重庆市碳足迹与碳承载力变化特征及趋势预测

2017-05-13陈川谢世友

湖北农业科学 2017年7期

陈川+谢世友

摘要：为了全面了解重庆市碳排放状况，通过碳足迹相关研究方法测算了重庆市1997-2013年的碳足迹和1999-2013年植被碳承载力，通过GM（1，1）灰色预测模型预测了2014-2018年重庆市的碳足迹变化趋势。结果表明，1997-2013年重庆市碳足迹总量从6 320.41万t增加到21 199.82万t，化石能源碳足迹是整个碳足迹的主要构成部分；1999-2013年，碳承载力从3 304.63万t增加到3 827.59万t，森林碳承载力是碳承载力主要构成部分；1999-2013年，人均碳足迹从2.49 t/人增加到6.31 t/人，单位面积碳足迹也由9.28 t/hm2上升到25.73 t/hm2；万元GDP碳足迹下降到1.67 t。通过GM（1，1）模型预测到2014-2018年重庆市碳足迹将进一步增加，预计在2018年碳足迹将达到36 646.181 7万t。

关键词：碳足迹；碳承载力；灰色系统GM（1，1）预测模型；重庆市

中图分类号：X22 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）07-1257-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.07.014

Characteristics and Trend Prediction of Carbon Footprint and Carbon Carrying Capacity in Chongqing City

CHEN Chuana，XIE Shi-youa，b

（a.School of Geography Sciences；b.Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Regions Eco-Enviroment of the Ministry of Education， Southwest University， Chongqing 400715， China）

Abstract： In order to know the situation of carbon emissions in Chongqing city， the carbon footprint（1997 to 2013） and the carbon carrying capacity（1999 to 2013） was estimated by IPCC method. In addition，GM（1，1） was used to predict the change trend of carbon footprint from 2014 to 2018. The results showed that， between 1997 and 2013， the carbon footprint grew from 63.204 1 million tons to 211.998 2 million tons，and fossil fuel was the main part of carbon footprint. Between 1999 to 2013，carbon carrying capacity grew from 33.046 3 million tons to 38.275 9 million tons， and forest carbon carrying capacity was the main part. Carbon footprint per capita increased from 2.49 tons to 6.31 tons from 1999 to 2013. Meanwhile，the unit area of carbon footprint raised from 9.28 ton/hm2 to 25.73 ton/hm2，and carbon footprint per ten thousand GDP dropped to 1.67 tons. According to GM（1，1） model， the carbon footprint of Chongqing will keep increasing from 2014 to 2018， and the carbon footprint will up to 366.461 817 million tons in 2018.

Key words： carbon footprint； carbon carrying capacity； GM（1，1） predict model； Chongqing city

根据IPCC的最新研究，20世纪50年代以来的全球气候变暖原因至少一半以上要归咎于人类活动[1]。中国自2006年以来已经成为世界上碳排放的第一大国，减排压力巨大，科学合理的碳减排政策既能够促进经济快速增长，也能够促进产业结构合理调整，并且对缓和全球变暖趋势具有重要意义。国内学者开展了大量关于碳排放的研究工作，取得了不少研究成果。李江苏等[2]通过研究表明，人口增长、经济增长、产业结构演进、能源结构倒退作为间接影响因子共同促进中国碳排放增长；武红等[3]通过研究得出，1953-2010年，中国的经济增长是以化石能源高碳排放为驱动力的。此外，还有一些学者研究了诸如农业[4-7]、化石能源[8-11]、居民生活[12-14]等方面的碳足迹，在相关方面取得了许多成果。但是这些研究大多只侧重碳排放增长因素、碳排放与经济增长联系、各个领域具体碳排放量等，较少或者没有涉及到碳承载力，也没有对相关区域的碳承载力进行计算、评估以及预测，因而无法全面评测区域碳超载程度，也不能結合区域的碳承载能力为减排给出全面的意见和建议。

为了全面研究重庆市碳足迹状况，一方面计算分析了1997-2013年重庆市的碳足迹，引入了净碳足迹等指标；另一方面计算了该地1999-2013年植被碳承载力，并且根据GM（1，1）灰色预测模型预测了未来几年重庆市的碳足迹。

