重慶合川區土地利用碳排放的效應及驅動因素

鮑瑩，張安明

(西南大學 地理科學學院，重慶 400715)

當前，世界各國面臨全球氣候變暖、海平面上升等一系列環境問題，如何有效地降低碳排放量，發展綠色低碳經濟成為各國亟需解決的難題之一[1]。作為綠色發展的關鍵時期，中國政府在“十三五”規劃中保證于2030年前后達到碳排放峰值，承諾實現單位GDP碳排放較2005年減少60%～65%的目標[2-3]。土地作為人類的勞動對象和人類活動的場所，承載著各項社會經濟活動。大量研究表明，土地利用方式變化成為僅次于化石燃料燃燒的第二大碳排放源，其碳排放量占全球溫室氣體總量的1/3，且化石燃料的燃燒也是以土地利用為載體[4-5]。因此，從土地利用視角開展碳排放研究，探討碳排放量時間演變趨勢和驅動因素，對區域實現碳減排，推進低碳可持續發展具有重要意義。

目前，國內學者已圍繞土地利用碳排放開展了一系列研究，主要集中于不同尺度的碳排放時空分異格局研究[6-9]、碳排放影響因素研究[10-11]、碳排放與經濟增長脫鉤狀態研究[11-12]、碳減排責任分攤研究[13]、低碳視角下的土地利用結構優化研究[14]、碳減排潛力及低碳發展研究[15]等。在土地利用碳排放影響因素研究層面，張俊峰等[16]利用LMDI模型對武漢城市圈土地利用碳排放進行影響因素分解；張勇等[17]對2000—2010年池州市主要土地類型碳排放量進行測算，運用STIRPAT模型對碳排放影響因素進行分析。由于現有的大多數研究多集中宏觀層面，較少從小尺度進行研究，而地域之間、城市之間的自然條件、社會經濟發展等方面差異較大，因此，學者們較難對一大尺度研究區提出具有針對性的有效的碳減排策略。基于此，文章以重慶市合川區為研究單元，測算2009—2018年間土地利用碳排放量和碳排放強度，分析時間演變趨勢，構建LMDI模型對合川區土地利用碳排放驅動因素進行分解，為合川區實現碳減排與低碳可持續發展目標提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 研究區域概況

合川區位于重慶市西北部，地理位置坐落在105°58′37″～106°40′37″E，29°51′02″～30°22′22″N，全區土地面積2 434 km2。截至2018年底，合川區常住人口為140.72萬人，占重慶市總常住人口數的4.54%，城鎮化率達68.83%。2009年合川區國民生產總值為202.75億元，2018年增長至712.93億元，年均增長率為15.14%。在產業發展方面，以摩托為主的裝備制造業成為合川區的主導產業之一，2017年其產值占規模以上工業總產值的40.50%。

1.2 數據來源

本文研究涉及的土地利用數據來源于2009—2018年的合川區土地利用變更矢量數據，各類能源終端消費數據及社會經濟數據來源于《重慶統計年鑒》和《合川年鑒》。

1.3 研究方法

1.3.1 碳排放量測算模型

文章結合合川區土地利用現狀，對耕地、林地、園地、草地、水域及未利用地的碳排放量采用直接估算法進行測算[18]，公式如下：

Ed=∑ei=∑ti×δi。

(1)

式中：Ed為直接碳排放量；ei為第i種土地類型產生的碳排放量；ti表示第i種土地類型的面積；δi表示第i種土地利用類型的碳排放(吸收)系數，其中碳排放系數為正，碳吸收系數為負。本文結合合川區實際情況，將耕地碳排放系數取為0.042 2 kg·(m2·a)-1，林地碳吸收系數取為-0.073 0 kg·(m2·a)-1，園地碳吸收系數取為-0.058 7 kg·(m2·a)-1，草地碳吸收系數取為-0.002 1 kg·(m2·a)-1，水域碳吸收系數取為-0.025 2 kg·(m2·a)-1，未利用地碳吸收系數為-0.000 5 kg·(m2·a)-1。

建設用地碳排放采用間接估算法進行測算，具體公式如下：

Ed=∑Ej=∑ej×θj×βj。

(2)

式中：Ed為建設用地的間接碳排放總量；Ej為第j類化石能源的碳排放量；ej為j類化石能源的消費量；θi為第j類化石能源的折標準煤系數；βi為第j類化石能源的碳排放系數。

由于合川區終端能源消費量統計為規模以上行業消費量，故選取重慶市終端能源消費量，通過單位GDP能源消耗量折算出合川區化石能源消費量。由于煤炭、石油、天然氣和電力等能源消費量在《重慶市統計年鑒》中已轉化為標準煤，因此，只需考慮各類能源的碳排放系數。參考已有研究成果[19]，將煤炭、石油、天然氣等終端能源碳排放系數分別取為0.744 4、0.571 6、0.435 5(噸C·噸標準煤-1)，將電力二次能源按照煤炭碳排放系數進行折算。

