賴鏡鴻 楊國清

(廣東工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，廣東 廣州 510006)

近幾十年來，人類的經(jīng)濟(jì)和能源消耗等行為日益干擾地球生態(tài)系統(tǒng)和全球碳循環(huán)，對資源環(huán)境造成了巨大壓力。土地利用的變化和土地覆被的變化是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的重要因素，在陸地與大氣之間的碳交換中起著重要作用，人們也越來越關(guān)注全球氣候變化所帶來的影響[1]。隨著時代發(fā)展，人類對碳循環(huán)的影響逐漸加深，人類改變了土地利用的方式和能源消費模式，從而影響碳排放的數(shù)量和速率[2]。方精云等通過估算我國陸地植被的碳匯能力，表明了森林、草地和灌叢地都具有碳匯效應(yīng)[3]；趙榮欽和黃賢金利用2003—2007年期間江蘇省能源消費和土地利用等數(shù)據(jù)，構(gòu)建了能源消費的碳排放模型[4]；Liu等利用集成生物圈模擬框架和30～60m分辨率的土地覆被變化數(shù)據(jù)，對加利福尼亞州森林、灌叢和草原的碳排放變化進(jìn)行了研究[5]。

碳足跡是基于生態(tài)足跡的概念提出的，計量了某種活動引起的直接或間接的CO2排放量，近年來成為國內(nèi)外研究的新熱點[4]。KENNY等以愛爾蘭為例，比較了6種碳足跡計算模型的結(jié)果[6]；李志強(qiáng)等使用分解分析方法研究了中部6省的碳足跡及其影響因素[7]；宋山梅、向俊峰研究了2006—2016年貴州省不同土地利用方式的碳排放和碳足跡效益[8]。這些研究為開展碳排放和碳足跡研究奠定了基礎(chǔ)，但目前國內(nèi)對碳排放和碳足跡的研究仍處于起步階段。因此，本文以廣東省為例，研究土地利用結(jié)構(gòu)變化對該區(qū)域碳排放和碳足跡的影響，為廣東省優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)以減少碳排放和碳足跡提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廣東省東部毗鄰福建，北部接壤江西、湖南，西部連接廣西，南部與南海相接，珠江口兩側(cè)與香港、澳門特別行政區(qū)接壤，西南部雷州半島與海南省隔海相望，陸地面積17.98萬km2，占中國陸地面積的1.87%。廣東省是目前中國人口最多的省份，到2019年底，廣東省的常住人口規(guī)模達(dá)到11521萬人。廣東省的經(jīng)濟(jì)綜合競爭力居全國第1位，自1989年以來，廣東省的地區(qū)生產(chǎn)總值連續(xù)排名全國第1，是中國第1經(jīng)濟(jì)大省，經(jīng)濟(jì)總量約占國民經(jīng)濟(jì)的1/8，達(dá)到了中等發(fā)達(dá)國家的水平。根據(jù)2019年頒布的《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)化綱要》，廣東省珠江三角洲9市將與香港、澳門聯(lián)手打造粵港澳大灣區(qū)，使其成為能與紐約灣區(qū)、舊金山灣區(qū)、東京灣區(qū)相當(dāng)?shù)氖澜?大灣區(qū)之一。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

能源、經(jīng)濟(jì)和人口等數(shù)據(jù)取自《廣東省統(tǒng)計年鑒(2010—2018年)》，廣東省各類土地利用數(shù)據(jù)取自廣東省自然資源廳(http://nr.gd.gov.cn/)。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用碳排放模型

根據(jù)各種土地利用類型的面積和碳排放或碳吸收系數(shù)計算碳排放量，涉及地類有耕地、林地、草地和建設(shè)用地。據(jù)已有研究，建設(shè)用地具有碳源效應(yīng)。耕地上的作物可以吸收二氧化碳，但在短時間內(nèi)又會被分解并散布到空氣中，耕地作為碳匯的效果不明顯[9]。本文將建設(shè)用地和耕地視為碳源，林地和草地視為碳匯。碳排放的公式為：

Ei=Ai×Fi

(1)

式中，Ei為第i種土地利用方式的碳排放量，t；Ai為第i種土地利用方式的面積，hm2；Fi為i種土地利用方式的碳排放/吸收系數(shù)，t·hm-2，其中耕地、林地和草地的碳排放系數(shù)[1]分別為0.4595tC·hm-2、-0.6125tC·hm-2、-0.0205tC·hm-2。

