鄭州市典型產業用地效益與碳排放強度的關系研究
——基于181家企業的調查

余 嬌，趙榮欽，侯麗朋，2，劉秉濤，張戰平，李宇翔，4，楊青林

（1.華北水利水電大學測繪與地理信息學院，河南 鄭州450046；2.中國科學院城市環境研究所，福建廈門 361021；3.華北水利水電大學環境與市政工程學院，河南 鄭州 450046；4.云南大學國際河流與生態安全研究院，云南 昆明 650091）

1 引言

在現階段發展低碳經濟和保護環境的重大戰略需求的背景下，從土地利用視角開展碳排放研究并探索低碳土地利用模式有助于合理配置土地資源并提高用地效益[1-3]。土地利用效益是指單位面積土地投入與消耗在區域的社會、經濟、生態等方面所實現的物質產出或有效成果[4]。近年來，國內外不少學者開展了不同空間尺度的土地利用效益研究，主要集中在國家[5]、省級[6]、城市[7-8]及經濟開發區[4]等層面，也有學者開展了城市產業用地效益的研究[9]。另外，用地效益的研究視角也逐步由經濟效益[10]、社會效益[11]及生態效益[12]等單項效益的評價轉向綜合效益[13]的評價。其中，TOPSIS法[14]、PSR模型[15]、神經網絡模型[16]等是主要的研究方法。在用地效益的評價指標方面，國內外學者主要采用地均工業產值、地均勞動力人數、地均利稅、土地利用強度、能源消耗、固體廢棄物利用率等指標開展分析[17-18]。實質上，用地效益評價指標的選取要結合研究尺度和區域實際情況來確定，并綜合考慮指標的的科學性、可操作性和代表性等的要求。同時，近年來，一些學者也開展了土地利用和碳排放的關系研究，主要包括區域土地利用的碳收支核算[18-19]、土地集約利用及碳排放效率[20]、土地利用低碳優化及模式[21]等的研究，主要涉及國家[19]、省級[22]、城市[23]等不同的空間尺度，研究的重點是從不同土地利用方式入手，開展碳排放（或碳收支）核算及時空差異分析，并揭示用地方式及其變化對碳排放的影響機制。

總體來看，前期對土地利用效益及碳排放的研究主要集中在區域層面，而對于企業尺度的研究還需要進一步加強。就企業層面而言，用地效益不能只考慮經濟產出指標，而要綜合考慮資本投入、勞動力投入、能源消耗、廢棄物排放等多要素對企業用地效益的影響；同時，由于企業類型復雜多樣，不同產業用地效益與碳排放強度的關系具有較大的行業差異。因此，本文采用鄭州市2012—2015年181家企業的相關數據，對不同行業的用地效益進行了評價，并運用Tapio脫鉤方法分析了不同產業用地效益和碳排放強度的關系，為基于低碳和用地節約雙重目標的城市產業結構調整和土地利用空間結構優化提供理論基礎和實踐指導。

2 理論框架、數據來源與研究方法

2.1 理論框架

企業用地效益實質上反映了企業單位用地的經濟產出，是從土地利用視角衡量企業投入產出效率的重要指標。實際上，企業經濟活動的正常運行還需要資本、勞動力、能源和水資源等生產要素的投入，這些生產要素通過企業自身的資源整合、技術及管理會轉化為一定的物質產出或有效成果，其中，有效成果一般用工業產值來衡量。另外，企業在生產過程中的物質和能源消耗（包括資源、化石能源和電力等）會帶來一定的CO2和廢棄物排放。由于企業生產活動中投入和產出關系的復雜性，企業用地效益的評價需要兼顧多方面的因素，不能只簡單地考慮經濟產出效益，還要綜合考慮生產要素投入的成本和對生態環境造成污染破壞的非合意產出。同時，企業投資規模、土地利用集約程度、勞動力效率和技術水平等的高低，不僅會影響生產效率，還會通過影響能源效率來間接影響碳排放和企業用地效益。但對于不同的企業類型而言，用地效益和碳排放強度的影響機制不盡相同，兩者之間的關系也存在差異（圖1）。因此，本文力圖將資本、勞動力、能源和水資源消耗、廢棄物排放等多要素引入到企業用地效益評價中，并探討企業用地效益和碳排放強度之間的關系。

