中國省際土地利用碳排放及其影響因素分析

馮 杰，張 勝，王 濤

（1.西安交通大學(xué) 公共政策與管理學(xué)院，西安 710049；2.西安科技大學(xué) 測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，西安 710054）

0 引言

土地利用碳排放研究是一個綜合自然科學(xué)和社會科學(xué)的交叉學(xué)科問題，但由于各學(xué)科自身的研究偏好，使得當(dāng)前的碳排放研究綜合性不夠。如社會科學(xué)領(lǐng)域?qū)δ茉聪奶寂欧抨P(guān)注較多，研究也較為透徹，主要包括能源消耗碳排放現(xiàn)狀與過程分析[1,2]、影響因素分析[3,4]、人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)增長、城鎮(zhèn)化及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對能源消耗碳排放的影響[5,6]、能源消耗碳排放的空間異質(zhì)性及關(guān)聯(lián)性[7,8]等內(nèi)容。而自然科學(xué)領(lǐng)域也逐步向社會科學(xué)領(lǐng)域滲透，如從對中國陸地植被生態(tài)系統(tǒng)碳匯的關(guān)注[9]，向土地利用碳排放及其效應(yīng)轉(zhuǎn)變[10,11]。

綜合自然與社會因素的土地利用碳排放研究當(dāng)前關(guān)注較少，本文以中國各省1999—2015年土地利用、能源消耗、人口、經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析省際土地利用碳排放的變化過程，并通過STIRPAT模型對土地利用碳排放的影響因素進(jìn)行分析。

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究使用數(shù)據(jù)包括：（1）1999—2015年中國各省土地利用數(shù)據(jù)，包括耕地、園地、草地，來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》?！吨袊鴩临Y源統(tǒng)計(jì)年鑒》；林地?cái)?shù)據(jù)來源于中國林業(yè)數(shù)據(jù)庫（http://data.forestry.gov.cn/lysjk/），為第五次至第八次全國森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)。（2）1999—2015年各省人口、GDP及第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、全社會固定資產(chǎn)投資額數(shù)據(jù)，來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》和各省份統(tǒng)計(jì)年鑒。（3）1999—2015年中國及各省能源消耗總量數(shù)據(jù)，來源于《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》。

1.2 研究方法

1.2.1 碳排放計(jì)算方法

文中碳排放量計(jì)算方法包括直接碳排放計(jì)算和間接碳排放估算兩種，前者為土地利用（耕地、園地、林地、草地）的碳排放計(jì)算；后者主要為建設(shè)用地的碳排放估算，使用能源消耗碳排放替代計(jì)算。計(jì)算公式分別如下：

（1）土地利用碳排放計(jì)算

式中，Q為土地利用碳排放總量，t；qi為第i種土地利用的碳排放量，t；Ai為第i種土地利用的面積，hm2；αi為第i種土地利用的碳排放系數(shù)，t/hm2。根據(jù)文獻(xiàn)[12]-[14]，確定耕地、園地、林地和草地的碳排放系數(shù)分別取0.4970t/hm2、-0.7300t/hm2、-0.5810t/hm2和-0.0210t/hm2?？芍?，土地利用除耕地為碳排放外，園地、林地和草地均為碳吸收。

（2）能源消耗碳排放計(jì)算

式中，E為能源消耗碳排放量，即建設(shè)用地的碳排放量，t；ei為第 i種能源碳排放量，t；Ki為第i種能源消耗量，t；βi為第i種能源碳排放系數(shù)，tC/t標(biāo)準(zhǔn)煤。根據(jù)文獻(xiàn)[15]和文獻(xiàn)[16]，確定煤炭碳排放系數(shù)為0.7476tC/t標(biāo)準(zhǔn)煤，由于統(tǒng)計(jì)年鑒中能源消耗總量數(shù)據(jù)已經(jīng)由煤炭、石油、天然氣直接轉(zhuǎn)換為了標(biāo)準(zhǔn)煤，故計(jì)算過程中僅考慮煤炭碳排放系數(shù)即可。