2.2.2 建設(shè)用地的碳排放模型

由于建設(shè)用地承載了人類活動消耗的大量能源消耗，因此建設(shè)用地的碳排放量不能直接用面積來計算，通過建設(shè)用地利用過程中的能源消耗來間接估算碳排放量更為準(zhǔn)確[14]，本研究中使用一次能源消耗量來估算建設(shè)用地碳排放量。建設(shè)用地碳排放公式為：

Ei=Mi×Fi

(2)

式中，Ei為第i種能源消費的碳排放量，t；Mi為第i種能源的消耗量，104t標(biāo)準(zhǔn)煤；Fi為第i種能源的碳排放系數(shù)，tC·t-1標(biāo)準(zhǔn)煤。這里的能源主要指煤炭、油類、天然氣，其碳排放系數(shù)[10]分別為0.7476tC·t-1標(biāo)準(zhǔn)煤，0.5825tC·t-1標(biāo)準(zhǔn)煤，0.4435tC·t-1標(biāo)準(zhǔn)煤。

2.2.3 碳足跡模型

碳足跡是指為吸收一定的碳排放所需的生產(chǎn)性土地(植被)面積，即碳排放的生態(tài)足跡。凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(NEP)是指1a內(nèi)1hm2某種植被的碳吸收量，用于反映植被的固碳能力。本文采用NEP指標(biāo)來反映植被對碳的吸收情況，并以此計算吸收碳排放所需生產(chǎn)性土地的面積[11]。森林和草地是主要的生產(chǎn)性植被，因此主要分析這2種植被類型的碳吸收情況。

方法上，計算出各類能源的碳排放量，根據(jù)森林和草地的碳吸收量算出各自的碳吸收比例，根據(jù)森林和草地的NEP計算吸收這些能源消耗碳排放需要的面積。碳足跡計算公式[1]為：

與卷包車間對應(yīng)，煙草MES的咀棒車間與卷包車間對接，采用咀棒發(fā)射生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)上，建立成型機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)實時跟蹤與監(jiān)控，實現(xiàn)設(shè)備運行數(shù)據(jù)、在線質(zhì)量數(shù)據(jù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)的自動采集。在數(shù)采系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立咀棒車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)，全面實現(xiàn)咀棒生產(chǎn)過程的精細(xì)化管理。

(3)

(4)

Ed=A-Ec

(5)

式中，A為總化石能源的碳足跡；Ec為生態(tài)承載力；Ed為碳赤字；Ai為第i類能源的碳足跡；Ci為第i種能源的消耗量(萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤)；Qi為第i種能源的碳排放系數(shù)；Perf與Perg分別是林地與草地吸收碳的比例；NEPf與NEPg分別是全球林地和全球草地的碳吸收能力。

3 結(jié)果與分析

3.1 碳排放效益分析

據(jù)圖1顯示，2009—2017年廣東省碳排放總量呈波動上升的趨勢，由9723.98萬t增加到13392.81萬t，漲幅高達(dá)37.72%，平均增加407.65萬t·a-1。從趨勢上看，廣東省碳排放總量總體呈上升趨勢，2009—2011年碳排放總量快速增長，年均增長14.69%；2011—2015年碳排放總量呈波動狀態(tài)，上漲趨勢不明顯；2015—2017年碳排放總量開始再次上升，但上升趨勢放緩，年均增長3.87%。2009—2017年，廣東省發(fā)展迅速，年均城鎮(zhèn)化率達(dá)到0.72%，城鎮(zhèn)化速度加快，土地利用格局也發(fā)生了巨變。與此同時，經(jīng)濟(jì)發(fā)展消耗了大量的化石能源，使碳排放量逐年上漲。特別是2009—2011年，能源消費快速增長，能源消費量巨大，使得這一時期的碳排放增長較快。2011年以后，碳排放總量的增速開始放緩，這符合國家“十二五”規(guī)劃所倡導(dǎo)的節(jié)能減排政策，表明廣東省的節(jié)能減排政策得到了貫徹落實，發(fā)揮了一定成效。

