遼寧省的碳赤字解決模式與生態(tài)環(huán)境效益研究*

胡劍鋒 楊宜男 路世昌

(1.福建師范大學(xué)福清分校文法學(xué)院，福建 福州 350300；2.安徽師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)工商管理學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125000)

碳赤字是指碳排放量大于碳承載力[1]，是衡量一個地區(qū)碳平衡的重要指標[2]。盧俊宇等[3]發(fā)現(xiàn)我國已總體呈現(xiàn)碳赤字狀態(tài)，特別是東北、華北、東南沿海等經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)，而且呈現(xiàn)出碳赤字增大的趨勢。碳赤字給我國的生態(tài)環(huán)境造成了巨大壓力。陸敏[4]、孫振清等[5]發(fā)現(xiàn)，碳排放權(quán)交易機制可以通過倒逼地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，提升生態(tài)效率，從而降低地區(qū)碳赤字。王艷芳等[6]、王正淑等[7]發(fā)現(xiàn)，營造碳匯林等生態(tài)修復(fù)工程可以有效增加碳匯，也能降低地區(qū)碳赤字。碳排放權(quán)交易與營造碳匯林是解決碳赤字問題的兩種模式，但鮮有對兩者的生態(tài)環(huán)境效益進行核算比較，已有的比較也只是從經(jīng)濟成本角度進行考慮[8-9]，并沒有考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。而事實上營造碳匯林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生的巨大生態(tài)價值不應(yīng)忽視[10]。

遼寧省是東北重要的重工業(yè)基地，以高碳排放量的產(chǎn)業(yè)為主，且其森林覆蓋率較低，碳承載力較小，是我國典型的碳赤字型省份。在嚴重的生態(tài)環(huán)境壓力下，遼寧省必須創(chuàng)新地解決碳赤字問題。本研究假設(shè)模式1為通過碳排放權(quán)交易解決遼寧省的碳赤字問題；模式2為通過營造碳匯林解決遼寧省的碳赤字問題。在考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的前提下，以2017年為基準年，通過對兩種模式下生態(tài)環(huán)境效益的核算，對比分析出何種模式可以更好地為遼寧省解決碳赤字問題。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 碳赤字核算方法

地區(qū)碳赤字核算通過碳排放量減去碳承載力(見式(1))得到。

CR=CE-CCC

(1)

式中：CR為碳赤字，t；CE為碳排放量，t；CCC為碳承載力，t。

其中，碳排放量采用政府間氣候變化專門委員會(IPCC)提出的方法，基于能源終端消費、凈發(fā)熱值和碳排放系數(shù)計算[11]，計算公式如下：

CE=NCV×EF×∑Ei

(2)

式中：NCV為標準煤的凈發(fā)熱值，kJ/t，標準煤的凈發(fā)熱值為20.908 0 kJ/t；EF為標準煤的碳排放系數(shù)，t/kJ，以CO2計，標準煤的碳排放系數(shù)為0.098 3 t/kJ；Ei為第i種能源的終端消費量，t，以標準煤計，數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局網(wǎng)站遼寧省的各年主要能源產(chǎn)品消費量(http://data.stats.gov.cn/%20easyquery.htm?cn=E0103)。

碳承載力包括兩個部分，一部分是植被固碳能力，另一部分是農(nóng)業(yè)用地土壤固碳能力。其中植被固碳能力以凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力進行表征，遼寧省主要考慮林地、耕地、園地、草地、水域、城市綠地、灘涂濕地7類生態(tài)系統(tǒng)的植被固碳能力，計算公式見式(3)[12]。根據(jù)韓冰等[13]的研究，農(nóng)業(yè)用地土壤的單位面積固碳能力平均為0.37 t/hm2，將其乘以農(nóng)業(yè)用地面積就可得到農(nóng)業(yè)用地土壤固碳能力，其中農(nóng)業(yè)用地面積數(shù)據(jù)來源于各年遼寧省統(tǒng)計年鑒。

(3)

表1 不同生態(tài)系統(tǒng)的NEPjTable 1 NEPj of different ecosystems

1.2 模式1的生態(tài)環(huán)境效益核算方法

模式1的生態(tài)環(huán)境成本只有碳排放權(quán)購置成本，生態(tài)環(huán)境效益等于負的生態(tài)環(huán)境成本，計算公式如下：

V=-CCQ×CP

(4)

式中：V為生態(tài)環(huán)境效益，元；CCQ為碳排放權(quán)購置額度，t，模式1中等于碳赤字；CP為碳排放權(quán)單價，元/t，本研究以北京碳排放權(quán)電子交易平臺公布的2017年平均碳排放權(quán)單價75.50元/t為準。

1.3 模式2的生態(tài)環(huán)境效益核算方法

模式2的生態(tài)環(huán)境成本主要是營造碳匯林時存在投入成本，此外由于樹木生長初期固碳能力不足仍需要購置一定的碳排放權(quán)。營造碳匯林的投入成本為碳匯林營造面積乘以單位面積造林成本，而單位面積造林成本在第1年時包括營造成本與維護成本兩項，從第2年起僅有維護成本一項。根據(jù)張治軍等[20]的研究，單位面積營造成本平均為5 038.0元/hm2，維護成本為2 591.9元/hm2。碳匯林營造面積根據(jù)2017年碳赤字除以森林的凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(換算成以CO2計)確定。

由于樹木生長初期固碳能力不足產(chǎn)生的碳排放權(quán)購置成本核算方法參考文獻[20]。碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值核算參考文獻[21]，根據(jù)謝高地等[22]的研究成果，其中標準的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價格取3 406.5元/hm2，生態(tài)系統(tǒng)不同功能的服務(wù)功能價值當(dāng)量系數(shù)取值見表2。

表2 生態(tài)系統(tǒng)不同功能的服務(wù)功能價值當(dāng)量系數(shù)Table 2 Equivalent coefficient of service values for different ecosystem functions

因此，模式2的生態(tài)環(huán)境效益為：

V=FESV-CFC-CEC

(5)

式中：FESV為碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值，元；CFC為碳匯林營造投入成本，元；CEC為碳排放權(quán)購置成本，元。

2 結(jié)果分析

2.1 遼寧省的碳赤字時序變化分析

從圖1可知，2004—2017年遼寧省的碳承載力變化不大，年均增長率僅為1.06%。而遼寧省的碳排放量變化很大，2004、2005年均低于碳承載力，但2006年開始碳排放量超過了碳承載力，2012年達到頂峰后基本保持穩(wěn)定，2004—2017年年均增長率為6.48%，是同期碳承載力年均增長率的6.14倍。因此，2004、2005年遼寧省還存在一定的碳盈余，但從2006年開始出現(xiàn)了碳赤字，而且碳赤字有逐漸增大的趨勢，直到2012年才穩(wěn)定下來。2004—2017年遼寧省從碳盈余轉(zhuǎn)變?yōu)樘汲嘧衷俚椒€(wěn)定，反映了一個轉(zhuǎn)變過程，這也是本研究選取2004—2017年進行分析的原因。

圖1 遼寧省的碳排放量和碳承載力Fig.1 Carbon emission and carbon capacity in Liaoning Province

2.2 模式1的生態(tài)環(huán)境效益分析

由于模式1的生態(tài)環(huán)境效益等于負的生態(tài)環(huán)境成本，因此分析清楚模式1的生態(tài)環(huán)境成本也就分析清楚生態(tài)環(huán)境效益了。由表3可見，在模式1下，2004—2017年遼寧省生態(tài)環(huán)境成本從-12.05億元上漲到了123.37億元，年均增加生態(tài)環(huán)境成本9.61億元。其中，2004—2012年是遼寧省生態(tài)環(huán)境成本的快速增長階段，主要是因為碳排放量快速增長，而2012—2017年遼寧省生態(tài)環(huán)境成本變化不大，因為碳排放量基本保持穩(wěn)定。由于國內(nèi)碳交易市場發(fā)展相對滯后，碳排放權(quán)相對廉價，生態(tài)環(huán)境成本占GDP比例不高，到2017年也僅為0.53%，對遼寧省造成的經(jīng)濟壓力實際不大，容易被忽視，而事實上造成的生態(tài)環(huán)境壓力是很大的。

表3 模式1下遼寧省生態(tài)環(huán)境成本分析Table 3 Eco-environmental cost analysis in Liaoning Province under Mode 1

按照2004—2017年的數(shù)據(jù)對生態(tài)環(huán)境成本和GDP采用線性方程進行擬合，然后推算基準年后的生態(tài)環(huán)境成本和GDP，結(jié)果見表4。第1年生態(tài)環(huán)境成本將達到162.92億元，第5年將達到208.46億元，生態(tài)環(huán)境成本占GDP比例仍然不高，大約保持在0.5%。

表4 模式1下遼寧省生態(tài)環(huán)境成本推算Table 4 Eco-environmental cost predition in Liaoning Province under Mode 1

2.3 模式2的生態(tài)環(huán)境效益分析

2.3.1 生態(tài)環(huán)境成本

2017年遼寧省碳赤字為16 340.18萬元，需要營造碳匯林1 092.26萬hm2，第1年營造碳匯林的投入成本共計833.38億元，其后每年為283.10億元。隨樹齡增長，碳匯林固碳能力也增強，由表5可見，碳排放權(quán)購置成本從第1年的98.27億元逐年下降到第5年的0元，年均碳排放權(quán)購置成本僅為43.84億元。綜合而言，第1至第5年，生態(tài)環(huán)境成本分別為931.65億、353.18億、323.70億、293.34億、283.10億元，年均生態(tài)環(huán)境成本為437.00億元。第1年由于存在碳匯林營造成本大大增加了生態(tài)環(huán)境成本，其余各年沒有碳匯林營造成本，隨樹木生物量增加，碳匯林的固碳量增加，因此碳排放權(quán)購置成本下降而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境成本減少。第5年，樹林生產(chǎn)量達到正常水平，碳排放權(quán)購置成本降為零，其后每年僅需支出碳匯林維護成本283.10億元，這也是本研究只推算5年的原因。

