陜西省土地利用碳排放與碳足跡研究

張若楠 楊瑾

摘 要：本文根據(jù)土地利用數(shù)據(jù)及能源消耗數(shù)據(jù)測(cè)算了2009—2017年陜西省各個(gè)土地利用類型的碳排放、碳足跡，并在此基礎(chǔ)上利用SPSS通過時(shí)間序列分析法預(yù)測(cè)了2020年全省及省內(nèi)11個(gè)地市主要土地利用類型的碳排放、碳足跡。通過對(duì)比分析不同區(qū)域、不同時(shí)間、不同土地利用方式下的碳排放情況與碳足跡變化特征，得出以下結(jié)論：2009年以來，陜西省的碳排放與碳足跡逐年增長(zhǎng)，建設(shè)用地面積擴(kuò)張是造成這一現(xiàn)象的主要原因;省內(nèi)碳排放與碳足跡存在明顯的分布差異，關(guān)中地區(qū)碳排放量最高，陜北地區(qū)次之，陜南地區(qū)最低;碳吸收以陜南地區(qū)最高，陜北地區(qū)次之，關(guān)中地區(qū)最低;而碳排放強(qiáng)度逐年減小，已經(jīng)提前實(shí)現(xiàn)了省內(nèi)單位GDP碳排放比2005年下降40%～45%的目標(biāo);每萬人產(chǎn)生的碳排放量逐年增長(zhǎng)，仍需進(jìn)一步調(diào)控優(yōu)化，可以通過促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)多元化、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)、助力土地利用高效化等方式有效控制碳排放，減少碳足跡。

關(guān)鍵詞：

土地利用變化;碳足跡;時(shí)間序列分析;陜西省

中圖分類號(hào)：

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200315048

自20世紀(jì)80年代以來，以CO2為代表的溫室氣體排放量迅速增加，極大程度上加劇了全球氣候變暖的進(jìn)程，引發(fā)了國(guó)際上的普遍關(guān)注[1]。中國(guó)對(duì)于節(jié)能減排十分重視，提出了到2020年單位GDP碳排放比2005年下降40%～45%的目標(biāo)[6]。作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承載體，土地利用類型的變換、利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整都與碳排放息息相關(guān)[2]。而陜西省當(dāng)前面臨著快速發(fā)展經(jīng)濟(jì)和降低能源消耗、實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的雙重任務(wù)，在此形勢(shì)下如何有效實(shí)行碳減排成為了熱點(diǎn)問題。本研究以陜西省為例，通過分析省域與市域的土地利用碳排放和碳足跡變化，為陜西省的土地利用低碳優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1?研究區(qū)概況

陜西省位于西北內(nèi)陸腹地，地處E105°29′～111°15′，N31°42′～39°35′之間。截至2017年，全省設(shè)10個(gè)省轄市和楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，土地面積20.56萬km2，由于自然環(huán)境、風(fēng)俗習(xí)慣等差異，形成了陜北、關(guān)中和陜南3大區(qū)域。

2?數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1?數(shù)據(jù)來源

文中的年度土地利用數(shù)據(jù)來自《陜西省國(guó)土資源公報(bào)》（2009—2017年），包括耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水域及水利設(shè)施用地、其它土地7類。計(jì)算建設(shè)用地碳排放量使用的能源利用數(shù)據(jù)來自《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2010—2018年）中的主要能源平衡情況表，使用終端消費(fèi)部分的綜合能源量作為標(biāo)準(zhǔn)能源消耗數(shù)據(jù)。預(yù)測(cè)2020年的碳排放、碳足跡使用的地類面積數(shù)據(jù)來自《陜西省土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）》，其中2020年建設(shè)用地的碳排放量由2009—2017年的數(shù)據(jù)經(jīng)過回歸模型測(cè)算得出?？紤]到數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性與銜接性，選取了2009—2017年作為本文的研究時(shí)間范圍。

