陜西省土地利用碳排放總量及其效率分析

金 雯

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，南京 210095）

自20世紀(jì)80年代以來，由碳排放引起的全球氣候變暖引起了國際社會的廣泛關(guān)注，主要包括土地利用直接碳排放和間接碳排放兩種類型。土地利用類型的轉(zhuǎn)變或保持引起的碳排放屬于土地利用直接碳排放，前者如砍伐森林、圍湖造田、建設(shè)用地面積變化等；后者如農(nóng)田耕作、養(yǎng)分投入、種植制度改變等，主要是由土地經(jīng)營管理方式轉(zhuǎn)變所驅(qū)動的碳排放[1]。土地利用間接碳排放是碳排放最主要的來源，也是各土地類型上承載的人為活動引起的碳排放，如化石能源消耗、農(nóng)業(yè)活動、工業(yè)過程、廢棄物、人類和動物呼吸等。

本文所研究的排放效率是指將土地開發(fā)利用和碳排放情況均納入效率評價的范疇，在投入一定量的土地、資金、能源、勞動力等生產(chǎn)要素之后，除經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出之外，還伴隨碳排放對環(huán)境有影響的非期望產(chǎn)出，引入SBM效率評價模型，計(jì)算城市土地利用過程中由要素資源投入、經(jīng)濟(jì)期望產(chǎn)出、碳排放非期望產(chǎn)出之間構(gòu)成的綜合效率。效率值越高，表明土地利用中資源配置越合理，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和碳排放之間的關(guān)系也越和諧。這不再僅僅是用簡單的碳排放總量、碳排放強(qiáng)度指標(biāo)來衡量一個地區(qū)的碳排放情況，土地利用碳排放效率分析更能反映出一個城市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中碳排放的權(quán)利以及在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中減少碳排放的責(zé)任。鑒于此，本文以陜西省為例，在估算土地利用產(chǎn)生的碳排放總量基礎(chǔ)上，基于投入產(chǎn)出的角度進(jìn)行碳排放效率測算，并對碳排放無效城市進(jìn)行低碳優(yōu)化，以期進(jìn)一步完善現(xiàn)有土地利用碳排放的相關(guān)研究。

1　研究區(qū)概況

陜西省位于我國西北部，地處東經(jīng)105°29′～111°15′、北緯31°42′～39°35′。全省縱跨黃河、長江兩大流域，是新亞歐大陸橋和中國西北、西南、華北、華中之間的門戶，具有承東啟西、連接西部的區(qū)位之便。全省土地面積20.56萬km2，下設(shè)10個省轄市和楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，2014年末常住人口3 775萬，GDP總值為17 640.84億元，比上年增長8.9%，居全國第15位。由于自然環(huán)境、資源基礎(chǔ)和發(fā)展條件等差異，陜西省形成了以北山、秦嶺為界的特色鮮明的三大片區(qū)，即陜北、關(guān)中和陜南地區(qū)。近年來，由于陜西省城市化水平迅速提高，大量農(nóng)用地、非農(nóng)用地轉(zhuǎn)為城市建設(shè)用地，對陜西省生態(tài)環(huán)境及低碳土地利用帶來了嚴(yán)重的影響[2]。

2　數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1　數(shù)據(jù)來源

土地利用數(shù)據(jù)來源于陜西省國土資源廳編制的《陜西省土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)集》（1999-2015），主要包括耕地、林地、草地、建設(shè)用地4類；測算耕地、建設(shè)用地碳排放量所需的數(shù)據(jù)以及社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》（1999-2015）、相關(guān)國土資源局網(wǎng)站及統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站等，其中經(jīng)濟(jì)類數(shù)據(jù)按2005年價格折算。

2.2　研究方法

2.2.1各類用地碳排放（吸收）量測算方法

本文主要研究耕地和建設(shè)用地的碳排放、林地和草地的碳吸收，引入如下碳排放的估算公式[3]：

式中，C為碳排放量（t）；Si為第i種土地類型的面積（hm2）；Ki為第i種土地類型碳排放（吸收）系數(shù)（t/hm2），吸收為負(fù)，其中耕地、林地和草地的碳排放系數(shù)分別為0.497 0 t/hm2、-0.581 0 t/hm2、-0.021 0 t/hm2。

對于建設(shè)用地，本文采用陜西省整體單位GDP能耗數(shù)值來近似代替二、三產(chǎn)業(yè)的單位GDP能耗數(shù)值，這在一定程度上會造成陜西省建設(shè)用地碳排放總量被低估，但有利于更清楚認(rèn)識到建設(shè)用地的碳源作用[4]。引入如下計(jì)算公式：

