城市土地利用碳減排潛力研究——以武漢市為例

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院,湖北 武漢 430070)

1 引言

20世紀(jì)80年代以來(lái),全球氣候變化問(wèn)題得到了廣泛關(guān)注。碳排放是導(dǎo)致全球變暖的重要因素,而城市及其周邊地區(qū)又是碳排放產(chǎn)生的最主要區(qū)域[1,2]。土地利用方式變化引起的碳排放占人類活動(dòng)引起碳排放總量的1/3[3],是僅次于化石能源燃燒的第二大排放源[4],低碳城市、低碳經(jīng)濟(jì)、低碳交通等詞語(yǔ)漸漸走進(jìn)廣大群眾的日常生活,實(shí)現(xiàn)碳減排已經(jīng)成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者多從土地利用碳排放測(cè)算機(jī)理及其影響因素[5,6]、土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的關(guān)系[7-9]、土地利用變化對(duì)碳排放的影響[10]、碳排放與土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化[11]等方面進(jìn)行研究?，F(xiàn)有研究表明,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)土地利用碳排放的增加具有顯著影響[12,13],調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)則有助于減少土地利用碳排放[14-17]。即在結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)上,土地利用具有較大的減碳空間。但現(xiàn)有的大多數(shù)研究多集中在國(guó)家和省級(jí)層面,對(duì)城市層面的土地利用碳減排潛力研究較少。實(shí)際上,由于國(guó)家和省級(jí)的范圍較大,且同一國(guó)家或同一省份內(nèi)的不同地區(qū)差別較大,學(xué)者們很難對(duì)這一較大范圍提出較有針對(duì)性的碳減排對(duì)策。另一方面,現(xiàn)有研究對(duì)城市各產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各類用地上能源利用結(jié)構(gòu)的關(guān)注不足,各類結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)土地利用碳減排的貢獻(xiàn)力大小尚無(wú)統(tǒng)一定論?；诖?本文以武漢市為例,通過(guò)測(cè)算武漢市近20年的土地利用碳排放量,預(yù)測(cè)其未來(lái)5年凈碳排放量和碳排放強(qiáng)度,分析碳減排壓力,并基于橫向比較,調(diào)整武漢市在土地利用過(guò)程中的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、各類用地上能源利用結(jié)構(gòu)和交通出行結(jié)構(gòu),探討武漢市碳減排潛力,提出可行的低碳優(yōu)化策略。

2 研究對(duì)象、方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究區(qū)域概況

1996—2015年,武漢市的地區(qū)生產(chǎn)總值從1996年的782.13億元增加到2005年的10905.6億元,年均增長(zhǎng)率為14.88%。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大背景下,武漢市建設(shè)用地規(guī)模不斷擴(kuò)大,而耕地面積則從1996年的22.485萬(wàn)hm2下降到2015年的19.835萬(wàn)hm2,土地可持續(xù)發(fā)展的壓力越來(lái)越大。土地作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)和城市發(fā)展的載體,在其利用過(guò)程中具有較大的碳減排潛力。為了實(shí)現(xiàn)“十三五”時(shí)期的碳減排目標(biāo),即2020年武漢市碳排放強(qiáng)度比2015年應(yīng)累計(jì)降低19.5%[18],需要深入挖掘武漢市土地利用中的碳減排潛力,進(jìn)一步推進(jìn)低碳試點(diǎn)建設(shè),實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)。

2.2 研究方法

土地利用碳匯量測(cè)算:不同作物在不同的生長(zhǎng)發(fā)育期能吸收不同數(shù)量的碳,根據(jù)耕地種植的農(nóng)作物數(shù)量、經(jīng)濟(jì)系數(shù)和碳吸收率可計(jì)算耕地的碳匯量,計(jì)算公式為:

(1)

式中,Ct為耕地碳匯量;Cdi為第i種作物全生育期的碳匯量;Cfi為第i種作物合成單位有機(jī)質(zhì)所需要吸收的碳(即作物碳吸收率);Dwi為第i種作物生物產(chǎn)量;Ywi為第i種作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量;Hi為第i種作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)(表1)[19]。

表1 作物碳吸收率(C)和經(jīng)濟(jì)系數(shù)(H)

