碳中和視角下市域碳補償機制構建

張宇 藺康莉 紀欣卓 孔德豪

摘要 為促進區域低碳發展轉型、完善碳補償理論體系、實現碳中和目標，采用碳排放系數法和碳生態承載指數法，以陜西省為例，開展2010—2018年土地利用凈碳排放核算，探究陜西省土地利用凈碳排放時空演變規律，分析碳生態承載能力差異，并以各地區每年碳盈余（占用）指標量狀況為基礎，識別出碳補償行為過程中的支付區與獲補區，測算出陜西省各地區碳補償額度。結果表明，2010—2018年陜西省土地利用凈碳排放總量呈逐年遞增趨勢，增長速度在2014年后逐漸放緩，碳排放總體呈現出自北向南逐漸遞減的空間分布特征；陜西省碳生態承載能力表現為自北向南逐漸遞增的特點，且南北差距在不斷擴大；在整個研究期間，榆林市、渭南市、西安市是碳補償行為中最主要的支付區，商洛市、安康市、漢中市是主要的獲補區；陜西省碳補償總額度總體在不斷提升，增長速率也在逐年提高，不同地區的增長速率不一致，其中，榆林市碳補償額度占比最高且增長速率最快。因此，加快構建省內各市之間碳補償機制對我國實現“雙碳”目標、制定有效的碳減排政策、推動區域協調發展具有重要意義。

關鍵詞 碳中和；碳排放；碳補償；土地利用；陜西省

中圖分類號 X321 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2023）09-0058-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.09.015

Abstract In order to promote the transformation of regional lowcarbon development， improve the theoretical system of carbon compensation and achieve the goal of carbon neutralization， the carbon emission coefficient method and the carbon ecological bearing index method were adopted to carry out the accounting of net carbon emissions from land use in Shaanxi Province from 2010 to 2018， explore the temporal and spatial evolution law of net carbon emissions from land use in Shaanxi Province， analyze the differences in carbon ecological carrying capacity.And based on the annual carbon surplus （occupancy） index of each region， the payment area and compensation area in the process of carbon compensation behavior were identified， and the carbon compensation amount in various regions of Shaanxi Province was calculated.The results showed that from 2010 to 2018， the total net carbon emissions from land use in Shaanxi Province showed an increasing trend year by year， and the growth rate gradually slowed down after 2014. The overall carbon emissions showed a spatial distribution characteristic of gradually decreasing from north to south.The carbon ecological carrying capacity of Shaanxi Province was gradually increasing from north to south， and the gap between north and south was expanding.During the whole study period， Yulin City， Weinan City and Xi’an City were the most important payment areas in the carbon compensation behavior， and Shangluo City， Ankang City and Hanzhong City were the main compensation areas.The total amount of carbon compensation in Shaanxi Province was constantly increasing， and the growth rate was also increasing year by year. The growth rate of different regions was inconsistent. Among them， Yulin City had the highest proportion of carbon compensation and the fastest growth rate. Therefore， it is of great significance to accelerate the construction of the carbon compensation mechanism among cities in the province for China to achieve the "double carbon" goal， formulate effective carbon emission reduction policies， and promote regional coordinated development.

Key words Carbon neutralization;Carbon emissions;Carbon compensation;Land use;Shaanxi Province

作者簡介 張宇（1999—），女，山西陽泉人，碩士研究生，研究方向：土地利用管理。

為應對氣候變暖，各個國家正積極實施碳補償政策以推動不同地區降低二氧化碳的排放量，我國作為碳排放量最多的國家之一，面臨著嚴峻的減排壓力［1］。2020年9月，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上宣布“中國二氧化碳排放力爭在2030年前達到峰值，2060年前實現碳中和”［2］，這是我國對世界的莊嚴承諾，為我國生態文明建設和低碳發展轉型指明了方向［3］。已有研究證明，土地利用是人類活動的主要方式，因土地利用變化引起的二氧化碳排放量占人類活動影響二氧化碳排放總量的1/3［4-6］。在氣候變暖和節能減排的背景下，基于土地利用碳排放測算探討市域碳補償機制構建方式，對明確地區之間內部發展差異、地區低碳發展轉型以及有目標地制定碳減排政策具有重要意義。

