淮海經濟區碳排放空間格局與優化策略

趙思宇 李德林 李凱

(江蘇師范大學地理測繪與城鄉規劃學院，江蘇 徐州 221116)

引言

碳排放的增加是導致全球氣候變暖、溫室效應，以及出現極端惡劣天氣或自然災害的直接原因[1]。2020年第75屆聯合國大會上，習近平主席提出我國二氧化碳排放2030年前達到峰值，2060年前實現碳中和的目標，統籌產業結構調整，推進生態優先、節約集約、綠色低碳發展。土地利用變化、化石燃料燃燒和工業排放已成為溫室氣體濃度上升的主要原因。土地承載了包括城市擴張、經濟建設、能源消耗等在內的各項人類活動，而土地利用的變化，尤其是大量林地、濕地等生態用地轉換為建設用地等的變化，會造成碳匯面積銳減、碳源面積增大。《2020年全球碳預算》指出：2019年全球因土地利用變化、化石燃料燃燒和工業排放產生的CO2總量約為430億t。土地利用變化所引起的碳排放量已占人類活動碳排放總量的1/3[2]。在城鎮化建設中協同優化土地利用、推動社會經濟轉型以推進節能提效對中國實現碳達峰、碳中和目標愿景至關重要[3]。

學者基于經濟學、生態學、地理學視角，圍繞土地利用碳排放的不同尺度的時空分異格局[2，4-6]、驅動機制及影響因素[7-9]、與經濟的增長脫鉤狀態[10，11]、低碳結構優化[12，13]、碳減排潛力[14-16]等內容，在全國、省域、市域尺度展開了一系列較為詳實的理論與實證研究，但現階段對于以跨行政區域的經濟區作為整體的碳排放空間分異格局研究不足。本文以淮海經濟區10個城市為對象，通過測算碳源總量、碳匯總量、碳排放量、碳源經濟貢獻系數和碳匯生態承載系數，分析淮海經濟區碳排放的空間格局特征，根據測算結果識別當前淮海經濟區城市碳排放的發展問題，并提出相應的優化策略與建議，對推動淮海經濟區低碳綠色發展具有重要價值。

1 數據來源和研究方法

1.1 數據來源

研究所用數據源主要包括：土地利用數據，來源于國家基礎地理信息中心發布的2020年空間分辨率為30m的全球地表覆蓋數據(GlobeLand30：http：//www.globallandcover.com/)；行政邊界數據，來源于全國地理信息資源目錄服務系統發布的2020年1∶100萬公眾版基礎地理信息數據(https：//www.webmap.cn/)；能源與社會經濟數據，來源于各省市2020年統計年鑒以及《中國能源統計年鑒》(2020)。

1.2 研究方法

1.2.1 碳排放測算

碳排放總量取決于碳源(碳排放)與碳匯(碳吸收)的差值，其中耕地和建設用地為主要碳源，林地、草地、水域和未利用地為主要碳匯。非建設用地的碳排放主要來源于耕地、林地、草地、水域及未利用地，通過各土地利用類型面積與其碳排放系數之積得到，如式(1)所示；建設用地所產生的碳排放主要來源于城鎮建設或工業企業生產等人類活動，通過各類型能源消費量與其對應的標準煤折算系數和各能源對應的碳排放系數之積得到，如式(2)所示。

Edirect=∑Li=∑Ai×αi

(1)

式中，Edirect為直接碳排放量；Li為第i種用地類型的碳排放量；Ai為第i種用地類型的面積；αi為第i種用地類型的碳排放系數。在參考學者所測算的不同結果基礎上，根據淮海經濟區實際情況并對其進行修正，得到耕地、林地、草地、水域、未利用地的碳排放系數，分別為0.422、-0.6125、-0.021、-0.0248、-0.005[4，17]。

Eindirect=∑Si×Wi×Ti

(2)

式中，Eindirect為間接碳排放量；Si表示原煤、洗精煤、其它洗煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油等17種能源消費量[18]；Wi表示各能源對應的標準煤折算系數，見表1；Ti表示各能源對應的碳排放系數，見表2。其中，各系數將根據IPCC2006與《中國能源統計年鑒2020》整理所得，并參考相關的文獻研究來測算[18，19]。

表1 各類能源標準煤折算系數

表2 碳排放系數

1.2.2 碳源經濟貢獻系數

碳源經濟貢獻系數為城市的生產總值與碳排放量在區域中的貢獻程度比，反映城市在區域經濟發展的生態效率，計算公式：

(3)

