20年來廣東省土地利用碳排放強度與效率空間分異研究

楊國清，朱文銳*，文雅，林英昌

1. 廣東工業大學管理學院，廣東 廣州 510520；2. 華南農業大學資源與環境科學學院，廣東 廣州 510642

土地利用與覆被變化（LUCC）會影響區域土地利用的碳源碳匯格局（趙榮欽等，2013），是全球氣候變化研究的熱點問題（姜春等，2016）。LUCC深刻影響陸地碳循環系統，是導致大氣CO2濃度增長的主要人為原因之一（Stuiver，1978）。從土地利用視角進行碳排放研究，有助于揭示不同尺度下碳循環的運作機制，從而為社會經濟的低碳發展指引方向（趙榮欽等，2012）。同時，土地利用是碳排放研究的關鍵切入點之一，也是碳排放監測和調控的基礎和依托，因此，研究土地利用碳排放具有重要的理論和現實意義（周嘉等，2015）。

針對土地利用碳排放問題，學者從土地利用碳排放影響機理（Sitch et al，2015；葛全勝等，2008；曲福田等，2011）、土地利用碳排放核算模型（Liu et al.，2015；張苗等，2016；楊亮潔等，2017）、碳排放規律（朱宇恩等，2016；董聰等，2018）和土地利用碳效應（黎孔清等，2013；路昌等，2016；韓驥等，2016）等方面分析土地利用碳排放的特點。在省域尺度碳排放研究方面，研究區域集中于江蘇省（李穎等，2008）、陜西省（蘇雅麗等，2011）、吉林省（李春麗等，2016）、河南省（王喜等，2016）等省份，對廣東省土地利用碳排放的研究較少，而現存有關文獻的研究領域主要集中在土地利用視角下碳排放與經濟增長關系分析（劉繼森等，2010；劉洋，2017）、森林和農地碳排放機理剖釋（周健等，2013；洪凱等，2017）等方面，對廣東省區域碳排放強度和效率研究有待深入。

廣東省是改革開放的前沿地區，經濟發展程度高，土地利用變化迅速，各區域間土地利用狀況差異明顯。因此，以廣東省為研究區，通過測算不同土地利用下的碳排放量，分析碳排放變化規律以及地區間差異，為廣東省區域間差異化碳減排政策制定，以及低碳產業和低碳經濟發展提供理論基礎。

1 研究區概況、研究方法與數據來源

1.1 研究區概況

廣東省位于中國大陸最南部，東鄰福建，西連廣西，南臨南海，北接江西、湖南，位于北緯20°13′－25°31′和東經 109°39′－117°19′E 之間。土地總面積17.97萬平方千米，約占全國的1.87%。位于熱帶、亞熱帶季風氣候區。地勢北高南低，分布著沖積平原、丘陵、水域、灘涂等地形，素有“七山一水兩分田”之稱。

廣東乘改革開放之風，大力發展經濟，自1978年來經濟增速在各省和自治區中保持第一。2015年，全省實現地區生產總值 72812.55億元，增速達7.38%。其中，第一產業產值3345.54億元，對GDP貢獻率為4.59%；第二產業產值32613.54億元，GDP貢獻率為44.79%；第三產業產值36853.47億元，GDP貢獻率為 50.61%，第三產業比重歷史上首度超過 50%，經濟結構持續優化。全省共 21個地級市，分為4個區域，珠江三角洲、粵東、粵西和粵北。2015年，珠三角地區生產總值占全省比重為79.3%，粵東西北地區占20.7%，東翼、西翼、粵北山區分別占 6.9%、7.6%、6.2%。全省常住人口10849.00萬人，增速1.17%；城鎮人口7454.35萬人，全省城市化率為68.71%。

1.2 研究方法

本文研究對象為耕地、林地、草地和建設用地的碳排放量。根據李穎等（2008）和藍家程等（2012）的研究，耕地、林地和草地的碳排放系數依次為0.422、-0.644、-0.022 t·hm-2，碳排放計算公式為：

式中，Ei代表第i種土地利用方式碳排放量（t）；Ai代表第i種土地利用方式面積（hm2）；fi代表第i種土地利用方式碳排放系數。

建設用地碳排放計算公式（李春麗等，2016）為：

式中，Eb為建設用地碳排放量（t）；n為能源種類數；mi為能源i的消費量（t或m3）；ni為能源i的標準煤換算系數；φi為碳排放系數，等于各種能源的平均低位發熱值、碳含量和碳氧化率3種指標的乘積，平均低位發熱值、碳含量和碳氧化率的取值參照《綜合能耗計算通則》和《省級溫室氣體清單編制指南》數據。各系數見表1。