1 研究区域概况

重庆市位于105°11′-110°11′E、28°10′-32°13′N之间，已经成长为长江上游最大的经济中心和交通枢纽中心。自1992年以后，重庆市经济高速发展，重庆市的国民生产总值（GDP）年均增长率将近13.5%，经济始终保持平稳高速增长，城镇化速度较快，目前城镇化率已提高到57%。与此同时，重庆市的能源消耗量也在快速增加，表现出与经济增长变化趋势相一致的特点，成为西南地区碳排放量增加十分突出的区域。

2 数据来源与研究方法

重庆市地处中国西南部，具有大城市与大农村的结合特点。其城市能源消费结构以化石能源、电能为主，在农村则以生物质能为主，根据马彩虹[15]研究数据，化石能源碳足迹占据整个能源碳足迹的绝大部分，农村生物质能源碳足迹不仅比重较小，且有持续降低趋势，加上数据获取困难，因此不予考虑。除此之外，还应考虑特殊工业生产过程中的CO2排放，如水泥生产，由于数据来源限制，因此只计算水泥生产过程中的碳排放。碳承载力部分则由森林、草地和农业碳承载力3部分构成。研究数据来源于1997-2013年《中国能源年鉴》、《重庆统计年鉴》、重庆市国土资源和房屋管理公报和中国农业部网站等。

2.1 碳足迹计算

研究中碳足迹主要由2个部分组成，即化石能源碳足迹以及特殊工业所产生的碳足迹。化石能源碳足迹部分根据IPCC 2006年指南中的相关计算原理计算，碳排放系数采用谢鸿宇等[16]、卞晓红等[17]的研究结果；特殊工业产生碳足迹计算了水泥生产碳足迹，水泥生产过程中的碳足迹包括能源消耗碳足迹和生料分解碳酸盐产生的碳足迹2个部分，为避免重复计算，只计算生料分解碳足迹，碳足迹和碳承载力数据都转化为CO2数据。

F=E+I=N×f=A×Fd （1）

E=∑Ei×EFi （2）

I=Iy×D （3）

式中，F为区域碳足迹，t；E为化石能源CO2排放量，t；I为水泥生产的碳足迹，t；N为人口数量； f为人均碳足迹，即区域碳足迹总量与区域总人口的比值，t/人；A为区域面积，hm2；Fd为碳足迹密度，即单位面积碳足迹，t/hm2；Ei为能源i的消耗量，万t；EFi为碳排放系数，即每吨该种化石能源所产生的CO2；i为能源种类；Iy为水泥产量，万t；D为水泥分解时产生的CO2，采用相关研究结果，取中间值[18，19]0.427 t CO2。

2.2 碳承载力计算

碳承载力是指某地区内各种植被每年所能固定CO2的量，本研究主要计算森林、草地和农作物3种植被的固碳量，计算方法采用了肖玲等[20]的方法：

C=N×c=A×Cd=Cf+Cg+CP （4）

Ci=Si×PNEI×/44/12 （5）

CP=β×CC×■×∑■ （6）

式中，C为区域碳承载力总量，t；N为区域人口数量；c为区域人均碳承载力，即区域碳承载力总量与总人口的比值，t/人；Cd为单位面积碳承载力，即区域碳承载力总量与其面积的比值，t/hm2；Cf为林地的固碳量，t；Cg为草地的固碳量，t；Si为i类植被的面积；PNEI为1 hm2 i类植被1年固定的碳量，根据相关研究结果，重庆市森林指标的取值为2.84 t C/hm2[21]，草地植被的取值为0.36 t C/hm2[22]；CP为农田的固碳量，t；Pi为第i种作物的经济产量，主要为小麦、稻谷等7种主要农作物，t；Yi为经济系数，即经济产量与生物量之比；β为校正系数，依据秸秆进入工业的份额计算，取值为0.05；CC为生物量与固碳量之间的换算系数，取0.05。

2.3 碳足迹评价指标

通过引进净碳足迹、万元GDP碳足迹量等指标来评价碳压力状况。

CD=F-C （7）

Fg=■ （8）

式中，CD为净碳足迹，为该区域碳足迹与碳承载力的差值，用以比较碳足迹收支状况，万t；F为区域碳足迹总量，t；C为区域碳承载力总量，t；G为GDP，万元；Fg为万元GDP碳足迹，单位t/万元，用以衡量区域的能源利用效率。

