汾河流域碳平衡分區(qū)時空演變趨勢

汪宇祥，宋 潔，張克露

(太原師范學(xué)院 地理科學(xué)學(xué)院，山西 晉中 030619)

碳平衡分區(qū)指在一定的行政管轄范圍內(nèi)，依托既有行政區(qū)劃、功能單元或基于基礎(chǔ)尺度(1 km×1 km)柵格的空間邊界內(nèi)碳源與碳匯的承載能力及空間分布，以及碳源與碳匯的總量及強(qiáng)度、減排潛力等，通過碳平衡計算，劃定出具有相似特征及不同發(fā)展導(dǎo)向的次一級空間單元，表征不同空間單元碳排放的空間異質(zhì)性[1]。中國政府將2030年碳達(dá)峰行動計劃納入“十四五”經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展五年規(guī)劃，但中國經(jīng)濟(jì)增長質(zhì)量與歐美發(fā)達(dá)國家仍有較大差距，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)所需的碳減排量遠(yuǎn)高于其他經(jīng)濟(jì)體[2]。通過碳平衡分區(qū)，分析不同空間單元的碳平衡，協(xié)調(diào)區(qū)域碳平衡，有助于實(shí)現(xiàn)區(qū)域碳中和目標(biāo)。

近年來，國內(nèi)外學(xué)界開展了部分區(qū)域碳平衡的相關(guān)研究。Shaw等[3]分析認(rèn)為加拿大阿爾伯塔省油砂地區(qū)的石油和天然氣開采等人類活動是導(dǎo)致該地土地利用變化(森林減少)的主要原因，促使區(qū)域碳平衡從碳匯變成了碳源。Li等[4]對中國區(qū)域碳平衡研究顯示，華北和西北為凈碳源區(qū)，其他區(qū)域是凈碳匯，土地利用變化導(dǎo)致各地區(qū)碳儲量損失。城市地域的碳平衡研究成果較多。趙榮欽等[5]構(gòu)建城市系統(tǒng)碳循環(huán)的理論框架，分析了南京市碳平衡狀況。余光英等[6]對武漢城市圈開展碳平衡適宜性評價來劃定碳平衡功能分區(qū)，并從土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的角度提出區(qū)際協(xié)調(diào)建議。彭文英等[7]從城鄉(xiāng)生態(tài)補(bǔ)償?shù)囊暯情_展了北京市碳平衡分析，以促進(jìn)城鄉(xiāng)生態(tài)統(tǒng)籌發(fā)展。張思敏等[8]以省域?yàn)檠芯繀^(qū)，通過安徽省各城市碳收支差異分析發(fā)現(xiàn)皖北和皖南區(qū)域碳平衡格局存在顯著差異。宋苑震等[9]以北部灣城市群為研究區(qū)，認(rèn)為調(diào)整碳匯用地形態(tài)與用地結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)碳循環(huán)能力以實(shí)現(xiàn)區(qū)域碳平衡。張小平[1]則以縣域?yàn)閱挝唬瑥恼w上評估了桓臺縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)碳平衡狀況，并從低碳空間規(guī)劃的視角提出了基于碳平衡分區(qū)的差異化城鎮(zhèn)發(fā)展模式。

總體而言，已有文獻(xiàn)較少從流域視角開展碳平衡研究。流域?qū)儆谝环N典型的自然區(qū)域，是一條河流(或水系)的集水區(qū)域，它是以河流為中心，由分水線包圍的區(qū)域，是一個從源頭到河口的完整、獨(dú)立、自成系統(tǒng)的水文單元，流域內(nèi)各自然要素的相互關(guān)聯(lián)極為密切，地區(qū)間相互影響顯著[8]。由于流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境具有一定的關(guān)聯(lián)性和整體性，因此以流域?yàn)檠芯繀^(qū)，對協(xié)調(diào)和優(yōu)化區(qū)域碳平衡具有重要的實(shí)踐意義。本文以汾河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，縣域?yàn)榛締卧接懥饔騼?nèi)碳排放和碳吸收強(qiáng)度，分析其時空特征，進(jìn)行碳平衡分區(qū)。