碳補償是指某一碳排放主體以經濟或非經濟形式對生態保護主體給予一定補償的行為。目前生態補償方面研究主要包含耕地生態補償［7］、農業生態補償［8］、流域生態補償［9］、碳生態補償［10］等，但對碳補償的專門研究仍屬于探索階段［11］。有學者對土地利用碳排放測算方法和區域碳補償模型展開了大量研究［12-15］，現階段碳補償機制研究主要是在區域碳收支核算的基礎上，識別碳補償行為中的主客體，其碳源值大于碳匯值就是碳補償行為中的支出方，相反，若碳源值小于碳匯值即為碳補償行為中的獲補方［16-20］，得到的研究結果通常是很多地區相對碳赤字，支付區支付的金額遠大于獲補區得到的補償。目前的碳補償研究中存在一定缺陷，基于碳源扣除碳匯的量進行額度計算得到的碳補償量通常很大，超出一些地區的支付能力，不具備現實性。此外，關于碳補償機制基于省內各市之間橫向碳補償理論體系還比較缺乏。以城市為碳補償單元，相對于省域和縣域來說更易于管理，更具有現實性，可以促進城市之間的公平發展，維持城市之間經濟與生態的平衡，體現社會公平。碳補償額度的計算應基于支付區多占用獲補區盈余的那部分碳排放指標進行計算，而不是根據碳源超出碳匯的值即凈碳排放量計算，碳補償額度確定的難度就在于計算出支付區多占用的碳排放指標。

陜西省內部自然氣候條件、產業結構、資源稟賦、經濟發展狀態、生態壓力等空間差異明顯。陜西省陜北地區作為我國國家級能源重化工基地，煤炭資源富饒，其煤炭資源產量和可采量均在全國前列，長期位于礦產采集和能源粗加工低端，導致碳排放量巨大，因此，碳排放治理難度加大；關中地區是陜西省乃至西北地區的城市群聚集區，人口眾多，經濟活躍，也是陜西省糧食主產區，碳排放量持續增長；陜西省陜南地區林地草地密集，是重要的碳匯和碳儲存地區。從碳中和角度出發，構建省內各市之間的碳補償機制，有助于開拓生態補償渠道，實現城市之間的社會公平，促進城市生態與經濟的和諧發展。該研究基于2010—2018年省級和市級統計數據，進行陜西省各市土地利用碳排放核算；從碳盈余和碳占用角度，確定陜西省碳補償的指標和額度，探索碳補償應用模型，豐富碳補償機制構建的研究，為城市未來低碳發展轉型提供決策參考。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

陜西省位于西北內陸腹地，地處31°42′～39°35′N、105°29′～111°15′E（圖1），地勢南北高、中間低，橫跨3個氣候帶。由于自然地理環境、資源稟賦和經濟發展的差異，形成了陜北、關中和陜南3大區域。陜南地處秦巴山區，屬于亞熱帶氣候，是國家南水北調水源保護地，林地密集，相對具有較強的碳匯能力；關中及陜北南部、中部屬于暖溫帶氣候，為城市群集中地區，城鎮化的快速發展造成了碳排放量的升高；陜北北部屬中溫帶氣候，為國家級能源重化工基地，能源粗放開采也給生態和環境造成壓力。因此，陜西省在研究市域碳補償機制方面具有典型性和代表性。

1.2 數據來源

以陜西省11個地級行政區為研究單元，其中能源消耗量、主要農作物產量、人口、GDP、恩格爾系數等數據來源于《中國城市統計年鑒》《陜西省統計年鑒》及各區市統計年鑒和統計公報，各類土地利用數據來源于每年土地利用變更調查數據。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用凈碳排放。

