湖南省碳排放强度与森林碳汇地域差异分析

袁立嘉，唐玉凤，伍格致

（湖南农业大学 商学院，湖南 长沙 410128）

湖南省碳排放强度与森林碳汇地域差异分析

袁立嘉，唐玉凤，伍格致

（湖南农业大学 商学院，湖南 长沙 410128）

碳排放强度与森林碳汇是评价区域碳减排工作的两项重要指标。对湖南省的碳排放强度与森林碳汇的地域差异进行研究，有利于促进该省的区域碳减排工作。通过对湖南省14个地州市在2010—20145年的年均碳排放强度和森林碳汇进行核算，并基于湖南省各地区碳排放强度与森林碳汇的差异，对14个地州市进行了二维聚类分析。结果表明：（1）湖南省各地区碳排放强度存在明显的地域差异。（2）湖南省森林碳汇的地域分布格局为湘西＞湘南＞湘北＞湘中。（3）按照湖南省碳排放强度与森林碳汇的地域差异可以将全省14个地州市分为四个区域类型。张家界、湘西州、永州属于低碳排放强度-高森林碳汇地区；株洲和长沙、常德属于低碳排放强度-低森林碳汇地区；湖南省中部主要是高碳排放强度-低森林碳汇地区；怀化、邵阳、衡阳、郴州属于高碳排放强度-高森林碳汇地区。最后依照结论对促进湖南省区域碳减排工作提出了建议。

湖南省；碳排放强度；森林碳汇；地域差异；聚类分析

碳排放强度与森林碳汇是评价区域碳减排工作的两项重要指标。因此，对区域内的碳排放强度与森林碳汇的核算与分析，有利于促进区域碳减排工作。近年来，许多学者在这方面进行了诸多研究。Roger A估计了全球森林和其他土地的碳供给曲线，认为中国在成为碳排放大国的同时，也将成为森林碳汇的供给大国[1]。翟石艳通过对广东省碳排放量、碳排放强度以及森林碳汇等数据的分析，预测了2008—2050年广东省的区域净碳排放量发展趋势[2]。康凯丽基于我国各省、区碳排放量与森林碳汇压力，对我国各省、区的区域碳汇林业发展能力与区域森林碳汇压力两项指标进行了二维聚类分析[3]。李健豹基于相关性分析，提出了区域碳排放强度是驱动人均碳排放量的主要因素的观点[4]。然而，这些研究欠缺对区域碳排放强度与森林碳汇结合的分析，存在一定的局限性。

湖南省是我国中部地区的经济大省，在经济发展的过程中形成了重化工业主导型的工业结构，这一结构导致了该省产生了大量的能源消费。2010—2014年5年间，湖南省年均能源消费总量均在15 500万t（标准煤）以上，其中煤炭能源的消费量占能源消费总量的比重最高。这说明，高能耗带来的高碳排放给湖南省碳减排工作带来了巨大的减排压力。从“碳中和”的角度来看，湖南省森林碳汇的增加能有效减缓其碳减排工作的压力[5]。湖南省拥有较好的森林资源禀赋，全省森林面积有1 299.89万hm2，森林覆盖率59.57%；近年来，该省的造林工作也取得了一定的成绩，2014年全省共造林39.19 hm2，具有一定的森林碳汇发展潜力[6]。本研究通过对湖南省14个地州市在2010—2014年的年均碳排放强度和森林碳汇进行核算，观察湖南省各地区碳排放强度与森林碳汇的地域分布情况；基于湖南省各地区碳排放强度与森林碳汇的地域差异对全省14个地州市进行分类研究。并依照研究结论对促进湖南省区域碳减排工作提出了建议。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 碳排放强度核算方法

碳排放强度是指单位国内（地区）生产总值产生的碳排放量。其计算方法为：碳排放强度=碳排放量/国内（地区）生产总值[7]。

本文运用联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）碳排放计算指南所推荐的碳排放系数法来对碳排放量进行计算[3]。该计算方法的表达式为：

