基于碳收支核算清单的黑龙江省碳足迹及碳排放压力分析

李志学 赵婧宇 刘学荣 周嘉

摘 要 以黑龙江省为例，构建了碳排放清单的研究框架和核算方法，对区域碳排放进行了较为全面的核算，并进一步对碳排放强度、人均碳排放量及生态足迹进行了分析.结果表明：（1）黑龙江省整体碳排放量从2000年的5 061.04万t上升到2012年的9 363.93万t，涨幅为185%，达到最高值，并最终在2014年下降为8 602.15万t，最终涨幅170%；其中，2014年能源消费碳排放占总碳排放量的84.72%.（2）生态系统的碳汇能力呈现不断上升的趋势，其中以森林碳汇为主，其碳汇年均占总碳汇量63.55%，2000年达到最高值71.62%.（3）从碳排放量与经济发展的脱钩状态来看，2001年和2003年的脱钩指数大于1，其他年份均小于1，总体上呈现下降的趋势，脱钩程度越来越明显，说明黑龙江省的地区的经济增长不再完全依赖能源消耗的增长，单位碳排放支撑的经济产出率在不断提升.总体来看，黑龙江省净碳排放能力呈上升的趋势，未来的碳排放压力较小，具有广阔的碳排放空间.

关键词 碳收支；碳足迹；碳排放强度；黑龙江省

中图分类号 F121.3文献标识码 A文章编号 1000-2537（2017）06-0009-08

Abstract Using Heilongjiang province as an example， in this work，a research framework and accounting method of carbon emission inventory have been constructed.The carbon emission intensity of the area was calculated.The carbon emission intensity， per capita carbon emission， and ecological footprint were analyzed. Our results show that： （1） The overall carbon emissions in Heilongjiang province increased from 50.610 4 million in 2000 to 93.639 3 million t in 2012， or increased by 185%， reaching the highest value and eventually falling to 86.021 5 million t in 2014， with the final gain 170%， of which energy consumption in 2014 carbon emissions accounted for 84.72% of total carbon emissions. （2） The carbon sink capacity of the ecosystem showed a rising trend， among which the carbon sequestration was mainly due to the forest carbon sequestration， and the total carbon uptake was 63.55%， and amounted 71.62% in 2000. （3） From the decoupling of carbon emissions and economic development， the decoupling index in 2001 and 2003 is greater than 1， and less than 1 for the other years， with the overall trend declining. The degree of decoupling is becoming more and more apparent， indicating that the regional economic growth in Heilongjiang province is no longer entirely dependent on the growth of energy consumption.Unit carbon emissions to support the economic output rate is on the rise. Overall， the net carbon emission in Heilongjiang province is increasing， but the future of carbon emissions pressure is decreasing， with a broad carbon emission space.

Key words carbon balance of payments； carbon footprint； carbon intensity； Heilongjiang province

随着全球经济快速发展，能源的大量使用，温室气体排放量不断增加，致使全球气温不断上升，根据联合国政府气候变化专门委员会（IPCC）公布的第5次评估报告显示，全球地表平均气温在1880—2012年期间已经上升了0.85℃；美国公布报告称，2014年成为气象记录以来最暖年，并且15个最暖年中有14个发生在21世纪.气候变暖趋势仍然继续，协调好社会经济与资源环境之间的关系刻不容缓.尽管全球气候变化的成因很复杂，但以CO2為代表的温室气体排放造成的温室效应被认为是主要的人为因素，温室气体的排放成为全人类共同面对的重大问题.近些年来，针对碳排放研究也愈来愈多，例如黄潮清借助遥感数据和相关统计数据，对区域碳收支进行了核算，运用CNM-CFS3森林碳收支模型对广东省2005—2020年陆域碳收支进行了模拟和预测，并探讨了该省陆域碳收支时空格局的演变规律[1].杨琳利用主成分分析法通过STRPAT模型分析了城市化发展对吉林省碳排放的影响分析[2].赵荣钦等对江苏省碳收支清单进行了核算，并预测了2020年江苏省的碳减排潜力[3].郑福云通过碳排放系数法对哈尔滨市农业碳收支进行估算，并且提出了农业低碳发展的措施[4]；刘英运用碳源/汇估算模型对我国农业生产碳收支进行初步的核算和分析，认为我国农业的碳吸收明显大于碳排放，认定我国农业是“碳汇”区[5].以上研究主要集中在产业的碳排放核算[6-9]、土地利用的碳排放核算[10-13]、生态系统的碳汇[14-17]等方面，碳排放核算体系还不够完整，尤其在省级区域尺度上比较缺乏.黑龙江省是我国重要的老工业基地区，构建其碳收支核算体系，阐明其碳收支状况及特征对于深入开展节能减排及低碳城市的有效构建有着重要的意义.