土地利用凈碳排放總量為經濟活動的碳源排放與生態系統碳匯吸收的差值；將建設用地代表經濟發展過程引起的碳源排放，包括能源消耗和人類呼吸兩大類；將耕地、林地、草地、水域作為生態系統碳匯吸收。土地利用凈碳排放量計算公式如下：

式中，CN表示某市土地利用凈碳排放量（t）;CE表示某市碳源排放量（t），CA表示某市碳匯吸收量（t）。

E表示某市能源消耗總量（t標準煤）；σ表示單位能耗CO2排放系數，取1.87 t標準煤/t［21］;p為某市常住人口總量;θ為每人每年碳排放量，取值0.079 t/（人·a）［22］。

林地、草地、水域的碳吸收計算公式如下：

式中，Ce表示CO2碳匯吸收量（t）；L表示各類用地面積（hm2）；δ表示各類用地單位面積固碳速率（t/hm2），林地、草地、水域的δ分別為3.810 t/hm2［23］、0.910 t/hm2、0.298 t/hm2［24］。

耕地碳吸收計算公式如下：

式中，Cf為農作物生育期的光合作用碳吸收量（t）；Cp為某種作物碳吸收量（t）；Cg為某種作物的碳吸收率（%）；H為某種作物的經濟系數［25］；Yw為某種作物的年經濟產量（t）。陜西省主要農作物的碳吸收率和經濟系數見表1。

1.3.2 碳生態承載指數。

碳的生態承載指數（ESC）可以客觀反映該地區碳生態承載能力的大小，即碳匯能力的大小［26］，計算方式如下：

式中，CAi和CA分別表示地區及全省的碳吸收量（t）；CEi和CE分別表示地區及全省的碳排放量（t）。ESC>1表示該地區碳吸收率大于碳排放率，具有相對較高的碳補償率和較強的碳生態承載能力；ESC越低表明該地區碳匯能力和碳補償率越低。

1.3.3 碳盈余（占用）量。計算公式如下：

式中，CD表示某市（區）碳盈余或碳占用量（t）；d表示區域人均碳排放強度（t/人）；p為某市常住人口總量（人）；e0表示低碳情景下陜西省人均碳排放強度，為1.497 t/人［27］。若CD>0，則表明該市（區）占用其他地區的碳指標量；若CD<0，則表明該市（區）向其他地區提供自身碳盈余量。

1.3.4 碳補償額度測算。

將各地區碳盈余（占用）量情況作為碳補償基準確認的原則，由于11個地市經濟發展水平不同導致碳補償實際支付意愿也有差異，該研究使用生長曲線函數模型對不同經濟條件和發展水平下的碳補償指數進行適當調整［28］，計算公式如下：

