重慶合川區(qū)土地利用碳排放的效應及驅動因素

鮑瑩，張安明

(西南大學 地理科學學院，重慶 400715)

當前，世界各國面臨全球氣候變暖、海平面上升等一系列環(huán)境問題，如何有效地降低碳排放量，發(fā)展綠色低碳經濟成為各國亟需解決的難題之一[1]。作為綠色發(fā)展的關鍵時期，中國政府在“十三五”規(guī)劃中保證于2030年前后達到碳排放峰值，承諾實現(xiàn)單位GDP碳排放較2005年減少60%～65%的目標[2-3]。土地作為人類的勞動對象和人類活動的場所，承載著各項社會經濟活動。大量研究表明，土地利用方式變化成為僅次于化石燃料燃燒的第二大碳排放源，其碳排放量占全球溫室氣體總量的1/3，且化石燃料的燃燒也是以土地利用為載體[4-5]。因此，從土地利用視角開展碳排放研究，探討碳排放量時間演變趨勢和驅動因素，對區(qū)域實現(xiàn)碳減排，推進低碳可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

目前，國內學者已圍繞土地利用碳排放開展了一系列研究，主要集中于不同尺度的碳排放時空分異格局研究[6-9]、碳排放影響因素研究[10-11]、碳排放與經濟增長脫鉤狀態(tài)研究[11-12]、碳減排責任分攤研究[13]、低碳視角下的土地利用結構優(yōu)化研究[14]、碳減排潛力及低碳發(fā)展研究[15]等。在土地利用碳排放影響因素研究層面，張俊峰等[16]利用LMDI模型對武漢城市圈土地利用碳排放進行影響因素分解；張勇等[17]對2000—2010年池州市主要土地類型碳排放量進行測算，運用STIRPAT模型對碳排放影響因素進行分析。由于現(xiàn)有的大多數(shù)研究多集中宏觀層面，較少從小尺度進行研究，而地域之間、城市之間的自然條件、社會經濟發(fā)展等方面差異較大，因此，學者們較難對一大尺度研究區(qū)提出具有針對性的有效的碳減排策略?；诖?，文章以重慶市合川區(qū)為研究單元，測算2009—2018年間土地利用碳排放量和碳排放強度，分析時間演變趨勢，構建LMDI模型對合川區(qū)土地利用碳排放驅動因素進行分解，為合川區(qū)實現(xiàn)碳減排與低碳可持續(xù)發(fā)展目標提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

合川區(qū)位于重慶市西北部，地理位置坐落在105°58′37″～106°40′37″E，29°51′02″～30°22′22″N，全區(qū)土地面積2 434 km2。截至2018年底，合川區(qū)常住人口為140.72萬人，占重慶市總常住人口數(shù)的4.54%，城鎮(zhèn)化率達68.83%。2009年合川區(qū)國民生產總值為202.75億元，2018年增長至712.93億元，年均增長率為15.14%。在產業(yè)發(fā)展方面，以摩托為主的裝備制造業(yè)成為合川區(qū)的主導產業(yè)之一，2017年其產值占規(guī)模以上工業(yè)總產值的40.50%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究涉及的土地利用數(shù)據(jù)來源于2009—2018年的合川區(qū)土地利用變更矢量數(shù)據(jù)，各類能源終端消費數(shù)據(jù)及社會經濟數(shù)據(jù)來源于《重慶統(tǒng)計年鑒》和《合川年鑒》。

1.3 研究方法

1.3.1 碳排放量測算模型

文章結合合川區(qū)土地利用現(xiàn)狀，對耕地、林地、園地、草地、水域及未利用地的碳排放量采用直接估算法進行測算[18]，公式如下：

Ed=∑ei=∑ti×δi。

(1)