1.2.2 影響因素分析方法

STIRPAT模型是分析碳排放影響因素的通用方法，其計(jì)算公式如下[17，18]：

式中，CC為碳排放量，×104t；P為人口數(shù)量，萬人；A、B和C為第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，×108元；D為全社會固定資產(chǎn)投資額，×108元；α、β、γ、δ、θ和μ為系數(shù)，ε為殘差。對公式（3）兩側(cè)取對數(shù)，得到：

將公式（4）中l(wèi)nCC作為因變量，lnP、lnA、lnB、lnC、lnD作為自變量，lnα和lnε分別作為常數(shù)項(xiàng)和殘差項(xiàng)，進(jìn)行多元線性逐步回歸分析。

2 結(jié)果分析

2.1 土地利用碳排放分析

基于公式（1）計(jì)算得到1999—2015年中國各省耕地、園地、林地和草地的碳排放量及土地利用碳排放總量及其平均值數(shù)據(jù)，并以1999—2015年土地利用的碳排放總量數(shù)據(jù)為因變量（y），年份為自變量（x），進(jìn)行線性趨勢分析[19]，結(jié)果見表1。

由表1可知，中國總體上，耕地的碳排放量較大，而林地的碳吸收量最大，園地、林地和草地的碳吸收量高于耕地的碳排放量，二者抵消，土地利用（建設(shè)用地除外）總體表現(xiàn)為碳吸收。線性變化趨勢分析表明，中國土地利用碳排放總量隨年份呈顯著線性減少趨勢，減少速率為114.19×104t/a（P＜0.001），即中國土地利用的碳排放量仍將以碳吸收為主，并且以每年吸收114.19×104tC的規(guī)模持續(xù)增加，反映出中國土地利用碳吸收能力持續(xù)提高，也表明土地利用的碳吸收，可以成為碳減排的一個重要內(nèi)容和工業(yè)碳減排的重要補(bǔ)充。

省際上，除海南、西藏、青海耕地的碳排放規(guī)模相對其園地、林地或草地規(guī)模較小外，其他省份耕地的碳排放量均較大，而林地是所有省份中碳吸收量最大的土地利用類型。總體上，除天津、上海、江蘇、安徽、山東、河南土地利用碳排放總量呈正值（碳排放）外，其他所有省份全部呈負(fù)值，即碳吸收。線性變化趨勢分析結(jié)果表明，碳排放總量呈正值的天津、上海、江蘇、安徽、山東和河南，其土地利用碳排放總量隨年份變化呈線性減少趨勢，除河南線性減少趨勢不顯著外，其他省份均表現(xiàn)為顯著，減少速率分別為0.27× 104t/a、0.85× 104t/a、5.88× 104t/a、1.79× 104t/a、1.02×104t/a、1.67×104t/a，表明以上6個省份土地利用碳排放總量將會呈持續(xù)下降趨勢。土地利用碳排放總量呈負(fù)值的省份中，內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、海南土地利用碳排放總量隨年份呈線性增加趨勢，其中遼寧、海南線性增加趨勢不顯著，其他省份表現(xiàn)顯著，增加速率分別為6.29× 104t/a、0.97× 104t/a、4.16× 104t/a、9.67× 104t/a、0.52×104t/a，這5個省份土地利用碳排放總量將呈持續(xù)增加過程，即土地利用碳吸收量將會持續(xù)下降。內(nèi)蒙古和東北地區(qū)是中國森林和草地的重要分布區(qū)域，1999—2015年該區(qū)域耕地出現(xiàn)大幅增加，而林地增加較小，園地和草地大幅度減少，最終導(dǎo)致該區(qū)域土地利用碳排放量增加（碳吸收量降低）。除土地利用碳排放量呈正值的省份和線性變化趨勢呈增加的省份外，其他省份土地利用碳排放總量隨年份均呈線性減少趨勢，即土地利用碳排放量仍將以一定的速率減少（碳吸收量增加）。

