土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤分析
——以天津市濱海新區(qū)為例

李雪梅，周文華

（天津城建大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，天津 300384）

土地利用變化是人類與地球環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量交互作用的重要表現(xiàn)，它不僅影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的地理分布格局及其生產(chǎn)力，客觀反映人類改變地球生物化學(xué)循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能及產(chǎn)品和服務(wù)的供應(yīng)，而且再現(xiàn)了陸地表面的時(shí)空變化過(guò)程[1].土地碳排放強(qiáng)度變化是土地利用變化所引起的生態(tài)效應(yīng)之一，由于土地利用方式的改變，釋放到大氣的CO2數(shù)量相當(dāng)于人類活動(dòng)引起的總排放量的三分之一，成為僅次于化石能源燃燒的第二大溫室氣體排放源[2-4].

由于土地利用變化導(dǎo)致碳排放變化的作用機(jī)理復(fù)雜，不確定因素較多，因此這一領(lǐng)域研究成為全球變化的研究熱點(diǎn)之一.目前，對(duì)土地利用變化與碳排放的關(guān)系大多關(guān)注于土地利用的碳排放效應(yīng)或土地利用碳排放的影響因素和時(shí)空演變[5-8]；而對(duì)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的關(guān)系研究，一般從定性和定量?jī)蓚€(gè)維度來(lái)分析，用定性方法分析經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)過(guò)程中碳排放增加的原因與對(duì)策，或?qū)⑻寂欧帕拷Y(jié)合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（GDP 等）進(jìn)行定量分析[9]. 在定量方法的選擇上環(huán)境庫(kù)茲涅茲法以其善于識(shí)別污染物與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系在碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)關(guān)系研究中應(yīng)用較多，為區(qū)域碳排放提供了重要理論支撐，但是這種方法忽略了碳排放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間存在的非耦合現(xiàn)象，難以有效識(shí)別碳排放與經(jīng)濟(jì)矛盾所處的具體階段[10-11]. 土地利用變化在全球碳循環(huán)中的作用突出，研究經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、土地利用變化與碳排放之間的關(guān)系對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)脫鉤、調(diào)整區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略、削減區(qū)域溫室氣體排放具有重要意義.

因此本文借鑒經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）用來(lái)描述阻斷經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和資源消耗、環(huán)境污染之間關(guān)系的脫鉤理論來(lái)研究土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的關(guān)系. 脫鉤就是使具有響應(yīng)關(guān)系的兩個(gè)或多個(gè)物理量之間的相互關(guān)系不再存在.目前脫鉤理論在資源消耗與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、交通量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)關(guān)系等方面已有應(yīng)用[12-15]，在土地資源領(lǐng)域也有對(duì)耕地變化與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、建設(shè)用地變化與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的關(guān)系進(jìn)行脫鉤分析的案例.諸多已有研究表明應(yīng)用脫鉤理論可以建立資源消耗與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系，其研究成果可以用來(lái)指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，因此本文選擇經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地利用變化都具有典型性的天津市濱海新區(qū)作為研究區(qū)，研究其土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的脫鉤關(guān)系.

1 研究區(qū)概況

天津?yàn)I海新區(qū)成立于1994 年，處于華北平原東北部，海河流域下游，瀕臨渤海，地理坐標(biāo)位于38°40′～39°00′ N，117°20′～118°00′ E. 本文研究空間范圍涉及天津市塘沽、漢沽、大港三個(gè)濱海區(qū)的全部用地2 203 km2，東麗區(qū)無(wú)暇街、津南區(qū)葛沽鎮(zhèn)兩個(gè)行政區(qū)部分用地67 km2，共2 270 km2（見圖1），研究時(shí)間跨度為1995 年至2017 年.

圖1 濱海新區(qū)地理位置圖

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)指標(biāo)選擇濱海新區(qū)GDP，數(shù)據(jù)來(lái)源于1998—2013 年《濱海新區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》.研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)選取1995 年Landsat TM 影像（分辨率30 m×30 m）、2004 年土地利用現(xiàn)狀圖、2008 年 Landsat ETM影像（分辨率30 m×30 m）、2012 年TM影像（分辨率30m×30m）和2017 年TM影像（分辨率30m×30m）.

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化研究方法

研究期土地利用數(shù)據(jù)基于遙感影像，遙感影像經(jīng)過(guò)輻射校正，在遙感分析軟件ERDAS IMAGINE9.0 中進(jìn)行解譯.根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合濱海新區(qū)的特點(diǎn)，將研究區(qū)分為農(nóng)用地、建設(shè)用地、水域、林草地、鹽田和未利用地6 類土地利用類型，其中未利用地包括沼澤地.解譯方法采取監(jiān)督分類方法，然后將解譯結(jié)果導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)軟件ARCGIS10.2，對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行目視更正，得到濱海新區(qū)土地利用變化數(shù)據(jù).同時(shí)基于ARCGIS10.2 獲取土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)分析研究期內(nèi)各類土地利用類型增加與減少的來(lái)源.