圖1 企業用地效益與碳排放強度關系的理論框架Fig.1 Framework of the relationship between land-use efficiency and carbon emission intensity of enterprises

2.2 數據來源

本文采用2012—2015年鄭州市181家企業的數據，主要包括：企業能源消耗量（煤炭、燃料油、焦炭、天然氣、電力、其他燃料）、工業總產值、工業用水量、勞動力數量、企業用地面積、資本投入，廢棄物排放量（化學需氧量、二氧化硫和氮氧化物等）等數據。其中，勞動力數量和企業用地面積來自企業調研，調研主要采用調查問卷和電話咨詢相結合的方式；資本投入的數據來自《鄭州統計年鑒》（2013—2016年），其他數據來源于鄭州市環保局的企業年度環境監測數據。本文將181家企業按《國民經濟行業分類（GB/T4754—2011）》歸并為22類產業，各產業編號、名稱和代碼等信息見表1。

需要說明的是：（1）由于在調研中缺乏不同企業資本投入的相關數據，因此，各企業資本投入的數據是根據《鄭州統計年鑒》中不同行業資本投入和生產總值的數據，結合調研企業的生產總值，通過兩者之間的比例關系進行推算得到的。（2）本文所涉及的22類產業既包括輕工業，也包括重工業；既包括傳統工業，也包括新興產業，門類較為齊全，在鄭州市的整個產業結構中具有典型代表性。

2.3 研究方法

2.3.1 產業用地效益評價方法

（1）用地效益評價指標選取。本文選取產業的地均資本投入、地均勞動力投入、地均用水投入、地均能源消耗投入、地均工業產值、地均廢棄物排放作為評價產業用地效益的指標（表2）。

（2）用地效益評價指標權重確定。由于不同指標具有不同的量綱和單位，需要將各指標進行標準化處理后再求其權重，本文采用極差標準化法對正向和負向指標進行標準化處理。熵權法[24]是一種客觀的賦權方法，能在一定程度上避免主觀因素對評價指標權重的影響，本文采用熵權法對產業用地效益評價的6個指標確定權重。

權重計算結果發現， “地均工業產值”的權重最大，年均值為0.523 4，“地均資本投入”的權重也較大，這兩個指標對評價結果及評價對象的影響稍大，而“地均用水投入”“地均廢棄物排放”等的權重較小，對評價對象及評價結果的影響稍小（表3）。

表1 鄭州市典型產業編號及代碼名稱Tab.1 The codes and names of typical industries in Zhengzhou

表2 鄭州市典型產業用地效益評價指標Tab.2 The indexes of land-use efficiency evaluation of typical industrial land in Zhengzhou

表3 鄭州市典型產業用地效益評價指標權重Tab.3 The weights of indexes of land-use efficiency evaluation on typical industrial land in Zhengzhou