園地、林地、草地、濕地、水域和未利用地在長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的碳排放強(qiáng)度變化不大,本文采用碳排放系數(shù)法對(duì)其碳匯量進(jìn)行計(jì)算,公式為:

Ci=Si×Vi

(2)

式中,Ci為第i種土地類型的碳匯量;Si為第i種土地類型的面積;Vi為第i種土地類型的碳吸收率,i=1、2、3、4、5、6,分別表示園地、林地、草地、濕地、水域和未利用地,碳吸收率分別為0.21、0.644、0.021、0.41、0.218、0.005[20-22]。

城市綠地碳匯量計(jì)算公式為:

Cs=As×fs

(3)

式中,Cs為城市綠地的碳匯總量;As為城市綠地面積;fs為城市綠地的碳吸收率。由于城市綠地大多數(shù)為林草兼種,但具體的種植比例難以確定,因此城市綠地的碳吸收率應(yīng)介于林地與草地之間,取兩者平均值0.3325作為城市綠地的碳吸收率。

建設(shè)用地碳源量測(cè)算:建設(shè)用地按用途可細(xì)分為居住用地、公共及商服用地、工業(yè)用地和交通用地,具體的碳源包含了化石能源消耗、電力消耗、廢棄物排放和人口呼吸,以及工業(yè)生產(chǎn)和交通出行過(guò)程中產(chǎn)生的碳源。建設(shè)用地碳源量計(jì)算公式為:

Ccon=Cfue+Cele+Cpro+Ctra+Crub+Cpeo

(4)

式中,Ccon為建設(shè)用地總碳源量;Cfue為化石能源消耗碳源量(不包括交通出行的化石能源消耗);Cele為電力消耗碳源量(不包括交通出行的電力消耗);Cpro為工業(yè)生產(chǎn)碳源量;Ctra為交通出行碳源量;Crub為廢棄物排放碳源量;Cpeo為人口呼吸碳源量。

根據(jù)2006年的IPCC計(jì)算方法,化石能源消耗碳源量計(jì)算公式為:

(5)

式中,Qfue-i為第i種化石能源消費(fèi)量(折標(biāo)煤,不包括交通出行的化石能源消耗);ffue-i為第i種化石能源的碳排放系數(shù)。

電力消耗碳源量計(jì)算公式為:

Cele=Qele×fele×?

(6)

式中,Qele為歷年武漢市電力消費(fèi)總量(不包括交通出的行電力消耗);fele為歷年火電碳排放系數(shù),取自歷年我國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子中華中地區(qū)的碳排放系數(shù);?為歷年武漢市電力消耗中的火電比例工業(yè)生產(chǎn)碳源量是指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)所排放的碳,計(jì)算公式為:

(7)

式中,Qpro-i為第i種工業(yè)產(chǎn)品的年產(chǎn)量;fpro-i為生產(chǎn)第i種工業(yè)產(chǎn)品的碳排放系數(shù)[23]。

交通出行碳源量計(jì)算公式為:

(8)

式中,Ctra-k表示第k種交通工具所排放的碳,k=1、2、3、4,分別表示出租車、公交車、城市內(nèi)部民用車和地鐵。

(9)

式中,Ctra-1為出租車出行碳源量;Ntra-1為出租車保有量;Gtra-1為出租車平均100km能耗;Ltra-1為出租車平均年行駛里程;D1為汽油密度(0.740t/1000L);f為默認(rèn)的CO2排放因子(來(lái)源于世界資源研究所,能源消耗引起的溫室氣體排放計(jì)算工具指南2.0版)。

(10)

式中,Ctra-2為公交車出行的碳源量;Qfue-2i為公交車出行第i種化石能源消費(fèi)量(折標(biāo)煤);ffue-i為第i種化石能源的碳排放系數(shù);Qele-2為公交車出行中所消耗的電量;fele和?釋義同上。

(11)

式中,Ctra-3為城市內(nèi)部民用車出行碳排放量;Ntra-3n為城市內(nèi)部民用車出行中第n種交通工具保有量;Gtra-3n為城市內(nèi)部民用車出行中第n種交通工具平均100km能耗量;Ltra-3n為城市內(nèi)部民用車出行中第n種交通工具平均年行駛里程;D為耗燃油密度(汽油密度為0.740t/1000L,柴油密度為0.839t/1000L)[24]；f釋義同上。

地鐵碳源量計(jì)算公式為:

Ctra-4=NMTR×GMTR×LMTR×fele×?

