東北三省土地利用碳排放與經濟高質量發展時空耦合協調關系研究

王萱 崔佳

(哈爾濱師范大學經濟與管理學院，黑龍江 哈爾濱 150025)

生態環境與經濟社會是人類生存與發展聯系最為緊密的2個系統[1]，作為人地關系的表現形式之一[2]，2大系統間存在彼此影響的耦合關系。二十大報告指出“推動經濟社會發展綠色化、低碳化是實現高質量發展的關鍵環節”[3]，表明我國將持續以綠色低碳驅動經濟高質量發展。土地承載著人類的一切經濟社會活動，探究土地利用碳排放與經濟高質量發展的協調發展關系，對于進一步促進節能減排、實現經濟高質量發展具有重要現實意義。

當前對于土地利用碳排放與經濟高質量發展的研究主要涉及以下2個方面。土地利用碳排放核算及影響因素分析。主要采用LMDI、STIRPAT模型、人工神經網絡、PVAR模型等研究土地利用碳排放的影響因素[4，5]。經濟發展多以GDP、人均GDP等指標形式，或以經濟發展的某一維度，如城鎮化、生態環境、產業結構、區域創新等，探究經濟發展對土地利用碳排放中的效用。土地利用碳排放與經濟增長的關系研究。引入EKC模型、耦合、脫鉤[6，7]及Granger關系探究土地利用碳排放與經濟增長之間的關系，其中耦合與解耦的廣泛運用為本文提供理論基礎。

梳理相關研究成果發現，現有研究主要集中于土地利用碳排放與經濟發展某一維度的影響，以及土地利用碳排放同經濟增長的解耦關系，鮮少引入經濟高質量發展這一綜合體系。基于此，本文構建土地利用碳排放與經濟高質量發展綜合評價體系，研究東北三省地市間土地利用碳排放與經濟高質量發展2大體系的時空耦合協調關系，為東北地區新發展格局下實現碳減排與經濟高質量發展提供一定的科學依據。

1 研究區概況與數據來源

東北地區幅員遼闊、資源豐富，包括黑龍江、吉林、遼寧3個省級行政區，下轄36個地級市，面積78.73萬km2，煤礦、石油等化石能源豐富，耕地、林地、草地覆蓋率較高。國務院確定的69個資源枯竭城市中東北地區高達20個，占比28.99%。東北地區作為傳統工業發展地區，長期對土地的不合理利用和對資源的過度消耗，建設用地利用效率普遍較低，能源消耗和碳排放問題嚴重，區域經濟體系面臨結構性、體制性問題，經濟發展停滯不前。因此，把握土地利用碳排放和經濟高質量發展的協調發展關系，及時調整區域經濟發展方式，是實現區域綠色低碳轉型及高質量發展的關鍵。

土地利用相關數據來源于武漢大學[8]，選取2005—2020年土地利用遙感數據。社會經濟相關數據來源《中國能源統計年鑒》《中國城市統計年鑒》以及各省統計年鑒，主要采用插值法和臨近年份補齊法填補缺失數據。

2 指標體系構建與研究方法

2.1 指標體系構建

2.1.1 土地利用碳排放

參考國內外土地利用碳排放相關研究，基于東北三省土地利用現狀，運用直接碳排放因子法和間接碳排放因子法核算包括耕地、林地、草地、水域、未利用地和建設用地6類土地利用類型的碳排放量。

耕地、林地、草地、水域、未利用地采用直接碳排放因子法，公式：

Et1=∑en=∑sn×δn

(1)

式中，Et1為土地利用碳排放總量；en為各類土地利用類型產生的碳排放量；Sn為各類土地利用類型的面積；δn為各類土地利用類型的碳排放系數，正數代表碳排放(碳源)，負數代表碳吸收(碳匯)。

建設用地碳排放主要是人類生產生活中的能源消耗活動所產生的碳排放量。由于地級市能源消費相關數據難以獲取，利用各省單位建設用地面積碳排放量，進一步核算出各地級市建設用地碳排放量[9]。