式中，Gi、G為i市和淮海經濟區全部城市的地區生產總值；Ci、C為i市和淮海經濟區全部城市的碳排放總量。若ECCi>1，則表明i市經濟貢獻率大于土地利用碳排放的貢獻率，說明其碳排放的經濟效率相對較高；若ECCi<1，則說明該市碳排放的經濟效率相對較低。

1.2.3 碳匯生態承載系數

碳匯生態承載系數為城市的碳匯量與碳源量在區域中的貢獻程度比，表現城市對區域碳排放的消納能力，計算公式：

(4)

式中，CAi、CA分別表示第i市和淮海經濟區全部城市的碳匯總量。若ESC>1，即i市主要碳匯對碳吸收的貢獻率大于碳排放的貢獻率，對淮海經濟區全部城市碳排放的消納有積極作用；反之，對淮海經濟區全部城市碳排放的消納有負面影響。

2 淮海經濟區碳排放的空間格局

2.1 碳源總量差異較大，單位經濟生態效率東高西低

2020年淮海經濟區城市碳源總量為19969.54萬t，其中建設用地碳源量為19671.61萬t，占碳源總量的98.51%。說明在城鎮化和工業化推進中產業發展和居民生活是主要碳排放來源。為了更加直觀地對比區域間碳排放差異，利用自然間斷點法，將淮海經濟區城市碳排放劃分為5級，即1級碳排放最低，5級碳排放最高。如圖1所示，淮海經濟區城市的碳源總量在空間上表現出較大差異，碳源總量整體上呈現以濟寧市為核心向外擴散、逐步減少的分布特征，其中濟寧市的碳源總量最高，為5189.38萬t；其次是徐州市和淮北市，分別為2541.86萬t、2512.98萬t；宿遷市和宿州市的碳源總量最小，分別為617.88萬t、871.87萬t。從省域角度來看，山東省、江蘇省、安徽省、河北省涉市的碳源占比56.96%、20.99%、16.95%、5.10%。

圖1 2020年淮海經濟區碳源總量與碳源強度空間分布

碳源強度表示某區域單位經濟產量所產出的二氧化碳量，碳源強度越低，說明其經濟的生態效率越高。從圖1可以明顯看出，淮海經濟區江蘇省與河南省涉市碳源強度普遍低于安徽省與山東省，單位經濟生態效率呈現明顯的東高西低的分布特征。而碳源強度較低的區域主要是宿遷市、連云港市、徐州市和商丘市。

2.2 碳匯總量東高西低，單位面積碳匯強度差異明顯

2020年淮海經濟區碳匯總量為-74823.76t，其中林地的碳匯總量最大，占86.84%；水域和草地次之，分別占10.89%和2.26%；碳匯總量最少的是未利用地，碳匯總量整體上呈現出以臨沂市為核心，向外擴散，逐步減少的東高西低的分布特征，見圖2。其中，臨沂市的碳匯總量最高，為-35435.56t，占淮海經濟區碳匯總量的47.36%；其次是宿州市和徐州市，分別為-8259.60t、-6465.73t；而碳匯總量最小的是商丘市與菏澤市，分別只有-244.99t與-437.54t。總體而言，淮海經濟區各城市碳匯量普遍較低，山東省、江蘇省、安徽省、河南省涉市的碳匯占比分別為61.91%、21.70%、16.06%和0.03%。碳匯占比的結果與山東省大面積的山地與丘陵的自然資源稟賦相匹配，尤其是臨沂市，作為山東省人口最多、面積最大的市，擁有自北而南的沂山、蒙山、尼山3條主要山脈以及10余座海拔1km以上的山峰，曾獲得“中國十佳生態宜居典范城市”“國家森林城市”等稱號。為了消除用地面積對碳匯總量產生的絕對影響，本文通過測算單位面積的碳匯強度，衡量單位土地面積吸收CO2的能力，發現臨沂市的數值高達-0.0205t·hm-2；而商丘市與菏澤市的數值最低，分別只有-0.0002t·hm-2、-0.0004t·hm-2。

