遼寧省的碳赤字解決模式與生態(tài)環(huán)境效益研究*

胡劍鋒 楊宜男 路世昌

(1.福建師范大學(xué)福清分校文法學(xué)院，福建 福州 350300；2.安徽師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)工商管理學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125000)

碳赤字是指碳排放量大于碳承載力[1]，是衡量一個(gè)地區(qū)碳平衡的重要指標(biāo)[2]。盧俊宇等[3]發(fā)現(xiàn)我國(guó)已總體呈現(xiàn)碳赤字狀態(tài)，特別是東北、華北、東南沿海等經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，而且呈現(xiàn)出碳赤字增大的趨勢(shì)。碳赤字給我國(guó)的生態(tài)環(huán)境造成了巨大壓力。陸敏[4]、孫振清等[5]發(fā)現(xiàn)，碳排放權(quán)交易機(jī)制可以通過(guò)倒逼地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，提升生態(tài)效率，從而降低地區(qū)碳赤字。王艷芳等[6]、王正淑等[7]發(fā)現(xiàn)，營(yíng)造碳匯林等生態(tài)修復(fù)工程可以有效增加碳匯，也能降低地區(qū)碳赤字。碳排放權(quán)交易與營(yíng)造碳匯林是解決碳赤字問(wèn)題的兩種模式，但鮮有對(duì)兩者的生態(tài)環(huán)境效益進(jìn)行核算比較，已有的比較也只是從經(jīng)濟(jì)成本角度進(jìn)行考慮[8-9]，并沒(méi)有考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。而事實(shí)上營(yíng)造碳匯林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生的巨大生態(tài)價(jià)值不應(yīng)忽視[10]。

遼寧省是東北重要的重工業(yè)基地，以高碳排放量的產(chǎn)業(yè)為主，且其森林覆蓋率較低，碳承載力較小，是我國(guó)典型的碳赤字型省份。在嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境壓力下，遼寧省必須創(chuàng)新地解決碳赤字問(wèn)題。本研究假設(shè)模式1為通過(guò)碳排放權(quán)交易解決遼寧省的碳赤字問(wèn)題；模式2為通過(guò)營(yíng)造碳匯林解決遼寧省的碳赤字問(wèn)題。在考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的前提下，以2017年為基準(zhǔn)年，通過(guò)對(duì)兩種模式下生態(tài)環(huán)境效益的核算，對(duì)比分析出何種模式可以更好地為遼寧省解決碳赤字問(wèn)題。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 碳赤字核算方法

地區(qū)碳赤字核算通過(guò)碳排放量減去碳承載力(見(jiàn)式(1))得到。

CR=CE-CCC

(1)

式中：CR為碳赤字，t；CE為碳排放量，t；CCC為碳承載力，t。

其中，碳排放量采用政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)(IPCC)提出的方法，基于能源終端消費(fèi)、凈發(fā)熱值和碳排放系數(shù)計(jì)算[11]，計(jì)算公式如下：

CE=NCV×EF×∑Ei

(2)

式中：NCV為標(biāo)準(zhǔn)煤的凈發(fā)熱值，kJ/t，標(biāo)準(zhǔn)煤的凈發(fā)熱值為20.908 0 kJ/t；EF為標(biāo)準(zhǔn)煤的碳排放系數(shù)，t/kJ，以CO2計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)煤的碳排放系數(shù)為0.098 3 t/kJ；Ei為第i種能源的終端消費(fèi)量，t，以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)，數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站遼寧省的各年主要能源產(chǎn)品消費(fèi)量(http://data.stats.gov.cn/%20easyquery.htm?cn=E0103)。

碳承載力包括兩個(gè)部分，一部分是植被固碳能力，另一部分是農(nóng)業(yè)用地土壤固碳能力。其中植被固碳能力以凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力進(jìn)行表征，遼寧省主要考慮林地、耕地、園地、草地、水域、城市綠地、灘涂濕地7類生態(tài)系統(tǒng)的植被固碳能力，計(jì)算公式見(jiàn)式(3)[12]。根據(jù)韓冰等[13]的研究，農(nóng)業(yè)用地土壤的單位面積固碳能力平均為0.37 t/hm2，將其乘以農(nóng)業(yè)用地面積就可得到農(nóng)業(yè)用地土壤固碳能力，其中農(nóng)業(yè)用地面積數(shù)據(jù)來(lái)源于各年遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒。