(12)

式中,Ctra-4為地鐵碳源量;NMTR為每年武漢市地鐵總運(yùn)營(yíng)列次;GMTR為每列次100km耗電量;LMTR為每車次年均運(yùn)行里程;fele和?釋義同上。

人口呼吸碳源量按每人每天排出0.9kg CO2，即按0.2455kg碳進(jìn)行計(jì)算。廢棄物排放碳源量包括垃圾焚燒碳源量、垃圾填埋碳源量和廢水排放碳源量。其中,垃圾焚燒碳源量=垃圾焚燒量×0.99945×45%×12/44,垃圾填埋碳源量=垃圾填埋量×0.167×28.5%×12/16[25],廢水碳源量=廢水化學(xué)需氧量×0.25×12/16[26]。

農(nóng)用地碳源量測(cè)算:農(nóng)用地碳源量包括耕地碳源量和其他農(nóng)用地碳源量。耕地碳源量包括農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜等農(nóng)用物質(zhì)所產(chǎn)生的碳源和土地翻耕過(guò)程中產(chǎn)生的碳源;其他農(nóng)用地碳源量包括畜禽呼吸和排泄、農(nóng)用設(shè)施運(yùn)作、人類對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理過(guò)程中產(chǎn)生的碳源。

土地利用凈碳排放量測(cè)算:根據(jù)土地利用碳源量和碳匯量測(cè)算結(jié)果,得出土地利用凈碳排放量。土地利用凈碳排放量為土地利用碳源量與土地利用碳匯量之差。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

為了確保研究數(shù)據(jù)前后的一致性和準(zhǔn)確度,本文將1996—2015年作為研究的時(shí)間范圍;所用的土地?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于武漢市歷年的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù),并統(tǒng)一歸類，其他數(shù)據(jù)來(lái)源于相關(guān)年份的《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》、《武漢統(tǒng)計(jì)年鑒》、《湖北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《武漢市環(huán)境狀況公報(bào)》、《武漢市固體廢物污染防治公報(bào)》、《北京統(tǒng)計(jì)年鑒》、《上海統(tǒng)計(jì)年鑒》、《廣州統(tǒng)計(jì)年鑒》、《杭州統(tǒng)計(jì)年鑒》。

3 武漢市土地利用碳排放測(cè)算結(jié)果與分析

3.1 武漢市土地利用碳排放測(cè)算結(jié)果

根據(jù)土地利用的碳源量和碳匯量計(jì)算公式,計(jì)算出1996—2015年武漢市土地利用碳源/匯量和凈碳排放量,見表2、圖1。從表2和圖1可見,1996—2015年武漢市土地利用的凈碳排放量不斷上升,從1996年的1189.80萬(wàn)t增加到2015年的3389.67萬(wàn)t,年均增長(zhǎng)率為5.66%。武漢市土地利用凈碳排放量與土地利用碳源總量的變化趨勢(shì)基本一致,而土地利用碳匯總量則基本保持穩(wěn)定。這從側(cè)面說(shuō)明,要想達(dá)到武漢市土地利用凈碳排放量減少這一目標(biāo),今后的工作重心仍在碳源的控制上,并不斷增加碳匯,有效減少凈碳排放量。

表2 1996—2015年武漢市土地利用碳排放量(萬(wàn)t)

圖1 1996—2015年武漢市土地利用碳排放量

3.2 武漢市土地利用碳減排壓力分析

碳排放強(qiáng)度是指土地利用凈碳排放量與地區(qū)生產(chǎn)總值的比值[28]。以武漢市近20年的碳排放趨勢(shì)為基準(zhǔn)情景,以武漢市1996—2015年土地利用凈碳排放量為原始數(shù)列,利用GM(1,1)模型預(yù)測(cè)武漢市2016—2020年在沒(méi)有重大調(diào)整和突發(fā)情況下的土地利用凈碳排放量,結(jié)果見式(13)。式(13)的均方差比C=0.2656、小概率誤差P=1,說(shuō)明該模型的預(yù)測(cè)精度等級(jí)好,可用來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)武漢市土地利用凈碳排放量。由預(yù)測(cè)結(jié)果可得,武漢市2016—2020年土地利用凈碳排放量分別為3877.80萬(wàn)t、4097.46萬(wàn)t、4329.55萬(wàn)t、4575.80萬(wàn)t、4833.93萬(wàn)t。

x(1)(t+1)=29956.791820exp(0.055098t)-28584.721820

(13)

