基于能源消費的陜西省土地利用碳足跡

盧佚鳴　楊瑾

摘 要：

為了了解陜西省土地利用中能源消耗與碳足跡之間的情況，收集陜西省2009—2016年國土資源公報提供的土地利用數據、陜西省統計年鑒提供的2009—2016年經濟數據和能源平衡表中各類產業中不同能源的數據消耗。利用以上數據通過構建碳排放模型， 對陜西省8a來不同土地利用方式的碳排放及碳足跡進行了定量分析。將得出的碳足跡與經濟數據進行脫鉤指數計算。得出以下結論：陜西省土地利用的能源消費在2014年之前，碳排放量逐年增長;2014年之后，碳排放總量逐漸下降，主要集中于居民點以及工礦用地，碳足跡大，并且占比逐年上升。陜西省碳足跡暫時能源消耗所產生的碳排放并沒有造成生態赤字，但是發展方向不理想。從脫鉤指數來看，碳足跡與GDP指數的脫鉤越發明顯，說明2009年以來，陜西省土地利用正向高GDP產出類型土地轉變。

關鍵詞：

能源消費;土地利用;碳足跡;脫鉤指數

中圖分類號：S-3

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191130011

根據國內外研究，人類活動對碳排放的影響實際上是因為改變土地利用的方式而改變了人類活動的能源消費結構，從而改變了碳排放的數量和速率。在過去的 150 多年里，土地利用方式的碳排放量約占同期人類所有活動釋放到大氣中的碳的 33%之多。因此，本文從經濟發展過程中人類土地利用與碳循環的關系出發，展開研究內容。

碳足跡（carbon footprint）理論是以生態足跡理論發展而成。有2種方式的理解，對某種人類活動以直接或間接的方式排放出CO2的總量的一種度量方式;另一種則為用于吸收這些CO2排放所需的生產性土地的面積。隨著經濟發展，對于能源的需求逐漸增長，能源消費的最終產物則為含碳化合物。因此，在計算碳足跡之后，可以對經濟發展與碳足跡的變化關系進行分析。

1 數據來源與研究區概況

1.1 研究區概況

陜西，簡稱“陜”或“秦”，是中華人民共和國省級行政區，省會西安。位于西北內陸中部，橫跨黃河和長江兩大流域中部，介于E 105°29′～111°15′，N31°42′～39°35′之間，總面積 20.58 萬km2。截至 2017 年末，陜西省下轄 10 個設區市，含30個市轄區、72個縣、5個縣級市。

1.2 數據來源

本文的數據主要來源于2009—2016年的國土資源公報提供的各類土地利用面積數據，以及陜西省統計局提供的統計年鑒中2009—2016年，能源平衡表中的不同行業的各類能源使用數據和相關的經濟發展數據。

2 碳排放以及碳足跡計算

2.1 碳排放計算模型

碳足跡的計算需要對碳排放進行定量計算，因此需要建立碳排放模型。根據所查到資料的土地利用類型和能源消耗平衡表中給出的行業分類，建立土地分類與碳排放項目的對應關系[2]，對不同利用類型的土地的碳排放進行定量的分析。分類對應表如表1。

在陜西省統計年鑒中，能源消耗類型主要選取原煤、天然氣、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油7種傳統化石燃料來計算不同用地類型造成的碳排放。根據黃賢金對江蘇省土地利用碳足跡中碳排放的計算模型[1]以及卞曉峰碩士論文中對不同土地利用類型碳足跡計算[2]，通過測算不同類型能源消耗放能確定的碳排放模型較為合理。碳排放模型如下：

CE=∑Qi*Cfi*K （1）

在式（1）中，CE為能源消耗的碳排放總量;Qi是第i中能源轉化為標煤之后的終端消費量;Cfi是缺省二氧化碳排放系數;K是二氧化碳中含碳量的轉換系數，取值為12/44。其中

Cfi=NCVi*u*CHi*CRi*k（2）

在式（2）中，NCVi是第i種傳統能源平均發熱量;u起到單位轉化的作用，取值10-9;CHi是第i種能源的單位熱值含碳量;CRi為第i種能源的碳氧轉化率;k是碳轉化成為二氧化碳的系數，取值為3.6667。需要將天然氣用量體積，轉換為質量，天然氣密度取值為0.7174kg/m3。其它相關系數如表2。

