基于LUCC的四川省主體功能區(qū)碳排放與生態(tài)補(bǔ)償研究*

徐 婕, 潘洪義, 黃 佩

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基于LUCC的四川省主體功能區(qū)碳排放與生態(tài)補(bǔ)償研究*

徐 婕, 潘洪義**, 黃 佩

(四川師范大學(xué)西南土地資源評價(jià)與監(jiān)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/四川師范大學(xué)地理與資源科學(xué)學(xué)院 成都 610068)

土地利用/土地覆被變化(LUCC)影響下的碳排放充分體現(xiàn)人類活動對生態(tài)環(huán)境的擾動程度, 由此切入的碳收支與補(bǔ)償研究對區(qū)域低碳經(jīng)濟(jì)與平衡發(fā)展具有重要意義。本文以2005年和2015年四川省土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 參考IPCC假定構(gòu)建碳排放模型, 借助GIS平臺運(yùn)用數(shù)學(xué)模型對四川省5個(gè)主體功能區(qū)碳排放及碳補(bǔ)償率進(jìn)行測度與分析, 采用造林成本法和碳稅率法對生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測算。結(jié)果表明: 1)研究期內(nèi)四川省各主體功能區(qū)土地利用與主體功能區(qū)規(guī)劃相符并按其功能定位優(yōu)化發(fā)展。重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域耕地占絕對優(yōu)勢, 建設(shè)用地面積的總量和增量最大; 重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)林地、草地占比最大。2)研究期內(nèi)各主體功能區(qū)的總碳排放量大幅度增加。重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域碳源量、總碳排放量及其增量均居首位; 重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)碳吸收的能力減弱。3)各主體功能區(qū)建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度遠(yuǎn)大于總碳排放強(qiáng)度, 研究期內(nèi)各主體功能區(qū)總碳排放強(qiáng)度均增加, 建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度則有增有減。國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域總碳排放強(qiáng)度最大, 建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度很小。4)生態(tài)發(fā)展區(qū)碳補(bǔ)償率高, 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)低。國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))碳吸收補(bǔ)償系數(shù)最高。5)碳源區(qū)應(yīng)對作為碳匯區(qū)的甘孜藏族自治州按固碳價(jià)格進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。碳排放量與各主體功能區(qū)功能定位高度相關(guān), 生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)大致從成都平原向四周遞減, 限制開發(fā)區(qū)域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)偏低?；谔寂欧诺纳鷳B(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)建立橫向財(cái)政轉(zhuǎn)移支付政策, 有利于四川省節(jié)能減排和平衡發(fā)展。

土地利用/土地覆被變化; 主體功能區(qū); 碳排放; 碳源區(qū); 碳匯區(qū); 碳補(bǔ)償率; 生態(tài)補(bǔ)償

土地利用/土地覆被變化(LUCC)影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的分布和結(jié)構(gòu), 改變著碳循環(huán)和碳儲量, 是控制碳積累速率的主導(dǎo)因子[1]。1850—1998年間, LUCC影響下的碳排放量約占同期人類活動影響的CO2排放量的1/3[2], 對生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動擾動較大, 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程、功能和生態(tài)系統(tǒng)碳變化隨之改變[3], 已引起國際社會研究的廣泛關(guān)注。中國承諾到2030年單位GDP的碳排放要比2005年下降60%~65%[4], 十九大報(bào)告中也相應(yīng)提出建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系, 均表明了中國發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的態(tài)度與決心。隨著低碳經(jīng)濟(jì)走向當(dāng)前社會研究的熱點(diǎn), 發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、減少碳排放也成為新時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的必然。

