福建省土地利用碳排放強(qiáng)度及其空間關(guān)聯(lián)性研究

唐春燕，翁羽奇，范勝龍

（福建農(nóng)林大學(xué)公共管理與法學(xué)院，福建 福州 350002）

全球氣候變暖是當(dāng)今社會(huì)密切關(guān)注的問題之一，不少學(xué)者認(rèn)為人類活動(dòng)范圍的擴(kuò)大是導(dǎo)致全球二氧化碳濃度升高的主要原因，有些學(xué)者則持其他看法，認(rèn)為土地利用是造成溫室氣體排放量增長(zhǎng)的主要因素[1-2]。無(wú)可爭(zhēng)議的是，全球變暖與二氧化碳濃度上升密切相關(guān)，其中，區(qū)域土地利用活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放量占人類活動(dòng)碳排放總量的1/3，對(duì)于區(qū)域的碳排放格局有著重要影響[3-6]。因此，對(duì)土地利用過程中的碳排放進(jìn)行深入研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，不少學(xué)者對(duì)碳收支核算﹑碳補(bǔ)償機(jī)制﹑碳循環(huán)以及碳交易市場(chǎng)進(jìn)行研究[7-10]，還有學(xué)者從土地利用碳效應(yīng)﹑碳排放規(guī)律及影響因素等方面研究土地利用碳排放的時(shí)空特征[11-14]。隨著研究的深入，部分學(xué)者認(rèn)識(shí)到碳排放的空間溢出效應(yīng)對(duì)于區(qū)域環(huán)境的碳排放強(qiáng)度有重要影響[15]，因此，將時(shí)空耦合﹑空間溢出及關(guān)聯(lián)性[16-20]等方面納入土地利用碳排放的研究中。但在進(jìn)行相關(guān)研究時(shí)，一些學(xué)者僅關(guān)注到地理因素，忽視了區(qū)域間環(huán)境政策和市場(chǎng)機(jī)制等對(duì)碳排放的作用。此外，各區(qū)域因經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平﹑能源消耗供給﹑資金技術(shù)的往來等產(chǎn)生的區(qū)域碳排放差異及空間聯(lián)系有待進(jìn)一步深入，開展此類研究有助于厘清不同區(qū)域在碳排放空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中所處的地位，從而制定相應(yīng)的碳減排政策。

福建是我國(guó)最早實(shí)行改革開放的省份之一，經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，同時(shí)堅(jiān)持綠色發(fā)展，生態(tài)省建設(shè)不斷推進(jìn)。目前對(duì)福建碳排放的研究主要側(cè)重于預(yù)測(cè)以及影響因素分析。以福建為研究對(duì)象，研究不同土地利用方式的碳排放強(qiáng)度及變化規(guī)律，分析區(qū)域差異，構(gòu)建碳排放引力模型，分析福建各市碳排放空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)福建綠色發(fā)展，以及制定協(xié)同減排策略具有借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

本文研究區(qū)為福建省，面積12.4×104km2，山多平原少，大部分屬于武夷山脈的組成部分，整體地勢(shì)西北高﹑東南低，海岸線漫長(zhǎng)，島嶼良港眾多。福建處于亞熱帶﹑半亞熱帶地區(qū)，氣候適宜，雨量充沛，有眾多動(dòng)植物資源，2019 年森林覆蓋率為66.8%，位居全國(guó)第一。2019 年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值42395 億元，比上年增長(zhǎng)7.6%，規(guī)模以上工業(yè)增加值增長(zhǎng)8.8%，原煤和原油的消費(fèi)量明顯增加。2019 年， 耕地面積為93.2×104hm2，與“十二五”期間年平均耕地面積相比，減少30.45%左右；林地面積為881.14×104hm2，草地面積為7.49×104hm2，建設(shè)用地面積有所增加。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)主要來源于《福建省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2006—2020 年）﹑2005 年土地利用變更調(diào)查結(jié)果，以及2019 年各地級(jí)市第三次國(guó)土調(diào)查，能源消費(fèi)數(shù)據(jù)來自國(guó)家統(tǒng)計(jì)局以及各設(shè)區(qū)市統(tǒng)計(jì)年鑒等。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用碳排放測(cè)算