1 省域中尺度碳收支核算方法

1.1 研究思路

（1）本文基于碳排放清单的核算方法，从碳源和碳汇两方面核算黑龙江省的碳收支.碳源从能源消费、工业生产过程、食物消费、农业活动和废弃物等5方面导致的碳排放对其核算；碳汇针对农田、森林、草地和城市绿地4类土地利用类型进行核算（图1），并阐明了黑龙江省的碳收支状况及特征.

（2）选取单位GDP碳排放量、人均碳排放量及脱钩指标对黑龙江省碳排放压力进行分析，探讨碳足迹及其变化状况.

1.2 数据来源

本文采用的相关研究数据均来自2001—2015年度《黑龙江统计年鉴》、《黑龙江省国民经济和社会发展统计公报》等.

1.3 核算方法

1.3.1 能源消费碳排放核算方法 本文参考IPCC[18]核算碳排放量的计算公式如下：

本文主要采用一次能源消费总量核算黑龙江省能源消费碳排放量.煤炭、石油、天然气折算标准煤的参考系数分别为0.71，1.43和1.33，来源于《中国能源统计年鉴》.碳排放系数是指每一种能源燃烧或使用过程中单位能源所产生的碳排放数量.IPCC 指南根据各种燃料的不同特性可得出不同的数据进行统计分析.由于不同国家的发展水平、能源技术和研究条件的不同，即使相同种类能源的碳排放系数存在差异，本文通过调研相关文献，收集各类能源的碳排放系数，认为取平均值最为可靠[3]（详见表1）.

1.3.2 工业生产过程的碳排放核算 工业生产过程碳排放主要包括钢铁、水泥、合成氨、石灰、电石等生产过程中产生的二氧化碳（包括生产工艺或化学反应）.由于涉及到行业的工业生产工艺，并且各地区的不同生产工艺和地区生产能耗情况的数据难以获取，因此主要采用钢铁、水泥、合成氨3种行业相关参数，结合工业产品的产量进行初步推算，其中碳排放因子分别为1.06，0.136和3.273 t CO2Ce/t[19].具体公式如下：

1.3.3 食物消费碳排放 分别对城镇和乡村居民食物主要包括粮食、蔬菜、水果、畜禽肉等9类食物消费的碳排放进行核算，计算公式如下：

1.3.4 农业活动碳排放 由于农业系统自身要素的复杂性以及作为碳源、碳汇的双重特征.本文主要核算黑龙江省稻田甲烷、农作物耕作活动、动物肠道发酵和粪便处理的碳排放，其中农作物耕作活动主要涉及农膜、农药、化肥施用、灌溉、农业机械使用；动物主要涉及猪、牛、羊、马、驴、骡.其碳排放系数[21-22]分别为稻田甲烷0.079（m2·g），农膜5.18（kg/kg）、化肥0.857 54（kg /kg）、农药4.934 1（kg/kg）、灌溉266.48（kg/hm2）、农业机械0.18（kg/kg），动物肠道发酵和粪便处理参考IPPC[18]中的缺省值.计算公式如下：

1.3.5 废弃物碳排放

（1）固体废弃物碳排放

垃圾的最终处置方式主要是焚烧和卫生填埋.焚烧主要是CO2的排放，填埋主要是CH4的排放.计算公式如下：

（2）废水碳排放量

废水的碳排放量从生活废水和工业废水两部分排放的甲烷量来计算.生活废水的碳排放量计算如下：

工业废水中甲烷排放量计算方法如下：

1.3.6 陆地生态系统碳吸收 区域陆地生态系统碳汇能力是衡量区域碳补偿水平和固碳效率的重要指标.为了解黑龙江省碳吸收状况及其补偿效果，需要说明的是由于湿地既是碳汇也是碳源，并且核算体系不完善，因此本文仅对其森林、草地、城市绿地和农田4类主要陆地生态系统的碳吸收进行了测算，其中，森林、草地和绿地的碳吸收率采用3.81 t/hm2，0.948 t/hm2 [25] 和2.379 t/hm2.