式中，P為某市（區）的碳補償額度（元）；PC為單位碳價格（元/t）；r為碳補償指數，表示在不同經濟條件情況下，地區對碳補償的補償意愿與能力的差異，其表達式如下：

式中，K為區域經濟發展水平，用地區人均GDP與地區整體GDP之比來表示；a、b為常數；t為地區恩格爾系數；e為自然常數。修正后的生態補償系數公式如下：

式中，ri為地區碳補償系數；Gi為i地區人均GDP（元）；G為地區整體GDP（元）。

2 結果與分析

2.1 陜西省土地利用凈碳排放量時空特征

2.1.1 土地利用凈碳排放量時間演變。

根據陜西省2010—2018年能源消耗與土地利用現狀數據，計算得到陜西省2010—2018年碳排放量（圖2）。從圖2可以看出，近19年陜西省土地利用凈碳排放量呈持續增長態勢，但還未達峰值，與總碳源排放趨勢吻合。在研究期間內，凈碳排放總量從2010年的1.44×108 t增長至2018年的2.75×108 t，增幅達到90.97%。陜西省土地利用凈碳排放量增長趨勢呈現出階段性特征，大體可以分為2個階段：2010—2014年是凈碳排放量的快速增長時期，從2010年的1.44×108 t增長至2014年的2.35×108t，增幅為63.19%；2014—2018年是凈碳排放量的緩慢增長時期，從2014年的2.35×108 t增長到2018年的2.75×108t，增幅為17.02%，這說明近些年陜西省實行低碳發展政策取得了顯著成效，二氧化碳排放量逐漸達到最高值。總體來看，陜西省碳匯量遠遠低于碳源量，不斷增長的碳源得不到更多的碳匯來抵消，最終呈現為碳排放增長明顯，而碳吸收地類面積逐年減少也進一步造成凈碳排放總量的增長。

從陜西省碳源碳匯結構變化（表2）來看，陜西省總碳匯吸收在研究期內變化幅度較小，基本保持穩定。其中，對碳匯總量影響最大的是林地，占陜西省總碳匯量70%左右，其次是耕地和草地，分別占比25%和4%左右，說明林地是陜西省主要的碳匯來源。2010—2018年陜西省林地碳匯正在呈逐漸遞減的趨勢，從42.773×106 t降低至42.539×106 t。隨著陜西省整體經濟的增長，能源需求也在不斷增加，這意味著如果要實現“雙碳”目標，應減少化石能源的使用，因此，尋找替代能源以及建立能源供應體系是目前面臨的重要問題［29］。

2.1.2 土地利用凈碳排放量空間演變。

運用ArcGIS 10.2對陜西省土地利用凈碳排放量進行空間可視化［30］，結果如圖3所示，總體來看，陜西省土地利用凈碳排放量在空間上呈現出北部和中部高、南部低的分布特征。2010—2018年土地利用碳排放量高值地區存在明顯擴散現象，2010年起以榆林市、渭南市2個高值區逐漸向外圍擴散，周圍地區整體碳排放量提升明顯。經過碳排放量核算可知，以榆林市、渭南市、咸陽市、寶雞市的土地利用凈碳排放量較高，安康市、商洛市、楊凌示范區的土地利用碳排放量較低。由于受到經濟社會發展水平、資源稟賦、人口、環境承載力等多重因素的影響，各個市（區）之間存在顯著的地區差異。陜北地區以榆林市為代表，作為國家級能源重化工基地，能源直接消耗引起的碳排放量較為顯著。由于陜北地區自然氣候問題，林草地稀疏，這也是凈碳排放量比其他地區多的原因。而關中地區作為陜西省的經濟中心，其中以西安為代表，經濟的快速增長造成能源需求與能源消耗持續增多，碳排放占比也增多，陜南地區以安康市、商洛市為代表，土地利用凈碳排放量為負值，說明其碳匯量大于碳源量，生態系統相對優越。

2.2 陜西省碳生態承載能力

比較不同地區碳生態承載指數（ESC）的分布情況（圖4）發現，總體來看，陜南地區如漢中市、安康市、商洛市、寶雞市等區域的生態承載指數較高，陜北、關中地區相對偏低，榆林市、渭南市碳生態承載指數較低。2010年，ESC>1的地區有安康市、商洛市、漢中市、延安市、寶雞市、楊凌區，表明以上地區碳吸收率大于碳排放率，具有相對較高的碳補償率和較強的碳匯能力；ESC<1的地區有榆林市、渭南市、西安市、咸陽市、銅川市。2018年與2010年相比，銅川市、漢中市、寶雞市、咸陽市和安康市碳生態承載指數明顯提升，表明以上城市碳匯能力在逐年增長，生態得到好轉；相比之下，榆林市、西安市、楊凌區、延安市碳生態承載能力逐年下降，說明其碳排放的比例明顯超過了碳吸收的比例，并且碳吸收有進一步弱化的趨勢。因此，這些地區在經濟發展的同時更應該需要注重生態保護，加強碳匯能力，以協調生態保護與經濟發展之間的矛盾。