“十三五”時(shí)期武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值年均增速取8%,即中高速增長(zhǎng),計(jì)算得出2016—2020年武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值,同時(shí)根據(jù)碳排放預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算武漢市2016—2020年的碳排放強(qiáng)度。結(jié)果顯示,2016—2020年武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值由11778.05億元增加到16023.9億元,而碳排放強(qiáng)度將由0.32924t/萬(wàn)元下降到0.30167t/萬(wàn)元。作為低碳試點(diǎn)城市,武漢市在碳減排任務(wù)中承擔(dān)著重大責(zé)任。根據(jù)我國(guó)政府發(fā)布的《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》,“十三五”期間武漢市碳強(qiáng)度應(yīng)累計(jì)下降19.5%。因此,在低碳情景下,2016—2020年武漢市碳排放強(qiáng)度分別應(yīng)為0.2987t/萬(wàn)元、0.2866t/萬(wàn)元、0.2745t/萬(wàn)元、0.2623t/萬(wàn)元、0.2502t/萬(wàn)元。結(jié)合武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值的預(yù)測(cè)結(jié)果,計(jì)算出低碳情景下2016—2020年土地利用凈碳排放量分別為3518.07萬(wàn)t、3645.32萬(wàn)t、3770.42萬(wàn)t、3892.20萬(wàn)t、4009.33萬(wàn)t。

圖2不同情景下武漢市土地利用凈碳排放量及碳排放強(qiáng)度

從圖2可見,為實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo),2016—2020年武漢市碳減排量分別為359.73萬(wàn)t、452.14萬(wàn)t、559.13萬(wàn)t、683.60萬(wàn)t、824.60萬(wàn)t,碳減排壓力指數(shù)(基準(zhǔn)情景碳排放強(qiáng)度與低碳情景碳排放強(qiáng)度的比值)分別為1.10、1.12、1.15、1.18、1.21,均大于1,說(shuō)明武漢市目前碳減排壓力巨大。武漢市有必要加大碳減排力度,走低碳發(fā)展之路,因此在土地利用過(guò)程中如何有效實(shí)現(xiàn)碳減排則需要進(jìn)一步探索。

4 武漢市土地利用過(guò)程的碳減排潛力分析

鑒于武漢市對(duì)2020年國(guó)家溫室氣體減排計(jì)劃承諾面臨的壓力較大,需要對(duì)土地利用過(guò)程中可能存在的實(shí)現(xiàn)減碳潛力進(jìn)行分析。本文將武漢市與國(guó)內(nèi)文化、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)和生態(tài)發(fā)展領(lǐng)先的4座城市進(jìn)行橫向比較,通過(guò)比較2015年武漢市與北京市、上海市、廣州市、杭州市4座城市在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源利用結(jié)構(gòu)、交通出行結(jié)構(gòu)上的差別,并基于上述3個(gè)方面的結(jié)構(gòu)調(diào)整,分析武漢市在土地利用過(guò)程中所具有的碳減排潛力,由此提出實(shí)現(xiàn)碳減排的可行方向。

4.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

產(chǎn)業(yè)間結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力:2015年,武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到10905.6億元,第一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重分別為3.3%、45.7%和51%,與1996年的9.2%、46.8%、44%相比,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整初具成效。將武漢市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與北京市、上海市、廣州市、杭州市4座城市進(jìn)行對(duì)比分析(圖3),武漢市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步升級(jí),主要體現(xiàn)在第二產(chǎn)業(yè)比重偏高,第三產(chǎn)業(yè)比重低于其他城市,尤其是與北京市相比(79.7%)。