2.2 碳足跡計算模型

碳足跡有2種衡量的方式，由于第2種更易于量化，因此這里采取第2種，吸收一定量碳排放所需的生產性土地（植被）面積來衡量碳足跡的大小。引入指標NEP，即凈生態系統生產力，1hm2植被的1a的碳吸收量，通過NEP的大小來計算植被的固碳情況，從而計算出所需要的生產性土地的總面積[1]。主要考慮作為陸地生態系統碳吸收的主要組成部分林地和草地。參考謝鴻宇計算的NEP取值[3]，獲得碳排放量后，根據林地和草地的固碳量計算出陜西省各自的吸收碳的比例，最后通過NEP求得所需植被面積。因此，碳足跡的計算模型為：

A=CE（PfNEPf+PgNEPg）（3）

式（3）中A為碳足跡的值;CE為碳排放量;Pf為林地碳吸收的比例;Pg為草地碳吸收的比例;NEPf、NEPg分別為林地和草地的NEP。

2.3 碳排放計算

通過對數據處理、計算，利用公式（1）和（2）求出的陜西省2009—2016年不同用地類型的碳排放量結果如表3。

由表中數據可以得出，2009—2016年碳排放總量先增高，從2014年開始逐年減小，最高值為2013年，全年排放3062.233萬t。其中，居民點及工礦用地人類活動集中，吸收二氧化碳即固碳能力極低。因此為主要的碳排放源。

從總量上來看，碳排放總量在2013年之后稍有降低，其關鍵原因是在2014年，陜西省第十二屆人民代表大會常務委員會第十二次會議通過了《陜西省節約能源條例》，該條例規定了能源節約，能源結構加大產能節約能源消耗等問題。這一項關鍵政策文件是導致陜西省2014年開始碳排放量的減少的政策原因。次要原因可能為，原煤用量比重減少，高放能低排放的能源使用增多。從每年的綜合能源萬噸標準煤一項中可以看出，使用的能量增多，而原煤的使用量降低。原煤是利用效率很低的能源之一，經常不能充分燃燒，防熱低的同時，碳排放卻很多。

陜西省近幾年加大光伏能源的投資建設，2015年，陜西省新能源發電裝機達到700萬kw，陜北太陽能發電和風電、關中太陽能光伏和新能源裝備制造、陜南水電三大產業基地基本形成，使陜西省成為國家新能源研發、生產和應用的重要基地。

2.4 碳足跡計算

利用碳足跡模型式（3）計算碳足跡，NEPf取值為3.8096t/hm2，NEPg的取值為0.9482/hm2[3]。求得的2009—2016年陜西省碳足跡結果如表4。

由表中結果可以看出，碳足跡的變化趨勢呈現先增長后下降的趨勢。通過植被碳足跡比例，在一定時期內并不會造成生態赤字，但植被碳足跡比例已經由最開始的1.73下降到1.35左右。說明如果不采取一定措施，植被碳足跡比例將會小于1，陜西省的碳排放，就會出現生態赤字。

如表5可知，對于不同類型的土地利用類型，居民點及工礦用地的碳足跡占比最大，并且呈逐年升高的趨勢，最高年份2016年占到總碳足跡的76.62%。農用地及水利設施用地的碳足跡最小，因為農用地雖然有能源消費造成碳排放，但同時農用地與水利設施用地會有一定的碳吸收作用，只占到總碳足跡的2.5%左右，并且在2009—2016年間，占比穩定。交通運輸和其他土地的碳足跡占比逐年減小。

隨著陜西省發展進程，城市擴張，人口上升，農用地總量被壓縮，植被總量會減少，能源需求不會降低，因此原煤使用比例下降到一定程度之后對于碳足跡總量的影響會降到忽略不計，碳足跡總量會呈現回升，因此不能保證碳足跡會一直趨向下降狀態，一定時間后仍有出現生態赤字的可能。