表5 模式2下遼寧省生態(tài)環(huán)境成本推算Table 5 Eco-environmental cost prediction in Liaoning Province under Mode 2 億元

2.3.2 碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值

由表6可知，第1至第5年碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值分別為1 275.93億、2 708.97億、4 207.98億、5 751.50億、7 328.99億元。第5年后，碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值在一定時期內(nèi)保持不變。其中，氣候調(diào)節(jié)功能價值貢獻率最高，為28.98%(2 123.63億元)，其后依次為水文調(diào)節(jié)功能(18.96%，1 389.71億元)、土壤保持功能(11.79%，864.15億元)、生物多樣性功能(10.74%，786.94億元)、空氣調(diào)節(jié)功能(9.68%，709.74億元)、凈化環(huán)境功能(8.49%，622.30億元)、美學(xué)景觀功能(4.71%，345.10億元)、原料生產(chǎn)功能(2.94%，215.81億元)、水資源供給功能(1.52%，111.62億元)、食物生產(chǎn)功能(1.28%，93.95億元)和維持養(yǎng)分功能(0.90%，66.04億元)。

表6 模式2下遼寧省碳匯林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值推算Table 6 Carbon sink forest ecosystem service value prediction in Liaoning Province under Mode 2 億元

2.3.3 生態(tài)環(huán)境效益

表7顯示，在模式2下，雖然營造碳匯林需要增加一定的額外成本，但是由于碳匯林具有較大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值，可以產(chǎn)生較為可觀的生態(tài)環(huán)境效益。第1年的生態(tài)環(huán)境效益即可達到344.28億元，到第5年可以上漲至7 045.89億元。萬元GDP生態(tài)環(huán)境效益也從第1年的110.14元增加至第5年的1 852.57元，上漲了15.82倍。人均生態(tài)環(huán)境效益更為可觀，從第1年的788.02元增加至第5年的16 127.28元，上漲了19.47倍，若以2017年人均可支配收入為標準，人均生態(tài)環(huán)境效益達到了人均可支配收入的57.54%。

表7 模式2下遼寧省生態(tài)環(huán)境效益推算Table 7 Eco-environmental benefit prediction in Liaoning Province under Mode 2

2.4 模式1與模式2的對比分析

對比表4和表5可知，模式2營造碳匯林需要付出更大的成本。第1年由于存在大額的營造碳匯林的投入成本，模式2的生態(tài)環(huán)境成本比模式1高出768.73億元。從第2年起，模式2雖然減少了營造碳匯林的投入成本，但生態(tài)環(huán)境成本仍高于模式1。因此，僅從生態(tài)環(huán)境成本的角度考慮，模式1相較模式2更為經(jīng)濟。但是模式1下的CO2過度排放對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的破壞和壓力卻難以估量。

考慮到模式2營造的碳匯林存在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值，可以實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境效益的扭虧為盈，而模式1單純通過碳排放權(quán)交易解決碳赤字問題，實際上生態(tài)環(huán)境效益為負。對比發(fā)現(xiàn)，第1至第5年間，模式2相較模式1可累計多產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境效益20 016.86億元。因此，綜合考慮，模式2是一種更為可持續(xù)的解決碳赤字問題的方案。

3 結(jié) 論

(1) 2004、2005年遼寧省存在一定的碳盈余，但從2006年開始出現(xiàn)了碳赤字，而且碳赤字有逐漸增大的趨勢，直到2012年才穩(wěn)定下來。

(2) 模式1的生態(tài)環(huán)境效益等于負的生態(tài)環(huán)境成本。2004—2012年遼寧省生態(tài)環(huán)境成本快速增長，而2012—2017年遼寧省生態(tài)環(huán)境成本變化不大。由于國內(nèi)碳交易市場發(fā)展相對滯后，碳排放權(quán)相對廉價，因此模式1產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境成本占GDP比例不高，容易被忽視。按照2004—2017年的數(shù)據(jù)對模式1的生態(tài)環(huán)境成本采用線性方程進行擬合，并以2017年為基準年往后推算，第1年生態(tài)環(huán)境成本將達到162.92億元，第5年將達到208.46億元。

(3) 模式2通過營造碳匯林解決碳赤字問題，雖然生態(tài)環(huán)境成本大于模式1，但營造的碳匯林具有巨大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值，能夠使遼寧省的生態(tài)環(huán)境效益扭虧為盈。

(4) 解決遼寧省的碳赤字問題，如果僅從生態(tài)環(huán)境成本的角度考慮，模式1比模式2更為經(jīng)濟，但模式1下的CO2過度排放對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的破壞和壓力卻難以估量，而模式2下碳匯林提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值是巨大的，因此模式2是一種更為可持續(xù)的解決碳赤字問題的方案，建議遼寧省選擇模式2解決碳赤字問題。