2.3 碳盈余（占用）量變化 根據碳補償理論，市域碳補償的標準并非傳統的地區碳源減去碳匯的價值，而是在市域凈碳排放的基礎上去除城市發展過程中擁有的一定量的碳排放權，關鍵問題在于將碳排放權指標進行量化，即計算出碳盈余和碳占用量進行碳補償額度。

基于2010—2018年陜西省土地利用碳排放量盈余與占用量的測算（表3），識別出支付區與獲補區，碳補償支付區在不斷增多，獲補區不斷較少。2010年，碳補償行為中的支付區主要由榆林市、銅川市、渭南市、咸陽市、寶雞市、西安市組成；獲補區主要有延安市、漢中市、安康市、商洛市、楊凌區組成。到2018年，延安市、漢中市和楊凌區轉變為支付區。

2.4 碳補償價值變化

根據測算結果，結合我國單位碳價格計算了11個市（區）碳生態補償額度（圖5）。碳補償機制要解決的是各城市社會經濟發展與生態保護之間的不協調問題，本質是合理配置資源，調整生態保護和經濟之間的利益關系，調整受益者與受損者之間的不公平分配，最終目的是降低區域發展之間的不平衡，縮小城市間的差距。對于碳補償額度的測算，目前國際上的碳稅價格為66～99元/t，根據《2018年中國碳價調查》結果取值為51元/t，最終結果取值為51元/t，陜西省部分地區煤礦污染嚴重，生態建設任務艱巨，因此應采用此價格作為單位碳價格。

由圖5可知，2010—2018年陜西省碳補償總額呈現不斷上升趨勢，從15.5億元上升至181.7億元。具體來看，有以下特點：位于陜北地區和關中地區的榆林市、渭南市、西安市需要支付的碳補償額度相對比其他支付區城市高，其中支出額度最多的地區為榆林市，并且呈現不斷增長的趨勢，每年平均需要支付的碳補償額度為63.9億元，這與其能源粗放利用導致碳排放量有著直接關系。榆林市為陜西省的煤炭采集地區，礦產資源采掘業特色突出，碳排放治理難度大，須轉變經濟發展模式來提升區域碳排放與資源稟賦特征的匹配度；部分地區在研究期前期為獲補地區，而后隨著社會經濟的發展，碳排放逐漸提升，逐漸轉變為支付地區，主要包括延安市、漢中市、楊凌區，導致發生轉變的原因主要是近幾年這3個市（區）GDP快速增長，表明其經濟發展明顯提升，碳排放量得不到好的控制，同時，這些地區碳匯能力也未得到提升，依舊保持在原有水平，與高速增長的碳排放嚴重不匹配；只有安康市、商洛市在整個研究期為獲補區，即為碳受償地區，其碳受償額度在整個研究期間呈現出波動遞增的趨勢，主要原因是該地區林地草地面積大，密度高，碳匯資源富饒，碳承載力與固碳能力較強。經上述分析可知，碳補償地區通常是經濟貢獻度高的地區，而碳受償地區則是生態貢獻度高的地區，因此在碳補償測算模型中經過修正后，實質上允許經濟貢獻度高的地區碳排放權指標有所提高，其所需要支付的相應碳補償額度就會降低。部分碳排放量較少的市（區），因其經濟貢獻度較低，經過模型修正后，其碳排放量也較少，所獲的碳補償額度也會相應下降，碳盈余（占用）量的計算充分考慮了市區對陜西省整體的經濟和生態貢獻度，而且計算出來的碳補償額度也只占城市GDP的一小部分，具備承擔資金補償的現實性，最終得到的碳補償方案相對促進了城市之間的公平發展。通過上述分析發現陜西省各市（區）的經濟發展極不平衡，碳生態承載能力和經濟發展階段處于嚴重不匹配狀態。因此，要解決發展不平衡問題，不僅需要政府的支持，更要探索碳補償有效機制，努力實現內部的公平發展，不斷縮小各市區之間的經濟差距，碳補償是從低碳角度推動區域低碳協調發展的重要舉措。

