哈長城市群土地利用碳排放的時(shí)空演化及脫鉤分析

王怡欣 崔佳

(哈爾濱師范大學(xué)管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

近年來，氣候變暖以及極端氣候的頻繁出現(xiàn)使碳減排成為歷屆氣候變化大會的核心議題[1]。碳排放已成為引起社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)問題的重要因素[2]，如何減少和有效控制二氧化碳排放已經(jīng)成為世界各國制定環(huán)境政策問題的重要導(dǎo)向。根據(jù)《中國氣候變化藍(lán)皮書》對中國過去70a碳排放的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),雖然中國的碳排放遠(yuǎn)低于世界組織的規(guī)劃，但也有逐年增加的趨勢[3]。土地利用變化已成為僅次于化石能源燃燒的第2大溫室氣體排放源[4]。作為人類生產(chǎn)生活的重要載體，土地利用方式的變化總是與社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展息息相關(guān)。目前國內(nèi)外對于土地利用碳排放的研究主要從土地利用碳排放的效應(yīng)分析[5-9]、影響因素分解[10-13]、時(shí)空特征[14-18]、與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系[18-20]等方面探討，研究模式較為單一。其中，彭文甫等[21]采用直接碳排放系數(shù)法及修改后的碳排放計(jì)算模型，對四川省1996—2006年土地利用變化的碳排放效應(yīng)進(jìn)行估算并對其空間格局進(jìn)行分析；Yang等[22]將氣候變化和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展納入城市化進(jìn)程，設(shè)計(jì)了6種未來城市化情景，提出了一個(gè)集成系統(tǒng)動力學(xué)、土地利用模擬和碳儲量評估模型的層次框架，用于預(yù)測6種氣候和社會經(jīng)濟(jì)條件下湖北省的土地利用變化，并檢驗(yàn)其對碳儲量的協(xié)同效應(yīng)；周嘉等[23]對中國30個(gè)省級行政區(qū)2003—2016年土地利用碳源/匯進(jìn)行計(jì)算，探究中國省域土地利用碳排放和碳吸收時(shí)空演變。綜合來看，現(xiàn)有研究主要以國家[24]、省市級[25]和特殊區(qū)域[26]3個(gè)維度為主，對于城市群的研究較少且多集中于沿海地區(qū)、中部核心區(qū)域及華北地區(qū)。

哈長城市群是經(jīng)國務(wù)院批復(fù)同意建設(shè)的我國9大區(qū)域性城市群之首，是以黑龍江省會城市哈爾濱和吉林省會城市長春為核心，包括大慶市、齊齊哈爾市、綏化市、牡丹江市、吉林市、四平市、遼源市、松原市和延邊朝鮮族自治州等11個(gè)城市(自治州)的經(jīng)濟(jì)合作區(qū)域，擁有豐富的煤炭、礦業(yè)、林業(yè)、石油天然氣等自然資源及長白山、黑土地和松花江等生態(tài)資源[27]。本文以哈長城市群為研究對象，在傳統(tǒng)土地利用碳排放分析基礎(chǔ)上，將基尼系數(shù)與碳排放特征相結(jié)合，引入兩項(xiàng)指標(biāo)來衡量經(jīng)濟(jì)與生態(tài)容量對碳排放的公平性，通過Tapio脫鉤模型分析土地集約利用與碳排放的動態(tài)關(guān)系，以期從低碳視角為該地區(qū)后續(xù)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)和綠色可持續(xù)發(fā)展提供建議。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 土地利用集約度測算

根據(jù)科學(xué)性、系統(tǒng)性原則，結(jié)合哈長地區(qū)實(shí)際情況，從土地投入、利用和產(chǎn)出強(qiáng)度3個(gè)層面選取出7個(gè)指標(biāo)對土地集約利用程度進(jìn)行表征，見表1。由于所選各指標(biāo)含義和單位各不相同，故先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行極差標(biāo)準(zhǔn)化，為避免人為因素影響，采用熵權(quán)法逐個(gè)城市計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重Wj。哈長城市群內(nèi)部各城市的土地利用集約度為Vi，設(shè)有m個(gè)指標(biāo)類，n個(gè)指標(biāo)項(xiàng)，則：

表1 土地利用集約度評價(jià)指標(biāo)

(1)

本文所涉及的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)來源于《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《黑龍江統(tǒng)計(jì)年鑒》、《吉林統(tǒng)計(jì)年鑒》、各市統(tǒng)計(jì)年鑒、IPCC報(bào)告及《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》等，土地利用數(shù)據(jù)來源于自然資源部土地調(diào)查成果共享應(yīng)用服務(wù)平臺。由于延邊朝鮮族自治州統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺失，暫不納入研究范圍。