2020年12月召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會議將碳達(dá)峰和碳排放列為2021年八項重點(diǎn)工作之一，提出調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、土地綠化等方面的意見，生態(tài)環(huán)境部要求各省政府制定全省碳達(dá)峰行動計劃。山西省在2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰面臨一系列挑戰(zhàn)。一是山西省社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不高，不僅要保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，而且要控制碳排放。二是重工業(yè)結(jié)構(gòu)占比大，山西省能源密集型產(chǎn)業(yè)比重仍然較高，傳統(tǒng)增長模式產(chǎn)生大量碳排放。三是山西省能源結(jié)構(gòu)中煤炭占比大，煤炭約占58%，高碳能源結(jié)構(gòu)面臨轉(zhuǎn)型困難。汾河流域是山西省重要的能源化工基地，是山西省國家資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)的核心區(qū)域，是黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重要組成部分。進(jìn)行汾河流域碳平衡分區(qū)，對山西省實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)、完善主體功能區(qū)劃等具有重要參考意義。

1 數(shù)據(jù)來源與計算方法

1.1 研究區(qū)域

汾河發(fā)源山西省寧武縣管涔山，于萬榮縣注入黃河，全長約713 km，是黃河重要的一級支流。汾河流域(35°22′6″～38°49′24″N、110°30′3″～112°50′24″E)流域面積39 826 km2。屬溫帶大陸性氣候，年均氣溫11 ℃，年均降水量392.8 mm，地表水資源量為15.855 7 m3，水資源總量為28.244 6 m3。汾河流域內(nèi)自然資源豐富，包括2個國家級、10個省級自然保護(hù)區(qū)，6個國家級、9個省級森林公園以及19個濕地公園和9個風(fēng)景名勝區(qū)，是黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展重要組成部分。流域主要涵蓋忻州市、太原市、呂梁市、晉中市、臨汾市、運(yùn)城市6市的40個縣區(qū)(圖1)，是山西重要的能源化工基地、山西中部盆地城市群的主要部分。

圖1 汾河流域所涉縣區(qū)圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

以2020年山西省各縣市的行政區(qū)劃為標(biāo)準(zhǔn)，對存在變動的縣市進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。流域內(nèi)各縣市GDP數(shù)據(jù)來源于山西統(tǒng)計年鑒以及部分市縣的統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，研究時間序列為2000—2017年。碳排放與碳吸收數(shù)據(jù)來源于中國碳核算數(shù)據(jù)庫CEADs。CEADs是在國家自然科學(xué)基金委員會、科技部國際合作項目及重點(diǎn)研發(fā)計劃、英國研究理事會等共同支持下編纂完成的涵蓋中國及其他發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體的多尺度碳核算清單及社會經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易數(shù)據(jù)庫。CEADs采用粒子群優(yōu)化-反向傳播(PSO-BP)算法將DMSP/OLS和NPP/VIIRS衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配和統(tǒng)一，并對中國省市的夜間燈光數(shù)據(jù)和省市化石能源消費(fèi)CO2排放數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，然后基于自上而下的思路，以區(qū)縣燈光亮度總量為權(quán)重反演中國區(qū)縣的化石能源消費(fèi)CO2排放量；采用MODIS平臺提供的MOD17A3H產(chǎn)品測算各區(qū)縣中所對應(yīng)的凈初級生產(chǎn)力，最后借助植被干物質(zhì)與吸收CO2的轉(zhuǎn)化系數(shù)得到陸地植被固碳量[10]。

1.3 計算方法

1.3.1 碳排放經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)

碳排放經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)(ECC)用于從經(jīng)濟(jì)利益角度衡量流域碳排放量的差異性[10]，計算公式為

(1)

式中：Cn和Dn分別表示第n個縣的GDP 和碳排放量；C和D分別表示汾河流域的GDP和碳排放量。若 ECC>1，表明該縣的碳排放經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)較高，反之則較低。

1.3.2 碳吸收生態(tài)承載系數(shù)