3 結論與討論

3.1 結論

該研究構建了基于城市碳排放權的市域碳補償機制，對2010—2018年陜西省及其各市土地利用碳排放量進行了核算和分析，并基于各個市（區）碳盈余或占用量的實際情況識別出碳補償行為中的支付區和獲補區，對其碳補償額度進行計算，得到了以下結論：

（1）2010—2018年陜西省土地利用凈碳排放總量呈逐年遞增趨勢，增長速度在2014年后逐漸放緩，碳排放量總體呈現出自北向南逐漸遞減的空間分布特征，從碳排放結構來看，建設用地為主要碳源，林地和耕地為主要碳匯，研究區內除寶雞市、銅川市、咸陽市外，其余城市凈碳排放量均處于波動增長狀態。

（2）陜西省碳生態承載能力具有明顯的差異性，呈現出自北向南逐漸遞增的總體特征，且差距不斷加大，2018年與2010年相比，銅川市、漢中市、寶雞市、咸陽市和安康市碳生態承載指數逐漸提升，表明以上城市碳匯能力在逐年增長，生態得到好轉，相比之下，榆林市、西安市、楊凌區、延安市碳生態承載能力逐漸下降。

（3）在對碳補償主客體進行識別并對碳補償額度進行計算后，得出在整個研究期間榆林市、渭南市、西安市是主要的支付區，商洛市、安康市、漢中市是主要的獲補區。隨著社會經濟的快速發展，越來越多的城市由獲補區逐漸演變為支付區；陜西省碳補償總額不斷提升，其中榆林市、渭南市碳補償額度占比較多，這說明陜西省完成雙碳目標實現低碳發展的任務仍然很艱巨。

3.2 討論

基于研究結果，在未來城市實現低碳發展過程中需考慮以下幾點策略：①加強對耕地、林地、草地等其他生態用地的保護。林草地發揮的碳匯作用不容忽視，因此，在碳匯較低的地區應提高植被覆蓋度增加碳儲量，碳匯較高的地區應實施嚴格的生態保護制度，保證碳匯能力不降低。②推廣能源清潔利用和轉化技術，從根本上減少碳排放量，轉變能源利用結構，將以化石能源為主的高碳排能源利用結構轉變為以可再生清潔能源為主的能源利用結構。③加快建立城市碳源和碳匯數據庫，實現區域碳源和碳匯量速查，動態更新的碳排放數據是碳補償機制建立的基礎，也是實現雙碳目標的重要途徑。在雙碳目標的引領下，未來城市的發展要同時兼顧社會、生態與經濟效益，將探索低碳發展模式融入城市發展規劃中。

需要說明的是，雖然該研究在改進區域碳補償機制的基礎上，對陜西省市域碳補償額度進行了系統分析，進一步優化了碳補償理論機制，但在測算陜西省各市（區）土地利用凈碳排放量時，雖然選取的相關碳排放系數研究成果與陜西省自然條件較為相符，但是因為每個地區的能源排放強度、林地草地等植被覆蓋密度，自然植被狀況等均存在一定差異，可能對研究結果的精度造成影響。除此之外，由于數據限制，該研究未測算耕地利用過程中產生的碳源，也未考慮耕地撂荒、熟制差異對碳匯能力的影響。在今后的研究中應該注重建立可以實時監測的本地化碳排放因子，細化碳排放量的計算方法，這樣計算出的結果精度才會更高，更具有政策指導意義。該研究從市域尺度上開展碳補償研究，實質上，碳排放量和碳補償額度核算可以嘗試基于不同用地類型地塊尺度開展，更微觀的研究尺度可以使碳補償研究具有更大的應用價值，更具操作性，另外可以對碳補償未來趨勢進行預測，提出更加有效的應對措施。

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