重慶市碳足跡與碳承載力變化特征及趨勢預(yù)測

陳川+謝世友

摘要：為了全面了解重慶市碳排放狀況，通過碳足跡相關(guān)研究方法測算了重慶市1997-2013年的碳足跡和1999-2013年植被碳承載力，通過GM（1，1）灰色預(yù)測模型預(yù)測了2014-2018年重慶市的碳足跡變化趨勢。結(jié)果表明，1997-2013年重慶市碳足跡總量從6 320.41萬t增加到21 199.82萬t，化石能源碳足跡是整個碳足跡的主要構(gòu)成部分；1999-2013年，碳承載力從3 304.63萬t增加到3 827.59萬t，森林碳承載力是碳承載力主要構(gòu)成部分；1999-2013年，人均碳足跡從2.49 t/人增加到6.31 t/人，單位面積碳足跡也由9.28 t/hm2上升到25.73 t/hm2；萬元GDP碳足跡下降到1.67 t。通過GM（1，1）模型預(yù)測到2014-2018年重慶市碳足跡將進一步增加，預(yù)計在2018年碳足跡將達到36 646.181 7萬t。

關(guān)鍵詞：碳足跡；碳承載力；灰色系統(tǒng)GM（1，1）預(yù)測模型；重慶市

中圖分類號：X22 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）07-1257-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.07.014

Characteristics and Trend Prediction of Carbon Footprint and Carbon Carrying Capacity in Chongqing City

CHEN Chuana，XIE Shi-youa，b

（a.School of Geography Sciences；b.Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Regions Eco-Enviroment of the Ministry of Education， Southwest University， Chongqing 400715， China）

Abstract： In order to know the situation of carbon emissions in Chongqing city， the carbon footprint（1997 to 2013） and the carbon carrying capacity（1999 to 2013） was estimated by IPCC method. In addition，GM（1，1） was used to predict the change trend of carbon footprint from 2014 to 2018. The results showed that， between 1997 and 2013， the carbon footprint grew from 63.204 1 million tons to 211.998 2 million tons，and fossil fuel was the main part of carbon footprint. Between 1999 to 2013，carbon carrying capacity grew from 33.046 3 million tons to 38.275 9 million tons， and forest carbon carrying capacity was the main part. Carbon footprint per capita increased from 2.49 tons to 6.31 tons from 1999 to 2013. Meanwhile，the unit area of carbon footprint raised from 9.28 ton/hm2 to 25.73 ton/hm2，and carbon footprint per ten thousand GDP dropped to 1.67 tons. According to GM（1，1） model， the carbon footprint of Chongqing will keep increasing from 2014 to 2018， and the carbon footprint will up to 366.461 817 million tons in 2018.

Key words： carbon footprint； carbon carrying capacity； GM（1，1） predict model； Chongqing city

根據(jù)IPCC的最新研究，20世紀50年代以來的全球氣候變暖原因至少一半以上要歸咎于人類活動[1]。中國自2006年以來已經(jīng)成為世界上碳排放的第一大國，減排壓力巨大，科學(xué)合理的碳減排政策既能夠促進經(jīng)濟快速增長，也能夠促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理調(diào)整，并且對緩和全球變暖趨勢具有重要意義。國內(nèi)學(xué)者開展了大量關(guān)于碳排放的研究工作，取得了不少研究成果。李江蘇等[2]通過研究表明，人口增長、經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進、能源結(jié)構(gòu)倒退作為間接影響因子共同促進中國碳排放增長；武紅等[3]通過研究得出，1953-2010年，中國的經(jīng)濟增長是以化石能源高碳排放為驅(qū)動力的。此外，還有一些學(xué)者研究了諸如農(nóng)業(yè)[4-7]、化石能源[8-11]、居民生活[12-14]等方面的碳足跡，在相關(guān)方面取得了許多成果。但是這些研究大多只側(cè)重碳排放增長因素、碳排放與經(jīng)濟增長聯(lián)系、各個領(lǐng)域具體碳排放量等，較少或者沒有涉及到碳承載力，也沒有對相關(guān)區(qū)域的碳承載力進行計算、評估以及預(yù)測，因而無法全面評測區(qū)域碳超載程度，也不能結(jié)合區(qū)域的碳承載能力為減排給出全面的意見和建議。