圖2 2020年淮海經濟區碳匯總量與碳匯強度空間分布

圖4 2020年淮海經濟區經濟貢獻系數與碳匯生態承載系數空間分布

2.3 碳排放總體特征與碳源總量空間格局一致

碳排放量為碳源量與碳匯量的差值，2020年淮海經濟區的碳排放量為19962.06萬t。由于淮海經濟區各城市之間碳源總量差異較大，而各城市碳匯量普遍較低，對其碳排放量影響作用不明顯，因此，2020年淮海經濟區碳排放總體特征與碳源總量空間格局保持一致。其中，濟寧市的碳排放量最高，為5188.90萬t；其次是徐州市和淮北市，分別為2541.21萬t和2512.61萬t，而碳排放量最低的2個城市分別為宿州市和宿遷市，分別只有871.04萬t和617.54萬t。總體而言，山東省、江蘇省、安徽省、河南省涉市的平均碳排放量分別為2842.74萬t、1396.60萬t、1691.82萬t和1017.63萬t。濟寧市在淮海經濟區碳排放中占主導地位，且由于山東省其他涉市碳排放在淮海經濟區中排名也較靠前，所以山東省涉市的平均碳排放量遠高于其他三省。

2.4 碳源經濟貢獻系數與碳匯生態承載系數

2020年淮海經濟區碳源經濟貢獻系數與碳匯生態承載系數的空間分布總體上均呈現東高西低的特征。在碳源經濟貢獻系數方面，宿遷市在淮海經濟區碳排放的經濟貢獻率最高，其碳源經濟貢獻系數高達3.06，由于宿遷市碳排放量在淮海經濟區中最少，而其GDP總量在淮海經濟區中相對占比較高，說明宿遷市的經濟發展生效率在淮海經濟區中表現突出。此外，碳源經濟貢獻系數大于1的城市還有連云港市、徐州市、臨沂市和商丘市，說明這些城市碳源的區域經濟貢獻程度較高。在碳匯生態承載系數方面，臨沂市的碳匯生態承載系數高達5.49，按照首位度的概念，其碳匯生態承載系數是排名第2的宿州市(2.53)的2.17倍，說明臨沂市對淮海經濟區碳排放的吸收具有積極的貢獻作用。此外碳匯生態承載系數大于1的城市還有宿遷市(1.49)、連云港市(1.63)、宿州市(2.53)，其他城市則是碳源貢獻率大于碳匯貢獻率。

3 淮海經濟區碳排放的問題特征

3.1 跨省域尺度碳排放格局差異明顯

淮海經濟區碳排放格局在相鄰或相近地市表現為明顯的均質性，而在跨省域層面則表現出較大差異性，見表3，說明淮海經濟區尚未形成良好的協同發展。當前，淮海經濟區存在產業趨同現象嚴重、資源環境壓力較大、生態形勢嚴峻等問題。

表3 淮海經濟區各地市碳排放核算結果

從省域角度而言，江蘇省涉市碳排放格局整體表現較為良好，經濟發展的生態效率在淮海經濟區中處于領先地位。2020年山東省、江蘇省、安徽省、河南省涉市的經濟生產總量比例分別為42.12%、40.21%、9.18%、8.49%，這與其碳排放總量、碳匯總量、碳匯強度和碳匯生態承載系數格局特征基本相吻合。江蘇省的經濟生產總量與山東省相接近，是安徽省的4倍之多，但其碳源總量卻比山東省的1/2還少，與安徽省的相差不明顯，在平均碳排放量上，江蘇省涉市也只有山東省的1/2，且低于安徽省涉市，江蘇省的碳源經濟貢獻系數與其他3省之和幾乎持平。主要得益于江蘇省在“十三五”期間，供給側結構性改革取得了較大成效，在工業行業結構優化上集中體現在輕重工業占比逐漸優化、戰略性新興產業以及高新技術行業產值的占比持續上升。

3.2 碳源總量與地區經濟發展不協調

2020年淮海經濟區城市碳源總量為19969.54萬t，碳匯總量為-74823.76t。淮海經濟區內部遠遠無法維持碳平衡，迅速擴張的人口規模、空間規模與生產規模使得碳排放大量增加。不合理的產業結構、能源結構與建設用地布局以及粗放的資源利用方式是導致淮北市、棗莊市、濟寧市、菏澤市等城市的地區生產總值不高，但碳排放總量較大，即碳源強度表現較高的重要因素。

能源活動和工業生產是我國二氧化碳排放的主要來源，而煤炭開采則是淮海經濟區二氧化碳消費的主導力量。淮海經濟區擁有7個資源型城市，雖然各市在“十三五”時期經過經濟結構戰略性調整和產業結構不斷優化，進入“三、二、一”的產業結構模式，但截至2020年底，菏澤市采礦業企業仍有11家，淮北市有19家，而濟寧市則有64家，淮海經濟區各城市第二產業產值仍占較大比重，第三產業產值普遍偏低。