碳生態(tài)承載系數(shù)(ESC)即表示某一地區(qū)碳吸收占全區(qū)的比例與該區(qū)域碳排放全區(qū)的比例的商，反映了流域碳匯能力的大小[10]，計算公式為

(2)

式中：Em和Dm分別表示第m個縣的碳吸收量和碳排放量；E和D分別表示汾河流域的碳吸收量和碳排放量。若ESC>1，表明該縣的碳吸收生態(tài)承載系數(shù)較高，反之則較低。

2 結(jié)果與分析

2.1 汾河流域碳排放及其時空特征分析

2017年汾河流域碳排放總量為16 678.01萬t，自2000年整體快速增長(圖2)。大體可分為兩個階段：2000—2010年，為高速增長階段；2011—2017年，為波動下降階段。2017年上游碳排放量為1 392.20萬t，中游碳排放量為9 689.70萬t，下游碳排放量為5 596.11萬t，中游碳排放量約為上游排放量7倍，不同河段差異顯著。2000—2017年，中游碳排放量與下游碳排放量呈快速增長，上游碳排放量呈低位低速增長。不同河段的碳排放量整體呈增長趨勢，即中游碳排放量>下游碳排放量>上游碳排放量。

圖2 2000—2017年汾河流域碳排放量與碳匯量

2017年，各縣市碳排放強(qiáng)度差異明顯(圖3)。其中，碳排放強(qiáng)度>1的有4個縣市分別是太原市轄區(qū)、孝義市、介休市與河津市；碳排放強(qiáng)度<0.1的僅有一個縣市，即靜樂縣。反映出汾河流域碳排放強(qiáng)度整體較高。從不同河段來看，上游碳排放強(qiáng)度最低，所涉5個縣市碳排放強(qiáng)度均<0.5，呈低強(qiáng)度；中游碳排放強(qiáng)度最高，碳排放強(qiáng)度>1.5的有一個縣市，即太原市轄區(qū)，碳排放強(qiáng)度>1的有兩個縣市，即孝義市與介休市，碳排放強(qiáng)度>0.5的有4個縣市，即清徐縣、汾陽市、靈石縣與霍州市；下游碳排放強(qiáng)度次之，碳排放強(qiáng)度>1的有一個縣市，即河津市，碳排放強(qiáng)度>0.5的有5個縣市，即洪洞縣、臨汾市轄區(qū)、襄汾縣、曲沃縣與侯馬市。整體呈現(xiàn)出中間高、南北兩側(cè)低的格局。這與汾河流域人類社會經(jīng)濟(jì)活動差異有關(guān)。

2.2 汾河流域碳吸收及其時空特征分析

2017年汾河流域碳吸收總量5 719.90萬t，自2000年整體波動低速增長[圖2(b)]。大體可為3個階段：2000—2004年，為高速增長階段；2005—2011年，為平穩(wěn)階段；20012—2017年，為波動上升階段。2017年上游碳吸收量1 241.51萬t，中游碳吸收量2 816.61萬t，下游碳吸收量1 661.78萬t，由于流域面積不同，不同河段呈現(xiàn)出不同差異。2000—2017年，上游碳吸收量與下游碳吸收量呈低位低速增長，中游碳吸收量呈較明顯的波動增長。不同河段的碳吸收量整體呈穩(wěn)定趨勢，變化較小。

2017年，各縣市碳吸收強(qiáng)度差異明顯[圖3(b)]。其中，碳吸收強(qiáng)度為0.16的有5個縣市，分別是寧武縣、嵐縣、交城縣、翼城縣與絳縣；碳吸收強(qiáng)度為0.11的僅有一個縣市，即清徐縣。從不同河段來看，上游碳吸收強(qiáng)度最高，所涉4個縣市碳排放強(qiáng)度均≥0.14，呈高強(qiáng)度；中游碳吸收強(qiáng)度最低，碳吸收強(qiáng)度為0.11的有一個縣市，即清徐縣，碳吸收強(qiáng)度為0.12的有3個縣市，即太原市轄區(qū)、霍州市與介休市，碳吸收強(qiáng)度為0.13的有6個縣市，即晉中市轄區(qū)、汾陽市、祁縣、平遙縣、靈石縣與孝義市；下游碳吸收強(qiáng)度相對較高，碳吸收強(qiáng)度為0.16的有兩個縣市，即翼城縣與絳縣，碳吸收強(qiáng)度為0.11的有一個縣市，即河津市。整體呈中間低、南北兩側(cè)高的格局。這與汾河流域不同地區(qū)的地形差異和土地利用方式有關(guān)。