Et2=∑Ei=∑Eni×θi×fi

(2)

式中，Et2為建設用地碳排放量；Ei為各類能源的碳排放量；Eni為各類能源的消費量；θi為各類能源轉換標準煤系數；fi為各類能源的碳排放系數。

我國碳排放總量持續上升，為有效衡量土地利用碳排放現狀，選取人均碳排放量、碳排放密度、碳排放強度3個指標反映土地利用碳排放水平。

表1 土地利用碳排放系數表

2.1.2 經濟高質量發展水平評價體系

近年來，構建科學的經濟高質量發展多維度評價指標體系成為研究熱點[10]。本文遵循新發展理念，構建“創新、協調、綠色、開放、共享”5個維度的經濟高質量發展評價體系，運用熵權-TOPSIS法評估東北地區各地級市高質量發展水平[11]。

表2 各類能源折合標煤系數和碳排放系數表

2.2 研究方法

2.2.1 熵權-TOPSIS

熵權-TOPSIS法是對傳統TOPSIS的改進，熵權法的客觀賦值性能夠有效規避TOPSIS法加權規范矩陣構造的權重缺陷，能夠實現對于多目標、多因素指標體系的科學評價。

2.2.2 耦合協調度模型

“耦合”最早用于物理學領域，指系統間發生相互作用造成一定的影響，后廣泛用于經濟學、生態學等領域。耦合協調度模型可以用來量化并評估系統之間是否形成良好互動和健康發展。

(3)

(4)

式中，C表示系統間的耦合度；D為耦合協調度；T為土地利用碳排放與經濟高質量發展2個系統的綜合協調指數；U1、U2分別代表土地利用碳排放和經濟高質量發展2個子系統。參考相關研究劃分標準，將土地利用碳排放與經濟高質量發展的耦合協調度D值劃分為(0.00～0.45]嚴重失調，(0.45～0.55]中度失調，(0.55～0.65]瀕臨失調，(0.65～0.75]初級協調，(0.75～0.85]良好協調，(0.85～1.00]優質協調6個等級。

2.2.3 探索性空間數據分析

運用Geoda對于耦合協調度D值進行空間自相關和關檢驗，利用莫蘭指數(Moran’s I)探究東北地區市際間的土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調性的空間相關關系與空間集聚情況。

公式：

(5)

式中，I為莫蘭指數，通常I∈[-1，1]，I>0時表明地區間的土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調度D值存在正相關性，存在空間集聚現象，I<0時則存在負相關性，空間上存在顯著差異，I=0即不存在空間相關性，空間上呈現隨機分布狀態。

表3 土地利用碳排放—經濟高質量發展評價指標體系構建

3 結果分析

3.1 土地利用碳排放與經濟高質量發展的時空耦合分析

3.1.1 時序動態演進

運用核密度估計分析東北地區34個地市土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調度的時序動態演進特征，選用高斯核密度函數，選取2005年、2010年、2015年、2020年4個時間的截面數據，繪制核密度曲線圖。如圖1所示，核密度曲線明顯在x軸上向右移動，說明東北地區各市的耦合協調度呈現上升趨勢，土地利用碳排放與經濟高質量發展的耦合協調性增加。從分布態勢來看，曲線波峰高度持續升高，波峰寬度不斷縮小，無明顯拖尾，表明東北地區市際間差異呈收斂態勢。

圖1 2005—2020年土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調度時序演變

3.1.2 空間格局演變

將東北34個地級市的2005年、2010年、2015年、2020年土地利用碳排放與經濟高質量發展的耦合協調度D值結果，根據耦合協調度類型劃分標準進行空間可視化，見圖2。從耦合協調度的時間變化來看，整體上，2005—2020年東北三省各市耦合協調平均水平明顯提高，從中度失調階段升級到初級協調階段，東北地級市土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調性呈現上升趨勢。