式中：Ed為直接碳排放量；ei為第i種土地類型產生的碳排放量；ti表示第i種土地類型的面積；δi表示第i種土地利用類型的碳排放(吸收)系數(shù)，其中碳排放系數(shù)為正，碳吸收系數(shù)為負。本文結合合川區(qū)實際情況，將耕地碳排放系數(shù)取為0.042 2 kg·(m2·a)-1，林地碳吸收系數(shù)取為-0.073 0 kg·(m2·a)-1，園地碳吸收系數(shù)取為-0.058 7 kg·(m2·a)-1，草地碳吸收系數(shù)取為-0.002 1 kg·(m2·a)-1，水域碳吸收系數(shù)取為-0.025 2 kg·(m2·a)-1，未利用地碳吸收系數(shù)為-0.000 5 kg·(m2·a)-1。

建設用地碳排放采用間接估算法進行測算，具體公式如下：

Ed=∑Ej=∑ej×θj×βj。

(2)

式中：Ed為建設用地的間接碳排放總量；Ej為第j類化石能源的碳排放量；ej為j類化石能源的消費量；θi為第j類化石能源的折標準煤系數(shù)；βi為第j類化石能源的碳排放系數(shù)。

由于合川區(qū)終端能源消費量統(tǒng)計為規(guī)模以上行業(yè)消費量，故選取重慶市終端能源消費量，通過單位GDP能源消耗量折算出合川區(qū)化石能源消費量。由于煤炭、石油、天然氣和電力等能源消費量在《重慶市統(tǒng)計年鑒》中已轉化為標準煤，因此，只需考慮各類能源的碳排放系數(shù)。參考已有研究成果[19]，將煤炭、石油、天然氣等終端能源碳排放系數(shù)分別取為0.744 4、0.571 6、0.435 5(噸C·噸標準煤-1)，將電力二次能源按照煤炭碳排放系數(shù)進行折算。

1.3.2 碳排放驅動因素分解模型

ANG[20]首次提出對數(shù)均值迪氏指數(shù)分解法，該方法具有消除殘差項、數(shù)據(jù)分解結果適應性更強等優(yōu)點。文章采用LMDI模型進行因素分解，綜合考慮能源、經濟、人口及土地等因素對于土地利用碳排放的驅動影響，將合川區(qū)土地利用碳排放影響因素分解為碳排放強度、經濟發(fā)展水平、土地利用效率以及建設用地規(guī)模4類因素，計算公式如下：

C=C/GDP×GDP/P×P/S×S=eghs。

(3)

本文采用LMDI的加和因素分解方式對公式進行因素分解，公式如下：

ΔC=Ct-C0=ΔCe+ΔCg+ΔCh+ΔCs。

(4)

式中：Ct表示t期的土地利用碳排放量、C0表示基期的土地利用碳排放量；ΔC為某段時期的土地利用碳排放變化量；ΔCe、ΔCg、ΔCh及ΔCs分別表示碳排放強度效應、經濟發(fā)展水平效應、土地利用效率效應以及建設用地規(guī)模效應所引起的土地利用碳排放變化量，其表達式分別如下：

(5)

則定義4個因素對合川區(qū)土地利用碳排放變化的貢獻率分別如下所示：

(6)

1.4 數(shù)據(jù)分析

依據(jù)合川區(qū)2009—2018年土地利用變更數(shù)據(jù)及各類化石能源消費數(shù)據(jù)，運用IPCC碳排放清單法，計算出9年間合川區(qū)土地利用碳源、碳匯、凈碳排放量及凈碳排放量年均增長率變化趨勢。依據(jù)LMDI模型，計算出各影響因素對合川區(qū)土地利用碳排放變化的累計效應與綜合效應，并進一步分析得出各影響因素對合川區(qū)土地利用碳排放的累計貢獻率。

2 結果與分析

2.1 合川區(qū)土地利用碳排放分析

從圖1和表1可知，2009—2018年，合川區(qū)碳源、碳匯及凈碳排放量三者總體皆呈上升趨勢。其中，合川區(qū)碳源在9年間累計增加1 375.073 0萬t，年均增長率為7.14%；碳匯累計增加29.464 7萬t，年均增長率為0.01%，碳源的增速遠遠高于碳匯的增速；土地利用凈碳排放量從96.769 6萬t增至176.327 7 萬t，年均增長率為7.00%，增速最大。