式（1）中：C表示碳排放量；Ei为第i种能源的终端消费量；Ci为第i种能源的碳排放系数；n为包括煤炭与石油等各种含碳能源，这些能源在使用过程中会产生二氧化碳（CO2）排放，二氧化碳（CO2）排放量可以通过CO2气化系数折算成碳排放量。在很多统计年鉴的数据中，区域能源消费总量已经被统一折算成了万t标准煤的单位。本文采取国家发改委能源研究所规定的取值0.67作为标准煤的碳排放折算系数。

1.1.2 森林碳汇核算方法

广义的森林碳汇核算等同于对区域森林固碳量的核算，狭义的森林碳汇核算还需要计算不同测量时期森林固碳量的变化情况，来表示出一定时期内的森林碳汇。森林固碳量的测算方法有很多种，本文采取的是基于森林蓄积量与林地面积数据进行运算的蓄积量法（kaya恒等式）。蓄积量法对于不同林分结构的森林具有普适的核算效果，而且不用考虑生物量和微气象变化等其它影响因子，是适用于林业经济类科学研究的方法[3]。根据蓄积量法，森林各部分的碳储量用活立木蓄积量或森林面积乘以他们的换算因子得出。具体的核算模型推导过程如下：

式（2）～（7）中：C代表森林的总固碳量；V代表活立木的蓄积量；S代表森林面积，CD代表立木的固碳量，CL代表枝叶的固碳量，CR代表树桩和根部的固碳，CCGP代表地被植物的固碳量，CE代表森林土壤的固碳量。由上述公式1～6可以推导得出森林固碳量的计算公式（8）：

值得一提的是，公式（8）计算出来的是数据被测算的时间点上的森林储存碳的数量，是一种广义的森林碳汇。一定时期内的森林碳汇可以根据两次被测算时间点的差值计算出来：

式（9）中：C1表示第一次清查的某地区森林固碳量，Ct+1表示t+1次清查时森林固碳量，C表示清查期之间森林的碳汇量。据此，可以计算出各清査期内各区域的森林碳汇。

1.1.3 聚类分析法

聚类分析法的原理是将一批样本按照它们之间的相似程度，把个体样本逐个地合并成一些子集，直至所有的样本都聚集完毕为止。

本研究选择传统划分方法中的K-means方法，并应用SPSS21.0软件提供的K-means聚类功能进行聚类分析。K-means方法的基本原理是：随机选择k个对象，每个对象初始地代表一个簇的均值或中心。对研究样本内剩余的对象，根据其与各个簇中心的距离，将它赋给最近的簇，然后重新计算每个簇的平均值。重复这个过程，直到准则函数收敛。

1.2 数据来源

根据碳排放强度计算公式，湖南省各地区生产总值的数据来源于2010—2014年《湖南省统计年鉴》的地州市GDP统计数据。本研究选取2010—2014年《湖南省统计年鉴》中各市、州综合能源消费量作为计算湖南省各地区年均碳排放量的基础数据。

湖南省各地区森林固碳量计算公式中的活立木蓄积量V和森林面积S两项指标的数据均来自于《湖南省林业统计年鉴》。本研究时间跨度从2010—2014年，处于第九次全国森林资源清查期间。因此，推导公式中的ΔS和ΔV数据来源于第九次森林资源清查结果与第八次森林资源清查数据的差值。由于无法获得清查期内每年的森林面积与活立木蓄积量数据变化情况，因此，在对2010—2014年湖南省各地区年森林碳汇进行核算时假设清查期内的森林资源变动是匀速的；通过将各地区清查期内碳汇量除以清查期间隔年份就可以得出湖南省各地区年均森林碳汇。

2 结果与分析

2.1 碳排放量与碳排放强度地域差异分析

碳排放强度是一种碳排放效率的指标，在一定程度上反映了低碳经济的发展水平[4]。对2010—2014年间湖南省14个地州市区域的年均碳排放量和碳排放强度的核算结果能够反映出湖南省碳排放量的地域分布情况以及碳排放效率的地域差异。将两组核算数据进行对比，能直观的看出全省各地区的产业结构与碳排放效率（见图1）。

图1 2010—2014年湖南省各地区的年均碳排放量与碳排放强度Fig.1 Annual carbon emissions and the annual carbon emission intensity of all the administrative regions of Hunan Province from 2010 to 2014