2.3 汾河流域ECC與ESC時空特征分析

為探究汾河流域碳排放與碳吸收的動態(tài)演變規(guī)律，將計算出的汾河流域34縣市的ECC與ESC輸入STATA16軟件進(jìn)行核密度估計分析。為方便分析各年份核密度在時間上的動態(tài)變化，本文選取2000、2009、2017年3個時段的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行測算。

由表1可知，2000、2009、2017年3個時段的ECC均值均為中游>下游>上游，其中上游差距較大，說明上游的經(jīng)濟(jì)效率和能源利用效率顯著低于中游與下游。并且，全流域ECC均值由0.76下降到0.72，呈下降態(tài)勢。上游ECC均值至2009年下降明顯，后有回升，但整體呈下降趨勢；中游ECC均值微下降后保持較穩(wěn)定的態(tài)勢；下游ECC均值則微上升之后明顯下降。3個時段的ESC均值均為上游>中游>下游，其中上游ESC均值明顯較高，說明上游具有相對較高的碳吸收量。上游ESC均值在2000年處較高水平，之后發(fā)生顯著下降；中游ESC均值也呈一定下降趨勢；下游ESC均值略有變化，但較為穩(wěn)定。從整體上看，ESC均值由1.86下降到1.65，呈明顯下降的趨勢。

表1 2000、2009、2017年汾河流域ECC與ESC均值

從圖4來看，3個時段的ECC均呈明顯的單峰模式，并大部分低于0.8。自2000年兩極分化程度較高到2009年兩極分化程度降低再到2017年兩極分化程度又增大的過程。2006—2017年的核密度曲線先右移后微量左移，整體呈微量右移趨勢，從位置上看，ECC的核密度分布2000年呈右偏態(tài)分布，2009年和2017年轉(zhuǎn)為正態(tài)分布，反映出汾河流域的ECC總體上呈現(xiàn)降低的趨勢。3個年份的ESC存在差異，2000年的曲線呈雙峰模式，波峰分布在1和5附近，第1峰值明顯高于第2峰值，表明該時期汾河流域ESC的兩極分化程度相對較低。2009年的曲線呈三峰模式，第2、3波峰位于2～4，第1峰值明顯高于第2、3峰值，波峰間距較2000年曲線明顯收窄，表明該時段汾河流域ESC的兩極分化程度相對較高。2017年的曲線呈雙峰模式，第2波峰位于2～3，第1峰值明顯高于第2峰值，波峰間距較2009年曲線收窄，表明該時段汾河流域ESC的兩極分化程度進(jìn)一步提高。3個年份的ESC大部分高于1，呈右偏態(tài)分布，說明2006—2017年汾河流域ESC整體較高。2006—2017年的核密度曲線未明顯移動，但ESC>4的核密度值明顯減小，反映出汾河流域的ESC總體上呈現(xiàn)減小的趨勢。上述結(jié)果說明，汾河流域的社會經(jīng)濟(jì)為粗放發(fā)展。

圖4 2000、2009、2017年汾河流域ECC與ESC核密度

2.4 汾河流域碳平衡分區(qū)