圖3 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)城市比較

根據(jù)測(cè)算結(jié)果,匯總出各產(chǎn)業(yè)的土地利用凈碳排放，將農(nóng)用地碳排放定義為第一產(chǎn)業(yè)碳排放,工業(yè)用地碳排放定義為第二產(chǎn)業(yè)碳排放,交通用地碳排放和公共及商服用地碳排放之和定義為第三產(chǎn)業(yè)碳排放。2015年武漢市第一、二、三產(chǎn)業(yè)土地利用的凈碳排放量分別為-156.69萬(wàn)t、2892.81萬(wàn)t、395.78萬(wàn)t,碳排放主要集中在第二產(chǎn)業(yè)。在保持武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值、各產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)出碳排放不變的情況下,現(xiàn)設(shè)定為武漢市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市水平,碳減排潛力見表3[29]。

表3 產(chǎn)業(yè)間結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

表3表明,通過(guò)實(shí)施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,武漢市尚有較大的碳減排潛力。如果把武漢市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京市、上海市、廣州市和杭州市的水平,可分別減排41.34%、19.53%、21.32%和11.35%。因此,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)用地結(jié)構(gòu),即逐步降低第二產(chǎn)業(yè)用地比重并提高第三產(chǎn)業(yè)用地比重,將是武漢市土地利用碳減排的有效途徑之一,同時(shí)還應(yīng)保有一定的碳匯,發(fā)揮武漢市大江大湖山水園林城市的作用。

第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力:依據(jù)我國(guó)三大產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)計(jì),按照第三產(chǎn)業(yè)技術(shù)和人員從業(yè)特點(diǎn),一般可將其分為傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)(交通運(yùn)輸業(yè)、批發(fā)零售業(yè)、住宿餐飲業(yè))和技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)(金融業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)等)兩大類(國(guó)家黨政機(jī)構(gòu)與國(guó)內(nèi)公共服務(wù)不計(jì)入第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和國(guó)民生產(chǎn)總值)。受數(shù)據(jù)可得性等因素影響,本文的第三產(chǎn)業(yè)僅包括交通運(yùn)輸業(yè)、批發(fā)零售業(yè)、住宿餐飲業(yè)、金融業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)。2015年,武漢交通運(yùn)輸業(yè)、批發(fā)零售業(yè)、住宿餐飲業(yè)、金融業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)增加值分別為455.28億元、994.05億元、349.13億元、837.49億元和641.47億元,傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)占比達(dá)到54.87%,而技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)則占45.13%,還有較大的提升空間。由圖4可知,武漢和廣州傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)比重均在50%以上,而北京、上海和杭州傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)比重則低于50%?？紤]到傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)的高能耗屬性,降低傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)的比重將降低該產(chǎn)業(yè)的碳排放。此外,武漢和廣州交通運(yùn)輸業(yè)比重較高,交通運(yùn)輸中能源消耗量的增加不利于碳減排。

圖4 第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)城市比較

根據(jù)測(cè)算結(jié)果,交通運(yùn)輸業(yè)碳排放主要?dú)w為交通用地碳排放,批發(fā)零售業(yè)和住宿餐飲業(yè)碳排放包括液化石油氣、天然氣和電力使用時(shí)所產(chǎn)生的碳排放,金融業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)碳排放包括電力使用所產(chǎn)生的碳排放。測(cè)算結(jié)果表明,武漢市2015年傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)碳排放為329.91萬(wàn)t,技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)碳排放為28.74萬(wàn)t。在保持武漢第三產(chǎn)業(yè)總值、傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)出碳排放、技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)出碳排放不變的情況下,現(xiàn)設(shè)定為武漢第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市水平,得出第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力見表4。由表4可知,當(dāng)武漢第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海和杭州的水平時(shí),可分別減排20.74%、10.86%和14.55%;而調(diào)整到廣州的水平時(shí),則未能達(dá)到減排效果,原因是廣州交通運(yùn)輸業(yè)和批發(fā)零售業(yè)所占比重較大。因此,在未來(lái)第三產(chǎn)業(yè)的土地利用碳減排中,應(yīng)考慮逐步降低傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)的用地比重,提高技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)的用地比重,鼓勵(lì)發(fā)展現(xiàn)代新型服務(wù)業(yè)。