1.3.2 碳排放驅動因素分解模型

ANG[20]首次提出對數均值迪氏指數分解法，該方法具有消除殘差項、數據分解結果適應性更強等優點。文章采用LMDI模型進行因素分解，綜合考慮能源、經濟、人口及土地等因素對于土地利用碳排放的驅動影響，將合川區土地利用碳排放影響因素分解為碳排放強度、經濟發展水平、土地利用效率以及建設用地規模4類因素，計算公式如下：

C=C/GDP×GDP/P×P/S×S=eghs。

(3)

本文采用LMDI的加和因素分解方式對公式進行因素分解，公式如下：

ΔC=Ct-C0=ΔCe+ΔCg+ΔCh+ΔCs。

(4)

式中：Ct表示t期的土地利用碳排放量、C0表示基期的土地利用碳排放量；ΔC為某段時期的土地利用碳排放變化量；ΔCe、ΔCg、ΔCh及ΔCs分別表示碳排放強度效應、經濟發展水平效應、土地利用效率效應以及建設用地規模效應所引起的土地利用碳排放變化量，其表達式分別如下：

(5)

則定義4個因素對合川區土地利用碳排放變化的貢獻率分別如下所示：

(6)

1.4 數據分析

依據合川區2009—2018年土地利用變更數據及各類化石能源消費數據，運用IPCC碳排放清單法，計算出9年間合川區土地利用碳源、碳匯、凈碳排放量及凈碳排放量年均增長率變化趨勢。依據LMDI模型，計算出各影響因素對合川區土地利用碳排放變化的累計效應與綜合效應，并進一步分析得出各影響因素對合川區土地利用碳排放的累計貢獻率。

2 結果與分析

2.1 合川區土地利用碳排放分析

從圖1和表1可知，2009—2018年，合川區碳源、碳匯及凈碳排放量三者總體皆呈上升趨勢。其中，合川區碳源在9年間累計增加1 375.073 0萬t，年均增長率為7.14%；碳匯累計增加29.464 7萬t，年均增長率為0.01%，碳源的增速遠遠高于碳匯的增速；土地利用凈碳排放量從96.769 6萬t增至176.327 7 萬t，年均增長率為7.00%，增速最大。

圖1 合川區土地利用凈碳排放量年增長率變化趨勢

從圖1可知，2009—2010年合川區凈碳排放量呈波動上升趨勢，呈先降后增趨勢。2017年合川區積極推行供給側結構改革，通過去產能，煤炭行業綜合能源消費量下降30.80%，凈碳排放量增速達最低。合川區凈碳排放量增長是社會經濟的不斷發展、城市化水平不斷提升、人口的增長、建設用地擴張及各類化石能源消耗量的增長共同作用的結果。

從表1可知，建設用地和耕地在碳排放總量中所占比重分別為96.30%、3.70%，建設用地產生的碳排放量遠遠大于耕地碳排放量，是合川區土地利用碳排放的主要碳源。研究期間，合川區耕地碳排放量變化較為平緩，整體上呈波動下降趨勢，2009年為5.111 4萬t，2018年減少至5.018 8萬t；建設用地碳排放量呈上升趨勢，增幅較大，2009年建設用地碳排放量為94.578 3萬t，2018年增長至174.363 9萬t，年均增長率為7.14%。因此，控制建設用地無秩序擴張、優化土地利用格局是合川區走上低碳發展道路的重中之重。在各類碳匯中，林地、園地、水域和其他土地的碳吸收量分別占碳吸收總量的68.61%、19.21%、11.15%和1.03%，由此說明，林地是合川區土地利用的主要碳匯來源，其次是園地。研究期間，合川區林地碳吸收量從1.988 0×104t波動增長至2.136 0×104t，增長幅度較小；園地、草地及未利用地碳吸收量整體較為穩定，變幅不大，研究期內呈小幅下降趨勢。為此，合川區應繼續大力開展義務植樹，快速推進退耕還林、荒山造林等工程，適當提高林地等碳匯面積，降低凈碳排放量。

表1 2009—2018年合川區不同類型土地的碳排放量

為進一步分析說明合川區土地利用碳排放量時間演變趨勢，引入碳排放強度因子，計算2009—2018年合川區單位GDP碳排放強度與人均碳排放強度。從圖2可以看出，9年間合川區單位GDP碳排放量呈逐年下降趨勢，從477.287 1 kg·萬元-1降至247.328 9 kg·萬元-1，年均降低7.01%。人均碳排放強度呈逐年上升趨勢，從752.836 3 kg·人-1增至1 253.039 0 kg·人-1，年均增長5.93%。說明在研究期間內，隨著經濟的不斷增長合川區每單位國民生產總值帶來的碳排放量在下降，但隨著收入的增加和人均消費水平的提高，使得人均碳排放強度在不斷攀升。因此，為減少碳排放量，推進可持續發展也需重視宣傳綠色低碳理念，提高廣大人民群眾的環保低碳意識。