2010—2014年娄底的年均碳排放量为1 635.91万t，是全省最高的地区。岳阳的年均碳排放量为全省第2，有1 545.19万t。湘潭、衡阳这两座老工业城市也产生了超过900万t的碳排放量。省会长沙的年均碳排放量为810.77万t，排名为全省第6名。全省年均碳排放量最少的地区是张家界，仅63.21万t。与张家界毗邻的湘西自治州的年均碳排放量也只有134.11万t，位列倒数第2。2010—2014年全省碳排放强度最高的地区是娄底，为1.74 t/万元。湘潭的年均碳排放强度是全省第2，为0.91 t/万元。岳阳年均碳排放强度全省第三，为0.74 t/万元。郴州和益阳的年均碳排放强度也在0.5 t/万元以上。省会长沙的年均碳排放强度为全省最低，仅有0.13 t/万元，张家界倒数第二，为0.19 t/万元。

对比湖南省各地区的碳排放量和碳排放强度这两组数据得以发现：长沙的碳排放量处于全省中等水平而其碳排放强度为全省最低，这说明长沙的产业结构较为合理，碳排放效率相对较高。以旅游业为支柱产业的张家界和以农业为主的湘西州、永州的碳排放量和碳排放强度都较低。娄底和湘潭的碳排放量以及碳排放强度都较高，这说明这两个地区的产业结构以及能源消费结构较为落后，需要采取相应的措施进行调整。

2.2 森林碳汇地域差异分析

森林碳汇反映的是森林所承载的碳排放量情况。由于森林系统可以将大气中的二氧化碳吸收和储存在其植被和土壤环境里，减少大气环境中的二氧化碳浓度，具有强大的固碳功能，所以森林被视为主要的碳汇来源[6]。根据森林碳汇核算模型，2010—2014年湖南省各地区年均森林碳汇的核算结果（见图2）如下。

图2 2010—2014年湖南省各地区年均森林碳汇Fig.2 Regional forest carbon sinks of all the dministrative regions of Hunan Province from 2010 to 2014

2010—2014年湖南省各地区年均森林碳汇最多的地区是湘西州，有508.78万t。张家界以年均森林碳汇383.87万t位居第2名，怀化年均森林碳汇为237.61万t，位居第3名；湖南省南部主要林区邵阳、郴州、永州的年均森林碳汇均高于100万t，在省内处于较高水平。全省年均森林碳汇最低的地区是位于湖南中部的湘潭，只有27.45万t。此外娄底和株洲的年均森林碳汇都不足50万t。

从湖南省年均森林碳汇的地域分布情况来看，全省森林碳汇较高的地区主要在森林资源较为丰富的湘西与湘南；森林碳汇较低的地区是位于湖南省中部的几个重化工业较为集中的地州市。总的来说，全省森林碳汇的地域分布格局为湘西＞湘南＞湘北＞湘中。

2.3 聚类分析

为了更进一步的观察湖南省各地区碳排放强度与森林碳汇的地域差异，采用碳排放强度和森林碳汇2项指标，通过统计分析软件SPSS21.0对湖南省14个地州市进行二维K-means聚类分析。研究使用碳排放强度-森林碳汇散点图来确定聚类分析的初始中心点。为了避免极端值对于分类所产生的影响，在制作散点图之前，先对湖南省各地区的碳排放强度和森林碳汇数据进行了标准化处理：令各地区的碳排放强度和森林碳汇依照排名由高到低依次赋值为14到1[8]。以森林碳汇为横轴，碳排放强度为纵轴，制作碳排放强度-森林碳汇散点图（见图3）。

图3 碳排放强度-森林碳汇散点图像Fig.3 Two dimensional scatter plot based on thecarbon emission intensity and the forest carbon sinks

根据散点的分布特征，可以将湖南省14个地州市分为四个大类：第一类是低碳排放强度-高森林碳汇（Low Carbon Intensity-High Carbon Sequestration）地区；第二类是低碳排放强度-低森林碳汇（Low Carbon Intensity-Low Carbon Sequestration）地区；第三类是高碳排放强度-低森林碳汇（HI-LS）地区；第四类是高碳排放强度-高森林碳汇（HI-HS）地区。依照分类情况与散点分布特点，SPSS21.0软件自动选定张家界（LI-HS）、株洲（LI-LS）、娄底（HI-LS）、郴州（HI-HS）四个地区作为聚类分析的初始中心点。在确定初始中心点的情况下，对湖南省14个地州市进行聚类分析。分析的结果（见表1）和最终聚类的中心（见表2）如下。