國內(nèi)外學(xué)者對LUCC的碳排放從多角度展開了研究。其中國外起步早, 研究尺度普遍較大, 研究成果集中于1990—2010年, 為國內(nèi)眾多研究提供了數(shù)據(jù)與方法參考。1977年Bolin[5]研究發(fā)現(xiàn)全球林地面積變化較大引起碳排放量的變化, 此后許多學(xué)者就LUCC引起碳排放展開了一系列研究。Houghton[6]對1990年全球土地利用變化進(jìn)行相關(guān)研究, 得出耕地的減少導(dǎo)致增加3×109t的碳排放; Richards等[7]受其研究成果的啟發(fā), 比較研究南亞和東南亞的林業(yè)活動和化石燃料的碳排放, 發(fā)現(xiàn)前者是后者的2倍; 隨著技術(shù)進(jìn)步研究不斷深入, Guo等[8]采用meta分析方法研究了LUCC產(chǎn)生的土壤碳庫變化; Liu等[9]通過集成生物圈模擬框架, 采用低分辨率的LUCC數(shù)據(jù)分析加利福利亞森林、灌叢和草原的碳變化。而后研究逐漸引入人文經(jīng)濟(jì), 如Ravindranath等[10]通過碳排放效益研究了印度碳價(jià)格激勵(lì)和減排潛力之間的關(guān)系。國內(nèi)研究更為細(xì)化, 眾多學(xué)者著眼于全球、國家、區(qū)域等尺度上碳排放量的測算: 劉學(xué)榮等[11]分析了東北地區(qū)2000—2014年不同土地利用方式的碳排放效應(yīng); 也有學(xué)者從經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展角度探討碳排放效益及其社會經(jīng)濟(jì)應(yīng)用, 如王剛等[12]結(jié)合土地利用遙感圖像和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀, 分析了2014年成都市縣域單元碳收支空間分布特征, 并通過建構(gòu)回歸模型探究其與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)同關(guān)系; 劉慧靈等[13]以低碳經(jīng)濟(jì)為導(dǎo)向研究福州市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。隨著RS與GIS的深入開發(fā), 研究逐漸偏向于特定生態(tài)系統(tǒng)或單一要素的復(fù)雜機(jī)理研究: 崔盼盼等[14]運(yùn)用LMDI-Ⅰ加法數(shù)量分解模型分析2002—2012年中國大陸30個(gè)省的城鎮(zhèn)居民隱含碳排放及其驅(qū)動機(jī)制; 黎孔清等[15]采用回歸分析法、STIRPAT和GM(1,1)模型解析了湖南省農(nóng)地投入碳排放增長機(jī)理。而碳排放無疑存在著外部性, 生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償則是一種外部性內(nèi)部化的手段[16]。碳排放的外部性為PES(payments for ecosystem services, 即生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)付費(fèi))邏輯基礎(chǔ)中生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)的一部分, 論證了碳源區(qū)對碳匯區(qū)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償?shù)暮侠硇浴?1世紀(jì)開始, 隨著國內(nèi)生態(tài)補(bǔ)償概念的明確提出, 國內(nèi)學(xué)者也從碳排放存在的外部性切入論證生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用, 如王雅敬等[17]采用碳排放評價(jià)模型估算長株潭經(jīng)濟(jì)圈碳排放及其生態(tài)補(bǔ)償。

四川省是中國西南內(nèi)陸的經(jīng)濟(jì)和人口大省, 也是西部與東部地區(qū)重要的生態(tài)屏障。2010年四川省基本完成災(zāi)后重建, 2013年四川省人民政府印發(fā)《四川省主體功能區(qū)規(guī)劃》。2005—2015年四川省城市化、工業(yè)化的迅猛發(fā)展, 土地利用/土地覆被變化顯著, 省內(nèi)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的同時(shí), 生態(tài)環(huán)境問題日益突出。本文從LUCC切入, 構(gòu)建碳排放模型, 基于主體功能區(qū)對2005年、2015年四川省碳排放及碳補(bǔ)償率進(jìn)行估算, 排除地震災(zāi)害特殊情況的波動性, 圍繞四川省主體功能區(qū)的規(guī)劃普遍性展開, 體現(xiàn)10年高速發(fā)展期四川省各主體功能區(qū)規(guī)劃影響下土地利用碳排放角度的生態(tài)環(huán)境狀態(tài)變化; 采用造林成本法和碳稅率法測算21個(gè)市(州)的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn), 響應(yīng)國家主體功能區(qū)規(guī)劃戰(zhàn)略, 以基于碳排放的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)做參考, 以建立橫向財(cái)政轉(zhuǎn)移支付政策做驅(qū)動, 為四川省節(jié)能減排和平衡發(fā)展提供建議, 促進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)和生活系統(tǒng)的循環(huán)鏈接。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

四川省(97°21￠~108°31￠E, 26°03￠~34°19￠N)位于中國西南內(nèi)陸, 是青藏高原地區(qū)向長江中下游平原的過渡地帶。中國大陸地勢第一、二級階梯分界線穿過四川省中部, 四川省整體地勢呈西高東低。川西為高原藏區(qū)和大小涼山彝區(qū), 地形以高原和山地為主, 海拔多在3 000 m以上, 經(jīng)濟(jì)落后, 是貧困縣集中地區(qū), 森林分布廣, 人口密度小, 是重要的生態(tài)屏障。川東以丘陵和盆地地形為主, 海拔高度500~2 000 m, 主要為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的四川盆地、成都平原地區(qū), 城市化水平高, 產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá), 能源消耗量大, 人口密度大, 是經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域, 如成都市、德陽市、綿陽市等。四川總面積約48.6×104km2, 轄21個(gè)市(州), 183個(gè)縣(市、區(qū)), 截至2015年底, 四川省常住人口8 204萬人, GDP達(dá)30 053.1億元。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