2.2?研究方法

2.2.1?碳排放測(cè)算方法

本文主要考慮耕地、園地、建設(shè)用地的碳排放作用與林地、草地、水域及水利設(shè)施用地的碳吸收作用，在計(jì)算各個(gè)地類產(chǎn)生的碳排放時(shí)采用IPCC碳排放量測(cè)算方法，具體公式如下：

C=∑Ci=∑Si·Ki（1）

式中，C為研究區(qū)域的碳排放總量（t）;Ci為第i種土地類型產(chǎn)生的碳排放量（t），當(dāng)Ci為正數(shù)時(shí)代表碳排放，Ci為負(fù)數(shù)時(shí)代表碳吸收;Si為第i種土地類型的面積;Ki為第i種土地類型對(duì)應(yīng)的碳排放（吸收）系數(shù)（t/hm2）。

結(jié)合已有研究成果[3，7，8]，本文采用的耕地、園地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地、其它土地的碳排放（吸收）系數(shù)分別為0.422t/hm2、0.210t/hm2、-0.644t/hm2、-0.021t/hm2、-0.218t/hm2、-0.005t/hm2。建設(shè)用地由于種類多樣且與日常生活聯(lián)系密切，碳排放量使用終端能源消費(fèi)來進(jìn)行測(cè)算，能源消費(fèi)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)煤消耗碳源系數(shù)為能源經(jīng)濟(jì)研究所公布的0.68t（C）/t[13]。

2.2.2?碳排放強(qiáng)度的測(cè)算方法

碳排放強(qiáng)度是指每單位國(guó)民生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)所帶來的CO2排放量[4]，即碳排放量與單位GDP的比值。通過測(cè)算碳排放強(qiáng)度可以分析經(jīng)濟(jì)發(fā)展中資源環(huán)境所受到的壓力，具體公式如下：

CI=C/G（2）

式中，CI為碳排放強(qiáng)度（t/萬元）;C為碳排放總量（104t）;G為生產(chǎn)總值（億元）。

2.2.3?碳足跡測(cè)算方法

碳足跡起源于生態(tài)足跡，主要關(guān)注某項(xiàng)活動(dòng)或某個(gè)組織所排放的溫室氣體量，以質(zhì)量或面積表示[18]。由于研究區(qū)域確定，本文采用面積來表示陜西省的土地利用碳足跡。通過測(cè)算能夠發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域內(nèi)部的碳足跡規(guī)律，同時(shí)進(jìn)一步分析碳排放對(duì)環(huán)境造成的影響。具體公式如下：

A=∑C×PNEP=C×PerfEPf+C×PergEPg（3）

式中，A為碳足跡（104hm2）;C為碳排放總量（104t）;P為植被的碳吸收比例;NEP為凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)量（t/hm2），即單位面積的植被在1a內(nèi)承擔(dān)的碳排放量，反映了植被在固碳方面的強(qiáng)度;Perf、Perg分別為不同年份林地與草地的碳吸收比例;EPf、EPg分別為全球林地、草地的碳吸收能力（t/hm2），本文采用IPCC公布的數(shù)值3.8096、0.9482[5]。

2.2.4?時(shí)間序列分析法

將耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水域及水利設(shè)施用地、其它土地7種土地利用類型面積作為自變量，將碳排放總量作為因變量，使用ARIMA模型構(gòu)建時(shí)間序列對(duì)陜西省碳排放量進(jìn)行擬合分析，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)2020年陜西省各地市不同土地利用類型的碳排放與碳足跡。

3?結(jié)果與分析

3.1?土地利用碳排放分析

根據(jù)2009—2017年陜西省的土地利用數(shù)據(jù)及能源消耗數(shù)據(jù)計(jì)算出2009—2017年陜西省各類用地的碳排放量，如表1。

分析表1可知，在3種碳排放地類中，建設(shè)用地的碳排放量占比最大，維持在96%以上，耕地和園地的碳排放量占比很小;在4種碳吸收地類中，林地的碳吸收量占比最大，維持在97%以上，草地、水域及水利設(shè)施用地和其它土地的碳吸收量占比很小。建設(shè)用地碳排放量的增長(zhǎng)十分迅速，在2009—2017年間增長(zhǎng)了2815.02萬t，增長(zhǎng)率達(dá)到57.52%，是造成碳排放總量顯著增長(zhǎng)的主要原因。這就說明，控制建設(shè)用地面積和增加林地面積能夠減少碳源并增加碳匯，是降低省內(nèi)碳排放總量的有效方法。