表1 聚类结果Table 1 Result of cluster analysis

表2 最终聚类中心Table 2 Final cluster centers

从聚类分析的结果可以看出：张家界和湘西州、永州属于低碳排放强度-高森林碳汇（LI-HS）地区；株洲和长沙、常德属于低碳排放强度-低森林碳汇（LI-LS） 地区；娄底、湘潭、岳阳、益阳属于高碳排放强度-低森林碳汇（HI-LS）地区；郴州、邵阳、衡阳、怀化属于高碳排放强度-高森林碳汇（HI-HS）地区。这四类地区的地域分布情况如图所示（见图4）：

图4 碳排放强度-森林碳汇类型的地域分布图像Fig.4 Geographical distribution of the carbon emission intensity and the forest carbon sinks clusters

低碳排放强度-高森林碳汇（LI-HS）地区分布于湖南省西部与南部。这类地区的产业结构以第一、三产业为主，单位国内（地区）生产总值产生的碳排放量处于全省较低水平。其中张家界属于第一、三产业较为发达的地区，而湘西州和永州属于第一产业为主的地区。这类地区的森林资源较为丰富以及生态林保护工作较为成功，森林碳汇在省内属于较高水平。从区域碳减排的视角来看，这类地区的减排压力相对较小。

低碳排放强度-低森林碳汇（LI-LS） 地区包括湖南省东部的长沙、株洲和北部的常德。这类地区的产业结构较为合理，同时森林面积相对较小。其单位国内（地区）生产总值产生的碳排放量和森林碳汇在省内都属于较低水平。从区域碳减排的视角来看，这类地区需要加强林业建设，提高森林碳汇，并且在发展工业经济的过程中应当保持现有的低碳经济发展水平。

高碳排放强度-低森林碳汇（HI-LS）地区主要集中在湖南省中部与北部的岳阳，其产业结构以重化工业为主，碳排放效率较低。其中，娄底、岳阳等地都是湖南省重要的化石能源生产地区，化石能源在开采和加工过程中所带来的含碳能源消费与碳排放量十分巨大。这些地区的森林面积较少，森林蓄积量也较低，因此其森林碳汇处于较低水平。从区域碳减排的视角来看，这类地区的碳减排工作压力相对最大。

怀化、邵阳、衡阳、郴州属于高碳排放强度-高森林碳汇（HI-HS）地区。一方面这类地区的产业结构以第二产业为主，低碳经济发展水平较低；另一方面其森林资源较为丰富，森林碳汇较高。因此，这类地区的碳减排工作重心应该放在调整产业结构，通过技术进步加快产业升级，以促进低碳经济的发展方面。

3 结论与讨论

根据研究的结果与分析，可以得出的主要结论有：（1）湖南省各地区碳排放强度存在明显的地域差异。长沙和湘西州、张家界、永州的碳排放强度处于省内较低水平；娄底和湘潭的碳排放强度处于省内较高水平，结合碳排放量看，这两个地区的碳排放效率和低碳经济发展水平较低。（2）从湖南省森林碳汇的地域分布情况来看，其总体分布格局为湘西＞湘南＞湘北＞湘中。（3）按照湖南省碳排放强度与森林碳汇的地域差异可以将全省14个地州市分为四个区域类型。其中，张家界、湘西州、永州归类于低碳排放强度-高森林碳汇地区；株洲和长沙、常德归类于低碳排放强度-低森林碳汇地区；岳阳与湖南省中部的地州市主要是高碳排放强度-低森林碳汇地区；怀化、邵阳、衡阳、郴州属于高碳排放强度-高森林碳汇地区。

