陕西省土地利用碳排放与碳足迹研究

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　　摘 要：本文根据土地利用数据及能源消耗数据测算了2009—2017年陕西省各个土地利用类型的碳排放、碳足迹，并在此基础上利用SPSS通过时间序列分析法预测了2020年全省及省内11个地市主要土地利用类型的碳排放、碳足迹。通过对比分析不同区域、不同时间、不同土地利用方式下的碳排放情况与碳足迹变化特征，得出以下结论：2009年以来，陕西省的碳排放与碳足迹逐年增长，建设用地面积扩张是造成这一现象的主要原因;省内碳排放与碳足迹存在明显的分布差异，关中地区碳排放量最高，陕北地区次之，陕南地区最低;碳吸收以陕南地区最高，陕北地区次之，关中地区最低;而碳排放强度逐年减小，已经提前实现了省内单位GDP碳排放比2005年下降40%～45%的目标;每万人产生的碳排放量逐年增长，仍需进一步调控优化，可以通过促进能源结构多元化、推进产业结构升级、助力土地利用高效化等方式有效控制碳排放，减少碳足迹。
　　关键词：
　　土地利用变化;碳足迹;时间序列分析;陕西省
　　中图分类号：
　　文献标识码：A
　　DOI：10.19754/j.nyyjs.20200315048
　　自20世纪80年代以来，以CO2为代表的温室气体排放量迅速增加，极大程度上加剧了全球气候变暖的进程，引发了国际上的普遍关注[1]。中国对于节能减排十分重视，提出了到2020年单位GDP碳排放比2005年下降40%～45%的目标[6]。作为经济发展的承载体，土地利用类型的变换、利用结构的调整都与碳排放息息相关[2]。而陕西省当前面临着快速发展经济和降低能源消耗、实现低碳发展的双重任务，在此形势下如何有效实行碳减排成为了热点问题。本研究以陕西省为例，通过分析省域与市域的土地利用碳排放和碳足迹变化，为陕西省的土地利用低碳优化提供理论依据。
　　1 研究区概况
　　陕西省位于西北内陆腹地，地处E105°29′～111°15′，N31°42′～39°35′之间。截至2017年，全省设10个省辖市和杨凌农业高新技术产业示范区，土地面积20.56万km2，由于自然环境、风俗习惯等差异，形成了陕北、关中和陕南3大区域。
　　2 数据来源与研究方法
　　2.1 数据来源
　　文中的年度土地利用数据来自《陕西省国土资源公报》（2009—2017年），包括耕地、园地、林地、草地、建设用地、水域及水利设施用地、其它土地7类。计算建设用地碳排放量使用的能源利用数据来自《陕西省统计年鉴》（2010—2018年）中的主要能源平衡情况表，使用终端消费部分的综合能源量作为标准能源消耗数据。预测2020年的碳排放、碳足迹使用的地类面积数据来自《陕西省土地利用总体规划（2006—2020年）》，其中2020年建设用地的碳排放量由2009—2017年的数据经过回归模型测算得出。考虑到数据的现势性与衔接性，选取了2009—2017年作为本文的研究时间范围。
　　2.2 研究方法
　　2.2.1 碳排放测算方法
　　本文主要考虑耕地、园地、建设用地的碳排放作用与林地、草地、水域及水利设施用地的碳吸收作用，在计算各个地类产生的碳排放时采用IPCC碳排放量测算方法，具体公式如下：
　　C=∑Ci=∑Si·Ki（1）
　　式中，C为研究区域的碳排放总量（t）;Ci为第i种土地类型产生的碳排放量（t），当Ci为正数时代表碳排放，Ci为负数时代表碳吸收;Si为第i种土地类型的面积;Ki为第i种土地类型对应的碳排放（吸收）系数（t/hm2）。