表1 中國各省土地利用碳排放量平均值及其變化趨勢

2.2 能源消耗碳排放分析

基于公式（2）計(jì)算得到中國各省能源消耗碳排放量，并以1999—2015年各省能源消耗碳排放量為因變量（y），年份為自變量（x）進(jìn)行線性趨勢分析，計(jì)算結(jié)果見表2。

由表2可知，總體上能源消耗碳排放量規(guī)模均較大。從全國來看，能源消耗碳排放量由1999年的10.46×108t增加至2015年的33.44×108t，增加近3倍。線性變化趨勢分析結(jié)果表明，未來全國能源消耗碳排放規(guī)模仍將持續(xù)增加，線性增加速率為1.66×108t/a（P＜0.001）。

省際上，能源消耗碳排放量居全國前5位的省份依次為山東、河北、廣東、江蘇、遼寧，在1999—2015年間能源消耗碳排放量分別增加4.18倍、3.14倍、3.46倍、3.70倍和2.31倍。居全國后5位的省份依次為江西、甘肅、寧夏、青海、海南（西藏?zé)o數(shù)據(jù)，不計(jì)入），在1999—2015年間能源消耗碳排放量分別增加3.94倍、2.55倍、6.67倍、4.43倍和4.67倍。對比發(fā)現(xiàn)，居前5位的省份主要分布在東部地區(qū)，而居后5位的省份主要分布在西部地區(qū)，并且前者在研究時段內(nèi)能源消耗碳排放的增速相對后者偏低，反映出東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份的能源消耗碳排放速度正在放緩，其碳排放變化曲線的拐點(diǎn)較后者可能提前達(dá)到。線性變化趨勢分析結(jié)果表明，所有省份未來一段時期內(nèi)能源消耗碳排放均呈持續(xù)增加趨勢，反映出短期內(nèi)通過技術(shù)進(jìn)步推動工業(yè)碳減排還存在較大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展慣性阻力。

表2 主要年份中國各省能源消耗碳排放量及其變化趨勢

2.3 凈土地利用碳排放量分析

綜合土地利用碳排放及能源消耗碳排放，得到1999—2015年中國各省凈土地利用碳排放量數(shù)據(jù)，結(jié)果見表3。

1999—2015年中國各省凈土地利用碳排放量為正值，均為凈碳排放（見表3），結(jié)合表1和表2可知，全國1999—2015年園地、林地和草地的碳吸收量能夠抵消耕地的碳排放量，并且有一定的剩余，平均約為1.25×108t，而同期能源消耗碳排放量平均值為22.81×108t，前者僅占后者的5.5%?？梢?，盡管研究時段內(nèi)中國土地利用碳吸收量在增加，但其規(guī)模遠(yuǎn)小于能源消耗碳排放量，所占比例較小，土地利用的碳吸收僅能夠作為碳減排的補(bǔ)充措施，其主導(dǎo)措施還應(yīng)從技術(shù)革新方面著手。但土地利用碳吸收具有一定的可操作性，并且見效相對較快，是當(dāng)前一段時間可具體實(shí)施的碳減排內(nèi)容。

表3 主要年份中國及各省凈土地利用碳排放量及其變化趨勢

中國總體上，凈土地利用碳排放量由1999年的9.32×108t增加至2015年的32.15×108t，增加3.45倍，并且呈顯著的線性增加趨勢，增加速率為1.65×108t/a（P＜0.001）。省際上，凈土地利用碳排放量居全國前5位省份分別為山東、河北、江蘇、廣東、河南，1999—2015年凈土地利用碳排放量分別增加4.12倍、3.14倍、3.62倍、3.64倍和3.09倍，居后5位的省份分別為甘肅、江西、寧夏、青海、海南（西藏?zé)o數(shù)據(jù)，不計(jì)入），其凈土地利用碳排放量分別增加2.68倍、5.20倍、6.42倍、7.82倍和6.18倍，并且所有省份凈土地利用碳排放量均呈顯著的線性增加趨勢（P＜0.001），表明未來一段時期內(nèi)凈土地利用碳排放量仍會持續(xù)增加，這對于要快速達(dá)到碳排放量拐點(diǎn)是一個很大的阻力。