1.2 碳排放測算

本文探討以耕地、園地和建設(shè)用地為碳源和以林地、草地、水域及水利設(shè)施用地和其它土地為碳匯的土地利用方式所產(chǎn)生的碳排放[33-35]。碳源地類碳排放系數(shù)為正，碳匯地類碳排放系數(shù)為負(fù)。其中，耕地、園地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地、其它土地采用直接計(jì)算的方法得出碳排放量，各地類對應(yīng)的碳排放系數(shù)分別為0.422t·hm-2、0.210t·hm-2、-0.644t·hm-2、-0.021t·hm-2、-0.218t·hm-2、-0.005t·hm-2。建設(shè)用地承擔(dān)著人類生產(chǎn)生活各方面因素引起的碳排放，是主要的碳源，其中能源消耗是最主要的碳排放來源，故建設(shè)用地的碳排放可以通過研究區(qū)內(nèi)煤、石油、天然氣的消耗所引起的碳排放量進(jìn)行間接估算。由于統(tǒng)計(jì)年鑒中僅公布了全省的能源消費(fèi)總量，故各市的能源消費(fèi)量數(shù)據(jù)按該市人口占全省總?cè)丝诒戎剡M(jìn)行估算：根據(jù)兩省的能源消費(fèi)總量(噸標(biāo)準(zhǔn)煤)和人口數(shù)量計(jì)算該省人均能耗系量(噸標(biāo)準(zhǔn)煤/人)，后依據(jù)各市人口數(shù)量間接測算各市的能源消費(fèi)量。研究區(qū)碳凈排放量E=Ei+Ec。

Ei=∑Ai×δiEc=∑Mj×δj

(2)

式中，Ei為除耕地外各地類碳排放量；Ec為耕地碳排放量；Ai為除耕地外各地類面積；δi為各地類碳排放系數(shù)；Mj為各能源消耗量；δj為各能源的碳排放系數(shù)。

1.3 碳排放公平性評價(jià)模型

將基尼系數(shù)與碳排放特征相結(jié)合，引入反映區(qū)域碳排放生產(chǎn)率的指標(biāo)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)(ECC)和反映區(qū)域碳匯容量的指標(biāo)生態(tài)承載力系數(shù)(ESC)，分別衡量經(jīng)濟(jì)與生態(tài)容量對碳排放的公平性。假設(shè)區(qū)域內(nèi)部發(fā)展絕對公平模式下，從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來看，地區(qū)碳排放增長率應(yīng)與GDP增長率保持均衡，若某一地區(qū)的碳排放增長率大于GDP貢獻(xiàn)率，則認(rèn)為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)效率較低，侵犯了區(qū)域內(nèi)其它地區(qū)的利益，導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)展不公平；反之則對其它地區(qū)有所貢獻(xiàn)，促進(jìn)公平發(fā)展。即ECC>1，碳排放的經(jīng)濟(jì)效率較高；ECC<1，城市碳排放的經(jīng)濟(jì)效率相對較低。從生態(tài)學(xué)角度來看，若某一區(qū)域的碳源地類碳排放增長率大于碳匯地類對碳吸收的貢獻(xiàn)率，表明該地區(qū)生態(tài)承載力較差，侵犯了區(qū)域內(nèi)其它地區(qū)的利益，反之對提高區(qū)域環(huán)境質(zhì)量具有重要貢獻(xiàn)。即ESC>1，地區(qū)生態(tài)承載率較高，且對區(qū)域內(nèi)其它地區(qū)有所貢獻(xiàn)；反之則侵犯其它地區(qū)利益，不公平現(xiàn)象情況發(fā)生。

(3)

式中，Gi、G分別表示各城市和整個(gè)地區(qū)的GDP；CAi、cai分別表示總碳吸收量和各城市碳吸收量；e、E分別表示各城市碳排放量與總碳排放量。

1.4 Tapio脫鉤分析

經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期，經(jīng)濟(jì)的增長總是伴隨著資源的快速消耗，當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到某個(gè)特定時(shí)期時(shí)，經(jīng)濟(jì)增長的速度開始大于資源能耗及環(huán)境污染的速度，之后完全擺脫發(fā)展初期正相關(guān)的關(guān)系，經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源能耗脫鉤。根據(jù)土地集約利用與土地利用碳排放的相互關(guān)系，構(gòu)建出土地利用集約度與碳排放強(qiáng)度的脫鉤模型，劃分出8種脫鉤類型,DI為脫鉤指數(shù)；LC為碳排放強(qiáng)度，LC=E/S；IU為土地集約利用強(qiáng)度。

(4)