　　结合已有研究成果[3，7，8]，本文采用的耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地、其它土地的碳排放（吸收）系数分别为0.422t/hm2、0.210t/hm2、-0.644t/hm2、-0.021t/hm2、-0.218t/hm2、-0.005t/hm2。建设用地由于种类多样且与日常生活联系密切，碳排放量使用终端能源消费来进行测算，能源消费对应的标准煤消耗碳源系数为能源经济研究所公布的0.68t（C）/t[13]。
　　2.2.2 碳排放强度的测算方法
　　碳排放强度是指每单位国民生产总值的增长所带来的CO2排放量[4]，即碳排放量与单位GDP的比值。通过测算碳排放强度可以分析经济发展中资源环境所受到的压力，具体公式如下：
　　CI=C/G（2）
　　式中，CI为碳排放强度（t/万元）;C为碳排放总量（104t）;G为生产总值（亿元）。
　　2.2.3 碳足跡测算方法
　　碳足迹起源于生态足迹，主要关注某项活动或某个组织所排放的温室气体量，以质量或面积表示[18]。由于研究区域确定，本文采用面积来表示陕西省的土地利用碳足迹。通过测算能够发现研究区域内部的碳足迹规律，同时进一步分析碳排放对环境造成的影响。具体公式如下：
　　A=∑C×PNEP=C×PerfEPf+C×PergEPg（3）
　　式中，A为碳足迹（104hm2）;C为碳排放总量（104t）;P为植被的碳吸收比例;NEP为净生态系统生产量（t/hm2），即单位面积的植被在1a内承担的碳排放量，反映了植被在固碳方面的强度;Perf、Perg分别为不同年份林地与草地的碳吸收比例;EPf、EPg分别为全球林地、草地的碳吸收能力（t/hm2），本文采用IPCC公布的数值3.8096、0.9482[5]。
　　2.2.4 时间序列分析法
　　将耕地、园地、林地、草地、建设用地、水域及水利设施用地、其它土地7种土地利用类型面积作为自变量，将碳排放总量作为因变量，使用ARIMA模型构建时间序列对陕西省碳排放量进行拟合分析，并在此基础上预测2020年陕西省各地市不同土地利用类型的碳排放与碳足迹。 　　3 结果与分析
　　3.1 土地利用碳排放分析
　　根据2009—2017年陕西省的土地利用数据及能源消耗数据计算出2009—2017年陕西省各类用地的碳排放量，如表1。
　　分析表1可知，在3种碳排放地类中，建设用地的碳排放量占比最大，维持在96%以上，耕地和园地的碳排放量占比很小;在4种碳吸收地类中，林地的碳吸收量占比最大，维持在97%以上，草地、水域及水利设施用地和其它土地的碳吸收量占比很小。建设用地碳排放量的增长十分迅速，在2009—2017年间增长了2815.02万t，增长率达到57.52%，是造成碳排放总量显著增长的主要原因。这就说明，控制建设用地面积和增加林地面积能够减少碳源并增加碳汇，是降低省内碳排放总量的有效方法。
　　由表1数据进一步得到2009—2017年陕西省碳源、碳汇、碳排放变化图，如图1;选取2009年、2013年、2017年这3个时间点，对各地类碳排放量进行对比，如图2。
　　分析图1、图2可知，自2009年以来，陕西省的碳排放总量呈逐年增长趋势，8a间碳源增长量达到2813.70万t，增长率55.38%;碳排放总量增长量达到2820.48万t，增长率64.96%;而碳汇基本保持不
　　变且稍有降低的趋势。建设用地的碳排放量增长明显且对碳排放的贡献最大，林地的碳吸收量基本维持不变且对碳排放的贡献次之。总体看来，碳汇量远远低于碳源量，不断增长的碳源得不到更多的碳汇来抵消。这主要是由于城市化的快速进程使得土地利用方式不断产生变化，对能源的需求量与消耗量也不断增长，最终表现出碳排放明显增长的趋势;而碳吸收地类面积并没有增加，反而有所减少，进一步导致了碳排放总量的增长。2014年的碳排放总量较2013年有所降低，且之后几年碳排放增长趋势变缓，主要是由于2014年之后陕西省大力推动节能环保工作，颁布了《陕西省节约能源条例》，极大程度上促进了陕西省的产业碳减排。