為了全面研究重慶市碳足跡狀況，一方面計算分析了1997-2013年重慶市的碳足跡，引入了凈碳足跡等指標；另一方面計算了該地1999-2013年植被碳承載力，并且根據(jù)GM（1，1）灰色預(yù)測模型預(yù)測了未來幾年重慶市的碳足跡。

1 研究區(qū)域概況

重慶市位于105°11′-110°11′E、28°10′-32°13′N之間，已經(jīng)成長為長江上游最大的經(jīng)濟中心和交通樞紐中心。自1992年以后，重慶市經(jīng)濟高速發(fā)展，重慶市的國民生產(chǎn)總值（GDP）年均增長率將近13.5%，經(jīng)濟始終保持平穩(wěn)高速增長，城鎮(zhèn)化速度較快，目前城鎮(zhèn)化率已提高到57%。與此同時，重慶市的能源消耗量也在快速增加，表現(xiàn)出與經(jīng)濟增長變化趨勢相一致的特點，成為西南地區(qū)碳排放量增加十分突出的區(qū)域。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

重慶市地處中國西南部，具有大城市與大農(nóng)村的結(jié)合特點。其城市能源消費結(jié)構(gòu)以化石能源、電能為主，在農(nóng)村則以生物質(zhì)能為主，根據(jù)馬彩虹[15]研究數(shù)據(jù)，化石能源碳足跡占據(jù)整個能源碳足跡的絕大部分，農(nóng)村生物質(zhì)能源碳足跡不僅比重較小，且有持續(xù)降低趨勢，加上數(shù)據(jù)獲取困難，因此不予考慮。除此之外，還應(yīng)考慮特殊工業(yè)生產(chǎn)過程中的CO2排放，如水泥生產(chǎn)，由于數(shù)據(jù)來源限制，因此只計算水泥生產(chǎn)過程中的碳排放。碳承載力部分則由森林、草地和農(nóng)業(yè)碳承載力3部分構(gòu)成。研究數(shù)據(jù)來源于1997-2013年《中國能源年鑒》、《重慶統(tǒng)計年鑒》、重慶市國土資源和房屋管理公報和中國農(nóng)業(yè)部網(wǎng)站等。

2.1 碳足跡計算

研究中碳足跡主要由2個部分組成，即化石能源碳足跡以及特殊工業(yè)所產(chǎn)生的碳足跡?；茉刺甲阚E部分根據(jù)IPCC 2006年指南中的相關(guān)計算原理計算，碳排放系數(shù)采用謝鴻宇等[16]、卞曉紅等[17]的研究結(jié)果；特殊工業(yè)產(chǎn)生碳足跡計算了水泥生產(chǎn)碳足跡，水泥生產(chǎn)過程中的碳足跡包括能源消耗碳足跡和生料分解碳酸鹽產(chǎn)生的碳足跡2個部分，為避免重復(fù)計算，只計算生料分解碳足跡，碳足跡和碳承載力數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化為CO2數(shù)據(jù)。

F=E+I=N×f=A×Fd （1）

E=∑Ei×EFi （2）

I=Iy×D （3）

式中，F(xiàn)為區(qū)域碳足跡，t；E為化石能源CO2排放量，t；I為水泥生產(chǎn)的碳足跡，t；N為人口數(shù)量； f為人均碳足跡，即區(qū)域碳足跡總量與區(qū)域總?cè)丝诘谋戎?，t/人；A為區(qū)域面積，hm2；Fd為碳足跡密度，即單位面積碳足跡，t/hm2；Ei為能源i的消耗量，萬t；EFi為碳排放系數(shù)，即每噸該種化石能源所產(chǎn)生的CO2；i為能源種類；Iy為水泥產(chǎn)量，萬t；D為水泥分解時產(chǎn)生的CO2，采用相關(guān)研究結(jié)果，取中間值[18，19]0.427 t CO2。