3.3 經濟貢獻度與生態承載度不匹配

根據土地利用碳排放特征，結合各地市的經濟發展情況與自然生態資源本底，劃分淮海經濟區的碳排放分區，見表4。淮海經濟區的碳強度控制區為徐州市和商丘市，主要表現為單位碳排放量貢獻出的經濟價值較高，而碳吸收貢獻不足。徐州市作為淮海經濟區中心城市與重要經濟增長極，其綜合經濟力穩居區域第1位，且其工業規模優勢較為明顯，也存在碳源經濟貢獻系數不突出、對淮海經濟區的碳吸收貢獻率明顯不足的缺陷，其碳吸收貢獻率需要臨沂市、宿州市、連云港市和宿遷市等低碳發展區的支撐，因為這些區域碳匯資源豐富，如臨沂市擁有豐富的林地資源以及作為楚漢文化和淮河文化重要發源地的宿州市擁有豐富的文化旅游資源，都將推動淮海經濟區的生態修復和碳匯增強。此外，淮海經濟區中無碳匯功能區，濟寧市、棗莊市、菏澤市等高碳優化區主要集中在山東省。

表4 碳排放分區特征

4 淮海經濟區碳排放優化策略

4.1 完善聯防聯控機制建設，建立生態產品價值實現機制

完善聯防聯控機制建設。探索建立淮海經濟區減污降碳合作機制，推進區域減污降碳年度座談會常態化，協同制定環境質量優化、環境污染防控、環境治理升級、資源消耗降低與溫室氣體減排目標。

建立生態產品價值實現機制。加快建設自然資源信息平臺與自然資源資產動態監測評價體系，編制不同地理尺度的森林、草原、河流、濕地等自然資源資產負債表，對生態自然資源進行產權登記，及時了解自然資源資產的數量、質量、功能、權屬、使用、消耗、恢復和增值等情況，根據已有的生態產品價值核算方法建立科學的生態產品價值核算體系。

4.2 建設資源友好型城市，推動區域綠色轉型發展

加強資源集約節約利用，建設資源友好型城市。加強土地節約集約利用，實施建設用地總量和強度“雙控”，完善“增存掛鉤”機制。積極探索并推廣節地模式與技術，推進城鄉低效用地再開發。宣傳低碳節能的生活理念，鼓勵綠色出行，提高資源利用效率。

持續優化產業結構，推動區域綠色轉型發展。培育經濟發展新動能，大力發展新一代信息技術、大數據、智能制造、新能源、生物技術與新醫藥、高科技農業等戰略性產業，形成各具特色的經濟發展模式，如沛縣光伏光電、新沂醫藥健康等；聚焦建設特色美麗小鎮，打造一批如潘安小鎮、窯灣古鎮等生態特色小鎮。打造京杭大運河、江淮生態大走廊、黃河故道等多條生態旅游發展帶，積極開發旅游生態產品，推動建設各城市濕地公園。

4.3 依托分區特征，分類施策優化碳排放空間格局

4.3.1 低碳發展區

臨沂市作為全國首個省級水生態文明城市，以沂河、沭河、祊河、東汶河、新沭河、白馬河等重要河流源頭所在區域為重點，提升水源涵養能力，恢復源頭活水，強化生態用水保障。以武河濕地、沂河濱河濕地等重要人工濕地和國家濕地公園為重點，加強濕地恢復與建設。宿遷市應持續推進“兩湖兩河”保護，即加強洪澤湖綜合整治、實施駱馬湖生態保護修復、加強京杭大運河水質保障、加強古黃河生態環境保護。連云港市應發揮港口和海岸線優勢，推動生態經濟發展。宿州市應當突出農業資源優勢，重點發展綠色生態農業，推進農業生產清潔化，打造長三角區域綠色農產品生產加工供應基地。

4.3.2 碳強度控制區

徐州市應推進潘安湖、大沙河、安國湖、九里湖等自然濕地保護，加強大運河、沂河、沭河、駱馬湖、潘安湖等重點河湖水生態環境保護與修復，全面提升水質。商丘市應著力保護明清黃河故道、隋唐大運河生態保育帶以及其他河湖、濕地公園，優化生態功能區、農產品主產區、城市化地區3大空間格局，建設韌性、綠色、低碳、海綿城市。

4.3.3 高碳優化區

包括山東省的濟寧市、棗莊市、菏澤市以及安徽省的淮北市。加快區域的綠色低碳發展，積極推動產業發展生態化，構建清潔低碳、安全高效的能源體系，完善綠色綜合交通運輸體系，制定完善的碳排放法律法規制度并構建監督體系，大力推動碳減排工作。