　　3.2 土地利用碳排放强度分析
　　碳排放强度主要用以衡量一个区域的经济发展同碳排放量之间的关系，如果在经济增长的同时，每单位国民生产总值所带来的CO2排放量是下降的，那么就说明该区域实现了低碳发展模式。通过测算得到陕西省2009—2017年的土地利用的碳排放强度与每万人碳排放量，如表2。
　　由表2可以看出，2009—2017年陕西省的碳排放强度逐年减小，而每万人产生的碳排放量逐年增长。这就表示人民日常生活对于能源的消费量逐年增大，人均碳排放量不断增长，与此同时碳排放强度在不断减小，即陕西省碳排放的经济效益呈增长趋势，近年来也持续实现低碳发展模式。而区域碳排放量的減少需要保证人均碳排放量的减小。可见陕西省未来仍需要通过进一步优化改革达到高效利用土地、较少区域碳排放的目的。
　　3.3 土地利用碳足迹分析
　　由2009—2017年陕西省土地利用碳排放数据和植被的碳吸收比例数据可以进一步计算出2009—2017年陕西省土地利用的碳足迹，如表3。
　　通过对比分析发现，碳足迹的变化规律与碳排放变化规律相一致，自2009年以来，陕西省的土地利用碳足迹总体呈增长趋势，自2014年以来增长趋势变缓。结合陕西省的能源利用情况、社会发展情况进行分析，由于经济发展的需求，建设用地面积的增长与能源利用总量增多直接导致了碳足迹的增长;由于科技发展、政策变化，促进了能源利用方式的转变，煤炭、煤电产业结构持续优化，能源利用更加高效，清洁能源产业大幅度发展，天然气使用更加普及，同时能源供给侧结构性改革深入推进，可再生能源规划和产业政策体系进一步完善，人民节能环保意识普遍提升，“低碳生活”得到广泛提倡，使得碳足迹的增长趋势变缓，增长率变低[12]。
　　3.4 碳排放、碳足迹时间序列分析与预测
　　根据陕西省2009—2017年土地利用的碳排放测算结果，通过SPSS软件建立时间序列模型，对2020年陕西省土地利用的碳排放总量进行预测，得到2020年陕西省土地利用碳排放为8220.08万t，相比2017年增长量1057.68万t，增长率14.77%。而通过《陕西省土地利用总体规划（2006—2020年）》中的土地利用数据预测出的陕西省2020年预计土地利用碳排放总量约为8238.89万t，相比2017年增长量1076.49万t，增长率为15.03%。根据时间序列分析测算出的2020年陕西省土地利用碳排放模型，进一步计算得到2020年陕西省土地利用碳足迹为2192.57万hm2，比2017年的土地利用碳足迹增长了283.41万hm2，增长率为14.85%。而通过《陕西省土地利用总体规划（2006—2020年）》中的土地利用数据测算出的陕西省2020年预计土地利用碳足迹为2198.43万hm2。分析表明，区域规划在碳减排方面的表征是符合实际发展情况的，且适当的土地利用方式调控在约束碳排放过量增长方面能够起到一定的作用。
　　为了进一步分析规划中土地利用类型与碳排放的关系，对2020年陕西省11个地市主要地类的碳排放、碳足迹进行了测算，如表4。
　　结果表明，陕西省各地市的碳源量都远远超过碳汇量，其中，以西安市、榆林市、渭南市、咸阳市、宝鸡市的碳源最多，安康市、商洛市、铜川市、杨凌示范区的碳源最低;而碳汇量以汉中市、延安市、安康市、商洛市、榆林市、宝鸡市较为明显，其它地区的碳汇量表征不明显，如图3。