本文研究對(duì)象為建設(shè)用地﹑耕地﹑林地﹑草地的碳排放量。其中耕地是弱碳源[21]，林地是主要的碳匯，草地碳匯功能較弱，采用藍(lán)家程和孫赫等研究的碳排放系數(shù)[22-23]，耕地﹑林地﹑草地的碳排放系數(shù)依次為0.422 t/hm2﹑-0.644 t/hm2﹑-0.022 t/hm2，碳排放量計(jì)算公式為:

式中，Ci表示第i種地類產(chǎn)生的碳排放量（t）；Ai表示第i種地類的面積；αi表示第i種地類的碳排放系數(shù)。

建設(shè)用地是主要碳源，其碳排放主要由能源消耗產(chǎn)生，計(jì)算公式為:

式中，Cs表示建設(shè)用地碳排放量（t）；ei表示第i種能源的消費(fèi)量（t 或m3）；ni表示能源i的標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)；βi表示碳排放系數(shù)，碳含量﹑平均低位發(fā)熱值和碳氧化率的取值參照《綜合能耗計(jì)算通則》和《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》[24]數(shù)據(jù)，具體系數(shù)見表1。

表1 各類能源標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)和碳排放系數(shù)

2.2.2 碳排放變化地區(qū)差異測(cè)算

將研究區(qū)9 個(gè)市按傳統(tǒng)劃分方法，分為閩北（南平市）﹑閩東（寧德市）﹑閩中（福州市﹑莆田市）﹑閩西（龍巖市﹑三明市）﹑閩南（廈門市﹑泉州市﹑漳州市）5 個(gè)區(qū)域，根據(jù)式（1）和式（2）分別計(jì)算2005 年﹑2019 年各區(qū)域的建設(shè)用地碳排放﹑耕地碳排放﹑林地碳吸收以及凈碳排放，并得到這4個(gè)指標(biāo)的變化量 。

2.2.3 碳排放網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

構(gòu)建引力模型，量化分析研究區(qū)各地級(jí)市碳排放的空間關(guān)系。引力模型是廣泛應(yīng)用于空間相互作用的一種模型，以牛頓萬(wàn)有引力公式為基礎(chǔ)。隨著時(shí)代發(fā)展，引力模型在其他許多領(lǐng)域不斷延伸和發(fā)展，當(dāng)前已逐漸成為定量化分析空間關(guān)系及作用的主要工具[25-29]。根據(jù)各地級(jí)市2019 年凈碳排放量和地區(qū)生產(chǎn)總值計(jì)算得到單位GDP 碳排放，以單位GDP 碳排放為指標(biāo)，計(jì)算城市間的引力，公式為:

式中，rij和dij分別表示城市i和城市j之間的引力和空間距離，F(xiàn)i﹑Fj分別表示城市i和城市j的單位GDP 碳排放量。

3 結(jié)果與分析

3.1 2005—2019 年福建土地利用碳排放時(shí)空特征分析

根據(jù)福建2005—2019 年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)以及能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到不同土地利用方式的碳排放量（表2）。

表2 2005—2019 年研究區(qū)土地利用碳排放量 單位：104 t

總體上，研究區(qū)土地利用凈碳排放量呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，凈碳排放量從2005 年的2869.46×104t上升至2019 年的8051.36×104t，增長(zhǎng)180.59%，變化趨勢(shì)與土地利用碳源量相接近；總碳匯量在研究期間內(nèi)波動(dòng)程度小，說明林地﹑草地碳吸收量在研究期內(nèi)變化較小。以2014 年為拐點(diǎn)，凈碳排放量可分為先增長(zhǎng)后波動(dòng)兩個(gè)階段。第一階段，2005—2014 年，研究區(qū)城鎮(zhèn)化水平進(jìn)程加快，土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生較大調(diào)整，建設(shè)用地持續(xù)擴(kuò)增，各種能源消費(fèi)量大幅上漲，使得碳源總量上升迅速，因而碳排放總量呈遞增趨勢(shì)。第二階段，2015—2019 年，研究區(qū)土地利用凈碳排放量呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)；2016年的凈碳排放量處于最低點(diǎn)，為6524.19×104t，主要是因?yàn)楦＝ù罅ν七M(jìn)節(jié)能減排措施，使得能源消費(fèi)總量大幅下降，碳源減少；2017 年之后，凈碳排放量又呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢(shì)（圖1）。