由表1數(shù)據(jù)進(jìn)一步得到2009—2017年陜西省碳源、碳匯、碳排放變化圖，如圖1;選取2009年、2013年、2017年這3個(gè)時(shí)間點(diǎn)，對(duì)各地類碳排放量進(jìn)行對(duì)比，如圖2。

分析圖1、圖2可知，自2009年以來，陜西省的碳排放總量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，8a間碳源增長(zhǎng)量達(dá)到2813.70萬t，增長(zhǎng)率55.38%;碳排放總量增長(zhǎng)量達(dá)到2820.48萬t，增長(zhǎng)率64.96%;而碳匯基本保持不

變且稍有降低的趨勢(shì)。建設(shè)用地的碳排放量增長(zhǎng)明顯且對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)最大，林地的碳吸收量基本維持不變且對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)次之?？傮w看來，碳匯量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于碳源量，不斷增長(zhǎng)的碳源得不到更多的碳匯來抵消。這主要是由于城市化的快速進(jìn)程使得土地利用方式不斷產(chǎn)生變化，對(duì)能源的需求量與消耗量也不斷增長(zhǎng)，最終表現(xiàn)出碳排放明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì);而碳吸收地類面積并沒有增加，反而有所減少，進(jìn)一步導(dǎo)致了碳排放總量的增長(zhǎng)。2014年的碳排放總量較2013年有所降低，且之后幾年碳排放增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩，主要是由于2014年之后陜西省大力推動(dòng)節(jié)能環(huán)保工作，頒布了《陜西省節(jié)約能源條例》，極大程度上促進(jìn)了陜西省的產(chǎn)業(yè)碳減排。

3.2?土地利用碳排放強(qiáng)度分析

碳排放強(qiáng)度主要用以衡量一個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展同碳排放量之間的關(guān)系，如果在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)，每單位國(guó)民生產(chǎn)總值所帶來的CO2排放量是下降的，那么就說明該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了低碳發(fā)展模式。通過測(cè)算得到陜西省2009—2017年的土地利用的碳排放強(qiáng)度與每萬人碳排放量，如表2。

由表2可以看出，2009—2017年陜西省的碳排放強(qiáng)度逐年減小，而每萬人產(chǎn)生的碳排放量逐年增長(zhǎng)。這就表示人民日常生活對(duì)于能源的消費(fèi)量逐年增大，人均碳排放量不斷增長(zhǎng)，與此同時(shí)碳排放強(qiáng)度在不斷減小，即陜西省碳排放的經(jīng)濟(jì)效益呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，近年來也持續(xù)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展模式。而區(qū)域碳排放量的減少需要保證人均碳排放量的減小?？梢婈兾魇∥磥砣孕枰ㄟ^進(jìn)一步優(yōu)化改革達(dá)到高效利用土地、較少區(qū)域碳排放的目的。

3.3?土地利用碳足跡分析

由2009—2017年陜西省土地利用碳排放數(shù)據(jù)和植被的碳吸收比例數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步計(jì)算出2009—2017年陜西省土地利用的碳足跡，如表3。

通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，碳足跡的變化規(guī)律與碳排放變化規(guī)律相一致，自2009年以來，陜西省的土地利用碳足跡總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，自2014年以來增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩。結(jié)合陜西省的能源利用情況、社會(huì)發(fā)展情況進(jìn)行分析，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，建設(shè)用地面積的增長(zhǎng)與能源利用總量增多直接導(dǎo)致了碳足跡的增長(zhǎng);由于科技發(fā)展、政策變化，促進(jìn)了能源利用方式的轉(zhuǎn)變，煤炭、煤電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，能源利用更加高效，清潔能源產(chǎn)業(yè)大幅度發(fā)展，天然氣使用更加普及，同時(shí)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革深入推進(jìn)，可再生能源規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)政策體系進(jìn)一步完善，人民節(jié)能環(huán)保意識(shí)普遍提升，“低碳生活”得到廣泛提倡，使得碳足跡的增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩，增長(zhǎng)率變低[12]。