圖1 合川區(qū)土地利用凈碳排放量年增長率變化趨勢

從圖1可知，2009—2010年合川區(qū)凈碳排放量呈波動上升趨勢，呈先降后增趨勢。2017年合川區(qū)積極推行供給側結構改革，通過去產能，煤炭行業(yè)綜合能源消費量下降30.80%，凈碳排放量增速達最低。合川區(qū)凈碳排放量增長是社會經濟的不斷發(fā)展、城市化水平不斷提升、人口的增長、建設用地擴張及各類化石能源消耗量的增長共同作用的結果。

從表1可知，建設用地和耕地在碳排放總量中所占比重分別為96.30%、3.70%，建設用地產生的碳排放量遠遠大于耕地碳排放量，是合川區(qū)土地利用碳排放的主要碳源。研究期間，合川區(qū)耕地碳排放量變化較為平緩，整體上呈波動下降趨勢，2009年為5.111 4萬t，2018年減少至5.018 8萬t；建設用地碳排放量呈上升趨勢，增幅較大，2009年建設用地碳排放量為94.578 3萬t，2018年增長至174.363 9萬t，年均增長率為7.14%。因此，控制建設用地無秩序擴張、優(yōu)化土地利用格局是合川區(qū)走上低碳發(fā)展道路的重中之重。在各類碳匯中，林地、園地、水域和其他土地的碳吸收量分別占碳吸收總量的68.61%、19.21%、11.15%和1.03%，由此說明，林地是合川區(qū)土地利用的主要碳匯來源，其次是園地。研究期間，合川區(qū)林地碳吸收量從1.988 0×104t波動增長至2.136 0×104t，增長幅度較??；園地、草地及未利用地碳吸收量整體較為穩(wěn)定，變幅不大，研究期內呈小幅下降趨勢。為此，合川區(qū)應繼續(xù)大力開展義務植樹，快速推進退耕還林、荒山造林等工程，適當提高林地等碳匯面積，降低凈碳排放量。

表1 2009—2018年合川區(qū)不同類型土地的碳排放量

為進一步分析說明合川區(qū)土地利用碳排放量時間演變趨勢，引入碳排放強度因子，計算2009—2018年合川區(qū)單位GDP碳排放強度與人均碳排放強度。從圖2可以看出，9年間合川區(qū)單位GDP碳排放量呈逐年下降趨勢，從477.287 1 kg·萬元-1降至247.328 9 kg·萬元-1，年均降低7.01%。人均碳排放強度呈逐年上升趨勢，從752.836 3 kg·人-1增至1 253.039 0 kg·人-1，年均增長5.93%。說明在研究期間內，隨著經濟的不斷增長合川區(qū)每單位國民生產總值帶來的碳排放量在下降，但隨著收入的增加和人均消費水平的提高，使得人均碳排放強度在不斷攀升。因此，為減少碳排放量，推進可持續(xù)發(fā)展也需重視宣傳綠色低碳理念，提高廣大人民群眾的環(huán)保低碳意識。

圖2 合川區(qū)碳排放強度演變趨勢

2.2 合川區(qū)土地利用碳排放驅動因素分析

從表2可知，經濟發(fā)展水平及建設用地規(guī)模因素對合川區(qū)土地利用碳排放量的增長具有正向促進作用。2009—2018年，合川區(qū)地區(qū)生產總值從202.75億元增至712.93億元，年均增長率為15.14%。9年間在經濟快速發(fā)展的影響下，合川區(qū)累計增加153.563 3萬t碳排放量，占碳排放總增量的82.80%。因此，經濟發(fā)展水平因素是合川區(qū)土地利用碳排放的主要正向驅動因素。建設用地規(guī)模對合川區(qū)土地利用碳排放增加的促進作用僅次于經濟發(fā)展水平因素。隨著合川區(qū)建設用地的擴張，2009—2018年合川區(qū)累計增加碳排放量31.905 6萬t，占碳排放總增量的17.20%。合川區(qū)經濟快速發(fā)展必然會對勞動力、資源和資本等要素產生拉力，從而使人口和產業(yè)形成集聚；建設用地規(guī)模的擴張又為經濟和產業(yè)活動提供載體，兩者相互影響，共同促進合川區(qū)土地利用碳排放量的增長。