圖2 合川區碳排放強度演變趨勢

2.2 合川區土地利用碳排放驅動因素分析

從表2可知，經濟發展水平及建設用地規模因素對合川區土地利用碳排放量的增長具有正向促進作用。2009—2018年，合川區地區生產總值從202.75億元增至712.93億元，年均增長率為15.14%。9年間在經濟快速發展的影響下，合川區累計增加153.563 3萬t碳排放量，占碳排放總增量的82.80%。因此，經濟發展水平因素是合川區土地利用碳排放的主要正向驅動因素。建設用地規模對合川區土地利用碳排放增加的促進作用僅次于經濟發展水平因素。隨著合川區建設用地的擴張，2009—2018年合川區累計增加碳排放量31.905 6萬t，占碳排放總增量的17.20%。合川區經濟快速發展必然會對勞動力、資源和資本等要素產生拉力，從而使人口和產業形成集聚；建設用地規模的擴張又為經濟和產業活動提供載體，兩者相互影響，共同促進合川區土地利用碳排放量的增長。

碳排放強度因素和土地利用效率因素是合川區土地利用碳排放的負向驅動因素。2009—2018年期間合川區土地利用碳排放累計實現碳減量105.910 6萬t，9年間，碳排放強度和土地利用效率因素分別占總碳減量的81.60%和18.40%。由此可見，對于抑制合川區碳排放增長，碳排放強度因素起主要作用。土地利用效率對合川區土地利用碳排放量減少的積極作用體現在，當經濟發展到一定水平時，土地利用效率的提高會降低經濟發展對資源投入量的依賴，提高投入產出比，為碳排放量的減少做出貢獻。碳排放強度效應具體體現在單位GDP的能源消耗量、能源結構及利用效率等相關指標上，說明降低單位GDP能耗量、提高能源利用效率、優化能源消費結構、開發利用新能源同樣是抑制合川區碳排放量增長的有力措施。

從各效應的累計貢獻率(表3)來看，在正向驅動因素中，9年間經濟發展水平效應和建設用地規模效應累計貢獻率分別為193.02%和40.10%。進一步說明，經濟發展水平是促進合川區土地利用碳排放量增長的主要驅動因素。因此，當前合川區需盡快推動經濟發展模式的轉變，深入推進供給側結構性改革，進一步將低碳與經濟發展深入融合，走低碳可持續發展道路。在負向驅動因素中，碳排放強度效應累計貢獻率占108.62%，土地利用效率累計貢獻率占比24.50%。由此說明，碳排放強度是抑制合川區土地利用碳排放增長的主要驅動因素。因此，合川區需重視并挖掘提高能源利用效率、降低單位GDP能耗，深入推進生態文明建設。

表3 合川區土地利用碳排放各影響因素累計貢獻率

3 小結與討論

通過對2009—2018年合川區土地利用碳排放量進行測算，運用LMDI因素分解模型進行驅動因素分析。結果表明：(1)2009—2018年合川區土地利用凈碳排放量整體上呈上升趨勢，從96.769 6萬t增至176.327 7萬t，年均增長率為7.00%，2017年增速最低；(2)2009—2018年合川區單位GDP碳排放強度呈逐年下降趨勢，年均降低7.01%，人均碳排放強度呈逐年上升趨勢，年均增長5.93%；(3)2009—2018年經濟發展水平和建設用地規模是合川區土地利用碳排放量增長的正向驅動因素，其中經濟發展水平是促進合川區土地利用碳排放量增長的主要驅動因素；碳排放強度及土地利用效率因素是合川區土地利用碳排放的負向驅動因素，而碳排放強度是抑制合川區土地利用碳排放量增長的主要因素。在各驅動因素中，累計貢獻率絕對值從大到小依次為：經濟發展水平因素—碳排放強度因素—建設用地規模因素—土地利用效率因素。

合川區須穩步推行供給側結構性改革，去產能，減少煤炭等化石能源的消費量，改善能源消費結構，積極開發新能源，進一步加快經濟發展模式的轉變，調整產業結構，努力形成穩增長和碳減排深度融合的發展機制；在當前新一輪國土空間規劃編制過程中要嚴格控制建設用地的擴張，加快完成“三區三線”的劃定工作，合理布局生產、生活、生態空間，優化土地利用結構，繼續推進退耕還林和荒山造林工程。