式中，Ej為建設(shè)用地碳排放量（t）；GDP′為二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（萬元）；H為單位GDP能耗（標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元）；K為煤炭消耗碳排放系數(shù)，K=0.747 6 t（C）/t。

2.2.2碳排放效率測算方法

碳排放效率測算的模型主要有基于全要素生產(chǎn)率的DEA（CCR和BCC）、SBM模型及基于隨機(jī)前沿分析的SFA模型等。本文將在已有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，采用SBM模型來避免DEA模型的測算偏差問題，基于建設(shè)用地?cái)U(kuò)張帶來的不同時期的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，將碳排放納入非期望產(chǎn)出最終采用SBM模型[5]。其公式如下：

2.2.3指標(biāo)選取

本文將資本、勞動力、土地利用納入投入指標(biāo)，建設(shè)用地投入帶來的土地經(jīng)濟(jì)收益產(chǎn)出即單位碳排放放量實(shí)現(xiàn)GDP增加值作為期望產(chǎn)出，碳排放這個“壞”的產(chǎn)出作為非期望產(chǎn)出[6]。指標(biāo)體系如表1所示，具體統(tǒng)計(jì)情況如表2所示。

表1　指標(biāo)體系

表2　指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

3　結(jié)果與分析

3.1　碳排放時序特征分析

根據(jù)前文所述的碳排放核算清單，測算陜西省2005-2014年土地利用碳排放總量，如圖1所示。結(jié)果顯示，2014年陜西省土地利用碳排放總量較2005年增加了9 510.30萬t，增長率為268.17%，年均增長約951萬t，年均增長率為10.37%。其中，建設(shè)用地碳排放量較2005年增加了9 304.46萬t，年均增加930.45萬t，年均增長率為8.78%，可見建設(shè)用地碳排放是影響碳排放總量的主要因素。從圖1可知，從2009年開始，建設(shè)用地碳排放量呈現(xiàn)出明顯快速增長趨勢，這與陜西省的快速城鎮(zhèn)化、舊城改造以及城市大面積擴(kuò)展的背景相符?？傊兾魇⊥恋乩锰寂欧帕吭诋?dāng)前及未來一段時間內(nèi)呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢，土地低碳利用的壓力較大。

為了便于比較分析陜西省各區(qū)域土地利用碳排放的差異，將陜西省按空間劃分為：關(guān)中、陜南和陜北三大區(qū)域，各區(qū)域碳排放量的測算結(jié)果如圖2所示。

圖1　2005-2014年陜西省耕地、林地、草地及建設(shè)用地的碳排放量

圖2　2005-2014年陜西省關(guān)中、陜北、陜南地區(qū)碳排放量

圖2顯示，研究期內(nèi)關(guān)中、陜北、陜南土地利用碳排放量均逐年增加，年均增長率分別為7.30%、13.46%、22.56%，陜南碳排放量的增加速度明顯高于關(guān)中和陜北，這是因?yàn)樵谘芯科诤笃?，陜南土地利用的碳匯優(yōu)勢逐年縮小。2005-2014年，陜西省三大區(qū)域碳排放格局的差異與自身的土地利用特點(diǎn)和二三產(chǎn)業(yè)比重密切相關(guān)，因此三大區(qū)域碳排放總量呈現(xiàn)出關(guān)中最大、陜北次之、陜南最小的分布格局。

3.2　碳排放效率分析

基于前文給出的SBM非導(dǎo)向模型，運(yùn)用MaxDEA軟件對2014年陜西省各市（區(qū)）的土地利用碳排放總效率、技術(shù)效率、規(guī)模效率進(jìn)行測算，如表3所示[7]。其中，總效率（綜合技術(shù)效率）綜合評價了陜西省土地利用中所有資源配置、要素投入實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出的效率高低；技術(shù)效率（純技術(shù)效率）揭示了在給定的要素投入條件下，土地開發(fā)利用所能實(shí)現(xiàn)的相對最大化產(chǎn)出；規(guī)模效率揭示了在技術(shù)水平不變的前提下，陜西省土地實(shí)現(xiàn)已有產(chǎn)出的相對最小化投入[8]。

在15個DMU中，僅漢中、安康、商洛3個城市為總效率有效單位，主要集中在土地利用強(qiáng)度較低、土地總產(chǎn)出不高欠發(fā)達(dá)的陜南地區(qū)；相對而言，經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的關(guān)中、陜北地區(qū)大部分城市總效率偏低，但碳排放總效率最低的為銅川市，主要表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出不足并伴隨著過高的地均碳排放。就整體而言，陜西省碳排放效率值較低。