3.4?碳排放、碳足跡時(shí)間序列分析與預(yù)測(cè)

根據(jù)陜西省2009—2017年土地利用的碳排放測(cè)算結(jié)果，通過SPSS軟件建立時(shí)間序列模型，對(duì)2020年陜西省土地利用的碳排放總量進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到2020年陜西省土地利用碳排放為8220.08萬t，相比2017年增長(zhǎng)量1057.68萬t，增長(zhǎng)率14.77%。而通過《陜西省土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）》中的土地利用數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)出的陜西省2020年預(yù)計(jì)土地利用碳排放總量約為8238.89萬t，相比2017年增長(zhǎng)量1076.49萬t，增長(zhǎng)率為15.03%。根據(jù)時(shí)間序列分析測(cè)算出的2020年陜西省土地利用碳排放模型，進(jìn)一步計(jì)算得到2020年陜西省土地利用碳足跡為2192.57萬hm2，比2017年的土地利用碳足跡增長(zhǎng)了283.41萬hm2，增長(zhǎng)率為14.85%。而通過《陜西省土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）》中的土地利用數(shù)據(jù)測(cè)算出的陜西省2020年預(yù)計(jì)土地利用碳足跡為2198.43萬hm2。分析表明，區(qū)域規(guī)劃在碳減排方面的表征是符合實(shí)際發(fā)展情況的，且適當(dāng)?shù)耐恋乩梅绞秸{(diào)控在約束碳排放過量增長(zhǎng)方面能夠起到一定的作用。

為了進(jìn)一步分析規(guī)劃中土地利用類型與碳排放的關(guān)系，對(duì)2020年陜西省11個(gè)地市主要地類的碳排放、碳足跡進(jìn)行了測(cè)算，如表4。

結(jié)果表明，陜西省各地市的碳源量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過碳匯量，其中，以西安市、榆林市、渭南市、咸陽市、寶雞市的碳源最多，安康市、商洛市、銅川市、楊凌示范區(qū)的碳源最低;而碳匯量以漢中市、延安市、安康市、商洛市、榆林市、寶雞市較為明顯，其它地區(qū)的碳匯量表征不明顯，如圖3。

而陜西省11個(gè)地市的碳排放與碳足跡也存在明顯差異，其中西安市、榆林市、渭南市、咸陽市4個(gè)市占比最多，達(dá)到了63%?？傮w看來，陜西省各地市的碳源主要來自建設(shè)用地，且存在顯著的地區(qū)差異，關(guān)中地區(qū)碳排放量最高，陜北地區(qū)次之，陜南地區(qū)最低;碳匯主要來自林地，以陜南地區(qū)碳吸收量最高，陜北地區(qū)次之，關(guān)中地區(qū)最低。關(guān)中地區(qū)作為陜西省的經(jīng)濟(jì)重心，建設(shè)用地面積逐年增加，能源需求與能源消耗量增多，導(dǎo)致碳足跡占比最多，而促進(jìn)碳吸收的地類面積很少，碳排放壓力過大;陜北地區(qū)作為資源型產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，能源消耗直接引起的碳排放量也較為顯著，由于區(qū)域人口紅利與經(jīng)濟(jì)總量較關(guān)中地區(qū)要少，所以碳足跡較小;陜南地區(qū)建設(shè)用地的面積在3大區(qū)域中最小，同時(shí)生態(tài)環(huán)境相對(duì)優(yōu)越，林地的碳吸收作用一定程度上緩解了碳排放壓力，所以陜南地區(qū)的碳吸收量占比最大，碳足跡最小。由此更加證明，林地的碳吸收能力對(duì)于碳排放量的降低與碳足跡的減小有著重要作用。