（3）用地效益評價方法。本文采用多因素綜合評價法[25]對2012—2015年鄭州市22個產業用地效益水平進行定量研究，計算方法如下：

式（1）中：Iθi為θ年份i產業的用地效益；Yθij為指標的標準化值；Wθj為θ年第j個指標的權重值。

2.3.2 產業碳排放計算方法

借鑒IPCC的計算方法，產業能源消費碳排放的計算公式參考趙榮欽等的研究[26]。

2.3.3 產業用地效益和碳排放強度的脫鉤分析

本文選用產業碳排放強度和產業用地效益值分別作為環境負荷和經濟驅動力指標值，構建產業碳排放強度與產業用地效益值的脫鉤模型計算公式如下[27]：

式（2）中：θ表示脫鉤指數；E表示產業碳排放強度；β表示產業用地效益水平值；t0，t1表示時間段的起止時刻。基于Tapio脫鉤指數劃分的的脫鉤狀態分類見表4。

表4 脫鉤狀態劃分Tab.4 The divisions of decoupling status

3 結果分析

3.1 典型產業用地效益的差異分析

2012—2015年，鄭州市產業用地效益水平整體不高（除煙草制品業和計算機、通信和其他電子設備制造業），多數產業的用地效益值在0.6以下且年際變化較穩定（圖2）。在產業用地效益的評價指標中，產業地均工業產值所占的權重最大（年均值0.523 4），因此該指標數據的變化對用地效益評價的影響最大。以煙草制品業為例，該產業2013年的用地效益值為0.763 4，高于年均值（0.648 4），2014年則下降到了0.512 3，主要原因在于該產業2013年的地均工業產值（8.83×104元/m2）遠大于2014年的（0.03×104元/m2），這也造成了該產業用地效益值在2013—2014年的年際波動較大。

不同產業用地效益水平差異明顯。2012—2015年，電力、熱力生產和供應業用地效益值最低（年均值0.330 9），原因在于該產業在生產過程中，地均用水量、能源消耗量及廢棄物的排放量在22類產業里均是最高的，地均資本投入也處于較高水平，相反，地均工業產值較低。煤炭開采和洗選業用地效益水平也不高（年均值0.442 6）。另外，煙草制品業的用地效益值在2012年和2013年均是所有產業中最高的，分別達到了0.823 6和0.763 4，雖然在2014年和2015年有所下降，但用地效益年均值（0.648 4）仍是22類產業里最高的，研究期內煙草制品業的年地均工業產值為2.71×104元/m2，遠遠高于其他產業的地均工業產值，并且該產業主要從事煙草的種植、加工和銷售等活動，所需能源消耗較少，產業的廢棄物排放也很低。

3.2 典型產業碳排放強度的差異分析

2012—2015年，鄭州市多數產業的碳排放強度小于0.100 t/m2，且年際變化較小，只有酒、飲料和精制茶制造業、印刷和記錄媒介復制業及專用設備制造業的碳排放強度年際變化較大，其中，酒、飲料和精制茶制造業的碳排放強度年際變化最大，該行業碳排放強度呈逐年增加趨勢，從2012年的0.038 t/m2增加到了2015年的0.477 t/m2，年均增長率為31.5%，原因在于該產業生產規模的逐年擴大，導致能源消耗量也相應增加。

鄭州市不同產業碳排放強度具有明顯差異。其中，非金屬礦物制造業，電力、熱力生產和供應業，酒、飲料和精制茶制造業碳排放強度較高，而農副食品加工業、醫藥制造業、汽車制造業等產業碳排放強度較低。其中，碳排放強度最大的是電力、熱力生產和供應業，碳排放強度年均值為1.554 t/m2，遠高于其他產業的碳排放強度，這是因為該產業主要從事熱電聯產、供熱供氣等生產活動，生產過程中有大量的能源消耗（特別是煤炭消耗）；汽車制造業碳排放強度年均值最小，僅為0.002 t/m2，這歸因于該產業用地面積較大，在生產過程中又以電力為主要能源。

3.3 典型產業用地效益和碳排放強度的脫鉤分析

圖2 2012—2015年鄭州市典型產業用地效益的對比Fig.2 The comparisons of land-use efficiency of typical industrial land in Zhengzhou from 2012 to 2015注：橫軸代表如表1所示的產業編號。

在對鄭州市不同產業的用地效益和碳排放強度進行脫鉤分析之前，運用SPSS 19.0軟件中的pearson相關系數對兩者之間的關系進行了量化相關性分析，結果表明，鄭州市不同產業用地效益與碳排放強度的相關性差異明顯。比如，通用設備制造業、煤炭開采和洗選業、電力、熱力生產和供應業呈高度負相關，且為顯著性水平；農副食品加工業、煙草制品業等產業為中度正相關，醫藥制造業、非金屬礦物制造業等產業為低度正相關。