1)主體功能分區(qū)是依據(jù)《四川省主體功能區(qū)規(guī)劃》, 將四川省劃分為省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū))、省級層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))、國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))。2013年調(diào)整的3個(gè)行政區(qū)主體功能歸為原所屬區(qū)劃所對應(yīng)的主體功能定位(圖1)。

2)2005年與2015年四川省LUCC數(shù)據(jù)來源于中國資源與環(huán)境數(shù)據(jù)中心, 分辨率為1 km。依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2017), 參考中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫中全國1∶100 000土地利用分類系統(tǒng), 結(jié)合四川省土地利用實(shí)際和研究需要, 構(gòu)建新的研究區(qū)土地利用分類系統(tǒng), 將四川省土地利用類型劃分為6個(gè)一級類和28個(gè)二級類(表1)。

3)社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于2006年和2016年四川省統(tǒng)計(jì)年鑒、四川省各市(州)統(tǒng)計(jì)年鑒以及統(tǒng)計(jì)網(wǎng)站, 其中183個(gè)縣(市、區(qū))的能源消費(fèi)總量由各縣(市、區(qū))的GDP及其GDP能耗系數(shù)計(jì)算得出。

1.3 研究方法

1.3.1 碳排放量測算

耕地的農(nóng)作物進(jìn)行光合作用吸收CO2, 在短期內(nèi)絕大多數(shù)農(nóng)作物又通過呼吸作用釋放CO2, 耕地的碳匯效果不明顯[18], 未利用地在研究區(qū)表現(xiàn)為微弱的碳吸收[19]。故本研究區(qū)主要表現(xiàn)為以林地、草地、水域、未利用地為主的碳吸收(碳匯)和以耕地、建設(shè)用地為主的碳排放(碳源)。碳排放測算模型可表達(dá)為:

式中:為總碳排放量,為土地利用方式產(chǎn)生的碳排放量,T為第種土地利用方式(耕地、林地、草地、水域、未利用地)的土地面積,δ為對應(yīng)土地利用方式的碳排放(吸收)系數(shù),b為建設(shè)用地碳排放量。

建設(shè)用地的碳排放(b)通過其利用過程中能源消耗的碳排放系數(shù)間接估算[20], 世界能源需求的80%~85%來源于化石燃料, 80%~90%的碳排放來源于化石燃料能源消耗[21]。聯(lián)系研究區(qū)實(shí)際化石能源消耗情況, 建設(shè)用地碳排放估算模型可表達(dá)為:

式中:b為建設(shè)用地碳排放量,e為能源消耗總量,e為標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù),e為能源消耗碳排放系數(shù),c、p、n分別是煤品燃料、油品燃料和天然氣的碳排放系數(shù)。

各土地利用類型和能源的碳吸收(排放)系數(shù)根據(jù)已有研究聯(lián)系四川省實(shí)際取最具參考價(jià)值多方經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值(表2)。

圖1 四川省主體功能分區(qū)

表1 四川省土地分類系統(tǒng)

表2 不同土地利用及化石燃料的碳源(匯)碳排放(吸收)系數(shù)

1.3.2 碳排放強(qiáng)度與碳吸收補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算

碳排放強(qiáng)度即單位面積的碳排放, 表示土地利用的碳排放狀況[30]。碳吸收補(bǔ)償系數(shù)表示碳匯吸收能力, 能表達(dá)某區(qū)域碳補(bǔ)償率的大小[31]。計(jì)算方法如下:

式中: Ce為第種土地利用類型的碳排放強(qiáng)度, Ct為對應(yīng)土地利用類型的碳排放量,S為對應(yīng)土地利用類型的面積,D為區(qū)域碳吸收補(bǔ)償系數(shù), Cabs為對應(yīng)區(qū)域碳匯用地吸收量, Cemi為對應(yīng)區(qū)域碳源用地排放量。

1.3.3 碳排放的生態(tài)補(bǔ)償計(jì)算

碳排放生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的定量化主要依據(jù)碳匯價(jià)格[32]。常用的計(jì)算方法是造林成本法和碳稅率法。結(jié)合中國種植森林的實(shí)際情況, 取多種較準(zhǔn)確的中國造林成本法單位價(jià)格的平均值獲得較合理的碳匯價(jià)格, 即272.65元?t-1(C)[33], 以此為研究區(qū)碳排放生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的下限; 上限標(biāo)準(zhǔn)則采用國際常用的瑞典碳稅率150美元?t-1(C)[34], 以2015年的平均匯率換算, 即934.52元?t-1(C)。