(3)

表1 不同生態(tài)系統(tǒng)的NEPjTable 1 NEPj of different ecosystems

1.2 模式1的生態(tài)環(huán)境效益核算方法

模式1的生態(tài)環(huán)境成本只有碳排放權(quán)購(gòu)置成本，生態(tài)環(huán)境效益等于負(fù)的生態(tài)環(huán)境成本，計(jì)算公式如下：

V=-CCQ×CP

(4)

式中：V為生態(tài)環(huán)境效益，元；CCQ為碳排放權(quán)購(gòu)置額度，t，模式1中等于碳赤字；CP為碳排放權(quán)單價(jià)，元/t，本研究以北京碳排放權(quán)電子交易平臺(tái)公布的2017年平均碳排放權(quán)單價(jià)75.50元/t為準(zhǔn)。

1.3 模式2的生態(tài)環(huán)境效益核算方法

模式2的生態(tài)環(huán)境成本主要是營(yíng)造碳匯林時(shí)存在投入成本，此外由于樹(shù)木生長(zhǎng)初期固碳能力不足仍需要購(gòu)置一定的碳排放權(quán)。營(yíng)造碳匯林的投入成本為碳匯林營(yíng)造面積乘以單位面積造林成本，而單位面積造林成本在第1年時(shí)包括營(yíng)造成本與維護(hù)成本兩項(xiàng)，從第2年起僅有維護(hù)成本一項(xiàng)。根據(jù)張治軍等[20]的研究，單位面積營(yíng)造成本平均為5 038.0元/hm2，維護(hù)成本為2 591.9元/hm2。碳匯林營(yíng)造面積根據(jù)2017年碳赤字除以森林的凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(換算成以CO2計(jì))確定。

由于樹(shù)木生長(zhǎng)初期固碳能力不足產(chǎn)生的碳排放權(quán)購(gòu)置成本核算方法參考文獻(xiàn)[20]。碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值核算參考文獻(xiàn)[21]，根據(jù)謝高地等[22]的研究成果，其中標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)格取3 406.5元/hm2，生態(tài)系統(tǒng)不同功能的服務(wù)功能價(jià)值當(dāng)量系數(shù)取值見(jiàn)表2。

表2 生態(tài)系統(tǒng)不同功能的服務(wù)功能價(jià)值當(dāng)量系數(shù)Table 2 Equivalent coefficient of service values for different ecosystem functions

因此，模式2的生態(tài)環(huán)境效益為：

V=FESV-CFC-CEC

(5)

式中：FESV為碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，元；CFC為碳匯林營(yíng)造投入成本，元；CEC為碳排放權(quán)購(gòu)置成本，元。

2 結(jié)果分析

2.1 遼寧省的碳赤字時(shí)序變化分析

從圖1可知，2004—2017年遼寧省的碳承載力變化不大，年均增長(zhǎng)率僅為1.06%。而遼寧省的碳排放量變化很大，2004、2005年均低于碳承載力，但2006年開(kāi)始碳排放量超過(guò)了碳承載力，2012年達(dá)到頂峰后基本保持穩(wěn)定，2004—2017年年均增長(zhǎng)率為6.48%，是同期碳承載力年均增長(zhǎng)率的6.14倍。因此，2004、2005年遼寧省還存在一定的碳盈余，但從2006年開(kāi)始出現(xiàn)了碳赤字，而且碳赤字有逐漸增大的趨勢(shì)，直到2012年才穩(wěn)定下來(lái)。2004—2017年遼寧省從碳盈余轉(zhuǎn)變?yōu)樘汲嘧衷俚椒€(wěn)定，反映了一個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程，這也是本研究選取2004—2017年進(jìn)行分析的原因。