2.2 碳承載力計算

碳承載力是指某地區(qū)內(nèi)各種植被每年所能固定CO2的量，本研究主要計算森林、草地和農(nóng)作物3種植被的固碳量，計算方法采用了肖玲等[20]的方法：

C=N×c=A×Cd=Cf+Cg+CP （4）

Ci=Si×PNEI×/44/12 （5）

CP=β×CC×■×∑■ （6）

式中，C為區(qū)域碳承載力總量，t；N為區(qū)域人口數(shù)量；c為區(qū)域人均碳承載力，即區(qū)域碳承載力總量與總?cè)丝诘谋戎?，t/人；Cd為單位面積碳承載力，即區(qū)域碳承載力總量與其面積的比值，t/hm2；Cf為林地的固碳量，t；Cg為草地的固碳量，t；Si為i類植被的面積；PNEI為1 hm2 i類植被1年固定的碳量，根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，重慶市森林指標的取值為2.84 t C/hm2[21]，草地植被的取值為0.36 t C/hm2[22]；CP為農(nóng)田的固碳量，t；Pi為第i種作物的經(jīng)濟產(chǎn)量，主要為小麥、稻谷等7種主要農(nóng)作物，t；Yi為經(jīng)濟系數(shù)，即經(jīng)濟產(chǎn)量與生物量之比；β為校正系數(shù)，依據(jù)秸稈進入工業(yè)的份額計算，取值為0.05；CC為生物量與固碳量之間的換算系數(shù)，取0.05。

2.3 碳足跡評價指標

通過引進凈碳足跡、萬元GDP碳足跡量等指標來評價碳壓力狀況。

CD=F-C （7）

Fg=■ （8）

式中，CD為凈碳足跡，為該區(qū)域碳足跡與碳承載力的差值，用以比較碳足跡收支狀況，萬t；F為區(qū)域碳足跡總量，t；C為區(qū)域碳承載力總量，t；G為GDP，萬元；Fg為萬元GDP碳足跡，單位t/萬元，用以衡量區(qū)域的能源利用效率。

3 結(jié)果與分析

3.1 碳足跡動態(tài)分析

由圖1可知，1997-2013年重慶市碳足跡變化呈現(xiàn)出3個階段，1997-2003年重慶市碳足跡處于微弱波動狀態(tài)，總量在6 320.41萬～7 657.25萬t，整體變化不大；2003-2011年，重慶市碳足跡呈現(xiàn)出明顯增長趨勢，數(shù)量從2003年的6 846.25萬t猛增至2011年的23 733.45萬t，增長量達16 887.20萬t，增長幅度也達到246.66%；2011-2013年，碳足跡呈現(xiàn)出微弱下降趨勢。

從圖2可以看出，化石能源碳足跡占整個碳足跡絕大部分，其比例為87.67%～94.42%，水泥碳足跡只占5.58%～12.33%。其中，化石能源碳足跡結(jié)構(gòu)中，煤炭碳足跡占有極大比重，其排放量從1999年的5 627.86萬t猛增為2012年的19 014.11萬t，增長幅度達235.18%，是重慶市碳足跡增長的最主要因素；石油類能源碳足跡比重也有一定增加；天然氣碳足跡比重相對較?。凰嗌a(chǎn)碳足跡從1999年的511.38萬t增加到2013年的2 613.41萬t，增加速度也較快。從以上數(shù)據(jù)分析可得，化石能源碳足跡是重慶市碳足跡的主要構(gòu)成部分，化石能源碳足跡的增長是重慶市碳足跡增長的主要原因，水泥碳足跡雖然所占比重小，但是增長較快，也需要引起重視。

3.2 碳承載力和凈碳足跡分析

由圖3可知，1999-2013年重慶市碳承載力表現(xiàn)為微弱增長，數(shù)量上從3 304.63萬t增加到3 827.59萬t，增加幅度為15.83%。其中森林的碳承載力從3 096.30萬t增加到3 618.80萬t，增加幅度為16.87%；草地的碳承載力從31.33萬t增加到43.22萬t，增加幅度為37.95%；農(nóng)作物碳承載力略有下降，波動變化。從整體上看，重慶市碳承載力未出現(xiàn)大的變化，保持著穩(wěn)中略有增加的態(tài)勢。