1.3 數據來源及數據處理

土地利用現狀數據來自《廣東國土資源年鑒》（廣東國土資源年鑒編委會，2016）。能源消費數據來自中華人民共和國國家統計局網站。人口數據、名義GDP、地區生產總值指數和廣東省能源消費總量來自《廣東統計年鑒》（廣東省統計局，2016）。名義 GDP受到價格波動影響，利用地區生產總值指數把名義 GDP轉換成以 2000年為基期的實際GDP；由于年鑒中 2015年地級市生產總值的行業劃分和能源消費總量中的行業劃分不同，本文將產業部門中的批發和零售業與住宿和餐飲業合并為批發和零售貿易餐飲業，金融和房地產業合并為其他行業；地級市的 2015年能源消費量用地級市能源消費總量表示，地級市能源消費總量計算方法為：按照各地級市六大產業部門（農林牧漁業、工業、建筑業、交通運輸倉儲和郵政業、批發和零售貿易餐飲業和其他行業）和居民消費（居民消費比重用于分配生活消費能源消費量）占全省比重，分配廣東省能源消費總量，進而計算出各地級市能源消費總量。

表1 各類能源標準煤換算系數和碳排放系數Table 1 Standard coal conversion factors and carbon emission factors for various energy sources

2 結果與分析

2.1 1996－2015年廣東省土地利用碳排放

根據廣東省 1996－2015年土地利用現狀數據和能源消費數據，計算得到 1996－2015年廣東省不同土地利用方式的碳排放量（表2）。

總體上，廣東省土地利用凈碳排放量呈不斷上升趨勢。凈碳排放量從1996年的4959.27×104t增加至2015年16099.48×104t，增幅達224.63%，年均增幅為6.04%。以2011年為拐點，廣東省凈碳排放量變化可分為先增長后穩定兩個階段。第一階段，從 1996－2010年，廣東省城鎮化水平大幅度提高，土地利用方式發生巨大變化，林地面積持續減少，建設用地不斷增加，能源消費量大幅攀升，因而碳排放總量逐年遞增，年均增幅達7.80%。第二階段，從 2011－2015年，廣東省凈碳排放量維持較穩定狀態。

從土地利用結構上分析，建設用地是主要碳源，碳排放貢獻率達92.65%。耕地是另一碳源，但耕地面積占土地利用總面積比例較低，且耕地面積隨著城市化進程不斷推進而減少，耕地的碳排放貢獻從1996年的2.17%下降到2015年的0.63%。另一方面，從碳吸收來看，草地碳吸收量維持在0.01×104t，起到弱碳匯作用。而林地起到主要的碳匯作用，但林地碳吸收和建設用地碳排放之間比例懸殊，無法顯著平衡建設用地碳排放量。

表2 1996－2015年廣東省土地利用碳排放（吸收）Table 2 Carbon emission (absorption) of different land cover types in Guangdong Province in 1996-2015 104 t

2.2 20 a 廣東省碳排放變化地區差異

利用ArcGIS 10.2對廣東省21個地級市進行碳排放時空差異分析（圖1）。

2.2.1 珠江三角洲

珠江三角洲地區20 a以來耕地、建設用地碳排放和凈碳排放3個指標的變化量在全省4個區域內最大，是碳排放量變化的高值區。耕地碳排放變化量占全省變化量的50.89%，建設用地碳排放變化量占比高達 80.28%，凈碳排放量變化在全省占77.66%，而林地變化引起的碳排放變化量占比相對較小，為28.15%。

2.2.2 粵北地區

耕地碳排放變化量僅占全省的8.71%，屬于低值區；林地碳排放變化量占全省的52.52%，為林地碳排放量變化的高值區，該區域各市林地碳吸收變化量均值是省均值的2.21倍；建設用地碳排放和凈碳排放均屬全省低值區，兩指標變化量全省占比僅為4.22%和6.70%。

2.2.3 粵東地區

該地區耕地碳排放變化量占全省12.68%，屬于中值區；林地碳吸收變化量占全省僅6.64%，屬低值區；建設用地碳排放變化量和凈碳排放變化量全省占比接近，分別為8.36%和8.26%。

2.2.4 粵西地區

耕地碳排放變化值占全省 27.72%，屬于中值區；林地碳吸收變化量占比為12.69%；建設用地碳排放變化量和凈碳排放變化量全省占比接近，分別為7.14%和7.38%。

廣東省20 a以來社會經濟飛速發展，土地利用結構發生較大變化，而各區域由于各自發展速度不同，相應的碳排放（吸收）變化量有所差異。規律如下：耕地、建設用地碳排放變化量和凈碳排放變化量的變化幅度排序為粵北＜粵東和粵西＜珠江三角洲，林地碳吸收變化量排序為粵東和粵西＜珠江三角洲＜粵北。