　　而陕西省11个地市的碳排放与碳足迹也存在明显差异，其中西安市、榆林市、渭南市、咸阳市4个市占比最多，达到了63%。总体看来，陕西省各地市的碳源主要来自建设用地，且存在显著的地区差异，关中地区碳排放量最高，陕北地区次之，陕南地区最低;碳汇主要来自林地，以陕南地区碳吸收量最高，陕北地区次之，关中地区最低。关中地区作为陕西省的经济重心，建设用地面积逐年增加，能源需求与能源消耗量增多，导致碳足迹占比最多，而促进碳吸收的地类面积很少，碳排放压力过大;陕北地区作为资源型产业集聚区，能源消耗直接引起的碳排放量也较为显著，由于区域人口红利与经济总量较关中地区要少，所以碳足迹较小;陕南地区建设用地的面积在3大区域中最小，同时生态环境相对优越，林地的碳吸收作用一定程度上缓解了碳排放压力，所以陕南地区的碳吸收量占比最大，碳足迹最小。由此更加证明，林地的碳吸收能力对于碳排放量的降低与碳足迹的减小有着重要作用。 　　4 低碳优化对策
　　通过上文分析可知，陕西省近年来碳排放强度不断降低，低碳优化工作卓有成效，但从地市之间的分析看来，仍有需要改进提高之处。因此，本文针对陕西省未来的土地利用与资源配置提出以下优化对策。
　　4.1 促进能源结构多元化
　　陕西省作为西北地区的能源生产大省与能源消费大省，大量的能源消耗直接引起碳足迹的持续增长[11]。为了降低能源消耗带来的碳排放，应当推进清洁能源产业的发展，进一步实施能源供给侧结构性改革，通过增加可再生能源、清洁能源的使用实现能源结构多元化发展[10]。
　　4.2 推进产业结构升级
　　多年来第二产业始终是陕西省的支柱产业，但与其伴随的高耗能、高碳排情况对于环境带来了极大的压力，无法有效抵消或弥补。为了实现低碳发展，陕西省应当进一步促进第一产业稳定发展、第二产业低耗发展、第三产业加速发展，形成良性经济增长模式。
　　4.3 助力土地利用高效化
　　随着社会的发展需求，土地利用方式也在不断改变，规划对于碳足迹的减少会有明显的辅助作用。整体上来说，建设用地布局需要进一步合理配置，避免建设用地扩张中产生的过量碳排放。陕西省的林地面积较少，碳吸收能力不强，适当增加林地面积，将有效推进土地利用碳减排工作。
　　5 结论
　　本文通过对比分析不同区域、不同时间、不同土地利用方式下的碳排放情况、碳排放强度、碳足迹变化特征，得出以下主要结论。
　　2009—2017年陕西省的碳排放逐年增长，碳排放增加量2820.48万t，增长率64.96%。其中，建设用地对碳排放的贡献在96%以上，林地对碳吸收的贡献在97%以上。建设用地碳排放量在2009—2017年间增长了2815.02万t，增长率达到57.52%，建设用地面积扩张是造成碳排放总量显著增长的主要原因。
　　由于经济发展情况、产业结构、土地利用类型不同，陕西省11地市间的碳排放存在显著差异，关中地区碳排放量最高，陕北地区次之，陕南地区最低;碳吸收以陕南地区最高，陕北地区次之，关中地区最低。
　　2009—2017年陕西省的碳排放强度逐年减小，已经提前实现了单位GDP碳排放比2005年下降40%～45%的目标;而每万人产生的碳排放量逐年增长，仍需进一步调控优化。
　　自2009年以来，陕西省的土地利用碳足迹总体呈增长趋势，碳足迹增加量755.74万hm2，增长率65.52%，自2014年以来增长率变低，且碳足迹的变化规律与碳排放变化规律相一致。
　　由时间序列模型预测得到的2020年陕西省碳排放为8220.08万t，碳足迹为2192.57万hm2，由《陕西省土地利用总体规划（2006—2020年）》中的土地利用数据预测出的陕西省2020年预计碳排放8238.89万t，碳足迹为2198.43万hm2，符合陕西省发展的实际情况。分析表明，在调整产业结构、调整土地利用等方面，区域规划的调整與完善能够起到控制碳排放，减少碳足迹的作用。
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　　（责任编辑 贾灿）
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