农田的碳吸收按照农作物的净初级生产力（NPP）来计算：

2 黑龙江省碳收支核算分析

结合以上的核算方法，对黑龙江省的碳收支进行核算分析，得到黑龙江省2000—2014年的碳收支核算清单，阐明黑龙江省的碳收支状况及特征：

（1）研究期间，能源消费碳排放量平均占碳排放总量的85%以上.黑龙江省的碳排放的主要来源是化石能源的燃烧，其中以煤炭燃烧产生的碳排放为主，在2012年达到最高值，且占能源消费碳排放的86.8%，其余年份也均在80%以上.在未来黑龙江省低碳经济发展规划中，能源消费结构的调整应成为节能减排的重点领域.工业生产过程、食物消费、废弃物（废水和城市垃圾）年均各占0.3%，农业生产活动占0.5%，节能减排的空间较小，但也存在一定空间，要注意工业生产过程及废弃物碳排放控制技术的革新，为城市低碳经济的进一步发展做出贡献.

（2）碳排放总量整体上呈现增长态势（图2）.从2000年的5 061.04万t增长到2014年的8 602.15万t，增幅高达170%.这表明随着黑龍江省社会经济的发展、人口的增加，能源和食物的消费、废弃物的增多导致了黑龙江省碳排放总量的增加.但是在这十五年间，2004年碳排放量增幅最为明显，比2003年碳排放总量增加21.6%，其中贡献最大的是能源消费较上一年增幅达24.5%，其次是工业的碳排放增幅14.6%，农业碳排放增幅13.8%.并且在2013年和2014年呈现下降的趋势，2014年比2012年下降幅度达到8.1%，说明黑龙江省的减排工作已初见成效，能源效率在不断提高.

（3）生态系统的总的碳汇能力在不断上升中（图3，图4）.其中以森林为主，其次是农田，绿地，城市绿地.森林碳汇量呈现平稳态势，而农田碳汇量则是上升趋势，其中森林的碳汇年均占总的碳吸收量63.55%以上，2000年最高达到71.62%，2014年最低55.21%.农田2003年最低24.95%，2014年最高43.11%，（图5）.可能由于人口的增加、城市的扩张，需要土地资源增多，致使农田规模扩大，森林面积有所减少，但总体的碳汇能力在不断上升.

（4）总体而言，在2000—2014年间黑龙江省明显表现出碳汇区的特性，且碳汇能力呈上升趋势，而碳排放量在2013年之后呈下降趋势，净碳排放能力呈上升趋势.表明未来黑龙江省的减排压力较小，具有广阔的碳排放空间.但应继续扩大优势，从调整能源结构，开发新的能源，实现资源型城市产业转型等方面入手，实现节能减排和低碳发展.

3 碳足迹及特征分析

碳足迹是指企业机构、活动、产品或个人通过交通运输、食品生产和消费以及各类生产过程等引起的温室气体排放的集合[11].作为人类活动对环境的影响和压力程度的衡量，碳足迹成为近年来国内外研究的热点领域.本文采用NEP（net ecosystem productivity，即净生态系统生产力）指标来反映不同植被的碳吸收量[11，30].并以此计算出消纳碳排放所需要的生产性土地的面积（碳足迹）.计算公式如下：

（1）黑龙江省2000—2014年碳足迹始终小于生产性土地的实际面积，为生态盈余区.尤其是森林和农田的面积的绝对优势，使黑龙江省的自身生态系统的碳吸收完全可以补偿能源消费产生的碳排放，还有部分盈余.说明黑龙江省未来的减排压力较小，具有很广阔的碳排放空间；

（2）黑龙江省森林覆盖率较高，其森林面积及其碳吸收高于草地、城市绿地和农田.并且在研究期内黑龙江省森林碳吸收量占总吸收率为64%，表明该地区森林生态系统在吸纳区域碳排放方面起重要作用.

（3）2000—2014年，黑龙江省能源消费的平均单位面积碳足迹为0.65 hm2/ hm2，表明1 hm2土地上能源消费碳排放被吸收掉需要的生产性土地面积为0.65 hm2的土地，碳减排压力大，且逐年上升；由于城市发展对耕地的占用、建设用地的快速扩张，削弱了区域生态系统的碳汇水平，加剧了单位面积的碳排放.即使是处于碳汇区，15年来也呈现生态盈余逐渐降低的趋势.因此黑龙江省应继续保持现有森林拥有量，增加森林蓄积量，增强碳汇能力，同时重视发展清洁能源，逐步提高自身节能减排的水平.