圖1 不同土地利用方式碳排放量變化趨勢

從土地利用方式的差異上來看，建設(shè)用地碳排放的變化趨勢與總碳排放的變化趨勢大致相同(圖1)，且建設(shè)用地排放量高于總的碳排放量。建設(shè)用地碳排放占碳源的比重最大，平均值為99.06%，顯然建設(shè)用地是最主要的碳源。如圖1所示，同為碳源之一的耕地碳排放量總體上呈先上升后下降的趨勢，但增加和減少的幅度相對較小。2009—2014年耕地碳排放量呈上升趨勢，這與國家保護(hù)耕地的政策相對應(yīng)。2014—2017年耕地碳排放量有所下降，原因是這一時期耕地被占用較多，拋荒較為嚴(yán)重，總體來說，耕地的碳排放量對總碳排放量的影響較為微弱。林地和草地具有碳匯能力，其中林地的碳匯能力較強(qiáng)，草地的碳匯能力則較微弱。2009—2017年，林地碳吸收量呈緩慢下降的趨勢，2009年林地面積為1013.22hm2，碳吸收量為620.60萬t，2017年林地面積減少至1001.79hm2，碳吸收量也減少到613.59萬t，林地碳吸收量減少與林地面積被大量占用有關(guān)。同時，建設(shè)用地能源消耗碳排放量由2009年10228.96萬t增加到2017年13887.61萬t，2017年廣東省平均1hm2建設(shè)用地產(chǎn)生71.03t碳排放量，林地平均碳吸收量僅為0.61t·hm-2，因此，從土地利用變化方面來看，建設(shè)用地面積的增加是廣東省碳排放量增加的最主要原因。

碳排放強(qiáng)度是指碳排放量與地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)的比值[15]。碳排放強(qiáng)度可以反映國家和地區(qū)對減緩氣候變化做出的貢獻(xiàn)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中價格處于不斷變化中，所以采用一種可比價來反映GDP更具有意義，本文把2009年設(shè)為基準(zhǔn)年，使用居民消費價格總指數(shù)作為價格指數(shù)，將各年度的GDP轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)年的可比價。經(jīng)過計算，廣東省2009—2017年碳排放強(qiáng)度總體上呈下降的趨勢(圖2)，從2009年的0.24t/萬元下降到了2017年的0.15t/萬元，下降了37.5%，年均下降4.17%。根據(jù)何建坤等人的研究，為了實現(xiàn)絕對減排，碳排放強(qiáng)度的下降率要大于GDP的增長率[12]。而研究期間，廣東省碳排放強(qiáng)度的下降率小于期間年均6.09%的GDP增長率，因此廣東省要實現(xiàn)絕對減排，仍然任重道遠(yuǎn)。

圖2 廣東省碳排放量、碳排放強(qiáng)度

3.2 碳足跡效益分析

利用公式(3)、(4)、(5)分別計算廣東省2009—2017年的能源消費碳足跡、生態(tài)承載力和碳赤字，結(jié)果見表2。從表2中可以看出，廣東省能源消費碳足跡總體上呈波動上升趨勢，其中2009—2011年增長較快，年均增長375.50萬hm2，這與能源消費量增長相對應(yīng)。2012年后快速增長的勢頭得到遏制，轉(zhuǎn)為波動上升，且變動幅度較小，表明“十二五”規(guī)劃以來廣東省積極轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，推動產(chǎn)業(yè)升級，努力改善能源結(jié)構(gòu)和提高能源利用效率。同時也可以看到，生態(tài)承載力逐年下降，但下降幅度較小，這與林地和草地面積被占用有關(guān)。碳足跡增長迅速，而生態(tài)承載力不斷下降，但生態(tài)承載力下降幅度較小，因此碳赤字隨著總碳足跡的變化而變化，碳足跡和碳赤字呈擴(kuò)大趨勢，但是漲幅得到有效控制。2009年碳赤字為2530.43萬hm2，2017年已達(dá)到3495.90萬hm2，這意味著廣東省自身的生態(tài)系統(tǒng)難以吸收能源消耗產(chǎn)生的碳排放，而且缺口還在擴(kuò)大。同時，總碳足跡的增漲導(dǎo)致人均碳足跡也從0.28hm2增漲到0.33hm2，上漲了17.16%。分析各種能源消費的碳足跡可以發(fā)現(xiàn)，煤炭的碳足跡遠(yuǎn)大于油類和天然氣，這意味著廣東省的能源消費結(jié)構(gòu)不夠合理，消耗大量煤炭資源需要更多的森林和草地去吸收這些碳排放。此外，如表1顯示，林地的碳吸收能力高于草地，因此根據(jù)碳吸收比例計算得出的碳足跡以森林占多數(shù)。以2017年為例，森林的碳足跡為3653.61萬hm2，占總碳足跡的99.89%。

