增加為 107.3 t/hm2，3 個(gè)市地均碳排放強(qiáng)度也均增大(圖1)，分別增加了3.65，1.80和1.37 倍，年均增長(zhǎng)率為 12.94%，5.19% 和 3.13%。10年間，安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)建設(shè)用地碳排放總量由745.9 萬(wàn) t增加到1 794.1 萬(wàn) t，增加了 2.41 倍，年均增長(zhǎng)9.74%;地均碳排放強(qiáng)度增加2.65倍，年均增長(zhǎng)8.78%。目前，碳排放主要來(lái)自建設(shè)用地，單位建設(shè)用地碳排放量的大小能更好地反映一個(gè)區(qū)域第二、第三產(chǎn)業(yè)碳排放的水平以及存在的差距;安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈未來(lái)經(jīng)濟(jì)始終呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的同時(shí)碳排放總量進(jìn)一步增加，使碳減排壓力加大。

圖1 各市縣1997，2007年建設(shè)用地平均碳排放強(qiáng)度Fig.1 Carbon emissions of land area per unit in 1997 and 2007

3.2 安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈碳排放及空間差異

從各縣市區(qū)域的碳源來(lái)看，合肥市區(qū)、六安市區(qū)明顯高于周圍的縣市，巢湖市區(qū)比無(wú)為縣略低;從碳匯量來(lái)看，金寨縣最高，值為1 175.4萬(wàn)t，其次是霍山縣、六安市區(qū)、舒城縣均超過(guò)400萬(wàn)t，廬江縣和含山縣均超過(guò)100萬(wàn)t，合肥市最低為3.2萬(wàn)t，長(zhǎng)豐縣和壽縣也很低。各縣市的碳匯值主要取決于林地和草地面積大小，碳匯值變化與林地和草地的面積分布非常一致。碳源/碳匯值表示碳源效應(yīng)與碳匯效應(yīng)之間的對(duì)比關(guān)系，碳源/碳匯值最大的是合肥市，為264.2，碳源效應(yīng)最顯著;其次是壽縣和長(zhǎng)豐縣，值分別是13.4和11，霍山、舒城和金寨值很低，均小于0.1，區(qū)域的碳匯效應(yīng)非常顯著。碳排放總量反映碳源效應(yīng)和碳匯效應(yīng)的變化結(jié)果，各縣市的碳排放總量以合肥值最大(843.7萬(wàn)t)，最低的是金寨(－1 142.5萬(wàn) t，負(fù)值即吸收量)，霍山、舒城、六安市區(qū)也很低，其他縣市在－100萬(wàn)～100萬(wàn)t之間。

安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈各縣的碳排放強(qiáng)度也存在很大差異。15個(gè)縣市區(qū)域單元的建設(shè)用地碳排放量以市區(qū)為大，合肥市區(qū)和六安市區(qū)建設(shè)用地碳排放量均高于100萬(wàn)t，巢湖市區(qū)為99.9萬(wàn)t;在所有縣中，只有無(wú)為縣和肥西縣值高于100萬(wàn)t，比巢湖市區(qū)略高，其次是肥東縣也較大，為96.6萬(wàn)t。城市區(qū)域城市化水平較高，第二產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)，而能耗又主要集中在第二產(chǎn)業(yè)部門，導(dǎo)致建設(shè)用地碳排放量明顯大于其他地區(qū)。

省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈各縣市建設(shè)用地平均碳排放強(qiáng)度的區(qū)域差異也很顯著(圖2)。建設(shè)用地平均碳排放強(qiáng)度以合肥市最高(784 t/hm2)，其次是霍山縣和金寨縣，建設(shè)用地平均碳排放強(qiáng)度分別達(dá)到655 t/hm2和345.1 t/hm2，也遠(yuǎn)高于其他區(qū)域，主要原因是建設(shè)用地的面積較其他區(qū)域要小的多(山區(qū)人口少，建設(shè)用地主要集中于縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn))。其他區(qū)域的建設(shè)用地平均碳排放強(qiáng)度相差不大。地平均碳排放強(qiáng)度城市區(qū)高于縣域，以合肥市最大(174.2 t/hm2)，其次是巢湖、肥西、無(wú)為也較大，而金寨、霍山相對(duì)較小，也可顯示這兩縣為山區(qū)、建設(shè)用地少的特點(diǎn)。據(jù)2008—2010年的統(tǒng)計(jì)資料分析，合肥市、六安市和巢湖市3個(gè)市的建設(shè)用地變化量分別為8 029，1 386，140 hm2，能源消耗變化量分別為 635，78.1，83 萬(wàn)t，增加建設(shè)用地上的平均碳排放強(qiáng)度分別為791.5，563.1，5 928.6 t/hm2，比2007 年各市的建設(shè)用地平均碳排放強(qiáng)度高，故建設(shè)用地上的碳排放趨勢(shì)仍然呈增加態(tài)勢(shì)。