4?低碳優(yōu)化對(duì)策

通過上文分析可知，陜西省近年來碳排放強(qiáng)度不斷降低，低碳優(yōu)化工作卓有成效，但從地市之間的分析看來，仍有需要改進(jìn)提高之處。因此，本文針對(duì)陜西省未來的土地利用與資源配置提出以下優(yōu)化對(duì)策。

4.1?促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)多元化

陜西省作為西北地區(qū)的能源生產(chǎn)大省與能源消費(fèi)大省，大量的能源消耗直接引起碳足跡的持續(xù)增長(zhǎng)[11]。為了降低能源消耗帶來的碳排放，應(yīng)當(dāng)推進(jìn)清潔能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)一步實(shí)施能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，通過增加可再生能源、清潔能源的使用實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)多元化發(fā)展[10]。

4.2?推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)

多年來第二產(chǎn)業(yè)始終是陜西省的支柱產(chǎn)業(yè)，但與其伴隨的高耗能、高碳排情況對(duì)于環(huán)境帶來了極大的壓力，無法有效抵消或彌補(bǔ)。為了實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展，陜西省應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步促進(jìn)第一產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展、第二產(chǎn)業(yè)低耗發(fā)展、第三產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，形成良性經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式。

4.3?助力土地利用高效化

隨著社會(huì)的發(fā)展需求，土地利用方式也在不斷改變，規(guī)劃對(duì)于碳足跡的減少會(huì)有明顯的輔助作用。整體上來說，建設(shè)用地布局需要進(jìn)一步合理配置，避免建設(shè)用地?cái)U(kuò)張中產(chǎn)生的過量碳排放。陜西省的林地面積較少，碳吸收能力不強(qiáng)，適當(dāng)增加林地面積，將有效推進(jìn)土地利用碳減排工作。

5?結(jié)論

本文通過對(duì)比分析不同區(qū)域、不同時(shí)間、不同土地利用方式下的碳排放情況、碳排放強(qiáng)度、碳足跡變化特征，得出以下主要結(jié)論。

2009—2017年陜西省的碳排放逐年增長(zhǎng)，碳排放增加量2820.48萬t，增長(zhǎng)率64.96%。其中，建設(shè)用地對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)在96%以上，林地對(duì)碳吸收的貢獻(xiàn)在97%以上。建設(shè)用地碳排放量在2009—2017年間增長(zhǎng)了2815.02萬t，增長(zhǎng)率達(dá)到57.52%，建設(shè)用地面積擴(kuò)張是造成碳排放總量顯著增長(zhǎng)的主要原因。

由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地利用類型不同，陜西省11地市間的碳排放存在顯著差異，關(guān)中地區(qū)碳排放量最高，陜北地區(qū)次之，陜南地區(qū)最低;碳吸收以陜南地區(qū)最高，陜北地區(qū)次之，關(guān)中地區(qū)最低。

2009—2017年陜西省的碳排放強(qiáng)度逐年減小，已經(jīng)提前實(shí)現(xiàn)了單位GDP碳排放比2005年下降40%～45%的目標(biāo);而每萬人產(chǎn)生的碳排放量逐年增長(zhǎng)，仍需進(jìn)一步調(diào)控優(yōu)化。

自2009年以來，陜西省的土地利用碳足跡總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，碳足跡增加量755.74萬hm2，增長(zhǎng)率65.52%，自2014年以來增長(zhǎng)率變低，且碳足跡的變化規(guī)律與碳排放變化規(guī)律相一致。

由時(shí)間序列模型預(yù)測(cè)得到的2020年陜西省碳排放為8220.08萬t，碳足跡為2192.57萬hm2，由《陜西省土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）》中的土地利用數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)出的陜西省2020年預(yù)計(jì)碳排放8238.89萬t，碳足跡為2198.43萬hm2，符合陜西省發(fā)展的實(shí)際情況。分析表明，在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、調(diào)整土地利用等方面，區(qū)域規(guī)劃的調(diào)整與完善能夠起到控制碳排放，減少碳足跡的作用。

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（責(zé)任編輯?賈燦）