碳排放強度因素和土地利用效率因素是合川區(qū)土地利用碳排放的負向驅動因素。2009—2018年期間合川區(qū)土地利用碳排放累計實現(xiàn)碳減量105.910 6萬t，9年間，碳排放強度和土地利用效率因素分別占總碳減量的81.60%和18.40%。由此可見，對于抑制合川區(qū)碳排放增長，碳排放強度因素起主要作用。土地利用效率對合川區(qū)土地利用碳排放量減少的積極作用體現(xiàn)在，當經濟發(fā)展到一定水平時，土地利用效率的提高會降低經濟發(fā)展對資源投入量的依賴，提高投入產出比，為碳排放量的減少做出貢獻。碳排放強度效應具體體現(xiàn)在單位GDP的能源消耗量、能源結構及利用效率等相關指標上，說明降低單位GDP能耗量、提高能源利用效率、優(yōu)化能源消費結構、開發(fā)利用新能源同樣是抑制合川區(qū)碳排放量增長的有力措施。

從各效應的累計貢獻率(表3)來看，在正向驅動因素中，9年間經濟發(fā)展水平效應和建設用地規(guī)模效應累計貢獻率分別為193.02%和40.10%。進一步說明，經濟發(fā)展水平是促進合川區(qū)土地利用碳排放量增長的主要驅動因素。因此，當前合川區(qū)需盡快推動經濟發(fā)展模式的轉變，深入推進供給側結構性改革，進一步將低碳與經濟發(fā)展深入融合，走低碳可持續(xù)發(fā)展道路。在負向驅動因素中，碳排放強度效應累計貢獻率占108.62%，土地利用效率累計貢獻率占比24.50%。由此說明，碳排放強度是抑制合川區(qū)土地利用碳排放增長的主要驅動因素。因此，合川區(qū)需重視并挖掘提高能源利用效率、降低單位GDP能耗，深入推進生態(tài)文明建設。

表3 合川區(qū)土地利用碳排放各影響因素累計貢獻率

3 小結與討論

通過對2009—2018年合川區(qū)土地利用碳排放量進行測算，運用LMDI因素分解模型進行驅動因素分析。結果表明：(1)2009—2018年合川區(qū)土地利用凈碳排放量整體上呈上升趨勢，從96.769 6萬t增至176.327 7萬t，年均增長率為7.00%，2017年增速最低；(2)2009—2018年合川區(qū)單位GDP碳排放強度呈逐年下降趨勢，年均降低7.01%，人均碳排放強度呈逐年上升趨勢，年均增長5.93%；(3)2009—2018年經濟發(fā)展水平和建設用地規(guī)模是合川區(qū)土地利用碳排放量增長的正向驅動因素，其中經濟發(fā)展水平是促進合川區(qū)土地利用碳排放量增長的主要驅動因素；碳排放強度及土地利用效率因素是合川區(qū)土地利用碳排放的負向驅動因素，而碳排放強度是抑制合川區(qū)土地利用碳排放量增長的主要因素。在各驅動因素中，累計貢獻率絕對值從大到小依次為：經濟發(fā)展水平因素—碳排放強度因素—建設用地規(guī)模因素—土地利用效率因素。

合川區(qū)須穩(wěn)步推行供給側結構性改革，去產能，減少煤炭等化石能源的消費量，改善能源消費結構，積極開發(fā)新能源，進一步加快經濟發(fā)展模式的轉變，調整產業(yè)結構，努力形成穩(wěn)增長和碳減排深度融合的發(fā)展機制；在當前新一輪國土空間規(guī)劃編制過程中要嚴格控制建設用地的擴張，加快完成“三區(qū)三線”的劃定工作，合理布局生產、生活、生態(tài)空間，優(yōu)化土地利用結構，繼續(xù)推進退耕還林和荒山造林工程。