綜上，通過對汾河流域各縣市碳排放總量、碳排放強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)率和生態(tài)承載系數(shù)等指標(biāo)的測算，劃分為4類區(qū)域，即碳收支平衡區(qū)、碳強(qiáng)度控制區(qū)、碳匯功能區(qū)和高碳優(yōu)化區(qū)。碳收支平衡區(qū)即ECC>0.8、ESC>1的縣市，該類縣市的碳排放總量較小或單位GDP碳排放量較小，且碳吸收量較高，生態(tài)壓力相對不明顯；碳強(qiáng)度控制區(qū)即ECC>0.8、ESC<1的縣市，該類縣市的單位GDP碳排放量較小，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，但碳排放總量較大或由于忽視生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)，導(dǎo)致碳吸收生態(tài)承載系數(shù)較低；碳匯功能區(qū)即ECC<0.8、ESC>1的縣市，該類縣市單位GDP碳排放量較大，經(jīng)濟(jì)粗放，但碳排放總量低或由于生態(tài)基礎(chǔ)較好，碳吸收量較高，生態(tài)壓力較低；高碳優(yōu)化區(qū)即ECC<0.8、ESC <1的縣市，該類縣市碳排放總量相對較大或單位GDP碳排放量較大，且碳吸收量不高。本文選擇2000、2009、2017年汾河流域的碳平衡分區(qū)按上中下游進(jìn)行對比分析(圖5)。

圖5 2000、2009、2017年汾河流域上中下游ECC與ESC雷達(dá)圖

上游碳平衡分區(qū)：主要為碳匯功能區(qū)，反映出汾河流域上游生態(tài)環(huán)境整體良好。其中，寧武縣、靜樂縣、嵐縣與婁煩縣在3個時段均為碳匯功能區(qū)，古交市于2000年和2009年為高碳優(yōu)化區(qū)，2017年轉(zhuǎn)為碳匯功能區(qū)，反映出古交市生態(tài)環(huán)境得到改善。

中游碳平衡分區(qū)：介休市、霍州市與汾陽市在3個時段均為高碳優(yōu)化區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但較為粗放，生態(tài)環(huán)境不佳。陽曲縣、文水縣、交城縣與交口縣在3個時段均為碳匯功能區(qū)，是中游重要的碳匯。太原市轄區(qū)在3個時段均為碳強(qiáng)度控制區(qū)，反映出太原市轄區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，但生態(tài)環(huán)境未得到同步改善。祁縣在3個時段均為碳收支平衡區(qū)，反映出祁縣經(jīng)濟(jì)與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展。清徐縣于2000年和2009年為碳強(qiáng)度控制區(qū)，2017年轉(zhuǎn)為高碳優(yōu)化區(qū)，反映出清徐縣生態(tài)環(huán)境未好轉(zhuǎn)。平遙縣于2000年為碳匯功能區(qū)，2009年和2017年轉(zhuǎn)為高碳優(yōu)化區(qū)，反映出平遙縣生態(tài)環(huán)境逐漸惡化。晉中市轄區(qū)于2000年和2009年為碳收支平衡區(qū)，2017年轉(zhuǎn)為碳強(qiáng)度控制區(qū)，反映出晉中市轄區(qū)生態(tài)環(huán)境有惡化趨勢。壽陽縣于2000年為碳匯功能區(qū)，2009年和2017年轉(zhuǎn)為碳收支平衡區(qū)，反映出壽陽縣生態(tài)環(huán)境逐漸惡化。靈石縣和孝義市于2000年為高碳優(yōu)化區(qū)，2009年和2017年轉(zhuǎn)為碳強(qiáng)度控制區(qū)，反映出靈石縣社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但生態(tài)環(huán)境未得到同步改善。汾西縣于2000年和2009年為高碳優(yōu)化區(qū)，2017年轉(zhuǎn)為碳匯功能區(qū)，反映出汾西縣生態(tài)環(huán)境得到改善。

下游碳平衡分區(qū)：稷山縣、襄汾縣與洪洞縣在3個時段均為高碳優(yōu)化區(qū)。古縣和翼城縣在3個時段均為碳匯功能區(qū)，是中游重要的碳匯。侯馬市和臨汾市轄區(qū)在3個時段均為碳強(qiáng)度控制區(qū)，反映出該地經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，但生態(tài)環(huán)境未得到同步改善。絳縣在3個時段均為碳收支平衡區(qū)，反映出絳縣經(jīng)濟(jì)與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展。萬榮縣在2000年為碳收支平衡區(qū)，2009年和2017年轉(zhuǎn)為碳匯功能區(qū)，反映出萬榮縣生態(tài)環(huán)境得到改善。新絳縣在2000年為碳收支平衡區(qū)，2009年轉(zhuǎn)為碳強(qiáng)度控制區(qū)，2017年轉(zhuǎn)為碳匯功能區(qū)，反映出新絳縣生態(tài)環(huán)境先惡化后改善。曲沃縣和河津市于2000年和2009年為碳強(qiáng)度控制區(qū)，2017年轉(zhuǎn)為高碳優(yōu)化區(qū)，反映出河津市社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境同步惡化的趨勢。浮山縣于2000年和2009年為碳匯功能區(qū)，2017年轉(zhuǎn)為碳收支平衡區(qū)，反映出浮山縣生態(tài)環(huán)境有惡化趨勢。