究其原因分析，技術(shù)效率無效是碳排放總效率無效的原因之一。技術(shù)無效表明在現(xiàn)有的技術(shù)水平上，投入資源的使用是無效的從而造成了資源浪費(fèi)[9]。從土地利用碳排放的角度解釋，技術(shù)無效是因?yàn)樵谝?guī)模報(bào)酬影響下，各類資源、資金、勞動力等要素投入不僅伴隨產(chǎn)生了大量碳排放而且還沒有實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出最大化。西安、楊凌、咸陽、漢中、安康、商洛以及陜西省整體為技術(shù)效率有效，其余城市、地區(qū)為技術(shù)效率無效。7個技術(shù)有效DMU中存在3個總效率有效，技術(shù)效率有效在地域上分布比總效率有效分布更廣泛。同時，所有無效城市的技術(shù)效率均大于總效率，這表明除了技術(shù)效率無效造成總效率無效之外，與技術(shù)效率同時存在的規(guī)模效率也制約著碳排放總效率的高低。具體到土地利用差異上，西安、楊凌、咸陽土地利用高產(chǎn)出地區(qū)在總效率無效的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)效率有效，這表明基于規(guī)模報(bào)酬可變規(guī)律，這些地區(qū)在現(xiàn)有建設(shè)用地利用管理水平下，社會經(jīng)濟(jì)要素的投入能夠?qū)崿F(xiàn)單位碳排放帶來的GDP增加值最大。其余土地利用低效產(chǎn)出區(qū)與總效率特征保持一致。

表3　DMU

對陜西省各城市進(jìn)行碳排放規(guī)模效率分析，規(guī)模效率是由于地區(qū)規(guī)模因素影響的生產(chǎn)效率，規(guī)模過大或過小都將導(dǎo)致平均投入的增加，因此可以通過規(guī)模效率來判斷研究區(qū)域是否處在最適規(guī)模。漢中、安康、商洛為規(guī)模效率有效單位，在分布上與總效率有效一致，即總效率無效的地區(qū)，其單位規(guī)模效率一定無效。相比較于技術(shù)效率，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效率有效要更加困難。陜西省土地利用碳排放規(guī)模效率有效的單位為技術(shù)效率有效的一半，在規(guī)模效率下結(jié)合規(guī)模報(bào)酬區(qū)間進(jìn)一步分析，可以發(fā)現(xiàn)漢中、安康、商洛處在規(guī)模報(bào)酬不變階段，即為總效率有效的3個城市。寶雞、關(guān)中地區(qū)、西安、渭南、楊凌、咸陽、陜南地區(qū)以及陜西省整體處在規(guī)模報(bào)酬遞減階段，可以通過控制建設(shè)用地碳排放量的增長或者縮小碳排放規(guī)模來提高這些地區(qū)的碳排放規(guī)模效率。銅川、延安、陜北地區(qū)、榆林處在規(guī)模報(bào)酬遞增階段，相比規(guī)模報(bào)酬不變與遞減地區(qū)，處在規(guī)模報(bào)酬遞增階段的地區(qū)較少，因此可以通過擴(kuò)大土地利用碳排放規(guī)模來有效改善這些地區(qū)的規(guī)模效率。

4　土地利用碳排放效率低碳優(yōu)化

4.1　土地利用碳排放低碳優(yōu)化結(jié)果

本文將“碳排放效率的相對有效”（效率值為1）定義為實(shí)現(xiàn)了土地的低碳利用，低碳優(yōu)化則用來解決碳排放總效率無效城市存在的投入冗余與產(chǎn)出不足問題。固定規(guī)模報(bào)酬下的SBM模型將同時給出各地區(qū)實(shí)現(xiàn)碳排放總效率有效時的投入產(chǎn)出改進(jìn)值，如表4所示[10]。投入冗余表明，同總效率有效的陜南三市相比，在產(chǎn)出保持不變的前提下，該地區(qū)可以減少要素投入量；期望產(chǎn)出不足表明，在投入保持不變的前提下，單位碳排放實(shí)現(xiàn)GDP增加值可增加量；非期望產(chǎn)出冗余表明，在投入保持不變的前提下，可以減少的碳排放量[11]。

