基于土地利用變化的廣西碳排放時空差異分析

◎梁 博，楊小雄

南寧師范大學自然資源與測繪學院，廣西 南寧 530100

土地利用變化影響著生態系統的變化，進而影響地球碳循環的過程，土地利用變化已成為影響碳排放的關鍵因素之一。我國對碳排放問題十分重視，在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃綱要》中對“碳達峰”“碳中和”提出了明確任務。國外學者從20 世紀90 年代開始研究碳排放與土地利用變化的關系。近年來，國內學者也越來越關注碳排放的相關問題，已有不少學者進行了研究并取得了一定成果。2016 年，彭文甫等在對碳排放、碳足跡的定量分析中，構建了壓力指數模型，并與常用碳排放模型、碳足跡模型結合使用[1]；2017 年，潘高等采用基于碳排放系數的碳排放模型和脫鉤模型，分析湖南省碳排放效應、時空格局特征以及碳排放與經濟發展之間的脫鉤彈性關系[2]；2020 年，丁正滿在運用碳排放模型的基礎上，還運用了LMDI 因素分解法，在測算土地利用的碳排放量及其趨勢的研究中，嘗試分析了影響因素的作用[3]；2021 年，李彥旻等從碳源、碳匯的角度評估了安徽省凈碳排放，分析了碳排放的時空特點[4]；2021 年，黃繼鮮等在對廣西山林地區的碳排放研究中，引入使用了碳排放模型、碳足跡模型[5]。

近年來，廣西社會經濟快速發展，土地利用變化顯著，碳排放壓力隨之增大。研究小組以廣西為例，研究2005—2020 年不同土地利用變化下的碳排放時空特征及空間差異，為全區的經濟發展及低碳建設提供參考。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區概況

廣西壯族自治區簡稱桂，地處祖國南疆，位于東經104°28′～112°04′，北緯20°54′～26°23′之間，東接廣東，南臨北部灣并與海南隔海相望，西與云南毗鄰，東北接湖南，西北靠貴州，西南與越南接壤，行政區域土地總面積為23.76 萬km2。廣西地勢呈西北向東南傾斜，西北高、東南低。地貌總體由山地、丘陵、臺地、平原、石山、水面6 大類構成。廣西屬亞熱帶季風氣候，雨水豐沛，光照充足。2020 年末全區總人口為5718 萬人，2020 年地區生產總值為22156.69 億元（數據來源于《廣西統計年鑒2021》）。

1.2 數據來源

研究小組通過對中國科學院資源環境科學數據中心（https://www.resdc.cn/Default.aspx）2005 年、2010 年、2015 年 和2020 年等年份的中國土地利用現狀遙感監測數據進行解譯，獲得此次研究的有關土地利用數據；能源消耗數據來源于2005 年、2010 年、2015 年、2020年等年份的《中國能源統計年鑒》《廣西統計年鑒》。

1.3 研究方法

1.3.1 碳排放模型

研究小組基于土地利用的變化對碳排放進行測算，測算的土地利用類型主要為耕地、林地、草地、水域和建設用地。其中，耕地和建設用地為碳源，即在碳循環的過程中表現為排放碳；林地、草地和水域為碳匯，即在碳循環的過程中表現為吸收碳。參照彭文甫等人的研究[1]，研究小組引用其研究中的模型對不同土地利用類型的碳排放量進行測算。其公式為：

式（1）中，Ce為碳排放量（t）；ei為第i種土地利用類型產生的碳排放或吸收總量（t）；Ai為第i種土地利用類型（耕地、林地、草地、水域、未利用地）的面積（hm2）；αi為 第i種土地利用類型碳排放或吸收的系數；Cb為建設用地的碳排放量（t）；mj為化石能源消費量（t）；j為煤炭類、油類和天然氣類等化石能源；βj為標準煤換算系數；γj為碳排放系數。

各化石能源的標準煤換算系數及碳排放系數通過IPCC《國家溫室氣體排放清單》確定。

1.3.2 碳足跡模型

碳足跡為生產性土地將人類活動產生排放的含碳溫室氣體全部吸收所需要的面積。此次研究的不同土地利用類型中，林地和草地具有碳吸收能力屬性，研究小組參照李彥旻、黃繼鮮等人的研究[4-5]，引用其測算廣西能源消費的碳足跡模型。其公式為：

式（2）中，Cf為碳足跡（hm2）；mj為化石能源消費量（t）；j為各類化石能源；βj為標準煤換算系數；γj為碳排放系數；Pf為林地的碳吸收比例，取值為96.6289%；Pg為草地的碳吸收比例，取值為3.3711%；EPf為林地的碳吸收能力，取值為3.8096 NEP/（t/hm2）；EPg為草地的碳吸收能力，取值為0.9482NEP/（t/hm2）；Ec為生態承載力（hm2）；Cs為林地、草地等土地利用類型的碳吸收量（t）；Ed為生態赤字（hm2）。

2 結果與分析

2.1 廣西土地利用碳排放整體分析

研究小組依據碳排放模型與2005—2020 年廣西土地利用數據，測算得到表1 中的碳排放數據與碳排放量及GDP 變化趨勢（見圖1）。

圖1 2005—2020 年廣西碳排放量及GDP 變化趨勢圖

由表1 可知，不同土地利用類型對最終的凈碳排放量影響明顯。其中，建設用地的碳源效應最大，在不同用地類型的碳排放過程中建設用地為主要碳源，且隨著時間的推移呈快速增長趨勢，2005—2010 年的漲幅最大，為1966.47 萬t，2015—2020 年的漲幅降至1724.55 萬t，整個研究時期內漲幅基本保持在1724.55 萬～1966.47 萬t。