圖1 研究區(qū)土地利用凈碳排放量變化圖

從土地利用結(jié)構(gòu)上分析，建設(shè)用地碳排放量占比從2005 年的98.32%上升到2019 年的99.54%，是主要碳源。耕地是另一碳源，但由于耕地面積占總面積比例較低，且隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，其碳排放量呈遞減趨勢(shì)。另外，從碳吸收來看，林地發(fā)揮主要的碳匯作用，草地碳吸收量穩(wěn)定在0.01×104t，但由于建設(shè)用地碳排放量與碳吸收量之間差距過大，無(wú)法顯著平衡碳排放量。 福建應(yīng)繼續(xù)控制建設(shè)用地的碳排放量，并逐步擴(kuò)增林地和草地面積，降低凈碳排放量。

3.2 福建碳排放變化地區(qū)差異分析

2005—2019 年，福建經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平不斷推進(jìn)，土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，而各區(qū)域的資源稟賦﹑土地利用結(jié)構(gòu)，以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平各不相同，因此，碳排放變化量也各有差異。本文利用ArcGIS10.2 對(duì)研究區(qū)9 個(gè)地級(jí)市進(jìn)行碳排放時(shí)空差異分析。

各區(qū)域凈碳排放量和建設(shè)用地碳排放量變化程度相一致，從低到高排序?yàn)?閩北<閩東<閩西<閩中<閩南，與區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。閩南地區(qū)作為中國(guó)東部沿海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)之一，2005—2019年經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，其中泉州地區(qū)經(jīng)濟(jì)總量連續(xù)多年位居全省首位，地區(qū)生產(chǎn)總值增幅 537.12%；廈門﹑漳州產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng)。因此，閩南地區(qū)的建設(shè)用地碳排放變化量最大，占全省變化量的60.01%；閩中地區(qū)的福州﹑莆田在研究期內(nèi)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步上升，建設(shè)用地規(guī)模不斷擴(kuò)張，碳排放變化量位居全省第二；閩西﹑閩東地區(qū)建設(shè)用地碳排放量在研究期內(nèi)變化幅度不大，分別占全省變化量的14.54%和 3.92%；閩北地區(qū)建設(shè)用地碳排放變化量最不顯著，這與南平多年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢有關(guān)。

各區(qū)域耕地碳排放變化量與耕地增減變化相關(guān)，總體上變化幅度較小，從低到高排序?yàn)?閩北<閩東<閩中<閩西<閩南。閩南耕地碳排放減少量最為顯著，占全省變化量的45.19%。2005—2019年漳州不斷推進(jìn)城鎮(zhèn)化，耕地面積有所下降，耕地碳排放量明顯下降；泉州﹑龍巖，以及寧德的耕地面積在研究期內(nèi)變化較??； 廈門﹑三明﹑莆田耕地?cái)?shù)量較穩(wěn)定，因此耕地碳排放量變化幅度不大。

各區(qū)域林地碳吸收量變化程度從低到高排序?yàn)?閩北<閩東<閩中<閩西<閩南。南平市森林覆蓋率高，在研究期內(nèi)碳吸收量變化幅度較小，因此閩北地區(qū)林地碳吸收減少量并不明顯，僅占全省變化量的6.04%；閩南地區(qū)碳吸收減少量占全省的36.94%，這與漳州﹑泉州經(jīng)濟(jì)總量快速增長(zhǎng)有關(guān)，未來應(yīng)注重產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，走綠色發(fā)展道路。

3.3 福建碳排放空間關(guān)聯(lián)性分析

引力值反映各市之間碳排放引力的強(qiáng)弱，引力值在[0.02，0.22）區(qū)間為弱引力作用；[0.22，0.51）區(qū)間為中引力作用；[0.51，1.39）區(qū)間為強(qiáng)引力作用。