4.2　土地利用碳排放低碳優(yōu)化對策

由表4可知，作為參照改進(jìn)的地區(qū)為陜南的3個城市，碳排放總效率相對有效的城市要素投入與產(chǎn)出不需做優(yōu)化，其他無效城市則需在土地、資本和勞動等要素投入不變的情況下，增加經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的同時減少碳排放；或是在保持產(chǎn)出不變的情況下差別化地減少要素投入，以實(shí)現(xiàn)資源的有效利用和最優(yōu)配置。關(guān)中地區(qū)人力資源和技術(shù)力量相對雄厚，制造業(yè)發(fā)展良好，是陜西省最為重要的經(jīng)濟(jì)社會重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域；其所包含的6個城市地均固定資產(chǎn)投資減少幅度均較大，這可能是由于重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象嚴(yán)重，因此要減少相關(guān)的固定資產(chǎn)投資額[12]。同時，R&D（Rearch and Development）經(jīng)費(fèi)也需要減少投入，這說明R&D經(jīng)費(fèi)的投入并沒有帶來高效率的產(chǎn)出轉(zhuǎn)化，因此關(guān)中地區(qū)需要建立相關(guān)的績效考核制度，以求實(shí)現(xiàn)技術(shù)效率的提高，降低單位二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的碳排放量，尤其像銅川、寶雞、延安等城市，技術(shù)效率不足是造成總效率低下的主要原因。西安、銅川等城市人口相對密集，可控制農(nóng)村勞動力對本城市轉(zhuǎn)移并鼓勵農(nóng)村勞動力向外省輸出，在控制勞動力數(shù)量的基礎(chǔ)上努力提高勞動力的素質(zhì)，培養(yǎng)高新技術(shù)人才。同時，政府應(yīng)大力發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)，推廣大型環(huán)保節(jié)能裝備，提倡資源綜合循環(huán)利用和清潔能源的使用，制定有效引導(dǎo)支持低碳綠色發(fā)展的激勵和配套政策。

表4　2014年陜西省城市土地利用投入產(chǎn)出改進(jìn)值

陜北地區(qū)能源化工業(yè)發(fā)展迅速，生態(tài)環(huán)境相對脆弱，因此陜北地區(qū)應(yīng)該繼續(xù)實(shí)施退耕還林、還草政策，在鞏固現(xiàn)有耕地、林地和發(fā)揮碳匯作用的基礎(chǔ)上，鼓勵種植碳吸收能力較強(qiáng)的樹種并培育優(yōu)勢樹種種植，建立低碳經(jīng)濟(jì)林區(qū)。從減少碳源的角度來看，其所包含的延安、榆林兩城市應(yīng)該大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，強(qiáng)化節(jié)能減排；陜北地區(qū)太陽能、風(fēng)能資源豐富，因此應(yīng)該加快太陽能、風(fēng)能、水能等新能源的開發(fā)并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，同時加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和治理工作。

陜南地區(qū)在陜西省內(nèi)相對而言生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，水力資源富集，在本研究的效率測算中也是相對有效，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)，在發(fā)揮現(xiàn)有碳匯優(yōu)勢下進(jìn)一步挖掘其碳匯潛力，加快水力資源的梯級開發(fā)，努力發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)。

5　結(jié)論

本文以陜西省15個城市、地區(qū)（含陜西省整體）為研究對象，計(jì)算了陜西省2005-2014年土地利用總體碳排放量，并基于投入-產(chǎn)出角度構(gòu)建了SBM模型，估算了2014年各城市、地區(qū)土地利用的碳排放總效率、技術(shù)效率與規(guī)模效率，并對總效率小于1的碳排放無效城市、地區(qū)給出了優(yōu)化方案，得出如下研究結(jié)論。

2005-2014年，陜西省的碳排放總量呈現(xiàn)總體增長的趨勢。其中，建設(shè)用地碳排放是影響碳排放總量增長的重要因素，三大區(qū)域碳排放量呈現(xiàn)出關(guān)中最大、陜北次之、陜南最小的格局。整體而言，陜西省在未來一段時間內(nèi)碳排放量還將持續(xù)增加，區(qū)域內(nèi)土地低碳利用的壓力較大。

2014年，陜西省整體碳排放效率值較低。其中經(jīng)濟(jì)相對較發(fā)達(dá)的關(guān)中、陜北地區(qū)碳排放總效率無效，碳排放效率最低的為銅川市；土地利用強(qiáng)度較低、土地總產(chǎn)出不高的陜南地區(qū)三個城市碳排放總效率有效。西安、楊凌、咸陽、漢中、安康、商洛以及陜西省整體為技術(shù)效率有效，其余城市、地區(qū)為技術(shù)效率無效。漢中、安康、商洛為規(guī)模效率有效單位，在分布上與總效率有效一致。

為實(shí)現(xiàn)陜西省土地低碳利用，陜南地區(qū)需繼續(xù)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)，發(fā)揮碳匯作用。關(guān)中和陜北地區(qū)則需采取措施、制定相應(yīng)的政策，減少投入強(qiáng)度及非期望產(chǎn)出。