2.2.2 土地利用碳排放計(jì)算方法

這里計(jì)算的土地利用碳排放是指土地利用直接碳排放，即是由于LUCC 導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)類型的更替和土地經(jīng)營(yíng)管理方式的轉(zhuǎn)變，從而造成的碳排放量的變化.計(jì)算公式如下[16-17]

式中：Ec為總碳排放量；ei為第i 種土地利用類型產(chǎn)生的碳排放（吸收）量；Ai為第i 種土地利用類型面積；Bi為第i 種土地利用類型的碳排放（吸收）系數(shù)[18-20]（見表 1）.

表1 不同土地利用類型碳排放系數(shù)t/km·2a

2.2.3 脫鉤方法與脫鉤程度

本文采用脫鉤指數(shù)來(lái)描述脫鉤的狀況.脫鉤指數(shù)（DSi）是指一定時(shí)期內(nèi)土地利用碳排放量變化的速度與經(jīng)濟(jì)規(guī)模（GDP）變化的速度之比.脫鉤指數(shù)的計(jì)算公式[10，13]為

式中：DSi為第i 個(gè)研究期脫鉤指數(shù)；ΔE 為第i 個(gè)研究期土地利用碳排放變化指數(shù)；ΔF 為第i 個(gè)研究期GDP 變化指數(shù).

DSi≥1 時(shí)，土地利用碳排放量增速與經(jīng)濟(jì)增速同步，或快于經(jīng)濟(jì)增速，稱為絕對(duì)掛鉤.0 ＜DSi＜ 1 時(shí)，土地利用碳排放量增速慢于經(jīng)濟(jì)增速，即相對(duì)脫鉤現(xiàn)象出現(xiàn). 當(dāng)DSi=0 時(shí)，說(shuō)明在經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的情況下，土地利用碳排放量不變.

由于濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)良好，ΔF 不存在小于0 的情況，因此對(duì)脫鉤程度的判別，本文借鑒蓋美[21]等曾經(jīng)采用的標(biāo)準(zhǔn)，把判別標(biāo)準(zhǔn)分為絕對(duì)脫鉤、相對(duì)脫鉤、絕對(duì)掛鉤3 種類型，同時(shí)弱化絕對(duì)脫鉤和絕對(duì)掛鉤的劃分而加強(qiáng)相對(duì)脫鉤的劃分，以0.25 作為脫鉤程度的區(qū)間劃分標(biāo)準(zhǔn)，將相對(duì)脫鉤劃分為四級(jí)相對(duì)脫鉤程度，如表2 所示.

表2 土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤程度判別標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與討論

3.1 研究區(qū)土地利用變化情況

在對(duì)遙感圖像進(jìn)行解譯后得到5 期濱海新區(qū)土地利用類型圖（見圖2），分別統(tǒng)計(jì)1995 年至2017 年各土地利用類型面積如圖3.

圖2 濱海新區(qū)1995 至2017 年土地利用變化圖

圖3 濱海新區(qū)1995—2017 年各類土地利用變化

圖3 顯示研究區(qū)在1995 年至2017 年耕地面積逐年減少，由1995 年的740.1 km2減少到2012 年的411.05 km2. 建設(shè)用地在研究期內(nèi)顯著增加，建設(shè)用地面積從 1995 年的 356.55 km2增至 2017 年的1 050.66 km2，尤其是2004 年之后增長(zhǎng)速度加快，這是由于濱海新區(qū)在2006 年被納入國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃后，經(jīng)濟(jì)進(jìn)入一個(gè)飛速發(fā)展時(shí)期，而經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展直接導(dǎo)致對(duì)建設(shè)用地需求的增加.水域、未利用地在研究期內(nèi)也整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，截至2017 年未利用地的面積僅存5 km2左右，鹽田面積基本穩(wěn)定，林草地面積變化并不顯著，但是類型卻從以1995 年的草地為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?012 年的以林地為主.為深入了解各類用地的轉(zhuǎn)換方向，利用ARCGIS10.2 獲取研究區(qū)1995 至2017 年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（見表3）.