圖2 2005—2020年土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調度空間演變格局

從耦合協調度的空間分布變化來看，2005—2020年市際間耦合協調度D值存在明顯差異，但區域差異逐漸縮小。其中，哈爾濱、長春處于較高的耦合協調水平，但盤錦一直處于失調狀態。2005年，東北三省土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調度D值空間分布差異明顯。耦合協調度低值區以嚴重失調與瀕臨失調階段為主，主要分布于研究區西南部和東部，耦合協調度高值區分布于研究區的中部，其中，哈爾濱、沈陽、大連、長春、牡丹江等重要城市已實現初步協調。2010年，東北三省地市間的耦合協調度差異有所縮小，耦合協調度高值范圍向南北進一步擴大，形成以哈爾濱為中心，南北縱向的條狀高值區。嚴重失調范圍明顯縮小，僅剩松原、白城市，哈爾濱、長春、松花江從初級協調轉變為中級協調。整體來看，耦合協調度呈現中部>東部>西部的分布態勢。2015年，松原、白城市從嚴重失調轉變為中度失調，哈爾濱、長春已經上升至優質協調階段，但松花江由中度協調轉為初級協調。初級協調范圍進一步擴大，處于初級協調及其以上等級的地級市達到15個，占比44.1%。2020年，耦合協調度地市間差異進一步縮小，初級協調及其以上范圍覆蓋67.6%，以哈爾濱、長春為優質協調中心帶動中部條狀高值地區耦合協調性進一步加強，耦合協調低值區零星分布于研究區的西部以及西南部。

3.2 探索性空間數據分析

為進一步分析東北地區34個城市土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調度空間集聚特征，計算全局Moran’s I值全局空間自相關情況。如表4所示，2005—2020年全局Moran’s I指數均為正值并呈現上升趨勢，通過10%水平上的顯著性檢驗，表明土地利用碳排放與經濟高質量發展水平的耦合協調度D值存在明顯的空間正自相關性。

表4 2005—2020年耦合協調度空間集聚性

運用局部空間自相關進一步探究2005年、2020年土地利用碳排放—經濟高質量發展系統耦合協調度的空間集聚效應。

如圖3所示，2020年相較于2005年空間集聚效應加強，“高高”、“低低”型城市顯著增多。從空間分布上，“高高”型主要圍繞哈爾濱周邊地區，并呈現擴散趨勢；“低低”型主要是鞍山、盤錦、營口等地市，集聚于研究區西南部。該地區為傳統老工業基地集中區，近年來由于產業轉型升級與經濟結構化調整具有漸進性與階段性，成為兩系統耦合協調度的低值區。

圖3 2005—2020年土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調度空間集聚格局

4 結論與討論

4.1 結論

本文通過構建土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調分析框架，從時空演化視角探究2005—2020年東北地區土地利用碳排放與經濟高質量發展的耦合協調水平的時空演變格局與空間集聚狀況。研究發現：從耦合協調水平的總體演變特征來看，2005—2020年東北地區土地利用碳排放與經濟高質量發展的耦合協調發展水平隨時間推移明顯提升，整體趨于協調發展，但以初級協調階段為主。從時空動態特征來看，始終呈現相對集聚的空間分異特征，空間正相關性2013—2020年持續增強，空間集聚趨勢明顯增強。耦合協調度呈現中部>東部>西部>西南的空間分布態勢，且差距不斷縮小。

4.2 建議

東北三省各地市土地利用碳排放與經濟高質量發展耦合協調存在較大發展空間，為進一步提升區域發展的協調性與持續性，提出以下政策建議。因地制宜，統籌全局，構建區域協同共治機制。發揮哈爾濱、長春、沈陽、大連等優質協調城市的引擎作用，依托遼中南、哈長兩大城市群，進一步推進低碳發展戰略。求“質”而非追“量”。抓住碳排放、碳中和發展機遇，推動區域綠色低碳化與經濟高質量發展。深化產業轉型與結構優化，持續實施供給側漸進式調整，支持新興綠色低碳產業發展，降低經濟發展對化石能源的依賴。嚴格管控土地利用，提高城市建設用地效率，保護林地、草地、濕地，保證碳匯用地的質量與穩定性，提升生態系統的固碳增匯作用。