3 结果与分析

3.1 碳足迹动态分析

由图1可知，1997-2013年重庆市碳足迹变化呈现出3个阶段，1997-2003年重庆市碳足迹处于微弱波动状态，总量在6 320.41万～7 657.25万t，整体变化不大；2003-2011年，重庆市碳足迹呈现出明显增长趋势，数量从2003年的6 846.25万t猛增至2011年的23 733.45万t，增长量达16 887.20万t，增长幅度也达到246.66%；2011-2013年，碳足迹呈现出微弱下降趋势。

从图2可以看出，化石能源碳足迹占整个碳足迹绝大部分，其比例为87.67%～94.42%，水泥碳足迹只占5.58%～12.33%。其中，化石能源碳足迹结构中，煤炭碳足迹占有极大比重，其排放量从1999年的5 627.86万t猛增为2012年的19 014.11万t，增长幅度达235.18%，是重庆市碳足迹增长的最主要因素；石油类能源碳足迹比重也有一定增加；天然气碳足迹比重相对较小；水泥生产碳足迹从1999年的511.38万t增加到2013年的2 613.41万t，增加速度也较快。从以上数据分析可得，化石能源碳足迹是重庆市碳足迹的主要构成部分，化石能源碳足迹的增长是重庆市碳足迹增长的主要原因，水泥碳足迹虽然所占比重小，但是增长较快，也需要引起重视。

3.2 碳承载力和净碳足迹分析

由图3可知，1999-2013年重庆市碳承载力表现为微弱增长，数量上从3 304.63万t增加到3 827.59萬t，增加幅度为15.83%。其中森林的碳承载力从3 096.30万t增加到3 618.80万t，增加幅度为16.87%；草地的碳承载力从31.33万t增加到43.22万t，增加幅度为37.95%；农作物碳承载力略有下降，波动变化。从整体上看，重庆市碳承载力未出现大的变化，保持着稳中略有增加的态势。

由图4可知，重庆市1999-2013年净碳足迹始终为正值，并且跟碳足迹变化保持一致。1999-2013年，重庆市净碳足迹先从4 340.42万t扩大到20 179.10万t，而后下降为17 372.23万t；单位面积碳足迹从9.28万t/hm2提高到25.73万t/hm2，提高了207.44%，而由于此时碳承载力增长幅度较小，因此单位面积净碳足迹从5.27万t/hm2提升到21.08万t/hm2，提高幅度达到300.00%，给重庆市的生态环境造成较大压力。

3.3 人均碳足迹、单位面积碳足迹和万元GDP碳足迹分析

由表1可知，1997-2013年重慶市人均碳足迹表现为持续增长，而人均碳承载力变化不大，因而人均净碳足迹和单位面积碳足迹增加迅速。17年间，人均碳足迹从2.08 t/人增至6.31 t/人，增幅高达203.37%。由此可见，重庆市在碳减排工作上需要付出更大努力。与此同时，应该注意到的是，重庆市万元GDP碳排放也在持续下降，从4.19 t降到1.67 t，下降幅度达60.14%，表明重庆市的能源利用效率正不断提高。

3.4 基于GM（1，1）模型的重庆市碳足迹和碳承载力预测

通过GM（1，1）灰色预测模型，以重庆市1997-2013年的碳足迹为原始序列，对重庆市2014-2018年的碳足迹进行了预测。

用x（0）（k）表示原始值序列，■（0）（k）表示模拟值序列，计算x（0）（k）和■（0）（k）的灰色绝对关联度？着。

|s0|=|■[x（0）（k）-x（1）]+■[x（0）（17）-x（0）（1）]|=71 082.495

|s1|=|■[x（0）（k）-■（0）（1）]+■[■（0）（16）-■（0）（1）]| =69 416.086

因此：

？着=■=0.988 3

数据关联度为一级，可以进行碳足迹的相关预测，通过预测得到重庆市2014-2018年碳足迹数值，如表2所示。结果显示，重庆市2014-2018年的碳足迹都将会进一步增加，碳足迹到2018年将达到36 646.181 7万t。