2.3 1996－2015年廣東省土地利用碳排放效率

凈碳排放量是絕對量指標，只有與GDP、人口數量等指標相結合才有橫向比較的意義。凈碳排放量與GDP的比值，即單位GDP碳排放，是衡量社會發展所產生的碳排放的一個相對量指標。隨著地區生產總值的增長，單位 GDP碳排放量越少，反映的是經濟結構改善和科學技術進步。

圖1 粵東、西、北和珠江三角洲1996－2015年碳收支變化量區域差異Fig. 1 Regional differences in carbon absorption and carbon emission in eastern, western and northern Guangdong and the Pearl River Delta from 1996 to 2015

運用Excel對1996－2015年廣東省人均GDP和單位GDP碳排放量進行擬合，結果如圖2所示。從圖1可知，人均GDP和單位GDP碳排放量呈高度負相關關系（r=-0.987，置信水平為0.01），隨著人均GDP的增加，單位GDP碳排放量不斷下降，碳排放強度從 1996的 0.73 t·104yuan-1年下降到2015 年的 0.31 t·104yuan-1。

圖2 1996－2015年廣東省人均GDP和單位GDP碳排放量的關系Fig. 2 Relationship between per capita GDP and carbon emission per unit of GDP in Guangdong Province in 1996-2015

2.3.1 廣東省21個地級市碳排放-效率分析

以2015年的人均碳排放量為排放量指標，單位GDP碳排放量為排放效率指標對廣東省21個地級市進行K-均值聚類分析，劃分結果為以下4類（圖3）：高排放-中效率（HE-ME），包括廣州、深圳和珠海3個城市；高排放-低效率（HE-LE），包括佛山和中山2個城市；中排放-低效率（ME-LE），包括汕頭、惠州、汕尾、東莞、江門、陽江、湛江、茂名、肇慶、潮州和揭陽 11個城市；低排放-高效率（LE-HE），包括韶關、河源、梅州、清遠和云浮 5個城市。

為進一步分析廣東省21個地級市的GDP和凈碳排放在以上4個聚類中的分布，繪制以下簇狀柱形圖（圖4）。

圖3 廣東省21個地級市碳排放-效率聚類Fig. 3 Carbon emission-efficiency clustering of 21 prefecture-level cities in Guangdong Province

從以上分析可知，廣東省地級市碳排放-效率空間分異具有以下特征：高排放-中效率和高排放-低效率的城市都處于珠江三角洲；粵西和粵東城市都歸類為中排放-低效率；粵北城市都歸類為低排放-高效率。

3 討論

3.1 碳排放變化規律

土地上所承載人類活動的廣度和強度逐漸增加，碳排放量隨之不斷上升（陳江龍等，2016）。廣東省20 a以來經濟飛速發展，建設用地面積持續擴張。而得益于政府對環境的保護（Li et al.，2010），林地面積20 a來僅減少了2.88%。但林地碳匯能力有限，難以抵消建設用地龐大的碳排放量。碳源/碳匯比反映不同區域的碳減排壓力，碳源/碳匯比越大，表明碳減排壓力越高（Gao et al.，2014）。廣東省碳源/碳匯比從1996年的8.50上升到2015年的25.91，上升了2.04倍，表明碳減排形勢相當嚴峻。

20 a以來廣東省土地利用碳排放總體呈上升趨勢，碳排放趨勢和吉林省（李春麗等，2016）、河南省（王喜等，2016）、陜西省（李玉玲等，2018）等省份相似。近年來，廣東省碳排放量增速明顯放緩，究其原因可知，廣東省加強工業、交通、建筑等重點領域節能，積極發展綠色低碳產業，淘汰大量高耗能行業的落后產能，碳減排工作取得一定成效。

3.2 碳排放地區分異

區域土地利用結構和能耗水平對土地利用碳排放具有正向影響作用（許思維，2018）。在影響區域土地利用碳排放的各因素中，經濟發展因素對碳排放的貢獻率最大（吳萌，2017；Dong et al.，2013；Xu et al.，2018）。

珠三角地區社會經濟發展速度快，能源消費量高，碳排放量和20 a前相比變化劇烈。而由于珠江三角洲人口大量增加，社會快速發展，自上世紀80年代以來原始森林面積急劇減少。為了保護生態環境，政府積極推動植樹造林和退耕還林，培育了大量的次生林，珠三角森林面積僅次于粵北地區，森林碳匯變化量相對較小（Ren et al.，2013）。