表1 主要生產(chǎn)性土地碳吸收系數(shù)

表2 2009—2017年廣東省能源消費碳足跡

3.3 碳排放影響因素分析

碳排放包括人為碳排放和自然碳排放，人類通過改變土地利用方式和燃燒化石燃料等行為產(chǎn)生了大量的碳排放，尤其是化石燃料燃燒，約占總碳排放的76%[13]。如上所述，能源消耗產(chǎn)生的碳排放是廣東省的主要碳源。在此側(cè)重分析了影響能源消耗碳排放的主要因素。

3.3.1 土地利用變化

人類的活動方式和強(qiáng)度變化使土地利用方式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，進(jìn)而對碳源和碳匯的分布與規(guī)模產(chǎn)生了影響[16]。從表3可以看出，廣東省2009—2014年耕地面積呈增加的趨勢，2014—2017年耕地面積又呈減少的趨勢，但總體波動不大。林地面積逐年減少，表明林地被占用的情況比較嚴(yán)重。草地面積也呈逐年減少趨勢，但減少面積和速度相較于林地較小。反觀建設(shè)用地的面積逐年增加，且增加速度較快。如上所述，耕地是碳源，耕地面積與碳排放量呈正相關(guān)關(guān)系，林地和草地是碳匯，林地和草地面積與碳排放量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此碳排放量跟土地面積變化的趨勢相一致。建設(shè)用地承載了多數(shù)人類活動和能源消耗，2017年廣東省建設(shè)用地單位面積平均碳排量為71.03t·hm-2，建設(shè)用地碳排放是主要的碳源。

表3 廣東省2009—2017年土地利用變化

3.3.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

不同產(chǎn)業(yè)的能源消費密度上有較大差異，因此不同的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也會導(dǎo)致碳排放的差異，在其它條件不變的前提下，高能源密度的產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)中占較大比重，且上升速度較快時，會產(chǎn)生巨大的碳排放量[17]。以2017年為例，各產(chǎn)業(yè)單位GDP能耗分別是第一產(chǎn)業(yè)0.15t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，第二產(chǎn)業(yè)0.51t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，第三產(chǎn)業(yè)0.15t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，很明顯第二產(chǎn)業(yè)的能源密度較高，第二產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)中占比較大會帶來較多的碳排放量。分析2009—2017年廣東省的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化可知，第一產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)的占比總體上呈下降趨勢，從2009年的5%下降到2017年的4.02%，下降了0.98%；第二產(chǎn)業(yè)占國民經(jīng)濟(jì)的比例總體上也呈下降趨勢，由2009年的49.39%先上升到2010年的50.05%，然后較快地下降到2017年的42.36%；而第三產(chǎn)業(yè)所占比例呈現(xiàn)出較為明顯的上升趨勢，由2009年的45.61%上升到2017年的53.60%。第二產(chǎn)業(yè)占比的下降意味著，廣東省正朝著優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和降低碳排放強(qiáng)度的方向發(fā)展，但是第二產(chǎn)業(yè)所占的比例仍然較大，廣東省如此大的經(jīng)濟(jì)體量，加上較大的第二產(chǎn)業(yè)占比，所產(chǎn)生的碳排放量依然非常龐大。未來，廣東省經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變還要走一段漫長的道路，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源和碳排放量的需求仍然很大。

圖3 2009—2017年廣東省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

3.3.3 能源結(jié)構(gòu)與能源效率

碳排放系數(shù)因能源類型而異，在3種能源中，煤炭的碳排放系數(shù)大于油類，油類的碳排放系數(shù)大于天然氣。在其它條件不變的情況下，增加油類和天然氣在能源消費結(jié)構(gòu)中的比例，區(qū)域碳排放總量也會相應(yīng)減少。長期以來，廣東省的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，在3類能源消費總量中煤炭占比55%左右，因此煤炭產(chǎn)生的碳排放量占比長期在60%以上。但總體來看，煤炭能源碳排放量比重呈下降趨勢，油類和天然氣則略有增加趨勢，總體上廣東省正朝著優(yōu)化能源碳排放結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展。