2.4 碳排放強(qiáng)度分析

碳排放強(qiáng)度包括兩種，分別是單位GDP碳排放強(qiáng)度和人均碳排放強(qiáng)度，將1999—2015年中國各省GDP、人口數(shù)據(jù)與凈土地利用碳排放量數(shù)據(jù)相除，獲取1999—2015年單位GDP和人均碳排強(qiáng)度數(shù)據(jù)，結(jié)果見表4。

表4 中國各省碳排放強(qiáng)度及其變化趨勢

由表4可知，中國平均單位GDP碳排放強(qiáng)度為808.97kg/萬元，并且1999—2015年呈顯著的線性減少趨勢，減少速率為每年38.48kg/萬元（P＜0.001），反映出隨著經(jīng)濟(jì)的不斷增長，單位GDP碳排放量呈持續(xù)的減少過程，未來一段時期仍會保持減少態(tài)勢。省際上，單位GDP碳排放強(qiáng)度居全國前5位的省份依次為寧夏、山西、貴州、新疆、甘肅，多為西部省份，經(jīng)濟(jì)水平相對差，但能源消耗量相對較大，故其單位GDP碳排放量相對較高；居全國后5位的省份依次為江西、北京、福建、廣東、海南，多為東部省份，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較高，反映出東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份，盡管碳排放量較高，但能夠通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等措施，在提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的同時降低碳排放量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展而碳排放降低之目的，而西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)省份，目前還處于彌補(bǔ)經(jīng)濟(jì)發(fā)展差距時期，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、碳減排的動力不足，單位GDP碳排放量較高。

中國平均人均碳排放強(qiáng)度為1619.48kg/人，并且1999—2015年呈顯著的增加趨勢，線性增加速率為每年116.74kg/人（P＜0.001），表明全國人均碳排放水平在升高，在未來一段時期內(nèi)仍將會呈持續(xù)增加趨勢，反映出隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人民收入增加，對各種物質(zhì)的需求增加，促進(jìn)了人均碳排放水平的升高。這也為碳減排實(shí)施提供了另外一種途徑，即增加碳減排宣傳，提高人民碳減排意識，形成碳減排人人參與、從自身做起的局面。省際上，人均碳排放強(qiáng)度居全國前5位的省份依次為寧夏、上海、天津、山西、遼寧，居后5位的省份依次為安徽、云南、海南、廣西、江西，無論居前還是居后，多為中、西部省份，反映我國各省份之間的人均碳排放強(qiáng)度還未形成規(guī)律性，既有人均收入較高、碳排放水平較高的省份（如上海），也有經(jīng)濟(jì)發(fā)展依賴能源投入、人均收入較低的省份（如寧夏），所以對于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，從個人著手，大力宣傳碳減排，而對于中西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)省份，應(yīng)著力解決其產(chǎn)業(yè)升級、技術(shù)進(jìn)步問題。

2.5 影響因素分析

根據(jù)公式（4）先將收集的1999—2015年人口，第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，全社會固定資產(chǎn)投資額，及計(jì)算得到的凈土地利用碳排放量求取自然對數(shù)，而后進(jìn)行多元線性逐步回歸分析，結(jié)果見下頁表5。

由表5可知，中國層面土地利用碳排放主要與第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)有關(guān)（P＜0.001），與第一產(chǎn)業(yè)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（系數(shù)為負(fù)值），而與第二產(chǎn)業(yè)呈正相關(guān)關(guān)系（系數(shù)為正值），主要是因?yàn)榈谝划a(chǎn)業(yè)為農(nóng)業(yè)，包括農(nóng)林牧副漁等產(chǎn)業(yè)，由上文表1也可知，全國耕地、園地、林地和草地的碳排放量總體呈負(fù)值，為碳吸收狀態(tài)，故第一產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，會引起碳排放量的降低，而第二產(chǎn)業(yè)主要為工業(yè)，是能源消耗碳排放核心，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的升高，會進(jìn)一步促進(jìn)碳排放量的增加。