從全流域看，2017年，碳收支平衡區(qū)為4個，碳強(qiáng)度控制區(qū)為6個，碳匯功能區(qū)為14個，高碳優(yōu)化區(qū)為10個。碳強(qiáng)度控制區(qū)主要為碳排放總量大且經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，包括太原市轄區(qū)、晉中市轄區(qū)、臨汾市轄區(qū)、孝義市、靈石縣以及侯馬市，均分布在汾河中游與下游。高碳優(yōu)化區(qū)主要為碳排放量總量較大但經(jīng)濟(jì)效率較低、且生態(tài)環(huán)境較差的地區(qū)，包括清徐縣、汾陽市、平遙縣、介休市、霍州市、洪洞縣、襄汾縣、曲沃縣、稷山縣以及河津市，均分布在汾河中游與下游。碳收支平衡區(qū)主要為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對較弱，但生態(tài)環(huán)境較好的地區(qū)，包括壽陽縣、祁縣、浮山縣以及絳縣，均分布在汾河中游與下游。碳匯功能區(qū)主要為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展弱，但生態(tài)環(huán)境良好的地區(qū)，包括寧武縣、靜樂縣、嵐縣、婁煩縣、古交市、陽曲縣、交城縣、文水縣、交口縣、汾西縣、古縣、翼城縣、新絳縣以及萬榮縣，全流域均有分布，但主要位于上游。汾河流域碳平衡整體上呈現(xiàn)出中間差、南北兩側(cè)好的空間格局。2000、2009、2017年汾河流域碳平衡分區(qū)如圖6所示。

圖6 2000、2009、2017年汾河流域碳平衡分區(qū)

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

汾河流域整體氣候狀況、地形地貌、土地覆被類型以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面的差異，影響了各單元的碳排放總量、碳匯總量、碳排放強(qiáng)度、碳吸收強(qiáng)度、碳排放經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)和碳吸收生態(tài)承載系數(shù)，共同決定了碳平衡的區(qū)域分異。受各單元社會經(jīng)濟(jì)規(guī)模影響，汾河流域的碳排放量表現(xiàn)為：中游碳排放量>下游碳排放量>上游碳排放量，流域碳排放強(qiáng)度整體呈現(xiàn)出中間高、南北兩側(cè)低的格局，這與汾河流域縣域經(jīng)濟(jì)的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)區(qū)域相吻合[10]。各縣市的工業(yè)發(fā)展程度不同，流域碳排放量與碳排放強(qiáng)度差異明顯。

土地覆被類型以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對流域碳吸收量和碳吸收強(qiáng)度有明顯影響。中游土地面積較大，碳吸收總量也相對較大，但由于人口眾多、礦產(chǎn)資源開發(fā)規(guī)模大、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，大量土地轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾徒ㄔO(shè)用地[9]，導(dǎo)致大量林地和草地被侵占，碳吸收強(qiáng)度明顯較低。上游與下游由于土地面積較小，因此碳吸收總量相對較小。下游東南部與上游人口密度較小，多山地，以林草地為主，碳吸收強(qiáng)度高，導(dǎo)致流域碳吸收強(qiáng)度整體呈現(xiàn)出中間低、南北兩側(cè)高的格局。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和科技水平對ECC有重要影響。ECC均值為中游>下游>上游，其中上游差距較大。上游縣市工業(yè)基礎(chǔ)較薄弱，經(jīng)濟(jì)效率和能源利用效率較低。2000、2009、2017年3個年份的汾河流域ECC均呈明顯的單峰模式，并大部分低于0.8，汾河流域的ECC總體上呈現(xiàn)降低的趨勢。2000年以來，汾河流域煤炭經(jīng)濟(jì)高速增長，煉焦、冶金、電力等重化工企業(yè)快速崛起，碳排放量巨大，但經(jīng)濟(jì)效益偏低，尤其在2012年國際煤炭價格持續(xù)走低之后，ECC進(jìn)一步降低。此外，由于煤炭價格與技術(shù)進(jìn)步呈正向線性相關(guān)關(guān)系[11]，低迷的煤炭價格阻礙了減碳技術(shù)的進(jìn)步，未能有效減小單位GDP碳排放量，致使ECC下降。