由圖4可知，重慶市1999-2013年凈碳足跡始終為正值，并且跟碳足跡變化保持一致。1999-2013年，重慶市凈碳足跡先從4 340.42萬t擴大到20 179.10萬t，而后下降為17 372.23萬t；單位面積碳足跡從9.28萬t/hm2提高到25.73萬t/hm2，提高了207.44%，而由于此時碳承載力增長幅度較小，因此單位面積凈碳足跡從5.27萬t/hm2提升到21.08萬t/hm2，提高幅度達到300.00%，給重慶市的生態(tài)環(huán)境造成較大壓力。

3.3 人均碳足跡、單位面積碳足跡和萬元GDP碳足跡分析

由表1可知，1997-2013年重慶市人均碳足跡表現(xiàn)為持續(xù)增長，而人均碳承載力變化不大，因而人均凈碳足跡和單位面積碳足跡增加迅速。17年間，人均碳足跡從2.08 t/人增至6.31 t/人，增幅高達203.37%。由此可見，重慶市在碳減排工作上需要付出更大努力。與此同時，應(yīng)該注意到的是，重慶市萬元GDP碳排放也在持續(xù)下降，從4.19 t降到1.67 t，下降幅度達60.14%，表明重慶市的能源利用效率正不斷提高。

3.4 基于GM（1，1）模型的重慶市碳足跡和碳承載力預(yù)測

通過GM（1，1）灰色預(yù)測模型，以重慶市1997-2013年的碳足跡為原始序列，對重慶市2014-2018年的碳足跡進行了預(yù)測。

用x（0）（k）表示原始值序列，■（0）（k）表示模擬值序列，計算x（0）（k）和■（0）（k）的灰色絕對關(guān)聯(lián)度？著。

|s0|=|■[x（0）（k）-x（1）]+■[x（0）（17）-x（0）（1）]|=71 082.495

|s1|=|■[x（0）（k）-■（0）（1）]+■[■（0）（16）-■（0）（1）]| =69 416.086

因此：

？著=■=0.988 3

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度為一級，可以進行碳足跡的相關(guān)預(yù)測，通過預(yù)測得到重慶市2014-2018年碳足跡數(shù)值，如表2所示。結(jié)果顯示，重慶市2014-2018年的碳足跡都將會進一步增加，碳足跡到2018年將達到36 646.181 7萬t。

關(guān)于中國的碳排放增長原因，中國學(xué)者做了許多相關(guān)研究，得出促使碳排放增長主要是經(jīng)濟、人口、能源結(jié)構(gòu)、技術(shù)創(chuàng)新等因素[23-25]。綜合分析后，認為重慶市碳足跡的影響因素有以下幾個：①人口規(guī)模的影響。重慶市作為中國西部惟一的直轄市，獨特的地理位置和政治經(jīng)濟優(yōu)勢吸引了大量的外來人員，加上本地人口數(shù)量不斷增加，以及生活水平的不斷提高，進而對碳排放的增長形成明顯推動作用。②經(jīng)濟增長因素的影響。經(jīng)濟的快速發(fā)展與化石能源消耗增加之間存在著密切的關(guān)系，重慶市設(shè)立直轄市以后，經(jīng)濟高速發(fā)展，甚至在2003年以后，重慶市經(jīng)濟保持約13%的高速增長，而此時碳足跡也是迅猛增加，2012-2013年經(jīng)濟增長放緩，重慶市碳排放也隨之降低一部分，即經(jīng)濟增長與碳排放之間呈正相關(guān)。③能源利用結(jié)構(gòu)的影響。從計算結(jié)果來看，重慶市的能源利用效率已經(jīng)有了很大的提高，萬元GDP碳足跡不斷降低，已經(jīng)從1999年的4.60 t降低到2013年1.67 t。仍需注意的是，重慶市的能源結(jié)構(gòu)長期以煤炭為主，清潔能源使用比例較低，煤炭使用比例較高不僅會造成大量碳排放，還會對當?shù)氐沫h(huán)境污染如酸雨起到重要作用。④產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對一個地區(qū)的碳排放有著十分重要的影響，特別是已有相關(guān)研究表明，第三產(chǎn)業(yè)的比重提高可以減少碳排放。近些年，重慶市的第三產(chǎn)業(yè)所占比例在2000年曾達到41.7%，但此后一直處于波動下降狀態(tài)，截至2012年重慶市第三產(chǎn)業(yè)所占比例為39.4%。而第二產(chǎn)業(yè)一直處于上升狀態(tài)，重慶市本身作為老工業(yè)基地，第二產(chǎn)業(yè)比重過高不僅對碳減排不利，更會造成例如酸雨、生態(tài)破壞等環(huán)境問題。