关于中国的碳排放增长原因，中国学者做了许多相关研究，得出促使碳排放增长主要是经济、人口、能源结构、技术创新等因素[23-25]。综合分析后，认为重庆市碳足迹的影响因素有以下几个：①人口规模的影响。重庆市作为中国西部惟一的直辖市，独特的地理位置和政治经济优势吸引了大量的外来人员，加上本地人口数量不断增加，以及生活水平的不断提高，进而对碳排放的增长形成明显推动作用。②经济增长因素的影响。经济的快速发展与化石能源消耗增加之间存在着密切的关系，重庆市设立直辖市以后，经济高速发展，甚至在2003年以后，重庆市经济保持约13%的高速增长，而此时碳足迹也是迅猛增加，2012-2013年经济增长放缓，重庆市碳排放也随之降低一部分，即经济增长与碳排放之间呈正相关。③能源利用结构的影响。从计算结果来看，重庆市的能源利用效率已经有了很大的提高，万元GDP碳足迹不断降低，已经从1999年的4.60 t降低到2013年1.67 t。仍需注意的是，重庆市的能源结构长期以煤炭为主，清洁能源使用比例较低，煤炭使用比例较高不仅会造成大量碳排放，还会对当地的环境污染如酸雨起到重要作用。④产业结构的影响。产业结构对一个地区的碳排放有着十分重要的影响，特别是已有相关研究表明，第三产业的比重提高可以减少碳排放。近些年，重庆市的第三产业所占比例在2000年曾达到41.7%，但此后一直处于波动下降状态，截至2012年重庆市第三产业所占比例为39.4%。而第二产业一直处于上升状态，重庆市本身作为老工业基地，第二产业比重过高不仅对碳减排不利，更会造成例如酸雨、生态破坏等环境问题。

3.5 重庆市碳减排建议

首先，重庆市人口规模增加是近些年碳足迹迅速增长的主要原因，因此应该实行好人口政策，完善户籍政策，控制好外来人员数量。还应该积极倡导健康低碳消费，提倡使用清洁能源，乘坐公共交通。

其次，要调整工业结构，转变经济发展方式，提高第三产业比重，降低重工业比重，调整能源使用结构，提高清洁能源使用比重，降低煤炭使用比例。重庆市需要大力推进高新技术产业发展，使得经济发展与碳减排目标同时能够进行。

最后，重庆市还应该进一步提高本区域碳承载力，加大对森林等主要碳汇的保护力度。近些年，重庆市森林覆盖率稳中有升，截至2013年，重庆市森林覆盖率已达到42.1%，碳承载力提高了16.12%，但跟巨大的净碳足迹相比仍然显得不够，因此重庆市应该在现有碳汇基础上退耕还林，禁止乱砍滥伐。

4 结论

通过改进碳足迹相关研究方法，引入了净碳足迹等相关指数，对重庆市1997-2013年碳足迹与碳承载力进行了动态计算和分析，得到以下结论。

1）1997-2013年，重庆市的碳足迹整体上呈现增加趋势，从1997年的6 320.41万t增加到2013年的21 199.82万t，增长幅度达235.42%。从整个碳足迹结构上来看，化石能源碳足迹占整个碳足迹的比例为87.67%～94.42%。因此可以得出化石能源的使用增加是碳足迹增长的最关键原因。

2）1999-2013年，重庆市碳承载力从3 304.63万t增加到3 827.59万t，增加幅度为15.83%。从碳承载力结构上看，森林占据了较大比重，是整个碳承载力的主体。从整体上看，重庆市碳承载力未出现较大的变化，保持着稳中略有增加的态势。

3）1999-2013年，重庆市净碳足迹从4 340.42万t扩大到17 372.23万t；人均碳足迹从2.49 t/人增至6.31 t/人，增幅达153.41%；人均碳承载力从1.08 t/人增至1.14 t/人，增幅为5.56%；单位面积碳足迹从1999年的9.28 t/hm2增加到2013年的25.73 t/hm2，增加幅度达177.26%。

4）1997-2013年，重庆市万元GDP碳排放也在持续下降，从4.19 t下降到1.67 t，下降幅度达60.14%，表明重庆市的能源利用效率正不断提高。

5）根据GM（1，1）模型预测了重庆市2014-2018年的碳足迹，结果显示，2014-2018年重庆市碳足迹将会进一步增加，并且在2018年将达到36 646.181 7万t，届时该地生态环境将会面临更为严峻的压力，因此需要科学合理的策略，以达到节能减排的目的。

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