2 結(jié)果與分析

2.1 四川省主體功能區(qū)土地利用變化

根據(jù)2005年和2015年四川省的土地利用/覆被數(shù)據(jù), 對5個(gè)主體功能區(qū)的6個(gè)一級地類面積進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì), 得到四川省各主體功能區(qū)土地利用情況(表3)。

表3 2005年和2015年四川省主體功能區(qū)土地利用

A為省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; B為國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; C為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)); D為省級層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)); E為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))。A: key development areas at provincial level; B: key development areas at the national level; C: restricted development areas at the national level (the main agricultural production areas); D: restricted development areas at the provincial level (key ecological function areas); E: restricted development areas at the national level (key ecological functional areas).

由表3可知, 兩個(gè)重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域研究期內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)相似, 表現(xiàn)為耕地占絕對優(yōu)勢, 達(dá)到各自主體功能區(qū)面積的50%以上, 其次是林地。這是由于它們囊括的89個(gè)縣級行政區(qū)主要分布在成都平原、川南和川東北。成都平原地形平坦開闊, 土壤肥沃, 農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá); 川南丘陵在保持原有林地的同時(shí)也發(fā)展梯田農(nóng)業(yè); 川東北臨秦巴山區(qū), 森林廣布。此外, 重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域在研究期內(nèi)建設(shè)用地面積的總量和增量均遠(yuǎn)大于其他主體功能區(qū), 國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域又大于省級層面。原因是重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域包括成都、綿陽、德陽、攀枝花等四川省大部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū), 自身城市化水平高, 再加上國家和四川省的重點(diǎn)開發(fā)支持; 且國家層面比省級層面開發(fā)支持力度大, 這一趨勢符合四川省主體功能區(qū)定位。

國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū))分布在四川省盆地邊緣和淺丘、河流流域的5大農(nóng)產(chǎn)區(qū), 研究期內(nèi)也表現(xiàn)為耕地占絕對優(yōu)勢、林地次之。省級和國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))林地、草地約占各自主體功能區(qū)面積的70%~80%, 為川西高原藏區(qū)和大小涼山彝區(qū), 多高原山區(qū), 是四川省和長江中下游地區(qū)的重要生態(tài)屏障, 因交通不便等導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)落后, 開發(fā)成本高, 貧困縣集中, 規(guī)劃定位為生態(tài)功能區(qū), 限制開發(fā), 保護(hù)生態(tài)。

綜上所述, 10年來, 在各主體功能區(qū)建設(shè)用地面積增加、耕地面積減少的大背景下, 重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域建設(shè)用地面積增量居于首位, 占用耕地、林地面積最多; 農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)耕地面積持有量保持力度最大, 基本持平; 重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)林地、草地總量增大, 且遠(yuǎn)大于其他主體功能區(qū)。由此可看, 四川省主體功能區(qū)規(guī)劃符合四川省各主體功能區(qū)土地利用情況, 10年來, 各主體功能區(qū)土地利用均按其功能定位優(yōu)化發(fā)展。其中, 重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)碳匯用地占比大, 其余均為碳源用地占比大。

2.2 四川省主體功能區(qū)的土地利用碳排放

2.2.1 四川省主體功能區(qū)的碳排放量

根據(jù)碳排放模型, 計(jì)算得到2005年和2015年四川省5個(gè)主體功能區(qū)的土地利用碳排放量(表4), 為綜合分析四川省各主體功能區(qū)的碳排放情況, 對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行空間表達(dá)(圖2)。

表4 2005年和2015年四川省主體功能區(qū)的土地利用碳排放

A為省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; B為國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; C為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)); D為省級層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)); E為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))。A: key development areas at provincial level; B: key development areas at the national level; C: restricted development areas at the national level (the main agricultural production areas); D: restricted development areas at the provincial level (key ecological function areas); E: restricted development areas at the national level (key ecological functional areas).

圖2 2005年和2015年四川省主體功能區(qū)碳排放格局

A為省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; B為國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; C為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)); D為省級層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)); E為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))。A: key development areas at provincial level; B: key development areas at the national level; C: restricted development areas at the national level (the main agricultural production areas); D: restricted development areas at the provincial level (key ecological function areas); E: restricted development areas at the national level (key ecological functional areas).