上游ESC均值雖較高水平，之后發(fā)生顯著下降，ESC的降低主要體現(xiàn)為區(qū)域植被固碳能力的下降，說明上游林草資源受到明顯破壞。同時，水資源短缺地區(qū)對重化工產(chǎn)業(yè)響應(yīng)明顯，間接影響到流域植被固碳能力。汾河流域用水量較大，為31.08億m3，占黃河流域用水量的60.7%，占全省用水總量的40.9%[12]，擠占了部分生態(tài)用水，對流域ESC存在一定影響。2000、2009、2017年3個年份的汾河流域ESC的兩極分化程度逐步擴(kuò)大，其中靜樂縣、寧武縣以及壽陽縣ESC最高。寧武縣生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)好，但多年來，生產(chǎn)活動頻繁、工礦用地過度擴(kuò)張，對耕地、建設(shè)用地的需求增加[13]，寧武縣ESC整體下降之勢，靜樂縣與壽陽縣則經(jīng)歷了生態(tài)破壞和修復(fù)的過程。但由于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為粗放，生態(tài)環(huán)境修復(fù)有待加強(qiáng)，造成汾河流域的ESC總體上呈現(xiàn)減小的趨勢。

汾河流域上游生態(tài)環(huán)境整體良好，主要為碳匯功能區(qū)。研究認(rèn)為汾河流域的生態(tài)空間位于流域邊緣山區(qū)，生產(chǎn)、生活空間位于核心盆地區(qū)[14]。與此相應(yīng)，汾河流域碳平衡整體上呈現(xiàn)出中間差、南北兩側(cè)好的空間格局。經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高的縣市碳平衡普遍較差；經(jīng)濟(jì)發(fā)展較弱的縣市主要是一些山區(qū)縣市，碳平衡普遍較好。其中，碳收支平衡區(qū)包括壽陽縣、祁縣、浮山縣以及絳縣，主要為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對較弱的地區(qū)，說明汾河流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量水平不協(xié)調(diào)。

3.2 結(jié)論

1)受各單元社會經(jīng)濟(jì)規(guī)模影響，汾河流域的碳排放量表現(xiàn)為：中游碳排放量>下游碳排放量>上游碳排放量，流域碳排放強(qiáng)度整體呈現(xiàn)出中間高、南北兩側(cè)低的格局。

2)2000—2017年，上游碳吸收量與下游碳吸收量呈低位低速增長態(tài)勢，中游碳吸收量呈較明顯的波動增長變化。不同河段的碳吸收量整體呈穩(wěn)定趨勢，變化較小。流域碳吸收強(qiáng)度整體呈現(xiàn)出中間低、南北兩側(cè)高的格局。汾河流域的碳排放經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)與碳吸收生態(tài)承載系數(shù)總體上均呈現(xiàn)下降的趨勢，因社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為粗放，生態(tài)環(huán)境修復(fù)有待加強(qiáng)。

3)汾河流域碳平衡整體上呈現(xiàn)出中間差、南北兩側(cè)好的空間格局，汾河流域上游生態(tài)環(huán)境整體良好，為汾河流域主要的碳匯功能區(qū)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高的縣市，碳平衡普遍較差；經(jīng)濟(jì)發(fā)展較弱的縣市，碳平衡普遍較好，汾河流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量水平不協(xié)調(diào)。