3 碳足跡與經濟

3.1 脫鉤指數

脫鉤指數主要用于分析經濟增長與環境壓力或者是能源消耗的關系[24]。對能源消費與經濟增長脫鉤可以理解為在一定時間段，能源使用的速度或某種環境指標變化的速度或某環境壓力指數變化的速度小于經濟增長的速度時，認為是相對脫鉤的現象。若在相反的情況下，被認為是掛鉤階段。公式如下：

DI=CI/GI（4）

公式（4）中DI為脫鉤指數;CI為碳足跡指數;GI為國內生產總值（GDP）指數。

3.2 碳足跡與GDP脫鉤指數計算

碳足跡與GDP指數的單位不同，因此需要將2種指標進行無量綱化處理，但由于數據的不可獲得性，因此，以2009年為基期計算2010—2016年的脫鉤指數，之后反推2009年的結果。最終由公式（4）的出的脫鉤指數如表6。

由表中結果可以看出，2010—2016年的發展過程中，碳足跡與GDP一直呈現脫鉤的狀態，并且脫鉤的情況越來越大。在研究時間段內的脫鉤速度明顯在加快。說明陜西省的碳足跡變化的速度，逐漸小于經濟增長的速度，可以推測陜西省的土地利用能源消費正向節能減排、節約集約利用轉變。陜西省服務業、金融、互聯網等產業產生的GDP比重正在上升。產生單位GDP所造成的碳足跡，正逐年減小。

4 結論

陜西省土地利用仍然在向建設用地傾斜，居民點和工礦用地仍然為主要的能源消耗所在，暫時能源消耗所產生的碳排放并沒有造成生態赤字，隨著碳匯土地數量逐漸減少，交通運輸用地雖有增加，但是占比減小。深入分析之后，通過植被面積與碳足跡之比可以看出，數值呈下降趨勢，表明未來陜西省的植被數量將不能夠吸收全部的碳排放，需要及時采取相應措施。

在建設用地不斷增加，而具有固碳能力的土地不斷減少的情況下，陜西省土地利用的碳足跡經歷了上升到減少，在2014年之前，碳排放量逐年增長;2014年之后，碳排放總量逐漸下降。在2014年時，陜西省通過了《陜西省節約能源條例》，本條例應為碳排放減少的重要原因之一。減少了能源消耗，將能源消費結構向更高效的方式轉變，在研究時間段內，碳排放的主要源頭是居民點及工礦用地，這與其占地面積，以及大量的能源消費同時沒有吸收碳的能力有關。通過觀察能源使用比例，原煤使用的占比減小。陜西省近幾年來，建設了大面積的光伏發電設施，對于碳排放也有積極的影響。

陜西省仍然處于不斷發展的過程中，高碳足跡的土地類型增加意味著高GDP產出類型土地數量的增加。交通運輸用地與居民點及工礦用地一直作為陜西省的2項主要能源消耗，合計占到90%左右。從脫鉤指數來看，碳足跡與GDP指數的脫鉤越發明顯，說明2009年以來，陜西省的土地利用的能源消耗正向節約集約方向發展，是一個積極的現象。說明土地利用結構上，對于能源的消耗結構比較合理。

5 建議

陜西省正處于高速發展的階段，能源消耗量巨大，能源消耗放能總量逐年增加。居民點和工礦類用地是碳排放巨頭，產生龐大的碳足跡，因此從此類碳排放源土地入手，才會取得結果。需要調整好土地利用結構，減小建設用地的碳排放，從建新方面入手，把控新建占用土地的數量，以及占用土地的固碳能力，控制建設用地擴張占用林地、草地等具有高效碳吸收能力土地的數量。同時落實好節約集約利用土地的方針，將建新的規模控制在生態合理的范圍內。合理做好國土空間規劃，控制新增建設用地指標。

通過GDP碳足跡的關系以及原煤用量占比來看，陜西的第三產業提高，第一二產業的比重減小。金融，互聯網等高新產業，產出GDP高、占地少、污染小。并且此類產業少，發展前景高，在整個西北地區也少有競爭，因此對減少土地利用的碳足跡有著積極的作用。減少使用原煤這種低效的能源消耗，盡量使用高效率能源，在增加能量釋放的同時，減少碳排放，加強陜西省在西北地區領頭的地位，保護生態環境。同時在節約能源方面，開發光伏發電等清潔能源，提高能源利用效率，優化能源消費結構。

參考文獻

[1]趙榮欽，黃賢金.基于能源消費的江蘇省土地利用碳排放與碳足跡[J].地理研究，2010，29（09）：1639-1649.