表3 濱海新區(qū)1995-2017 年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

由表3 可知，濱海新區(qū)在1995 年至2017 年建設(shè)用地增加了694.11 km2，新增建設(shè)用地主要來(lái)源于耕地（322.69 km2）、鹽田（126.67 km2）和水域（150.84 km2），表明研究區(qū)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)一方面將大量的鹽田、未利用地等荒蕪的土地轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)價(jià)值更高的建設(shè)用地，另一方面也占用了大量寶貴的耕地；相對(duì)建設(shè)用地的增加，耕地面積則迅速減少，減少的耕地大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地（322.69 km2），也有部分轉(zhuǎn)變?yōu)榱植莸兀?0.89 km2）和鹽田（27.96 km2）等；水域、鹽田和未利用地分別有150.84 km2、126.67 km2和84.02 km2的土地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，可以說(shuō)在研究期內(nèi)新增建設(shè)用地主要來(lái)源于耕地、其次為水域、鹽田和未利用地.

3.2 土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤關(guān)系

由濱海新區(qū)研究期內(nèi)各年各類土地利用面積數(shù)據(jù)和公式（1）、公式（2），得到研究區(qū)各研究期土地利用碳排放量，以及各研究期內(nèi)由土地利用變化引起的碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的脫鉤關(guān)系，同時(shí)為解讀經(jīng)濟(jì)發(fā)展與各類用地碳排放之間的關(guān)系，又分別計(jì)算各年各類用地的碳排放量以及各研究期內(nèi)各類土地利用變化引起的碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的脫鉤關(guān)系（見圖4）.

圖4 各類用地碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤關(guān)系

1995 年耕地碳排放在整個(gè)研究期內(nèi)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是絕對(duì)脫鉤關(guān)系，未利用地碳排放在2004 年之后與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)關(guān)系為絕對(duì)脫鉤，表明濱海新區(qū)在研究期內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的同時(shí)，耕地和未利用地面積一直在減少.建設(shè)用地碳排放、總土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間脫鉤關(guān)系在整個(gè)研究階段完全一致，而且建設(shè)用地的碳排放對(duì)總土地利用碳排放的貢獻(xiàn)最大，在不同研究階段建設(shè)用地的碳排放量均在總碳排放量的98%以上.四個(gè)研究階段土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的脫鉤指數(shù)分別為相對(duì)脫鉤Ⅰ級(jí)、相對(duì)脫鉤Ⅲ級(jí)、相對(duì)脫鉤Ⅰ級(jí)和絕對(duì)掛鉤，整體而言1995 年—2012 年間研究區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期階段對(duì)土地尤其是建設(shè)用地依賴程度較大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段后對(duì)土地的依賴程度降低，2012 年后出現(xiàn)絕對(duì)掛鉤.

濱海新區(qū)1994 年正式成立，1995 至2004 年間經(jīng)濟(jì)剛處于起步階段，GDP 由1995 年的241.64 億元增長(zhǎng)至2004 年的1 323.26 億元，期間耕地面積減少155.59 km2，建設(shè)用地面積增加85.91 km2，土地利用變化并不顯著，因而由土地利用變化引起的碳排放量的變化也不明顯，期間濱海新區(qū)土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的脫鉤指數(shù)為0.06，幾乎接近于0，該研究階段經(jīng)濟(jì)的發(fā)展沒(méi)有過(guò)多依賴土地利用的變化.

2004 至2008 年間建設(shè)用地面積快速增長(zhǎng)，由2004 年的 399.54 km2增加至 2008 年的 732.24 km2，建設(shè)用地碳排放量從2004 年的222.94 萬(wàn)t 增長(zhǎng)至2008 年的408.58 萬(wàn)t，該研究階段建設(shè)用地碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤指數(shù)為0.528，總土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤指數(shù)為0.521，均為相對(duì)脫鉤Ⅲ級(jí)，是相對(duì)脫鉤程度最嚴(yán)重的一個(gè)階段.在該階段濱海新區(qū)GDP由2004 年的1 323.26 億元增至2008 年的3 102.24億元，同時(shí)土地利用方式也發(fā)生巨大變化，大量農(nóng)用地、未利用地、鹽田等用地方式轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地.相對(duì)脫鉤Ⅲ級(jí)表明該階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地的依賴程度很高，尤其是依賴于建設(shè)用地面積的增加，可以說(shuō)該研究階段經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以大量的農(nóng)用地、未利用地等土地資源轉(zhuǎn)為建設(shè)用地為代價(jià).

