碳達峰背景下廣西不同土地利用方式碳足跡效應分析

黃繼鮮，楊小雄，廖丹嬋

(南寧師范大學 自然資源與測繪學院，廣西 南寧 530001)

1 引言

2020年12月12日，習近平總書記在氣候雄心峰會上發表重要講話，宣布我國將采取更加有力的政策和措施，力爭2030年前達到碳達峰，2060年前實現碳中和[1]。而土地利用布局及其人類活動對生態系統固碳釋養及二氧化碳的排放有著極為顯著的影響，廣西作為西南地區連接粵港澳大灣區的重要樞紐，在尋求經濟發展鞏固脫貧攻堅成果的同時，研究其土地利用方式與碳排放的關系對優化國土空間布局、制定高效的節能減排政策具有重要意義。我國在碳排放測算、土地利用碳排放效應等也成為當前的熱點研究領域。王安靜等通過投入產出模型計算我國30個省份各行業的碳排放量及其轉移[2]。鄧吉祥等則是通過LMDI分解法分析我國碳排放的影響效應及其各區域間的差異及演變特征[3]。葛全勝等搜集大量資料研究我國過去300年土地利用及其覆被變化與碳循環之間的關系，通過研究發現土地利用方式及其覆被變化對碳源碳匯的循環有著較大的影響作用[4]。此外，劉紀遠等也研究了1990～2000年林地、草地、耕地間的土地利用變化對土壤碳氮蓄積量的影響[5]。很多學者主要集中于土地利用與碳排放及碳足跡的關系研究。李穎等學者對我國不同區域不同時間尺度的土地利用的碳排放或是碳足跡進行研究[6～8]；而彭文甫等學者在此基礎上作了較為深入的時空格局分異研究[9～11]；也有不少學者研究了其生態補償的測算及標準[12，13]。其中，部分學者基于脫鉤理論、庫茲涅茨曲線模型對土地利用碳排放、能源消費與經濟增長的關系進行了研究，預測碳排放的拐點[15～18]。從以上研究進行綜合分析，我國土地利用與碳排放研究涉及不同區域不同領域及不同的時間尺度，但研究領域并不均衡，部分地區研究較廣泛，而廣西作為喀斯特地貌廣布的地區其土地利用與碳排放的關系研究較少。近幾年廣西在城鎮化、工業化快速發展中消耗大量化石能源，排放較多的二氧化碳，環境問題凸顯。因此，本研究在充分借鑒我國其他較為成熟的研究區域及方法的基礎上，在碳達峰背景下基于土地利用的碳排放及碳足跡模型對廣西碳排放效應進行了分析研究，為廣西平衡經濟發展與環境保護、合理調整土地利用布局提供政策建議。

2 研究區概況

廣西(20°54′～26°24′N，104°28′～112°04′E)地處中國地勢第二階梯中云貴高原東南邊緣，兩廣丘陵西部，地勢西北高、東南低，呈現西北向東南傾斜。主要為山地丘陵性盆地地貌，四周多被山地、高原環繞，中部和南部多丘陵平地。廣西境內喀斯特地貌廣布，集中連片分布于桂西南、桂西北、桂中和桂東北，山地以海拔800 m以上的中山為主。土地總面積23.76萬km2，山多地少，2013年度土地利用變更調查數據顯示耕地面積442.54萬hm2，人均耕地約0.09 hm2。截至2019年末，常住人口4960萬人，生產總值21237.14億元。

3 研究方法

3.1 數據來源及處理

本文選取的2009～2016年土地利用現狀數據來源于國家自然資源部網站，借助中國能源統計年鑒獲取煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然氣等化石能源數據的能耗數據，并將其分為煤炭類、油類、天然氣三大類，此外，社會經濟數據通過廣西統計年鑒獲取。

3.2 土地利用結構信息熵與均衡度

土地利用結構信息熵可用來表示土地利用的有序程度，其反映一定區域內的土地利用結構在某個時間尺度內的動態變化及轉換程度，熵值越大，說明其不確定性越大越無序，土地利用類型越多樣[19]。

(1)

即土地利用均衡度為信息熵與其最大熵的比值，B值得范圍為0-1之間，B值越大，說明土地利用結構的均質性越強。

3.3 碳排放估算模型

本文通過測算不同土地利用類型的碳吸收及碳排放的情況來分析廣西的碳排放效應，根據前人相關研究，研究區域將耕地、建設用地作為碳源，林地、草地、園地作為碳匯來進行研究。碳排放測算模型為：

(2)

式(2)中，E為總碳排放量，e為不同土地利用方式產生的碳排放量，Ai為第i種土地利用方式(耕地、林地、草地、園地)的面積，為其碳排放(吸收)系數，fi為建設用地的碳排放量；mj表示第j種化石能源的能耗量，βj為標準煤換算系數，γj為不同類型的化石能源的碳排放系數。

參考以往研究成果[6,20,21]，耕地、林地、草地、園地的碳排放系數分別為0.422、0.581、0.021、0.210 t/(kg·a)，根據IPCC《國家溫室氣體排放清單》確定各種化石能源的標準煤換算系數及碳排放系數，具體見表1。

表1 不同種能源的標準煤折算系數和碳排放系數

3.4 碳足跡模型

根據生態足跡的提出及計算，前人研究提出基于能源消費的碳足跡計算方法，碳足跡即吸收人類活動產生的溫室氣體所需要的生物生產性土地面積，受到研究數據的限制，本研究只考慮林地、草地的碳吸收能力，計算基于化石能源的碳足跡模型[9]。

(3)

(4)

Ed=Cf-Ec

(5)

式(3)～(5)中，Cf為總的化石能源碳足跡(hm2)，mj為第j種化石能源的能耗量，βj為標準煤折算系數，γj為碳排放系數；Ec為生態承載力(hm2)，Cs為不同種土地利用方式的碳吸收量(t)，Ed為生態赤字(hm2)，Pf、Pg為林地、草地的碳吸收比例，EPf、EPg分別為林地、草地的碳吸收能力，即NEP(t C/hm2)，也就是吸收1 t二氧化碳所需要的林地和草地的面積。參考前人碳足跡的計算方法，Pf、Pg、EPg、EPg的取值如表2[22]。

表2 主要生產性土地碳吸收系數

4 結果與分析

4.1 土地利用結構信息熵及均衡度分析

2009～2016年，耕地、園地、林地、草地的面積逐年遞減，但后面幾年遞減的趨勢有所緩慢，相反，城鎮村及空曠用地、交通運輸用地等建設用地的面積在這8年間不斷遞增，2008年全球經濟危機后，各國的經濟開始復蘇，工業得到了快速發展，廣西的城鎮化率從2009年39.20%上升到48.08%，增長了8.88%，即耕地面積不斷減少，建設用地的面積不斷增多的原因。

但從表3中分析可知，廣西2009～2016年的土地利用信息熵和均衡度雖然變動幅度不大，但也有緩慢的上升，且均衡度均為0.8以上，處于較高的尺度范圍，說明這8年間廣西的土地利用結構較為均衡。

表3 2009～2016年廣西土地利用結構與信息熵及均衡度

4.2 土地利用碳排放效應分析

從表4可分析出，隨著城鎮化進程的加快，經濟大力發展的同時，相對因消耗大量的化石能源而產生較多的二氧化碳，其比例占到90%以上，使得建設用地成為主要的碳源。但建設用地的碳排放量在2009-2016年間出現先升高后遞減又升高的趨勢，其變化波動較大，究其原因與國家倡導的節能減排政策和人口的變化有關。其凈碳排放量從2009年到2016年增長了2231.13×104t，增長率為66%。此外，在2009～2016年間隨著林地、草地和園地面積的減少，其系統的碳吸收能力也逐年降低，總的碳吸收從2009年805.09萬t在2016年降到了802.08萬t，變化了3.01萬t，從中也可以看出草地和園地的碳吸納能力較弱，林地成為主要的碳匯。