[2]卞曉峰. 不同土地利用方式的碳排放和碳足跡研究[D].蘭州：西北師范大學，2014.

[3]謝鴻宇，陳賢生，林凱榮，胡安焱.基于碳循環的化石能源及電力生態足跡[J].生態學報，2008（04）：1729-1735.

[4]李東曄.基于土地利用方式的福建省碳足跡時空變化研究[J].海峽科學，2016（06）：10-13.

[5]白翠媚，梅昀，張苗.武漢市土地利用變化碳排放及碳足跡分析[J].湖北農業科學，2015，54（02）：313-317.

[6]韓召迎，孟亞利，劉麗平，劉娜麗，周治國.基于區域土地利用變化的能源碳足跡改進算法及應用[J].農業工程學報，2012，28（09）：190-195.

[7]藍家程，傅瓦利，袁波，張婷，彭景濤.重慶市不同土地利用碳排放及碳足跡分析[J].水土保持學報，2012，26（01）：146-150，155.

[8]郭自強，吳開亞，周峰.上海市土地利用碳排放測算與分析[J].湖北農業科學，2016，55（21）：5479-5482.

[9]路漫其，許信旺，汪強.基于不同土地利用方式的安徽省碳排放效應及時空差異分析[J].能源環境保護，2016，30（02）：10-13，38.

[10] 李記紅. 基于能源消費的西北五省不同土地利用方式的碳排放與碳足跡研究[D].蘭州：西北師范大學，2015.

[11] 李雪. 吉林西部土地利用變化碳足跡時空模擬[D].長春：吉林大學，2015.

[12] 樊高源. 烏魯木齊市土地利用變化碳排放效應研究[D].烏魯木齊：新疆農業大學，2016.

[13] 馮天偉. 鄭州市土地利用變化碳排放效應研究[D].開封：河南大學，2017.

[14] 李星明. 鄭州市土地利用碳足跡測算與對策研究[D].開封：河南大學，2013.

[15] 陳勇，李首成，稅偉，康銀紅.基于EKC模型的西南地區農業生態系統碳足跡研究[J].農業技術經濟，2013（02）：120-128.

[16] 彭文甫，周介銘，徐新良，羅懷良，趙景峰，楊存建.基于土地利用變化的四川省碳排放與碳足跡效應及時空格局[J].生態學報，2016，36（22）：7244-7259.

[17] 吳仕海，張安明，曹偉，李映暉，李燦，黃九松，嚴超.基于能源消費的重慶市土地利用碳排放效應分析[J]. 西南師范大學學報（自然科學版），2015，40（01）：65-72.

[18] 楊文，陳燕，賀肖芳，宋新山，王宇暉.基于土地利用的上海市碳足跡研究[J].長江流域資源與環境，2013，22（S1）：1-5.

[19] 王曉霞. 陜西省土地利用碳排放效應及影響因素研究[D].楊陵：西北農林科技大學，2014.

[20] 鄭丹. 1996-2010年中國能源碳足跡生態壓力研究[D].天津：天津大學，2014.

[21] 朱妮. 西安城市空間增長下的碳足跡時空演變研究[D].西安：陜西師范大學，2014.

[22] 易舟. 基于能源消費的湖南省土地利用碳排放與碳足跡研究[D].長沙：湖南農業大學，2013.

[23] 盧俊宇，黃賢金，陳逸，肖瀟.基于能源消費的中國省級區域碳足跡時空演變分析[J].地理研究，2013，32（02）：326-336.

[24]溫雪穎，金良，郭長治，阿如娜.基于脫鉤理論的內蒙古能源消費碳排放與經濟發展特征分析[J].未來與發展，2019，43（03）：60-66.

作者簡介：

盧佚鳴，碩士。研究方向：土地資源管理;

楊瑾，副教授，長安大學土地資源管理系主任。