由表4可知, 各主體功能區(qū)均表現(xiàn)為建設(shè)用地是主要碳源, 其次是耕地; 林地的碳匯效應(yīng)最為顯著, 草地次之。10年來, 各主體功能區(qū)的總碳排放量大幅度增加, 這是由于碳源量的大幅度增加, 尤其是建設(shè)用地的碳排放量增加所致。表明城市化和工業(yè)化中能量消耗量的增加是引起四川省土地利用總碳排放增加的重要原因。

重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域碳源量、總碳排放量及其增量均居首位, 其中國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域總碳排放量大于但增量小于省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域, 國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū))次之。三者總的碳排放量高達(dá)全省的90%。但就空間格局來看, 碳源碳匯比例變化不明顯(圖2)。重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域在國家和四川省的支持下, 大力發(fā)展二、三產(chǎn)業(yè), 進(jìn)行城市化建設(shè), 發(fā)展經(jīng)濟(jì), 能耗量巨大, 作為主要碳源的建設(shè)用地占用具有碳匯效應(yīng)的林地、草地。省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域開發(fā)潛力更大, 10年來碳排放量增長尤甚。

重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)碳匯量最大, 達(dá)669.596×104t, 占四川省碳匯量的63%, 對抑制區(qū)域的總碳排放量有著重要作用。研究期內(nèi)碳源和碳匯比例發(fā)生了明顯變化, 碳匯所占比重減少20%~30%。國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))甚至從2005年的碳匯區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)?015年的碳源區(qū)。說明生態(tài)功能區(qū)在保持生態(tài)林地、草地的同時(shí)更加重視城鎮(zhèn)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 建設(shè)用地的碳排放增速快于林地、草地的碳吸收增速, 對生態(tài)功能區(qū)的主體功能定位不夠重視。由此可知, 建設(shè)用地在各主體功能區(qū)碳減排中具有重要意義, 故減排應(yīng)將重點(diǎn)放在保持林地, 降低建設(shè)用地的碳排放。

2.2.2 四川省及其主體功能區(qū)的碳排放強(qiáng)度

為反映四川省及其5個(gè)主體功能區(qū)土地利用碳排放能力的強(qiáng)弱, 引入碳排放強(qiáng)度指標(biāo)。土地利用的碳排放中建設(shè)用地是最主要的碳源, 單位面積建設(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)碳排放的水平和區(qū)域差距[35], 故此計(jì)算四川省及其5個(gè)主體功能區(qū)的建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度(表5)。

表5 2005年和2015年四川省及其主體功能區(qū)碳排放強(qiáng)度

A為省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; B為國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; C為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)); D為省級層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)); E為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))。A: key development areas at provincial level; B: key development areas at the national level; C: restricted development areas at the national level (the main agricultural production areas); D: restricted development areas at the provincial level (key ecological function areas); E: restricted development areas at the national level (key ecological functional areas).

由表5可知, 各主體功能區(qū)建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度遠(yuǎn)大于總碳排放強(qiáng)度, 但10年來, 各主體功能區(qū)總碳排放強(qiáng)度均增加, 建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度則有增有減。

國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域總碳排放強(qiáng)度最大, 達(dá)0.124 5萬t?km-2, 遠(yuǎn)高于四川省0.024 1萬t?km-2的平均水平, 分別是省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū))的2倍、4倍(表5)。但其建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度卻很小, 低于四川省平均水平, 僅高于國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))。這說明國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨于成熟, 處于城市轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級新階段, 區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展更為注重技術(shù)引進(jìn)和自主研發(fā), 積極創(chuàng)新以求建立低能耗、高效率、低排放的科學(xué)發(fā)展模式。

省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū))建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度有明顯減少, 而國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))明顯增加。在總碳排放量隨著經(jīng)濟(jì)增長、產(chǎn)業(yè)和城市發(fā)展、能源消耗而增加的大局勢下, 卻可以通過內(nèi)部產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級, 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì), 降低能耗和資源利用效率來提升碳排放水平, 控制建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度, 這也將拉大區(qū)域差距。

2.3 碳吸收補(bǔ)償系數(shù)與碳排放的生態(tài)補(bǔ)償測算

2.3.1 碳吸收補(bǔ)償系數(shù)