表4 第三產(chǎn)業(yè)內(nèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

4.2 能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

近年來(lái),我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快,能源消耗量持續(xù)增加,而能源消耗過(guò)程中不斷產(chǎn)生的碳排放成為城市土地利用碳排放的重要組成部分。2015年,武漢能源消耗碳排放共2525.04萬(wàn)t(不包含交通用地的能源消耗碳排放),占總碳排放量的70%以上,其中工業(yè)用地的能源消耗碳排放2219.15萬(wàn)t、居住用地的能源消耗碳排放125.48萬(wàn)t、公共及商服用地的能源消耗碳排放180.41萬(wàn)t。根據(jù)不同的土地利用類型來(lái)調(diào)整能源利用結(jié)構(gòu),可有效推動(dòng)土地利用碳減排。

圖5 工業(yè)用地上能源利用結(jié)構(gòu)城市比較

工業(yè)用地的能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力:2015年,武漢工業(yè)用地的能源消耗共為3531.45萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中電力消耗占17.04%、煤炭消耗占48.86%、原油消耗占31.19%、熱力消耗占2.91%。從圖5可見,武漢和上海工業(yè)用地的電力消耗占比在25%以下,北京、廣州、杭州的電力消耗占比則高于25%;北京工業(yè)用地的煤炭消耗僅占8.23%,而其他城市煤炭消耗均占40%以上;武漢、北京、上海工業(yè)用地的原油消耗占比為23%,而廣州和杭州原油消耗則低于3%;武漢、北京、上海、廣州、杭州工業(yè)用地的熱力消耗占比均低于15%。

2015年武漢工業(yè)用地上能源消耗碳排放達(dá)2219.15萬(wàn)t,其中電力碳排放275.55萬(wàn)t、煤炭碳排放1278.31萬(wàn)t、原油碳排放638.61萬(wàn)t、熱力碳排放26.68萬(wàn)t,碳排放主要來(lái)自于煤炭消費(fèi)。在保持武漢工業(yè)用地上能源消耗總量不變的情況下,若設(shè)定武漢工業(yè)用地能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市水平,其碳減排潛力見表5。從表5可見,當(dāng)武漢工業(yè)用地的能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京和杭州的水平時(shí),可分別減排19.5%和11.36%;而調(diào)整到上海和廣州的水平時(shí),可分別減排2.81%和4.76%。出現(xiàn)上述結(jié)果的原因是，北京和杭州高碳排放能源(煤炭和原油)占比較低,因此可在較大程度上減少碳排放。此外,上海工業(yè)用地的能源利用結(jié)構(gòu)與武漢相似,因此調(diào)整到上海水平時(shí)對(duì)碳排放的影響相對(duì)較弱;而廣州雖然煤炭消耗量高達(dá)50%以上,但電力消耗量高于40%,因此也實(shí)現(xiàn)了一定的碳減排。綜上分析,逐步降低煤炭和原油等高碳排放化的石燃料消耗量,增加水電的使用是優(yōu)化工業(yè)用地能源利用結(jié)構(gòu),是實(shí)現(xiàn)能源消耗碳減排的有效舉措。

表5 工業(yè)用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

居住用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力:2015年,武漢市居住用地的能源消耗共237.94萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中煤炭消耗占11.71%、液化石油氣消耗占2.14%、天然氣消耗占13.97%、電力消耗占72.18%。從圖6可見,武漢和北京居住用地的煤炭消耗較大,約占總量的11%,上海、廣州和杭州的煤炭消耗量占比小于2%;武漢、北京、上海和杭州居住用地的液化石油氣消耗量占比小于8%,廣州液化石油氣消耗量占比大于17%;武漢、廣州和杭州居住用地的天然氣消耗量占比小于15%,北京和上海天然氣消耗量占比則高于25%;5座城市居住用地的電力消耗占比均高于55%,武漢、廣州和杭州達(dá)到70%以上。2015年武漢居住用地的能源消耗碳排放達(dá)125.48萬(wàn)t,其中煤炭碳排放29.48萬(wàn)t、液化石油氣碳排放2.54萬(wàn)t、天然氣碳排放14.83萬(wàn)t、電力碳排放78.63萬(wàn)t,碳排放主要集中在電力消耗上。在保持武漢居住用地能源消耗總量不變的情況下,若設(shè)定武漢居住用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市水平,其碳減排潛力見表6。