粵北山區經濟發展遲緩，耕地面積廣闊，農業仍然在社會經濟發展中發揮重要作用，故20 a來耕地和碳排放量變化微弱。粵北地區森林資源豐富，是廣東省重要的碳庫，2015年森林面積占廣東省55.13%，碳匯量在四大區域中最高，然而近年來森林面積輕微減少。該地區在承接廣東省產業轉移過程中，應避免接受高污染高能耗企業，注意保護當地林地資源。

圖4 4種碳排放-效率類型的地區生產總值和凈碳排放量Fig. 4 Gross regional product and net carbon emission for four carbon emission-efficiency groups

粵東和粵西發展速度較一致，各地類碳排放變化量接近。

3.3 碳排放效率

碳排放效率是評價經濟發展程度和環境保護水平的指標之一，能夠有效反映能源利用狀況，為社會經濟低碳發展提供參考（徐理，2012）。近年來，中國30省份碳排放強度不斷下降（趙巧芝等，2018）。通過計算可知，廣東省土地碳排放強度隨著人均 GDP增加而逐步下降，和劉洋（2017）研究結果一致。

提高能源利用效率能夠從源頭處減少碳排放，降低碳排放強度，實現碳減排目標（鐘超等，2018）。廣東省全面推進節能降耗，提高能源利用效率，能源消費結構發生深刻變化。“十二五”期間，廣東原煤消費量占比從2010年的47.1%下降至2015年的42.3%，清潔能源消費量占比從2010年的12.1%上升至2015年的15.5%。但是，即使碳排放強度有所降低，隨著 GDP增長，碳排放總量仍然呈相應增加趨勢，因此在今后的相當一段時間內，提升碳排放效率仍然是廣東省社會經濟發展的重點。

產業結構和區域碳排放之間具有很強的相關性（馮梅等，2018）。三大產業在產業結構中的比重會影響區域經濟發展方式，第二產業和第三產業占比決定區域能源消耗量及碳排放量（龐慶華等，2018）。第二產業是能源消耗量最大的產業部門，也是碳排放的主要產業部門（張維陽等，2012）。第三產業碳排放明顯少于第二產業，而且第三產業的碳排放增速低于其所推動的經濟增速（韓堅等，2014）。完善產業結構能夠減少經濟發展產生的碳排放，將有助于減少碳排放，實現社會經濟的可持續發展。

廣州、深圳、珠海經濟體量大，第三產業發達，產業結構和能源消費結構較為優化，因此碳排放量大，同時碳排放也能達到一定效率水平，歸屬于高排放-中效率聚類。而經濟發展程度較高的佛山和中山為中國制造業基地，經濟發展對能源依賴程度較高，碳排放效率低于廣州、深圳和珠海，歸屬于高排放-低效率。粵西和粵東經濟較為落后，是廣東省重要的能源石化基地，能源消費量和碳排放量大，歸類為中排放-低效率聚類。粵北城市群整體上屬于欠發達地區，2015年地區生產總值僅占廣東省的6.24%，碳排放占比為4.31%，二三產業基礎薄弱，碳排放量少，相對容易實現低排放和高碳排放效率。

實現低碳經濟的根本方法在于轉變經濟發展方式（宋德勇等，2009）。廣東省各地區應制定切合本區域實際的碳減排措施，推動產業結構優化升級，發展低碳產業，提高能源利用技術，促進低碳示范省建設。

4 結論

（1）1996－2015年，廣東省凈碳排放呈不斷上升趨勢，從 1996年的 4959.27×104t增加到 2015年的 16099.48×104t，增幅達 224.63%，年均增幅為6.04%。以2011年為拐點，凈碳排放由快速增加轉變為增速放緩并趨于穩定。建設用地是主要碳源；林地是主要碳匯，但碳匯量有限，難以顯著平衡建設用地碳排放。

（2）珠江三角洲經濟發展速度快，土地利用變化劇烈，能源消耗量不斷攀升，耕地、建設用地碳排放和凈碳排放變化幅度最大；粵北經濟發展較為落后，產業結構變動較小，而近年來林地面積有所減少，故耕地、建設用地碳排放和凈碳排放變化幅度最小，林地碳吸收變化幅度最大。

（3）廣東省人均 GDP和碳排放強度呈高度負相關關系，隨著人均 GDP增加，單位碳排放強度顯著下降，土地利用碳排放效率明顯提升。

（4）廣東省 21個地級市按碳排放效率進行劃分，可以分為高排放-中效率（HE-ME）、高排放-低效率（HE-LE）、中排放-低效率（ME-LE）和低排放-高效率（LE-HE）四類。城市的經濟發展程度高，碳排放相應也高；城市的產業機構較為優化，第三產業發達，碳排放效率較高；而經濟較為落后的城市，碳排放低，碳排放效率高。