四川省主體功能區(qū)的碳排放有著巨大差異, 碳排放的外部性和PES邏輯基礎(chǔ)論證了建立補(bǔ)償機(jī)制的合理性。碳吸收補(bǔ)償系數(shù)表示某區(qū)域碳匯吸收能力和碳補(bǔ)償率的大小。根據(jù)2015年四川省5個(gè)主體功能區(qū)的碳匯和碳源量計(jì)算各主體功能區(qū)的碳吸收補(bǔ)償系數(shù), 并對其進(jìn)行空間表達(dá)(圖3)。

由圖3可知, 四川省碳吸收補(bǔ)償系數(shù)值大致呈現(xiàn)西高東低的特征, 生態(tài)發(fā)展區(qū)碳補(bǔ)償率高, 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)低。國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))碳吸收補(bǔ)償系數(shù)最高, 接近1%, 說明其林地、草地碳匯吸收高, 抵消碳源量大, 碳補(bǔ)償率高。省級層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))、國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū))、省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域依次遞減。重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域值最低, 這是由開發(fā)強(qiáng)度高、經(jīng)濟(jì)總量大、建設(shè)用地多所致。國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū))值大小則與耕地?cái)?shù)量與農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)有一定程度的關(guān)系。碳吸收補(bǔ)償系數(shù)高低值差距為四川省各主體功能區(qū)節(jié)能減排和平衡發(fā)展提供參考, 督促優(yōu)化單位GDP能耗、節(jié)能減排, 發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì); 也一定程度上反映了各區(qū)域生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償?shù)牧Χ取?/p>

圖3 2015年四川省主體功能區(qū)碳吸收補(bǔ)償系數(shù)(D)

A為省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; B為國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; C為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)); D為省級層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)); E為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))。A: key development areas at provincial level; B: key development areas at the national level; C: restricted development areas at the national level (the main agricultural production areas); D: restricted development areas at the provincial level (key ecological function areas); E: restricted development areas at the national level (key ecological functional areas).

2.3.2 碳排放的生態(tài)補(bǔ)償測算

生態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)行需要通過財(cái)政轉(zhuǎn)移支付的形式實(shí)現(xiàn), 各主體功能區(qū)目前沒有相關(guān)機(jī)構(gòu)有權(quán)執(zhí)行, 故根據(jù)2015年四川省21個(gè)市(州)的碳排放量和不同固碳價(jià)格估算四川省各市(州)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(區(qū)間表示), 并按市級行政區(qū)劃大部分面積所屬主體功能區(qū),同等條件下優(yōu)先考慮市級行政單位政府所在的主體功能區(qū)進(jìn)行歸類(表6)。

表6 2015年四川省各市(州)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間

A為省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; B為國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域; C為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)); D為省級層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)); E為國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))。21個(gè)市(州)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)均以開區(qū)間表示, 單位為108元, 正值為應(yīng)提供的生態(tài)補(bǔ)償, 負(fù)值為應(yīng)得到的生態(tài)補(bǔ)償。A: key development areas at provincial level; B: key development areas at the national level; C: restricted development areas at the national level (the main agricultural production areas); D: restricted development areas at the provincial level (key ecological function areas); E: restricted development areas at the national level (key ecological functional areas). The ecological compensation standards of 21 cities (states) are all expressed in the open interval, the unit is 108￥ RMB, the positive value is the ecological compensation that should be provided, and the negative value is the ecological compensation that should be obtained.

由表6可知, 2015年甘孜藏族自治州屬碳匯區(qū), 其他區(qū)域?qū)偬荚磪^(qū)。就碳排放角度而言, 碳源區(qū)應(yīng)對碳匯區(qū)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。成都市、樂山市、攀枝花市等碳源區(qū)應(yīng)向周圍碳匯區(qū)按生態(tài)補(bǔ)償范圍提供生態(tài)補(bǔ)償; 甘孜藏族自治州作為碳匯區(qū)應(yīng)接收的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)范圍是5.82億~20.56億元。區(qū)域碳排放與建設(shè)用地能耗量相關(guān)性大, 建設(shè)用地能耗量又關(guān)系到區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平, 故以單位GDP為參考要求區(qū)域執(zhí)行碳減排較合理, 如果不能完成減排目標(biāo), 則可通過資金補(bǔ)償對碳匯區(qū)執(zhí)行生態(tài)補(bǔ)償?？梢越⒁哉疄橹鲗?dǎo), 市場為導(dǎo)向, 第三方生態(tài)環(huán)境保護(hù)組織作監(jiān)督, 通過橫向財(cái)政轉(zhuǎn)移支付等手段實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

土地利用變化對碳排放量有重要影響, 通過對四川省5個(gè)主體功能區(qū)土地利用的碳排放和生態(tài)補(bǔ)償進(jìn)行分析, 得出以下結(jié)論:

1)研究期四川省各主體功能區(qū)土地利用實(shí)際與主體功能區(qū)規(guī)劃相符并均按其功能定位優(yōu)化發(fā)展。在各主體功能區(qū)建設(shè)用地面積增加、耕地面積減少的大背景下, 重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域建設(shè)用地面積的總量和增量均遠(yuǎn)大于其他主體功能區(qū); 農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)耕地面積持有量保持力度最大; 重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)林地、草地約占各自主體功能區(qū)面積的70%~80%。

2)城市化和工業(yè)化是引起四川省土地利用總碳排放量增加的重要原因。研究期內(nèi)各主體功能區(qū)均表現(xiàn)為建設(shè)用地是主要碳源, 林地是主要碳匯。10年來, 各主體功能區(qū)的總碳排放量大幅度增加。重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域碳源量、總碳排放量及其增量均居首位。重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)碳匯量最大, 占四川省碳匯量的63%, 但研究期內(nèi), 碳吸收的能力逐漸減弱。

3)各主體功能區(qū)建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度遠(yuǎn)大于總碳排放強(qiáng)度, 但10年來, 各主體功能區(qū)總碳排放強(qiáng)度均增加, 建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度則有增有減。國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域總碳排放強(qiáng)度最大, 建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度很小。省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū))建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度有明顯減少, 而國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))明顯增加。

4)生態(tài)發(fā)展區(qū)碳補(bǔ)償率高, 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)低。國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))碳吸收補(bǔ)償系數(shù)最高, 省級層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū))、國家層面限制開發(fā)區(qū)域(農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū))、省級層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域依次遞減。

5)碳源區(qū)應(yīng)對碳匯區(qū)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。成都市、樂山市、攀枝花市等碳源區(qū)應(yīng)向周圍碳匯區(qū)按生態(tài)補(bǔ)償范圍提供生態(tài)補(bǔ)償; 甘孜藏族自治州作為碳匯區(qū)應(yīng)接收的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)是5.82億~20.56億元, 可通過橫向財(cái)政轉(zhuǎn)移支付等手段實(shí)現(xiàn)。

3.2 討論

土地利用格局的變化影響著四大碳庫, 改變著區(qū)域固碳功能[36]。本文從LUCC切入, 以28個(gè)二級地類為數(shù)據(jù)源, 與較為常見的直接提取6個(gè)基本地類相比提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性。再根據(jù)研究區(qū)實(shí)際在現(xiàn)有土地利用分類的基礎(chǔ)上建立新的土地分類系統(tǒng),自下而上進(jìn)行歸總。并且充分考慮到縣級層面的地區(qū)差異性, 通過構(gòu)建碳排放模型先測算四川省183個(gè)縣(市、區(qū))土地利用的碳排放, 再從5個(gè)主體功能區(qū)視角進(jìn)行定量分析。因此, 從數(shù)據(jù)處理階段就極大程度上提升了研究結(jié)果的可信度。

此外, 本文突破了傳統(tǒng)的行政區(qū)界線, 選擇從區(qū)域特定的性質(zhì)定位出發(fā), 尊重自然規(guī)律, 響應(yīng)《四川省主體功能區(qū)規(guī)劃》, 劃分5個(gè)主體功能區(qū), 將規(guī)劃中各主體功能區(qū)定位及其生態(tài)熱點(diǎn)問題相結(jié)合, 在此基礎(chǔ)上建立生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn), 為促進(jìn)研究區(qū)的充分均衡發(fā)展提供參考。目前, 將土地利用碳排放與主體功能分區(qū)相結(jié)合的研究較為少見。文中還引入了碳吸收補(bǔ)償系數(shù)指標(biāo), 研究發(fā)現(xiàn)該指標(biāo)與生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)具有高度正相關(guān)性, 兩者呈現(xiàn)的結(jié)果與各主體功能區(qū)碳收支結(jié)論也相符, 這為以后碳補(bǔ)償研究提供了借鑒。研究顯示的各主體功能區(qū)的主要碳源、碳匯、總碳排放量趨勢與四川省經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和眾多研究結(jié)論一致。但值得注意的是, 碳排放強(qiáng)度指標(biāo)中, 各主體功能區(qū)總碳排放強(qiáng)度均增加, 建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度卻有增有減。特別是國家層面重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域, 總碳排放強(qiáng)度最大, 建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度卻僅高于國家層面限制開發(fā)區(qū)域(重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)), 可以看出資金和技術(shù)對提升區(qū)域第二、第三產(chǎn)業(yè)碳排放水平有重要作用, 進(jìn)而對區(qū)域節(jié)能減排具有重要意義。