4 碳排放压力及其变化分析

本文主要从单位GDP的碳排放强度、人均碳排放和碳排放与GDP的脱钩指数等方面分析碳排放压力.碳排放强度是指单位地区生产总值的碳排放量，反映了经济发展的环境压力程度，也反映了区域经济活动的能源消耗效率；人均碳排放量反映的是人均碳排放压力，人均碳排量越大，人均碳排压力越大；“脱钩”就是表示两者之间的关系的断裂，是使经济增长与资源消耗或环境污染之间实现脱钩的状态[29].脱钩指数计算公式：

通过分析得到黑龙江省碳排放压力以下特征：

（1）黑龙江省的碳排放强度呈现逐年下降的趋势，从2000年的1.61t/万元下降到2014年的0.57t/万元，降幅达64.6%.表明其单位生产总值增长带来CO2排放量在减少，能源效率不断提高，经济发展水平不断提高，可见黑龙江省的减排工作已初见成效（图6）；

（2）从人均碳排放量情况来看，2000年是1.32t/人，2014年上升到2.24t/人，在2012年达到最高值2.44t/人.2000—2012年呈持续上升的态势，在2013年开始下降.人口不断增加，人均碳排放压力也不断增加；2013年之后随着碳排放总量的下降，人均碳排放压力较往年有所下降（图6）；

（3）从脱钩指数来看，在研究期十五年间里只有2013年和2014年实现了经济增长与碳排放的绝对脱钩；2001年和2003年的脱钩指数大于1，其他年份均小于1，总体上呈现下降的趋势，脱钩程度越来越大（图7）；从碳排放GDP弹性来看，在2000—2014年间，仅有2013年和2014年实现了强脱钩状态，2002年和2004年呈负脱钩状态，其余年份均呈现弱脱钩状态（表4）；从增长速率来看，研究期间内GDP的增长速率整体上大于碳排放量的增長速率，且都为正增长；而在2013年和2014年两年中碳排放增长速率为负增长.表明在研究期间内，黑龙江省经济整体向好的方向发展，从弱脱钩逐渐实现了强脱钩状态（表4），并且碳排放量增长速率出现负增长，经济状态始终为正增长；表明黑龙江省的经济增长主要依靠能源大量消费并在节能减排的政策下逐渐实现了碳排放绝对量的减少，逐步实现了经济的绿色发展，碳减排的压力也在不断减小.

5 结论与建议

本文以黑龙江省为例，构建了碳排放清单的研究框架和核算方法，对区域碳排放进行了较为全面的核算，并对碳排放强度、人均碳排放量和弹性系数及生态足迹进行了分析.结果发现，黑龙江省总碳排放量从2000年的5 061.04万t上升到2012年的9 363.93万t，涨幅为185%，达到最大值，并最终在2014年下降为8 602.15万t，最终涨幅170%，其中，能源消费碳排放占84.72%.黑龙江省碳排放强度总体上呈现下降趋势；而人均碳排放呈逐年增加趋势并在2012年达到最大开始下降；生态系统的碳汇能力不断上升；并且黑龙江省处于碳汇区，未来的碳排放压力较小，具有广阔的碳排放空间.基于上述情况作出以下建议：

（1）调整能源消费结构

黑龙江省的能源消费结构依然是以煤炭为主，因此应优化能源消费结构，促进能源消费结构的低碳化发展.化石能源是影响碳排放的主要因素，调整能源消费结构重点应放在推广煤炭清洁利用，提高原煤入洗比例，并且减少原煤和焦煤等高排放能源的消耗量.开发清洁能源例如水能资源等，开发黑龙江省的水力发电，替代传统的火力发电，逐步降低工业发展对化石能源的依赖程度，从而削减碳排放强度.

（2）提高能源利用率

黑龙江省由于纬度高，冬半年供暖期使用大量的煤炭，在冬季供暖期长达6个月，对碳排放量贡献大.应重点通过鼓励能源利用的技术进步和技术创新，促进节能减排.提高能源的生产、加工、使用效率，提升煤炭能源利用率可减少二氧化碳的排放量.

（3）加大产业结构调整力度

实现产业结构的优化升级，促进高新技术产业和現代服务业的发展，推动高耗能、高污染、高排放行业向低耗能、低污染、低排放产业转变.黑龙江省煤炭、石油、化工等行业污染较为严重，应严格限制高能耗、高排放行业的盲张扩张，加快淘汰落后产能，努力促进低碳高效产业发展.

（4）建立碳排放交易体系

我国政府应推动建设碳排放权交易机制，完善碳交易场所和产品，制定和完善相关碳交易法律制度.在不损害环境效应机制的情况下，适当进行碳交易，拉动省内经济增长，实现省内经济清洁无污染发展.

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