2 結(jié)果與分析

2.1 土地集約利用度分析

2009—2016年哈長城市群土地集約利用度在時(shí)間范圍內(nèi)整體呈上升趨勢，在空間范圍內(nèi)存在一定差異，城市群內(nèi)部發(fā)展不均衡。在研究起始年份，各城市土地集約利用度均較低，到研究期末，土地集約利用度最高的城市是吉林市，最低的是大慶市，兩城市集約利用水平差異較大。這主要是因?yàn)槌鞘卸ㄎ徊煌?，大慶作為我國重要的原油、石化基地，在資源開發(fā)過程中沒有加強(qiáng)對土地的集約利用；吉林所處的長吉圖經(jīng)濟(jì)區(qū)是我國重要的汽車、石化、生物醫(yī)藥、光電、農(nóng)產(chǎn)品加工基地，吉林市近年來以生物醫(yī)藥為依托，不斷提高自身發(fā)展實(shí)力，土地集約利用水平也不斷提高。其中，哈爾濱市是哈長城市群經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平最高的城市，土地集約利用水平較低主要是因?yàn)椴缓侠淼拈_發(fā)利用造成。

2.2 土地利用碳排放分析

2.2.1 碳排放量測算

2009—2016年哈長城市群總碳排放量，見圖1，由8762.71×104t增至9222.99×104t?？傮w來看，城市化和工業(yè)化不斷加速過程中煤、石油和天然氣的大量消耗，導(dǎo)致林地與草地面積的碳吸收量遠(yuǎn)不及由于建設(shè)用地?cái)U(kuò)張所帶來的碳排放量。在空間尺度上，城市群內(nèi)部各市碳排放水平存在一定的差異。以2012年為例，碳排放強(qiáng)度最大為哈爾濱市，最小為遼源市，相差1933.1×104t。除此之外，各市的碳排放強(qiáng)度增長率也存在著一定程度的差異，其中,平均年增長率最大的是大慶市，最小的是長春市。大慶市地處哈大齊工業(yè)走廊，是我國重要的原油、生化基地，在資源開發(fā)過程中勢必會伴隨能源消耗所帶來的碳排放。長春市與哈爾濱市相同，在經(jīng)濟(jì)總量、科教文衛(wèi)、人口數(shù)量等方面具有明顯的比較優(yōu)勢，相比于哈長地區(qū)其它城市來說，對資源的吸納能力具有絕對的優(yōu)勢，也正是因?yàn)檫@一特殊性，長春市碳排放量相對穩(wěn)定。

2.2.2 碳排放公平性評價(jià)

將各城市的ECC值劃分為5個(gè)等級：0～0.5，極低；0.5～1，低；1～1.5，中等；1.5～2，高；>2，極高。研究期內(nèi)，ECC分布大體呈北低南高態(tài)勢。其中，齊齊哈爾市、綏化市、四平市的ECC值始終<1經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)率小于土地利用碳排放的貢獻(xiàn)率，碳排放的經(jīng)濟(jì)效率相對較低，城市未實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相互平衡；松原市、遼源市由低水平向中等水平轉(zhuǎn)化；大慶市2009年達(dá)到極高等級，但在2016降為高水平；2009年的中等水平城市中，長春市的ECC值在研究期末升至高水平，而同樣作為省會城市的哈爾濱市雖仍保持中等水平，但實(shí)際數(shù)值卻由1.16降為1.12。

將ESC值分為5個(gè)等級：0～1，非常低；1～1.5，低；1.5～2，中等；2～3，高；>3，非常高。2009—2016年期間，齊齊哈爾市、綏化市、大慶市、松原市、四平市、遼源市、長春市的ESC值均未超過1，碳吸收的貢獻(xiàn)率低于碳排放的貢獻(xiàn)率，沒有有效地促進(jìn)區(qū)域環(huán)境保護(hù)工作。最高的ESC值出現(xiàn)在牡丹江市，在2009年和2016年分別為7.21、6.73。吉林市實(shí)現(xiàn)了由中等水平向高水平的轉(zhuǎn)變。哈爾濱市在2009年和2016年的ESC均為中等，作為省會及哈長城市群內(nèi)部較為重要的城市，研究期內(nèi)建設(shè)用地碳排放量持續(xù)增加，生態(tài)承載力系數(shù)下降。