表4 2009～2016年廣西土地利用碳源/匯變化情況

從中說明土地利用結構對碳循環的影響較大，合理優化國土空間布局，嚴格控制建設用地的無序擴張，加大森林生態系統的建設是實現碳達峰、碳中和較為有效地途徑。

4.3 土地利用碳排放強度

碳排放強度是指單位GDP的碳排放量，通過廣西統計年鑒獲取的碳排放強度及GDP數據分析可知，從2009～2016年，經濟呈現不斷增長的趨勢，但增長的速度有所放緩。2009～2011年間先是較大幅度的下降，變化幅度為0.17t/萬元，2011～2014年和2014～2016年下降的速度較為緩慢，其下降速度僅分別為0.07t/萬元、0.06t/萬元，這與該兩個時間段的人口變動和能耗量及國家倡導的節能減排有緊密的關系。此外，碳排放強度從2009～2016年遞減了4.2%(圖1)，而經濟增長的速度為6.3%，碳排放強度遞減的速度小于經濟增長的速度，兩者較難實現均衡。

圖1 2009～2016年廣西GDP和碳排放強度變化情況

4.4 能源消費碳足跡

通過碳足跡模型計算每年吸收所有化石能源所排放的CO2需要的林地及草地的面積及生態承載力，其結果如表5。從中可以看出，化石能源中煤炭類的碳足跡占比最大，天然氣占比最小。化石能源碳足跡總體呈現不斷升高的趨勢，2009年到2016年從1158.354萬hm2增加到1803.160萬hm2，增加了644.806萬hm2，隨之相對應人均碳足跡總體也呈不斷上升的趨勢。雖然近幾年國家大力倡導節能減排，但隨著人口及城鎮化進程的加快，化石能源消耗較快，生產性土地面積逐年減少，生態赤字在8年的增長率為69%，生態承載力遠小于生態赤字，其差異顯著，說明生產性土地面積所吸收的碳量難以補償能耗產生的碳排放，因此，在廣西嚴格控制煤炭等化石能源的排放及持續推進節能減排政策的施行、開發更多可替代的清潔能源是當前亟待解決的問題。

表5 2009～2016年廣西能源消費碳足跡 萬hm2

5 結論及討論

(1)8年間廣西經濟增長及城鎮化的過程中，城市不斷擴張導致耕地、林地、草地、園地的面積總體呈逐年下降的趨勢，但下降的幅度有所放緩。相反，土地利用信息熵和均衡度總體緩慢升高，均衡度均為0.8以上，處于較高水平，土地利用結構多樣化且較為均衡。

(2)建設用地人類活動大量消耗化石能源使其成為主要的碳排放來源，碳排放量在8年間變化浮動較大，其凈碳排放量從2009年到2016年增長了2231.13×104t，增長率為66%。隨著林地、草地等生產性土地面積的減少，其碳吸收能力也隨之變弱，其中林地是主要的碳匯。國家“退耕還林”“節能減排”等政策的施行對碳排放的具有一定的抑制作用。因此，優化國土空間布局、控制建設用地面積的無序擴張、加大林地面積、減少化石能源的消耗等是減少碳排放的有效途徑。

(3)2009～2016年廣西的經濟發展逐年提升，但單位GDP的碳排放量逐年降低，雖然降低的幅度不大，但也說明廣西在追求經濟發展的過程也注重生態環境的質量，并響應國家號召采取相對應的措施取得一定的成效。

(4)通過能源消費碳足跡模型分析可得，在各類不同的化石能源消費中，煤炭類是主要的碳排放能源，化石能源碳足跡在8年間呈小幅度上升的趨勢，生態赤字明顯，林地、草地等生態系統的碳吸收不足以承載建設用地人類活動能耗產生的碳排放量，有效控制化石能源消費是亟需解決的問題。

(5)土地利用方式與碳排放密切相關，影響顯著。因此，廣西在鞏固脫貧攻堅成果尋求經濟發展的過程中，也要采取相應措施減少化石能源消耗、探索清潔能源的開發，有效控制碳排放總量及碳排放強度，調整土地利用結構，增大碳匯總量，將這些與非化石能源比重納入廣西各地空間規劃指標體系，尋求穩步、綠色低碳的發展模式。