圖1 遼寧省的碳排放量和碳承載力Fig.1 Carbon emission and carbon capacity in Liaoning Province

2.2 模式1的生態(tài)環(huán)境效益分析

由于模式1的生態(tài)環(huán)境效益等于負(fù)的生態(tài)環(huán)境成本，因此分析清楚模式1的生態(tài)環(huán)境成本也就分析清楚生態(tài)環(huán)境效益了。由表3可見(jiàn)，在模式1下，2004—2017年遼寧省生態(tài)環(huán)境成本從-12.05億元上漲到了123.37億元，年均增加生態(tài)環(huán)境成本9.61億元。其中，2004—2012年是遼寧省生態(tài)環(huán)境成本的快速增長(zhǎng)階段，主要是因?yàn)樘寂欧帕靠焖僭鲩L(zhǎng)，而2012—2017年遼寧省生態(tài)環(huán)境成本變化不大，因?yàn)樘寂欧帕炕颈３址€(wěn)定。由于國(guó)內(nèi)碳交易市場(chǎng)發(fā)展相對(duì)滯后，碳排放權(quán)相對(duì)廉價(jià)，生態(tài)環(huán)境成本占GDP比例不高，到2017年也僅為0.53%，對(duì)遼寧省造成的經(jīng)濟(jì)壓力實(shí)際不大，容易被忽視，而事實(shí)上造成的生態(tài)環(huán)境壓力是很大的。

表3 模式1下遼寧省生態(tài)環(huán)境成本分析Table 3 Eco-environmental cost analysis in Liaoning Province under Mode 1

按照2004—2017年的數(shù)據(jù)對(duì)生態(tài)環(huán)境成本和GDP采用線性方程進(jìn)行擬合，然后推算基準(zhǔn)年后的生態(tài)環(huán)境成本和GDP，結(jié)果見(jiàn)表4。第1年生態(tài)環(huán)境成本將達(dá)到162.92億元，第5年將達(dá)到208.46億元，生態(tài)環(huán)境成本占GDP比例仍然不高，大約保持在0.5%。

表4 模式1下遼寧省生態(tài)環(huán)境成本推算Table 4 Eco-environmental cost predition in Liaoning Province under Mode 1

2.3 模式2的生態(tài)環(huán)境效益分析

2.3.1 生態(tài)環(huán)境成本

2017年遼寧省碳赤字為16 340.18萬(wàn)元，需要營(yíng)造碳匯林1 092.26萬(wàn)hm2，第1年?duì)I造碳匯林的投入成本共計(jì)833.38億元，其后每年為283.10億元。隨樹(shù)齡增長(zhǎng)，碳匯林固碳能力也增強(qiáng)，由表5可見(jiàn)，碳排放權(quán)購(gòu)置成本從第1年的98.27億元逐年下降到第5年的0元，年均碳排放權(quán)購(gòu)置成本僅為43.84億元。綜合而言，第1至第5年，生態(tài)環(huán)境成本分別為931.65億、353.18億、323.70億、293.34億、283.10億元，年均生態(tài)環(huán)境成本為437.00億元。第1年由于存在碳匯林營(yíng)造成本大大增加了生態(tài)環(huán)境成本，其余各年沒(méi)有碳匯林營(yíng)造成本，隨樹(shù)木生物量增加，碳匯林的固碳量增加，因此碳排放權(quán)購(gòu)置成本下降而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境成本減少。第5年，樹(shù)林生產(chǎn)量達(dá)到正常水平，碳排放權(quán)購(gòu)置成本降為零，其后每年僅需支出碳匯林維護(hù)成本283.10億元，這也是本研究只推算5年的原因。

表5 模式2下遼寧省生態(tài)環(huán)境成本推算Table 5 Eco-environmental cost prediction in Liaoning Province under Mode 2 億元

2.3.2 碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值

由表6可知，第1至第5年碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值分別為1 275.93億、2 708.97億、4 207.98億、5 751.50億、7 328.99億元。第5年后，碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值在一定時(shí)期內(nèi)保持不變。其中，氣候調(diào)節(jié)功能價(jià)值貢獻(xiàn)率最高，為28.98%(2 123.63億元)，其后依次為水文調(diào)節(jié)功能(18.96%，1 389.71億元)、土壤保持功能(11.79%，864.15億元)、生物多樣性功能(10.74%，786.94億元)、空氣調(diào)節(jié)功能(9.68%，709.74億元)、凈化環(huán)境功能(8.49%，622.30億元)、美學(xué)景觀功能(4.71%，345.10億元)、原料生產(chǎn)功能(2.94%，215.81億元)、水資源供給功能(1.52%，111.62億元)、食物生產(chǎn)功能(1.28%，93.95億元)和維持養(yǎng)分功能(0.90%，66.04億元)。