省際上，與人口數(shù)量相關(guān)關(guān)系顯著（P＜0.05）的省份有7個，分別是內(nèi)蒙古、吉林、福建、云南、寧夏、黑龍江、湖南，其中前5個省份碳排放量與人口數(shù)量呈正相關(guān)，而后2個省份呈負(fù)相關(guān)。與第一產(chǎn)業(yè)相關(guān)關(guān)系顯著（P＜0.05）的省份有7個，分別是吉林、浙江、山東、湖南、廣東、陜西、寧夏，其中僅有吉林碳排放量與第一產(chǎn)業(yè)呈正相關(guān)，其他省份均呈負(fù)相關(guān)。與第二產(chǎn)業(yè)相關(guān)關(guān)系顯著（P＜0.05）的省份有20個，不相關(guān)的省份分別是北京、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、福建、江西、重慶、貴州、云南、新疆，并且相關(guān)關(guān)系主要為正相關(guān)。與第三產(chǎn)業(yè)相關(guān)關(guān)系顯著（P＜0.05）的省份有8個，分別是吉林、江蘇、河南、廣東、四川、浙江、貴州、甘肅，其中前5個省份均呈負(fù)相關(guān)，而后3個省份呈正相關(guān)。與全社會固定資產(chǎn)投資額相關(guān)關(guān)系顯著（P＜0.05）的省份有11個，除河北、湖北呈負(fù)相關(guān)外，其他9個省份均呈正相關(guān)。

3 結(jié)論

本文基于1999—2015年中國及各省土地利用、能源消耗、人口、經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)，利用土地利用和能源消耗碳排放計(jì)算方法、STIRPAT模型，分析土地利用碳排放及其影響因素，結(jié)果表明：

表5 多元線性逐步回歸分析結(jié)果

（1）中國土地利用（耕地、園地、林地和草地）總體以碳吸收為主，并以 114.19×104t/a（P＜0.001）的線性速率增加。省際尺度上，天津、上海、江蘇、安徽、山東、河南以土地利用的碳排放為主，呈線性減少趨勢，表明這些省份土地利用的碳排放總量將會持續(xù)下降，而內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、海南土地利用的碳排放以碳吸收為主，但碳吸收量隨年份表現(xiàn)出了下降趨勢，需要引起重視。

（2）1999—2015年各省能源消耗碳排放量增加規(guī)模較大，并且呈顯著的線性增加趨勢（P＜0.001），反映出未來一段時期內(nèi)所有省份能源消耗碳排放均呈持續(xù)增加趨勢，表明短期內(nèi)通過技術(shù)進(jìn)步推動工業(yè)碳減排還存在較大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展慣性阻力。

（3）能源消耗碳排放量是中國和各省土地利用碳排放的主體，土地利用的碳吸收量僅占其5.5%左右。省際間凈土地利用碳排放量存在嚴(yán)重的不均衡現(xiàn)象，東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份凈土地利用碳排放量較高，但增速放緩，而西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)省份凈土地利用碳排放量較低，但增速較快。

（4）中國單位GDP碳排放強(qiáng)度在持續(xù)降低，而人均碳排放強(qiáng)度在持續(xù)升高，提升中西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及推進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的使用，有利于該區(qū)域單位GDP碳排放強(qiáng)度的增高，而提升東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份人民低碳發(fā)展意識，更有利于人均碳排放強(qiáng)度的降低。

（5）影響中國及各省土地利用碳排放的因素主要為第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，其他依次為全社會固定資產(chǎn)投資額、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、人口數(shù)量和第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值。

研究結(jié)果反映出依賴于技術(shù)進(jìn)步推動的工業(yè)碳排放降低是最為主要的碳減排選擇路徑，也只有通過第二產(chǎn)業(yè)的能源消耗碳減排才能夠最根本的解決碳排放問題[20]。而增加園地、林地、草地等土地利用碳吸收，是工業(yè)碳減排的補(bǔ)充和輔助選項(xiàng)，其對碳減排總體的貢獻(xiàn)相對較小，但由于其具有易操作、方便快速的特點(diǎn)，是在技術(shù)突破受限時能夠起到碳減排緩沖作用的有效選擇路徑。