但是, 在對土地利用碳排放的核算上, 各類碳排放系數(shù)的取值來源于對鄰近研究時(shí)限該區(qū)域研究成果的簡單修訂。今后應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和能源結(jié)構(gòu)等進(jìn)行修正, 從而更加精確地核算研究區(qū)域的碳收支情況。再者, 合理的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)在參考固碳價(jià)格的基礎(chǔ)上考慮到區(qū)域差異。

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Carbon emission and ecological compensation of main functional areas in Sichuan Provincebased on LUCC*

XU Jie, PAN Hongyi**, HUANG Pei

(Key Laboratory of Land Resources Evaluation and Monitoring in Southwest, Sichuan Normal University / College of Geography and Resources Science, Sichuan Normal University, Chengdu 610068, China)

Carbon emissions under land use/cover change (LUCC) reflect the disturbance degree of environment by human activities. Therefore, carbon budget and compensation research was of great significance to regional low-carbon economy and balanced development. Based on land use data for Sichuan Province in 2005 and 2015, this paper built a new local land use classification system and carbon emission model to quantitatively analyze carbon emission and carbon offset rate of land use in 183 counties in Sichuan Province. Taking into account regional differences at county level and breaking traditional administrative regional boundaries, the study based on the five main functional areas of Sichuan Province to measure ecological compensation standards with afforestation cost and carbon tax rate methods. The results showed that: 1) during the study period, land use in each main functional area in Sichuan Province was consistent with the main functional area planning and was optimized according to the functional orientation. Cultivated lands in the key development area had absolute advantage, while the total amount and increase in construction land area was the largest. Otherwise, cultivated land holding capacity in the main agricultural production area remained the strongest. Woodland and grassland accounted for 70%–80% in the key ecological function areas. 2) During the study period, total carbon emission in each main functional area increased significantly, and the construction land was the main carbon source, and forest land was the main carbon sink. Total carbon emissions and increments in the key development area ranked first, with carbon sinks in the key ecological functional area accounting for 63% of Sichuan Province, although the ability to absorb carbon gradually weakened. 3) Carbon emission intensity of construction land of each main functional area was much greater than total carbon emission intensity. Total carbon emission intensity of each main functional area increased during the investigated period, but carbon emission intensity of construction land showed increased or decreased. Total carbon emission intensity of the key development area at national level was largest, while that of construction land was smallest. 4) The rate of carbon compensation in the ecological development areas was high, with economic development area having the reverse trend. The compensation coefficient of carbon absorption was highest for the restricted development area at national level (key ecological function area). 5) Carbon source area provided ecological compensation for carbon sink area based on the scope of ecological compensation. Ecological compensation standard for Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture, which was a carbon sink area, was 5.82 billion to 20.56 billion Yuan. It indicated that carbon emission was correlated with functional location of each functional area. Ecological compensation standard generally decreased from Chengdu Plain to the surrounding areas, and ecological compensation standard of the restricted development areas were relatively low. On the basis of the ecological compensation standard for carbon emissions, a horizontal fiscal transfer payment policy was established as reference basis for energy conservation, emission reduction and balanced development of Sichuan Province.

Land use/cover change; Main functional area; Carbon emission; Carbon sources area; Carbon sink area; Carbon offset rate; Ecological compensation

, E-mail: panhongyi80@163.com

May 22, 2018;

Aug. 14, 2018

F301.24

A

2096-6237(2019)01-0142-11

10.13930/j.cnki.cjea.180493

徐婕, 潘洪義, 黃佩. 基于LUCC的四川省主體功能區(qū)碳排放與生態(tài)補(bǔ)償研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2019, 27(1): 142-152

XU J, PAN H Y, HUANG P. Carbon emission and ecological compensation of main functional areas in Sichuan Province based on LUCC[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(1): 142-152

* 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41371125)、四川省教育廳項(xiàng)目(16ZB0061)、四川省哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目(SC18B095)和教育部規(guī)劃基金項(xiàng)目(18XJA630005)資助

潘洪義, 主要從事土地利用與評價(jià)研究。E-mail: panhongyi80@163.com

徐婕, 主要從事土地利用與生態(tài)補(bǔ)償研究。E-mail: xxujie@foxmail.com

2018-05-22

2018-08-14

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (41371125), the Project of Department of Education of Sichuan Province (16ZB0061), Sichuan Philosophy and Social Science Planning Project (SC18B095) and the Planning Fund Project of Ministry of Education of China (18XJA630005).