表6 模式2下遼寧省碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值推算Table 6 Carbon sink forest ecosystem service value prediction in Liaoning Province under Mode 2 億元

2.3.3 生態(tài)環(huán)境效益

表7顯示，在模式2下，雖然營(yíng)造碳匯林需要增加一定的額外成本，但是由于碳匯林具有較大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，可以產(chǎn)生較為可觀的生態(tài)環(huán)境效益。第1年的生態(tài)環(huán)境效益即可達(dá)到344.28億元，到第5年可以上漲至7 045.89億元。萬(wàn)元GDP生態(tài)環(huán)境效益也從第1年的110.14元增加至第5年的1 852.57元，上漲了15.82倍。人均生態(tài)環(huán)境效益更為可觀，從第1年的788.02元增加至第5年的16 127.28元，上漲了19.47倍，若以2017年人均可支配收入為標(biāo)準(zhǔn)，人均生態(tài)環(huán)境效益達(dá)到了人均可支配收入的57.54%。

表7 模式2下遼寧省生態(tài)環(huán)境效益推算Table 7 Eco-environmental benefit prediction in Liaoning Province under Mode 2

2.4 模式1與模式2的對(duì)比分析

對(duì)比表4和表5可知，模式2營(yíng)造碳匯林需要付出更大的成本。第1年由于存在大額的營(yíng)造碳匯林的投入成本，模式2的生態(tài)環(huán)境成本比模式1高出768.73億元。從第2年起，模式2雖然減少了營(yíng)造碳匯林的投入成本，但生態(tài)環(huán)境成本仍高于模式1。因此，僅從生態(tài)環(huán)境成本的角度考慮，模式1相較模式2更為經(jīng)濟(jì)。但是模式1下的CO2過(guò)度排放對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的破壞和壓力卻難以估量。

考慮到模式2營(yíng)造的碳匯林存在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境效益的扭虧為盈，而模式1單純通過(guò)碳排放權(quán)交易解決碳赤字問(wèn)題，實(shí)際上生態(tài)環(huán)境效益為負(fù)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第1至第5年間，模式2相較模式1可累計(jì)多產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境效益20 016.86億元。因此，綜合考慮，模式2是一種更為可持續(xù)的解決碳赤字問(wèn)題的方案。

3 結(jié) 論

(1) 2004、2005年遼寧省存在一定的碳盈余，但從2006年開(kāi)始出現(xiàn)了碳赤字，而且碳赤字有逐漸增大的趨勢(shì)，直到2012年才穩(wěn)定下來(lái)。

(2) 模式1的生態(tài)環(huán)境效益等于負(fù)的生態(tài)環(huán)境成本。2004—2012年遼寧省生態(tài)環(huán)境成本快速增長(zhǎng)，而2012—2017年遼寧省生態(tài)環(huán)境成本變化不大。由于國(guó)內(nèi)碳交易市場(chǎng)發(fā)展相對(duì)滯后，碳排放權(quán)相對(duì)廉價(jià)，因此模式1產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境成本占GDP比例不高，容易被忽視。按照2004—2017年的數(shù)據(jù)對(duì)模式1的生態(tài)環(huán)境成本采用線性方程進(jìn)行擬合，并以2017年為基準(zhǔn)年往后推算，第1年生態(tài)環(huán)境成本將達(dá)到162.92億元，第5年將達(dá)到208.46億元。

(3) 模式2通過(guò)營(yíng)造碳匯林解決碳赤字問(wèn)題，雖然生態(tài)環(huán)境成本大于模式1，但營(yíng)造的碳匯林具有巨大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，能夠使遼寧省的生態(tài)環(huán)境效益扭虧為盈。

(4) 解決遼寧省的碳赤字問(wèn)題，如果僅從生態(tài)環(huán)境成本的角度考慮，模式1比模式2更為經(jīng)濟(jì)，但模式1下的CO2過(guò)度排放對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的破壞和壓力卻難以估量，而模式2下碳匯林提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值是巨大的，因此模式2是一種更為可持續(xù)的解決碳赤字問(wèn)題的方案，建議遼寧省選擇模式2解決碳赤字問(wèn)題。