脫鉤分析發現，2012—2015年間，產業用地效益和碳排放強度的脫鉤程度隨時間波動較大（表5）。其中，2012—2013年，農副食品加工業、紡織業等產業的脫鉤狀態為強負脫鉤；煙草制品業、造紙和紙制品業等產業為衰退脫鉤；2013—2014年，煤炭開采和洗選業、食品制造業等產業的脫鉤狀態為強脫鉤；酒、飲料和精制茶制造業、紡織業等產業的脫鉤狀態為擴張負脫鉤；2014—2015年，紡織業、紡織服裝、服飾業等產業的脫鉤狀態由擴張負脫鉤變為了強負脫鉤；化學纖維制造業等產業的脫鉤狀態也由強脫鉤轉變成了強負脫鉤。

2012—2015年，煙草制品業和印刷和記錄媒介復制業的脫鉤狀態分別為衰退耦合和強負脫鉤；農副食品加工業、酒、飲料和精制茶制造業等產業的脫鉤狀態為擴張負脫鉤，這些產業用地效益水平提高的同時，碳排放強度也相應上升，而且產業用地效益水平提高的幅度要小于碳排放強度的漲幅，以農副食品加工業為例，該產業在2015年的用地效益值和碳排放強度相比2012年分別上升了10.15%和32.08%，這表明，隨著這些產業用地效益的提升，碳排放強度也呈明顯的增長態勢；煤炭開采和洗選業、食品制造業等產業的脫鉤狀態為強脫鉤，這些產業用地效益水平提高的同時碳排放強度是呈下降趨勢的，以煤炭開采和洗選業為例，該產業在2015年的用地效益值相比2012年的上升了8.36%，而相應的碳排放強度卻下降了55.48%。

表5 鄭州市典型產業用地效益與碳排放強度的脫鉤狀態Tab.5 The decoupling status of land-use efficiency and carbon emission intensity of typical industrial land in Zhengzhou

4 結論與政策建議

本文采用2012—2015年鄭州市181家典型企業的數據，對不同產業用地效益和碳排放強度的關系進行了分析。主要結論如下：（1）2012—2015年，鄭州市典型產業用地效益水平整體不高（除煙草制品業和計算機、通信和其他電子設備制造業）；多數產業的用地效益值年際變化較穩定；不同產業用地效益水平存在明顯差異，其中，用地效益水平最低的是電力、熱力生產和供應業（年均值為0.330 9），最高的是煙草制品業（年均值0.648 4）。（2）大部分產業的碳排放強度小于0.1 t/m2，且多數產業的碳排放強度年際變化波動較小；不同產業碳排放強度差異明顯，其中，碳排放強度最大的是電力、熱力生產和供應業（年均值1.554 t/m2），最小的是汽車制造業（年均值0.002 t/m2）。（3）鄭州市不同產業用地效益與碳排放強度的相關性差異明顯，且兩者之間的脫鉤程度隨時間波動較大；2012—2015年，煙草制品業和印刷和記錄媒介復制業的脫鉤狀態分別為衰退耦合和強負脫鉤，農副食品加工業等產業的脫鉤狀態為擴張負脫鉤，煤炭開采和洗選業、食品制造業等產業的脫鉤狀態為強脫鉤。

基于本文的研究結論，建議未來鄭州市在低碳產業發展方面可采取以下對策：（1）不同產業用地效益和碳排放強度之間的相關性和脫鉤狀態差異明顯，未來應針對不同產業制定差別化的用地模式和減排策略，這對于實現企業土地集約利用和低碳轉型具有重要的實踐意義。比如農副食品加工業、酒、飲料和精制茶制造業等產業應重點通過提高能源效率降低碳排放水平，而煤炭開采和洗選業、食品制造業等產業則應重點通過土地集約利用降低碳排放強度。（2）通過產業用地結構優化推動產業結構調整。依據產業用地效益的評價結果，對高碳排放、高能耗及用地不集約的產業進行調控，比如設置準入門檻，通過稅收等政策進行調控，進一步推動城市產業結構優化，推動城市產業低碳轉型。（3）建議未來可以將土地利用碳排放效益評價作為開展企業碳排放績效的參考，并將其作為重要調控因子融入到區域碳核查與碳交易的體制機制中，這對于推動企業碳減排和用地節約的雙重目標的實現具有重要的實踐價值。