3.5 重慶市碳減排建議

首先，重慶市人口規(guī)模增加是近些年碳足跡迅速增長的主要原因，因此應(yīng)該實行好人口政策，完善戶籍政策，控制好外來人員數(shù)量。還應(yīng)該積極倡導(dǎo)健康低碳消費，提倡使用清潔能源，乘坐公共交通。

其次，要調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，提高第三產(chǎn)業(yè)比重，降低重工業(yè)比重，調(diào)整能源使用結(jié)構(gòu)，提高清潔能源使用比重，降低煤炭使用比例。重慶市需要大力推進高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使得經(jīng)濟發(fā)展與碳減排目標同時能夠進行。

最后，重慶市還應(yīng)該進一步提高本區(qū)域碳承載力，加大對森林等主要碳匯的保護力度。近些年，重慶市森林覆蓋率穩(wěn)中有升，截至2013年，重慶市森林覆蓋率已達到42.1%，碳承載力提高了16.12%，但跟巨大的凈碳足跡相比仍然顯得不夠，因此重慶市應(yīng)該在現(xiàn)有碳匯基礎(chǔ)上退耕還林，禁止亂砍濫伐。

4 結(jié)論

通過改進碳足跡相關(guān)研究方法，引入了凈碳足跡等相關(guān)指數(shù)，對重慶市1997-2013年碳足跡與碳承載力進行了動態(tài)計算和分析，得到以下結(jié)論。

1）1997-2013年，重慶市的碳足跡整體上呈現(xiàn)增加趨勢，從1997年的6 320.41萬t增加到2013年的21 199.82萬t，增長幅度達235.42%。從整個碳足跡結(jié)構(gòu)上來看，化石能源碳足跡占整個碳足跡的比例為87.67%～94.42%。因此可以得出化石能源的使用增加是碳足跡增長的最關(guān)鍵原因。

2）1999-2013年，重慶市碳承載力從3 304.63萬t增加到3 827.59萬t，增加幅度為15.83%。從碳承載力結(jié)構(gòu)上看，森林占據(jù)了較大比重，是整個碳承載力的主體。從整體上看，重慶市碳承載力未出現(xiàn)較大的變化，保持著穩(wěn)中略有增加的態(tài)勢。

3）1999-2013年，重慶市凈碳足跡從4 340.42萬t擴大到17 372.23萬t；人均碳足跡從2.49 t/人增至6.31 t/人，增幅達153.41%；人均碳承載力從1.08 t/人增至1.14 t/人，增幅為5.56%；單位面積碳足跡從1999年的9.28 t/hm2增加到2013年的25.73 t/hm2，增加幅度達177.26%。

4）1997-2013年，重慶市萬元GDP碳排放也在持續(xù)下降，從4.19 t下降到1.67 t，下降幅度達60.14%，表明重慶市的能源利用效率正不斷提高。

5）根據(jù)GM（1，1）模型預(yù)測了重慶市2014-2018年的碳足跡，結(jié)果顯示，2014-2018年重慶市碳足跡將會進一步增加，并且在2018年將達到36 646.181 7萬t，屆時該地生態(tài)環(huán)境將會面臨更為嚴峻的壓力，因此需要科學(xué)合理的策略，以達到節(jié)能減排的目的。

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