各城市間碳排放存在普遍聯(lián)系，東部地區(qū)之間的聯(lián)系比西部地區(qū)更加緊密。泉州處于網(wǎng)絡(luò)的中心位置，碳輻射能力最強(qiáng)，與其他城市的聯(lián)系最為緊密；其中泉州和莆田之間是強(qiáng)引力相互作用。與三明﹑福州﹑廈門﹑漳州之間是中引力作用；福州和莆田的碳輻射能力次于泉州。漳州﹑廈門﹑三明對(duì)其他城市產(chǎn)生的溢出效應(yīng)有限。南平﹑寧德﹑龍巖與其他城市間的碳排放聯(lián)系較弱，同時(shí)受到的碳輻射也較小。

碳排放在空間上呈現(xiàn)出相互影響﹑動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，減少環(huán)境污染，降低碳排放量不能僅著眼于局部地區(qū)，而應(yīng)從整體出發(fā)，制定低碳發(fā)展策略。不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展﹑環(huán)境政策，以及制度等存在差異，要考慮碳排放在區(qū)域間的溢出效應(yīng)，特別是東部經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的各市在追求產(chǎn)業(yè)升級(jí)的過程中，為了解決環(huán)境污染，將高能耗﹑高污染的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移到西部地區(qū)，造成碳排放轉(zhuǎn)移。 研究區(qū)各個(gè)市之間的碳排放聯(lián)系表現(xiàn)為不均衡性，可以泉州為核心，聯(lián)動(dòng)廈門﹑福州等城市，根據(jù)各個(gè)城市在碳排放空間關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)所處的位置，以及對(duì)其他城市的輻射能力等方面，制定差異化的協(xié)同減排策略。同時(shí)，在環(huán)境治理中，應(yīng)引入碳交易市場(chǎng)，有效控制地區(qū)的“碳轉(zhuǎn)移”，對(duì)于受到明顯碳排放輻射的地區(qū)給予相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，從而真正實(shí)現(xiàn)低碳綠色協(xié)同發(fā)展。

4 結(jié)論與討論

4.1 主要結(jié)論

4.1.1 碳排放時(shí)空變化規(guī)律

福建土地利用凈碳排放量總體上表現(xiàn)為增長(zhǎng)的趨勢(shì)，凈碳排放量從2005 年的2869.46×104t 上升到2019 年的8051.36×104t，增幅為180.59%。以2014 年為拐點(diǎn)，福建凈碳排放量可以分為先增長(zhǎng)后波動(dòng)兩個(gè)階段；空間分布格局總體表現(xiàn)為東部高碳排放區(qū)，西部低碳排放區(qū)，其中東部的泉州﹑廈門﹑福州等區(qū)域碳排放量高，碳排放在研究期內(nèi)變化明顯，西部的三明﹑南平等區(qū)域碳排放強(qiáng)度較低。

4.1.2 碳排放地區(qū)分異

區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)碳排放影響最為顯著，閩南地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，能源消費(fèi)量大，碳排放變化量最大；閩北﹑閩東地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較慢，森林面積廣闊，碳匯作用明顯，而碳源變化量較小；閩中﹑閩西發(fā)展水平較為接近，碳排放變化量比較一致。

4.1.3 碳排放空間關(guān)聯(lián)

研究區(qū)各城市的土地利用碳排放在空間上存在普遍關(guān)聯(lián)，主要表現(xiàn)為不均衡性，以泉州為核心，對(duì)其他城市的輻射作用最明顯，碳排放溢出效應(yīng)顯著，福州﹑廈門次之，其他城市在網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)系也逐漸增強(qiáng)。

4.2 討論

在測(cè)算土地利用碳排放量時(shí)，所選取的碳排放系數(shù)參考其他文獻(xiàn)，但由于不同地區(qū)的植被條件﹑地表狀況，以及能源水平等有一定差異，導(dǎo)致最終的結(jié)果可能存在誤差，在以后的研究中可結(jié)合福建的實(shí)際情況對(duì)所用到的系數(shù)進(jìn)一步探討，得出更符合福建特征的碳排放系數(shù)。此外，在構(gòu)建引力模型時(shí)，各個(gè)市之間的關(guān)聯(lián)要素未得到充分的反映，未深入分析各個(gè)設(shè)區(qū)市之間的碳排放影響。