平均碳排放系數(shù)是指能源碳排放總量與能源消費總量的比值[18]，可以用來反映能源消費結(jié)構(gòu)的變化對區(qū)域碳排放量的影響，可以通過增加低碳能源的比例，來減小平均碳排放系數(shù)。由圖4可知，平均碳排放系數(shù)在2009—2011年有所上升，由0.53萬t/萬t標(biāo)準(zhǔn)煤上升到0.56萬t/萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，從2011年開始下降，由0.56萬t/萬t標(biāo)準(zhǔn)煤下降到0.48萬t/萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。以上分析表明，2009—2017年廣東省能源消費結(jié)構(gòu)有所改善，政府正在積極有效地緩解矛盾，控制碳排放量。

圖4 能源碳排放結(jié)構(gòu)和平均碳排放系數(shù)

一般用單位萬元GDP標(biāo)準(zhǔn)煤能耗量來表示能源利用效率(本文不計算電力消耗)。在相同的能源結(jié)構(gòu)下，提升能源利用效率可以有效減少碳排放量的產(chǎn)生。能源利用效率越高意味著生產(chǎn)單位GDP消耗的能源越少，可以達(dá)到減少碳排放量的目的[19]。綜合以上分析，廣東省的單位GDP能耗由2009年的0.38t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元下降到2017年的0.24t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元?？傮w來說，2009—2017年廣東省碳排放強(qiáng)度下降是經(jīng)濟(jì)增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源效率的改進(jìn)共同作用的結(jié)果。

4 結(jié)論

從土地利用方式的差異上來看，建設(shè)用地與耕地是碳源，其中建設(shè)用地產(chǎn)生的碳排放占絕大部分；林地與草地是碳匯，且林地的碳匯能力強(qiáng)于草地；研究期間，建設(shè)用地的面積在增加，而林地的面積卻不斷減少，建設(shè)用地和能源消耗增加帶來的碳排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過林地的碳吸收能力。因此，為了實現(xiàn)低碳且高質(zhì)量的發(fā)展，在土地利用規(guī)劃中，應(yīng)考慮碳排放效應(yīng)，加強(qiáng)林地和草地的生態(tài)管護(hù)，增強(qiáng)生產(chǎn)性土地的固碳效率，以保證一定碳匯能力，同時對高碳排放的建設(shè)用地進(jìn)行一定調(diào)控，提高土地利用效率，以提高發(fā)展質(zhì)量。

總體而言，廣東省碳排放強(qiáng)度在研究期間呈下降趨勢，但下降速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GDP的增長速度，遠(yuǎn)未實現(xiàn)絕對減排。影響碳排放的主要因素有土地利用變化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)與能源效率?？傮w來看，2009—2017年廣東省年碳排放強(qiáng)度下降是經(jīng)濟(jì)增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源效率的改進(jìn)共同作用的結(jié)果。特別是“十二五”規(guī)劃以來，節(jié)能減排的訴求越來越受到重視，廣東省應(yīng)積極轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，致力于推動產(chǎn)業(yè)升級，努力改善能源結(jié)構(gòu)和提高能源利用效率，通過改變以煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)，提高油類、天然氣以及其它清潔能源所占的比重來降低碳排放。

廣東省能源消費碳足跡和人均碳足跡總體呈上升趨勢，2009—2011年增長速度相對較快，2012年后，增長趨勢轉(zhuǎn)為波動上升，上升趨勢放緩。同時，生態(tài)承載力逐年下降，但總體變化不大，因此碳赤字隨著總碳足跡的增長而增長；煤炭產(chǎn)生的碳足跡在各類能源碳足跡中占比最大，表明消耗大量煤炭資源需要更多的森林和草地去吸收這些碳排放。林地的固碳能力大于草地，根據(jù)碳吸收的比例計算得出的碳足跡森林占絕大多數(shù)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中保護(hù)森林的固碳能力極為重要，應(yīng)保留必要的生產(chǎn)性土地。廣東省正處于城市化快速發(fā)展的階段，未來仍將有大量人口涌入，建設(shè)用地的面積也必然繼續(xù)增加，碳排放總量和碳足跡也將隨之增長。面對如此形勢，廣東省應(yīng)該積極采取應(yīng)對措施，堅持節(jié)能減排的政策，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中要速度與質(zhì)量兩手抓，致力于發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)。