依照研究结论，对政府有关部门促进湖南省各地区的碳减排工作提出了以下三个方面的建议。

一是促进低碳经济发展，降低碳排放强度。除省会长沙以及湘西、张家界以外，湖南省大部分地区的碳排放强度较高，这不利于低碳经济的发展。发展低碳经济的关键在于实现第二产业的“碳排放脱钩”效应，即实现工业产能的增长与碳排放量的不相关甚至是负相关[9]。这要求有关部门一方面采取手段遏制高能耗、高排放行业的增长：例如对达不到环保要求水平的一些企业进行整改和关停，实现对该区域能源消费粗放型企业的有效监督与管理。另一方面，还要鼓励传统工业行业的节能化和低碳化，推动新能源产业的发展。值得一提的是，全省碳排放强度较小的湘西、张家界地区的工业发展水平较为落后，在发展当地经济的过程中需要注意生态环境的保护工作，避免因盲目承接外部高能耗产业，丧失生态环境优势。

二是提高林业发展水平，增加森林碳汇。要增加湖南省低森林碳汇地区的森林碳汇，还需要政府在林业发展方面的大力扶持。因此，当地政府部门应该要加大对林业技术与资金的投入力度，增加森林面积，提高森林蓄积量[10-11]。同时，在全省尤其是娄底和岳阳等高碳排放强度-低森林碳汇地区，应注重基于增加森林碳汇为目的的生态林建设，减轻由于经济林木采伐和林业用地变更对于森林碳汇下降的不利影响。另外，在湖南省林业部门中应建立专门的森林碳汇监测单位。通过专业的测算方法，定期检测各地州市的森林固碳量和碳汇变化情况，从而更有效地保证森林碳汇的增加。

三是加快建立省内碳交易市场，实现碳减排工作的地域优势互补。湖南省的碳减排工作水平不均衡，可以通过省内碳交易市场的形式实现碳减排能力的区域互补[12]。对于那些低碳排放强度地区，通过碳排放市场可以实现对高碳排放强度地区的技术转移和资金支持。而高森林碳汇地区，尤其是在张家界、湘西州、永州等森林碳汇较高，林业发展水平较好的地州市，可以通过碳汇交易实现对高碳排放强度-低森林碳汇地区的碳减排能力区域互补。目前，湖南省的碳交易市场建设工作已被相关部门提上议程，加快建立省内碳交易市场的工作进程将有利于促进湖南省各地区的碳减排工作[13]。

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Research on the regional difference of carbon emission intensity and forest carbon sequestration in Hunan province

YUAN Li-jia , TANG Yu-feng, WU Ge-zhi
（Hunan Agricultural University, Changsha 410128, Hunan, China）

Carbon emission intensity and forest carbon sequestration are two important indicators to evaluate regional carbon reduction.Researching carbon emission intensity and spatial differences in forest carbon Sequestration were beneficial to reduce the carbon emission in Hunan Province.Based on the 14 indexes of the annual carbon emission intensity and forest carbon sequestration in Hunan Province from 2010 to 2014 , a two dimensional cluster analysis of 14 areas in Hunan Province has been made.The results shows that:(1) Signi fi cant regional differences in carbon intensity Hunan regions.(2) Regional distribution pattern of forest carbon sequestration in Hunan Province are Western ＞ Southern ＞ Northern ＞ Central part.(3) According to geographical differences of carbon intensity and forest carbon sinks in Hunan province ,the 14 administrative regions of Hunan Province can be divided into four areas prefectures type.: Zhangjiajie, Xiangxi state , Yongzhou belong to regions of Low Carbon Intensity-High Carbon Sequestration; Zhuzhou and Changsha, Changde belong to regions of Low Carbon Intensity-Low Carbon Sequestration; the central part of Hunan Province belong to the regions of high Carbon Intensity-low Carbon Sequestration; Huaihua, Shaoyang, Hengyang, Chengzhou belongs to high Carbon Intensity-High Carbon Sequestration.Finally, the advice of how to reduce regional carbon emission has been given.

Hunan province; carbon emission intensity; forest carbon sequestration; regional difference; cluster analysis

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.07.017

http: //qks.csuft.edu.cn

A

1673-923X(2016)07-0097-06

2015-12-22

国家科技支撑计划项目(2012BAD14B17),湖南农业大学2015 年大学生科技创新项目“湖南森林植被碳储量及价值估算研究”

袁立嘉，硕士研究生

唐玉凤，教授；E- mail：tyf7040@163.com

袁立嘉，唐玉凤，伍格致.湖南省碳排放强度与森林碳汇地域差异分析[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(7): 97-102.

[本文编校：吴 毅]