圖2 2007年各市縣建設(shè)用地平均碳排放強(qiáng)度Fig.2 Carbon emissions of land area per unit in 2007

3.3 碳排放的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)范圍

表3是根據(jù)安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈各市碳排放量和不同固碳價(jià)格計(jì)算的生態(tài)補(bǔ)償。1997年和2007年，合肥市均為碳源區(qū)，六安市和巢湖市均為碳匯區(qū)，從碳排放的角度看，合肥市應(yīng)該為六安市和巢湖市生態(tài)補(bǔ)償，其中，1997年合肥市提供的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)是3.0億～24.9億元，10年間，合肥市碳排放總量?jī)粼?00.8萬(wàn)t，2007年提供的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)增為12.8億～105.1億元。六安市和巢湖市得到的生態(tài)補(bǔ)償范圍分別為31.9億 ～278.1億，0.6 億 ～13.8 億元。2007 年，合肥市區(qū)應(yīng)該向經(jīng)濟(jì)圈的其他地區(qū)提供10.3億～84.5億元的生態(tài)補(bǔ)償，巢湖市區(qū)應(yīng)該向經(jīng)濟(jì)圈的其他地區(qū)提供0.4億～3.5億元的生態(tài)補(bǔ)償，而六安市區(qū)應(yīng)該獲得3.7億～30億元的生態(tài)補(bǔ)償;對(duì)于縣來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)豐、肥東、肥西、壽縣、無(wú)為、和縣均應(yīng)該向省會(huì)經(jīng)濟(jì)區(qū)碳匯區(qū)不同程度的生態(tài)補(bǔ)償，其中，肥東向外補(bǔ)償最多(1.0億～7.7億元)，而霍邱、舒城、金寨、霍山、廬江、含山均應(yīng)該獲得不同程度的生態(tài)補(bǔ)償，其中，金寨獲得的補(bǔ)償最多(13.9億 ～114.5億元)，霍山、舒城和六安市區(qū)獲得的生態(tài)補(bǔ)償也較多。

表3 1997，2007年各市碳排放量與生態(tài)補(bǔ)償Tab.3 Carbon emission and ecological compensation in 1997 and 2007

4 結(jié)論與討論

(1)省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈總體上為碳匯區(qū)，10年間碳排放總量增加1 049.9萬(wàn)t，年均增長(zhǎng)14.4%。合肥市為碳源區(qū)，2007年合肥市的碳源值增加為1997年的3.47倍，碳排放增長(zhǎng)最為迅速。

(2)地均建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度和地均碳排放強(qiáng)度分別增加2.18倍，2.41 倍。1997，2007 年，省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)的碳排放量、地均碳排放強(qiáng)度和地均建設(shè)用地碳排放都呈現(xiàn)合肥市＞巢湖市＞六安市。

(3)經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)各縣市地均碳排放強(qiáng)度差異顯著，建設(shè)用地平均碳排放強(qiáng)度以合肥市最高(784 t/hm2)，其次是霍山縣和金寨縣，其他區(qū)域的建設(shè)用地平均碳排放強(qiáng)度相差不大。

(4)2007年合肥市提供的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為12.8億～105.1億元，六安市和巢湖市得到的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)范圍分別為31.9億 ～278.1億，0.6億 ～13.8億元。各縣生態(tài)補(bǔ)償差異也很大。

基于碳排放效應(yīng)的生態(tài)補(bǔ)償研究的關(guān)鍵是準(zhǔn)確計(jì)算省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈的碳排放總量，但碳排放與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土地利用、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能源消費(fèi)等存在著復(fù)雜的關(guān)系，要分析這些因素對(duì)碳排放的影響，需要建立一個(gè)綜合性分析模型，才能提高研究的定量化水平。由于固碳價(jià)格存在較大差異，因此，生態(tài)補(bǔ)償應(yīng)該結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H，制定合理的固碳價(jià)格和補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)研究將進(jìn)一步深入開(kāi)展。

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