圖6 居住用地上能源利用結(jié)構(gòu)城市比較表6 居住用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

情景武漢北京上海廣州杭州居住用地上能源利用結(jié)構(gòu)的碳減排潛力居住用地上能源消耗碳排放(萬(wàn)t)125.48 124.75 109.39 111.66 110.61 減排百分比(%)-0.58-12.82-11.01-11.85

根據(jù)表6可知,當(dāng)武漢市居住用地的能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到上海、廣州和杭州的水平時(shí),可分別減排12.82%、11.01%和11.85%;而調(diào)整到北京的水平時(shí),減排效果不明顯,雖然北京的天然氣所占比重較高,但煤炭消耗量占比仍較大。當(dāng)調(diào)整到上海、廣州和杭州水平時(shí),清潔能源(包括天然氣和電力)消耗占比較大,煤炭消耗量占比較小,因此可達(dá)到較好的減排效果。綜上分析,逐步提高天然氣、電力等清潔能源所占比例、減少煤炭、液化石油氣等高碳排放化石能源消耗量是優(yōu)化居住用地能源利用結(jié)構(gòu)的可行方案。

圖7 公共及商服用地上能源利用結(jié)構(gòu)城市比較

公共及商服用地能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力:2015年,武漢市公共及商服用地上能源消耗共395.42萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,液化石油氣消耗占5.48%、天然氣消耗占31.77%、電力消耗占62.76%。從圖7可見,北京和上海公共及商服用地的天然氣消耗量占比較大,達(dá)40%以上;5座城市液化石油氣消耗量占比均低于6%,電力消耗量占比均高于45%,廣州和杭州的電力消耗量占比高于70%。

2015年武漢公共及商服用地上能源消耗碳排放達(dá)180.41萬(wàn)t,其中液化石油氣碳排放10.77萬(wàn)t、天然氣碳排放56.03萬(wàn)t、電力碳排放113.61萬(wàn)t,碳排放主要集中在電力消耗上。在保持武漢公共及商服用地的能源消耗總量不變的情況下,若設(shè)定武漢公共及商服用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市水平,碳減排潛力見表7。從表7可知,當(dāng)武漢公共及商服用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京和上海的水平時(shí),可分別減排0.76%和0.68%;而調(diào)整到廣州和杭州的水平時(shí),則未能達(dá)到碳減排效果。無(wú)論是調(diào)整到哪一座城市的能源利用結(jié)構(gòu),對(duì)公共及商服用地的能源消耗碳排放的影響均不大,說(shuō)明武漢公共及商服用地能源結(jié)構(gòu)的碳減排水平與其他參照城市相當(dāng)。

表7 公共及商服用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

圖8 城市交通出行結(jié)構(gòu)比較

4.3 交通出行結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

2015年,武漢市城市交通出行的總客運(yùn)量約400612.47萬(wàn)人次,其中出租車總客運(yùn)量約40000萬(wàn)人次、公交車客運(yùn)量達(dá)143092.4萬(wàn)人次、城市內(nèi)部民用車客運(yùn)量約161009.97萬(wàn)人次、地鐵客運(yùn)量約56510.10萬(wàn)人次,分別占9.98%、35.72%、40.19%和14.11%。由圖8可知,這4座城市的公共交通出行(包括出租車、公交車和地鐵)比例高于50%,上海和廣州的公共交通出行比例高于70%,而杭州公共交通出行比例為48.63%。武漢、北京、上海、廣州、杭州的城市內(nèi)部民用車出行比例分別為40.19%、35.35%、26.94%、23.96%和51.37%。

2015年武漢市交通出行碳排放即交通用地碳排放達(dá)215.16萬(wàn)t,其中出租車碳排放占6.77%，公交車碳排放占6.12%，城市內(nèi)部民用車碳排放占86.96%，地鐵碳排放占0.16%,碳排放主要集中在城市內(nèi)部民用車上。在保持武漢總交通出行總客運(yùn)量不變的情況下,若設(shè)定武漢交通出行結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市的水平,其碳減排潛力見表8。根據(jù)表8,當(dāng)武漢交通出行結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海、廣州水平時(shí),可分別減排14.35%、28.21%和35.87%;而調(diào)整到杭州水平時(shí),則未能達(dá)到減排效果。北京、上海和廣州的公共交通出行比例均高于武漢,而杭州的公共交通出行比例在5座城市中最低,提高公共交通出行比例可實(shí)現(xiàn)交通出行碳減排[30]。