2.3 脫鉤分析

以2009—2016年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用Tapio模型得出哈長城市群土地利用集約度與碳排放強(qiáng)度之間的脫鉤狀態(tài)。2009—2016年間，哈長城市群內(nèi)部各城市土地利用集約度與碳排放強(qiáng)度關(guān)系主要呈現(xiàn)出弱脫鉤、強(qiáng)脫鉤2種。研究區(qū)10個(gè)城市的土地集約利用度與碳排放強(qiáng)度脫鉤關(guān)系在2010年除牡丹江外均為弱脫鉤狀態(tài)，截至2016年，大多城市為強(qiáng)脫鉤。說明當(dāng)前哈長城市群各城市土地集約利用與碳排放基本實(shí)現(xiàn)脫鉤，但仍有一些城市未脫鉤，今后還需更多行之有效的政策與經(jīng)濟(jì)手段提高土地集約利用度，控制碳排放強(qiáng)度的增加。哈長城市群整體脫鉤狀態(tài)為弱脫鉤-強(qiáng)脫鉤-弱負(fù)脫鉤-強(qiáng)脫鉤，表明研究期內(nèi)整個(gè)研究區(qū)土地集約利用與碳排放的關(guān)系得到了逐年的改善，土地集約利用水平的提高已不再成為碳排放增加的驅(qū)動力。

從市域?qū)用娣治觯?010年哈長城市群共有9個(gè)市(哈爾濱、大慶市、齊齊哈爾市、綏化市、長春、吉林市、四平市、遼源市、松原市)處于弱脫鉤狀態(tài)，占樣本數(shù)的90%，1個(gè)市(牡丹江市)落在強(qiáng)負(fù)脫鉤區(qū)域。松原市的脫鉤程度最高，主要是因?yàn)樗稍惺羌质≈匾男竽辽a(chǎn)加工基地、綠色農(nóng)業(yè)城市、生態(tài)宜居城市，政府在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí)不斷在生態(tài)建設(shè)方面加大投入；碳排放與土地集約利用脫鉤程度最低的為齊齊哈爾市，齊齊哈爾市工業(yè)向重型化方向逐漸調(diào)整，逐步打造重型裝備制造基地，這在很大程度上促進(jìn)了碳排放量的上升。2016年，除哈爾濱市、大慶市仍處于弱脫鉤以外，其余各市實(shí)現(xiàn)強(qiáng)脫鉤。未實(shí)現(xiàn)強(qiáng)脫鉤的城市中，哈爾濱市作為全國重要的裝備制造業(yè)基地、東北亞地區(qū)重要的商貿(mào)中心，在大力發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)的過程中以犧牲環(huán)境為代價(jià)；同樣作為裝備制造基地的大慶市，也是我國重要的石油化工生產(chǎn)基地、新材料生產(chǎn)基地，工業(yè)及高耗能項(xiàng)目的發(fā)展必然帶來嚴(yán)重的碳排放。

3 結(jié)論與建議

研究期內(nèi)哈長城市群雖整體土地集約利用水平逐年上升，但內(nèi)部各城市發(fā)展不均衡，集約利用度最高的是吉林市，最低的是大慶市。哈長城市群碳排放量由8762.71×104t增至9222.99×104t，各市的碳排放強(qiáng)度增長率存在著一定程度的差異，其中,平均年增長率最大的是大慶市，最小的是長春市。哈長城市群各城市的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)系數(shù)北低南高，生態(tài)承載力系數(shù)東南高西北低。哈長城市群11個(gè)城市的土地集約利用度與碳排放強(qiáng)度脫鉤關(guān)系在2010年除牡丹江外均為弱脫鉤狀態(tài)，截至2016年，大多城市實(shí)現(xiàn)脫鉤。

根據(jù)本文研究結(jié)果分析，結(jié)合哈長城市群當(dāng)前政治經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀、資源條件與戰(zhàn)略定位，提出以下提高土地利用效率，減少碳排放的建議。明確哈長城市群各個(gè)城市功能分工，強(qiáng)化區(qū)域內(nèi)部土地利用的協(xié)調(diào)性，在耕地保有量不變的前提下優(yōu)化土地利用數(shù)量、結(jié)構(gòu)，科學(xué)布局“三生”空間，提高土地利用集約度。目前哈長城市群大多城市憑借資源、區(qū)位優(yōu)勢大力發(fā)展以重工業(yè)的第二產(chǎn)業(yè)，為保證綠色可持續(xù)發(fā)展，哈長城市群在今后優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，從源頭上控制高污染高耗能產(chǎn)業(yè)的用地審批，實(shí)現(xiàn)土地集約利用與碳排放的強(qiáng)效脫鉤。哈長城市群在今后的發(fā)展中可以盤活已有建設(shè)用地，積極推動廢舊建設(shè)用地二次開發(fā)利用，杜絕土地荒置現(xiàn)象。建設(shè)用地上所產(chǎn)生的能源消耗是碳排放的主要來源，因此應(yīng)優(yōu)化區(qū)域能源利用結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，提高創(chuàng)新能力，大力發(fā)展綠色能源。