早期建設用地的碳排放量快速增加，是因為廣西經濟社會快速發展，建設用地快速增長，從而導致了碳排放量的增長。在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》提出“低碳建設”“綠色發展”等理念后，廣西及時控制建設用地的增長，有效控制了后期建設用地的碳排放量。與碳源相比，碳匯效應表現最顯著的是林地，林地由于自身的特點，在碳吸收方面起到最大的碳匯作用。根據碳吸收能力的大小，研究區內不同土地利用類型中碳匯效應最高的為林地，其次為草地、未利用地、水域。研究期內各土地利用類型的碳匯效應變化幅度較小，變化趨勢不明顯，從2005—2020年最大變化幅度未超過1 萬t，最小變化幅度僅為0.01 萬t，屬于水域土地利用類型。這說明廣西生態保護效果較好，在建設用地面積增長過快的前提下能夠保證生態用地未被過多占用，未導致碳循環過度失衡。

2.2 廣西能耗碳足跡分析

研究小組結合土地利用碳排放數據（見表1），通過碳足跡模型計算得到2005—2020 年廣西能源消費的碳足跡數據（見表2）。

表1 2005—2020 年廣西不同土地利用類型碳排放數據表 單位：萬t

由表2 可知，2005—2020 年廣西能源消費的總碳足跡整體呈上升趨勢，上升幅度最大的區間為2005—2010 年，與2005 年相比，2010 年總碳足跡增長了568.70 萬hm2。生態承載力變動不大，生態赤字受總碳足跡的影響也呈逐年上升趨勢，上升幅度最大的區間也在2005—2010 年，與2005 年相比，2010 年生態赤字增長了568.52 萬hm2。能源消費碳足跡中占比最大的能源種類為原煤，因此原煤的碳足跡直接影響最終的總碳足跡。在4 個研究年份中，總碳足跡中原煤的碳足跡占比分別為69.3%、68.7%、53.2%、59.1%。在2005—2010 年間，原煤的碳足跡漲幅為386.16 萬hm2，超過其他7 種化石能源碳足跡的總和,這一結果直接表現為總碳足跡漲幅的568.70 萬hm2中有67.9%為原煤部分碳足跡的漲幅。在4 個研究年份中，油類能源和天然氣能源的碳足跡占比最大為2015 年的33.3%，遠不及煤炭類碳足跡的占比，這說明廣西是以煤炭類能源為主的能源消費結構。在生態承載力有限的前提下，廣西在優化能源消費結構的問題上，應更多注重以清潔能源替代煤炭類能源。

表2 2005—2020 年廣西能源消費碳足跡數據表 單位：萬hm2

2.3 廣西碳排放空間差異分析

鑒于數據的時效性，研究小組對2020 年廣西各個地級市的碳排放量進行測算分析，得到各地級市碳排放量與GDP 數據構成情況（見表3）。

表3 2020 年廣西各地級市碳排放量與GDP 數據表

由表3 可知，2020 年廣西碳排放量最高的地級市為南寧市，南寧市的碳排放量與次位柳州市之差為551.25 萬t，在廣西總體碳排放量中占比最大。從碳排放量與GDP 呈現的增長關系來看，碳排放較高的城市，相應的GDP 也較高，但個別城市存在“高排放、低效率”的情況，這與當地依賴高能耗產業的經濟增長方式有關。通過橫向比較，屬于“低排放、低效率”的城市有來賓市、崇左市，屬于“低排放、高效率”的城市有防城港市、賀州市、河池市，屬于“高排放、低效率”的城市有百色市、貴港市、玉林市，屬于“高排放、高效率”的城市有南寧市、柳州市、桂林市、欽州市，其中 “高排放、低效率”的城市應成為廣西開展碳減排工作的重點區域。

3 結 語

2005—2020年間廣西碳排放量呈上升趨勢，且增長迅速，在不同土地利用類型中建設用地的碳排放量增長最為顯著，占比最高。研究小組通過碳足跡模型測算發現，廣西碳足跡呈上升趨勢，前期增長迅速，后期在低碳發展理念的影響下，經過調整能源消費結構后有效緩解了生態赤字的增長速率。研究小組對2020年廣西各地級市的碳排放與GDP 數據對比分析后，發現各市碳排放量存在明顯差異，且存在“高排低效”的現象。

針對以上研究結果，結合廣西實際情況，研究小組提出以下3 個建議。

（1）優化土地利用結構。廣西各市應結合當地發展優勢，因地制宜、合理地規劃土地。建設用地作為最大的碳源，要嚴格控制其增長速度，同時應保護具有碳匯屬性的林地、草地不被過多占用，積極響應國家“宜農則農、宜林則林”“節能減排” 等政策。

（2）調整能源產業結構。廣西由于經濟發展需要，大量的基礎設施建設拉動了建材、水泥等高耗能產業的發展，因此對高耗能產業的發展要適當限制，對第三產業要加大扶持力度，同時要提高企業的生產效率，降低單位產值能耗。

（3）開發低碳綠色能源。目前廣西主要的能源消耗類型仍是化石能源，化石能源是主要的碳排放來源，從可持續發展的角度出發，廣西應優化能源消費結構，開發綠色清潔能源的使用，積極探索循環經濟發展模式。