表8 交通出行結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

首先,1996—2015年武漢市土地利用凈碳排放量不斷上升,年均增長(zhǎng)率為5.66%,其變化趨勢(shì)與土地利用碳源量變化趨勢(shì)基本一致,土地利用碳匯量的變化對(duì)土地利用凈碳排放量變化趨勢(shì)的影響較小。其次,通過(guò)測(cè)算基準(zhǔn)情景和低碳情景下武漢市2016—2020年土地利用凈碳排放量和碳排放強(qiáng)度發(fā)現(xiàn),武漢市“十三五”期間實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)的壓力巨大,亟需加大碳減排力度,減少碳排放。第三,將2015年武漢市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、各類用地上能源利用結(jié)構(gòu)和交通出行結(jié)構(gòu)與北京、上海、廣州和杭州進(jìn)行對(duì)比,當(dāng)把武漢產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海、廣州和杭州的水平時(shí),第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海和杭州的水平時(shí),工業(yè)用地和居住用地的能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海、廣州和杭州水平時(shí),交通出行結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海和廣州水平時(shí),均可實(shí)現(xiàn)碳減排,而公共及商服用地的能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到以上城市的水平時(shí),則能源消耗碳排放的影響將不大。

5.2 建議

主要是:①優(yōu)化各產(chǎn)業(yè)間用地結(jié)構(gòu)和第三產(chǎn)業(yè)內(nèi)部用地結(jié)構(gòu),保有一定數(shù)量的碳匯。首先,武漢未來(lái)產(chǎn)業(yè)用地應(yīng)優(yōu)先供應(yīng)第一產(chǎn)業(yè)用地,控制碳匯用地向碳源用地轉(zhuǎn)變。其次,解決歷史遺留問(wèn)題,遷移仍保留在中心城區(qū)的污染企業(yè),合理利用置換土地,進(jìn)一步推動(dòng)升級(jí)中心城區(qū)的產(chǎn)業(yè)功能,提升單位土地的利用效率。第三,在第三產(chǎn)業(yè)中應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)。②優(yōu)化各類用地的能源利用結(jié)構(gòu),逐步降低煤炭、原油、火電等高碳排放能源消耗量,提高清潔能源所占比例。未來(lái)武漢市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中,不僅要調(diào)整產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),還要不斷加大清潔能源利用比例。同時(shí),能源利用技術(shù)的逐步改善,能源利用效率的不斷提高和節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展,即從清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排兩個(gè)維度出發(fā)降低碳排放量。③發(fā)展公共交通,減少私家車出行量,鼓勵(lì)城市居民購(gòu)買小排量汽車,降低交通出行碳排放。雖然武漢市的公共交通出行體系已達(dá)到了一定的規(guī)模,但仍有很大的發(fā)展空間,提高公共交通出行比例,尤其是地鐵出行比例,可實(shí)現(xiàn)交通出行碳減排。在未來(lái)的地鐵規(guī)劃中,需注意與地面交通系統(tǒng)的銜接,同時(shí)提升地鐵和公交車輛的舒適度,讓居民愿意選擇公共交通出行。

基于與國(guó)內(nèi)文化、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)和生態(tài)發(fā)展領(lǐng)先的4座城市比較并調(diào)整武漢土地利用過(guò)程中的結(jié)構(gòu),有助于了解武漢市的碳減排潛力,為武漢今后繼續(xù)走低碳發(fā)展之路提供可行的建議。但從宏觀上對(duì)武漢土地利用碳減排進(jìn)行研究仍有不足,在今后的研究中可通過(guò)“自下而上”的實(shí)地調(diào)研,從微觀層面對(duì)武漢市居民進(jìn)行碳減排意愿分析,從而對(duì)城市土地利用低碳優(yōu)化提出更具有針對(duì)性的規(guī)劃建議。