在經(jīng)歷經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重依賴建設(shè)用地增長(zhǎng)的階段后，濱海新區(qū)制定了包括嚴(yán)格保護(hù)耕地、以填海造地的方式來(lái)增加土地面積等發(fā)展規(guī)劃，并在2008 年之后取得一定成效. 2008—2012 年，總土地利用碳排放和建設(shè)用地碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤指數(shù)均為0.09，脫鉤程度為相對(duì)脫鉤I 級(jí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)建設(shè)用地的依賴程度比2004—2008 年期間降低.說(shuō)明在一系列保護(hù)土地資源的可持續(xù)發(fā)展以及低碳發(fā)展策略實(shí)施后，以犧牲耕地為代價(jià)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)得以緩解，在正確的發(fā)展模式下，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)可以逐步實(shí)現(xiàn)與土地利用相脫鉤.

2016 年政府對(duì)天津市濱海新區(qū)GDP 進(jìn)行調(diào)整，濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)增速放緩.截至2017 年濱海新區(qū)碳排放增速與經(jīng)濟(jì)增速幅度一致.2012—2017 年濱海新區(qū)總土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的脫鉤指數(shù)為1.01，脫鉤程度為絕對(duì)掛鉤.碳排放強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)的同步增長(zhǎng)，直接反映就是濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地利用的依賴很強(qiáng)，主要是耕地、未利用地面積的減少以及建設(shè)用地和鹽田數(shù)量的增多.土地利用碳排放和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的理想趨勢(shì)是土地利用碳排放量隨經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而減量.雖然濱海新區(qū)處于絕對(duì)掛鉤，但不可忽視的是濱海新區(qū)林草地面積不斷增大，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展在不斷尋找降低環(huán)境沖擊的策略.

4 主要建議

利用脫鉤指數(shù)對(duì)濱海新區(qū)1995 年至2017 年總土地利用及各地類碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤關(guān)系進(jìn)行分析后得到以下結(jié)論并提出相應(yīng)建議.

（1）濱海新區(qū)占據(jù)天津市雙核發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，一系列政策和項(xiàng)目促使其經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，其中濱海新區(qū)生態(tài)環(huán)境區(qū)建設(shè)、生態(tài)走廊建設(shè)更是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn).2016 年天津市進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)整，2012—2017 年表現(xiàn)為絕對(duì)掛鉤，脫鉤程度受宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境與政策調(diào)控變化明顯. 2017 年后天津市更應(yīng)把握經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的契機(jī)，推行低碳經(jīng)濟(jì)，加強(qiáng)城市綠化建設(shè)，有條件地區(qū)對(duì)未利用地的開發(fā)優(yōu)先考慮綠化，其次綜合運(yùn)用多種技術(shù)手段對(duì)鹽堿地進(jìn)行生態(tài)治理和修復(fù)，即可滿足減碳、景觀等多方面建設(shè)需求.

（2）研究期內(nèi)濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地利用碳排放脫鉤關(guān)系主要表現(xiàn)為相對(duì)脫鉤. 其中2004—2008年為相對(duì)脫鉤程度最高的階段Ⅲ級(jí).分析濱海新區(qū)土地利用碳排放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的脫鉤關(guān)系，表明整個(gè)研究期內(nèi)均表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)建設(shè)用地依賴程度最高，濱海新區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以消耗農(nóng)用地、未利用地等土地資源為代價(jià).為降低經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)建設(shè)用地的依賴性，建議研究區(qū)在今后的發(fā)展中，應(yīng)增強(qiáng)建設(shè)用地利用的強(qiáng)度和集約程度，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)用地和濕地的保護(hù)，提高單位建設(shè)用地面積GDP，扭轉(zhuǎn)以農(nóng)用地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地來(lái)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)發(fā)展的態(tài)勢(shì).

（3）土地作為產(chǎn)業(yè)的載體，其利用方式的轉(zhuǎn)換能夠改變產(chǎn)業(yè)的能源消耗結(jié)構(gòu)，從而改變碳排放量，因此在提高土地集約度的同時(shí)，還應(yīng)注重對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)整，支持戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，注重研究區(qū)低碳城市的建設(shè)，在土地利用以及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中融入低碳理念.此外依靠科技進(jìn)步降低能源碳排放強(qiáng)度，在提高能源利用效率的同時(shí)轉(zhuǎn)變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)而降低經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地利用碳排放的脫鉤程度，實(shí)現(xiàn)低碳生態(tài)城市的建設(shè)與發(fā)展.

（4）協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和碳排放的關(guān)系是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)鍵.城市發(fā)展規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃、生態(tài)規(guī)劃等多規(guī)融合為統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用和碳排放之間的關(guān)系創(chuàng)造了良好的條件.深入推進(jìn)多規(guī)合一，明確發(fā)展邊界、控制用地規(guī)模、保留規(guī)劃彈性空間及協(xié)調(diào)多方利益，建立統(tǒng)一信息管理平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局、有效配置土地資源和綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo).