郑州市典型产业用地效益与碳排放强度的关系研究——基于181家企业的调查

余 娇，赵荣钦，侯丽朋，2，刘秉涛，张战平，李宇翔，4，杨青林

（1.华北水利水电大学测绘与地理信息学院，河南 郑州450046；2.中国科学院城市环境研究所，福建厦门 361021；3.华北水利水电大学环境与市政工程学院，河南 郑州 450046；4.云南大学国际河流与生态安全研究院，云南 昆明 650091）

1 引言

在现阶段发展低碳经济和保护环境的重大战略需求的背景下，从土地利用视角开展碳排放研究并探索低碳土地利用模式有助于合理配置土地资源并提高用地效益[1-3]。土地利用效益是指单位面积土地投入与消耗在区域的社会、经济、生态等方面所实现的物质产出或有效成果[4]。近年来，国内外不少学者开展了不同空间尺度的土地利用效益研究，主要集中在国家[5]、省级[6]、城市[7-8]及经济开发区[4]等层面，也有学者开展了城市产业用地效益的研究[9]。另外，用地效益的研究视角也逐步由经济效益[10]、社会效益[11]及生态效益[12]等单项效益的评价转向综合效益[13]的评价。其中，TOPSIS法[14]、PSR模型[15]、神经网络模型[16]等是主要的研究方法。在用地效益的评价指标方面，国内外学者主要采用地均工业产值、地均劳动力人数、地均利税、土地利用强度、能源消耗、固体废弃物利用率等指标开展分析[17-18]。实质上，用地效益评价指标的选取要结合研究尺度和区域实际情况来确定，并综合考虑指标的的科学性、可操作性和代表性等的要求。同时，近年来，一些学者也开展了土地利用和碳排放的关系研究，主要包括区域土地利用的碳收支核算[18-19]、土地集约利用及碳排放效率[20]、土地利用低碳优化及模式[21]等的研究，主要涉及国家[19]、省级[22]、城市[23]等不同的空间尺度，研究的重点是从不同土地利用方式入手，开展碳排放（或碳收支）核算及时空差异分析，并揭示用地方式及其变化对碳排放的影响机制。

总体来看，前期对土地利用效益及碳排放的研究主要集中在区域层面，而对于企业尺度的研究还需要进一步加强。就企业层面而言，用地效益不能只考虑经济产出指标，而要综合考虑资本投入、劳动力投入、能源消耗、废弃物排放等多要素对企业用地效益的影响；同时，由于企业类型复杂多样，不同产业用地效益与碳排放强度的关系具有较大的行业差异。因此，本文采用郑州市2012—2015年181家企业的相关数据，对不同行业的用地效益进行了评价，并运用Tapio脱钩方法分析了不同产业用地效益和碳排放强度的关系，为基于低碳和用地节约双重目标的城市产业结构调整和土地利用空间结构优化提供理论基础和实践指导。

2 理论框架、数据来源与研究方法

2.1 理论框架

企业用地效益实质上反映了企业单位用地的经济产出，是从土地利用视角衡量企业投入产出效率的重要指标。实际上，企业经济活动的正常运行还需要资本、劳动力、能源和水资源等生产要素的投入，这些生产要素通过企业自身的资源整合、技术及管理会转化为一定的物质产出或有效成果，其中，有效成果一般用工业产值来衡量。另外，企业在生产过程中的物质和能源消耗（包括资源、化石能源和电力等）会带来一定的CO2和废弃物排放。由于企业生产活动中投入和产出关系的复杂性，企业用地效益的评价需要兼顾多方面的因素，不能只简单地考虑经济产出效益，还要综合考虑生产要素投入的成本和对生态环境造成污染破坏的非合意产出。同时，企业投资规模、土地利用集约程度、劳动力效率和技术水平等的高低，不仅会影响生产效率，还会通过影响能源效率来间接影响碳排放和企业用地效益。但对于不同的企业类型而言，用地效益和碳排放强度的影响机制不尽相同，两者之间的关系也存在差异（图1）。因此，本文力图将资本、劳动力、能源和水资源消耗、废弃物排放等多要素引入到企业用地效益评价中，并探讨企业用地效益和碳排放强度之间的关系。

图1 企业用地效益与碳排放强度关系的理论框架Fig.1 Framework of the relationship between land-use efficiency and carbon emission intensity of enterprises

2.2 数据来源

本文采用2012—2015年郑州市181家企业的数据，主要包括：企业能源消耗量（煤炭、燃料油、焦炭、天然气、电力、其他燃料）、工业总产值、工业用水量、劳动力数量、企业用地面积、资本投入，废弃物排放量（化学需氧量、二氧化硫和氮氧化物等）等数据。其中，劳动力数量和企业用地面积来自企业调研，调研主要采用调查问卷和电话咨询相结合的方式；资本投入的数据来自《郑州统计年鉴》（2013—2016年），其他数据来源于郑州市环保局的企业年度环境监测数据。本文将181家企业按《国民经济行业分类（GB/T4754—2011）》归并为22类产业，各产业编号、名称和代码等信息见表1。

需要说明的是：（1）由于在调研中缺乏不同企业资本投入的相关数据，因此，各企业资本投入的数据是根据《郑州统计年鉴》中不同行业资本投入和生产总值的数据，结合调研企业的生产总值，通过两者之间的比例关系进行推算得到的。（2）本文所涉及的22类产业既包括轻工业，也包括重工业；既包括传统工业，也包括新兴产业，门类较为齐全，在郑州市的整个产业结构中具有典型代表性。

2.3 研究方法

2.3.1 产业用地效益评价方法

（1）用地效益评价指标选取。本文选取产业的地均资本投入、地均劳动力投入、地均用水投入、地均能源消耗投入、地均工业产值、地均废弃物排放作为评价产业用地效益的指标（表2）。

（2）用地效益评价指标权重确定。由于不同指标具有不同的量纲和单位，需要将各指标进行标准化处理后再求其权重，本文采用极差标准化法对正向和负向指标进行标准化处理。熵权法[24]是一种客观的赋权方法，能在一定程度上避免主观因素对评价指标权重的影响，本文采用熵权法对产业用地效益评价的6个指标确定权重。

权重计算结果发现， “地均工业产值”的权重最大，年均值为0.523 4，“地均资本投入”的权重也较大，这两个指标对评价结果及评价对象的影响稍大，而“地均用水投入”“地均废弃物排放”等的权重较小，对评价对象及评价结果的影响稍小（表3）。

表1 郑州市典型产业编号及代码名称Tab.1 The codes and names of typical industries in Zhengzhou

表2 郑州市典型产业用地效益评价指标Tab.2 The indexes of land-use efficiency evaluation of typical industrial land in Zhengzhou

表3 郑州市典型产业用地效益评价指标权重Tab.3 The weights of indexes of land-use efficiency evaluation on typical industrial land in Zhengzhou

（3）用地效益评价方法。本文采用多因素综合评价法[25]对2012—2015年郑州市22个产业用地效益水平进行定量研究，计算方法如下：

式（1）中：Iθi为θ年份i产业的用地效益；Yθij为指标的标准化值；Wθj为θ年第j个指标的权重值。

2.3.2 产业碳排放计算方法

借鉴IPCC的计算方法，产业能源消费碳排放的计算公式参考赵荣钦等的研究[26]。

2.3.3 产业用地效益和碳排放强度的脱钩分析

本文选用产业碳排放强度和产业用地效益值分别作为环境负荷和经济驱动力指标值，构建产业碳排放强度与产业用地效益值的脱钩模型计算公式如下[27]：

式（2）中：θ表示脱钩指数；E表示产业碳排放强度；β表示产业用地效益水平值；t0，t1表示时间段的起止时刻。基于Tapio脱钩指数划分的的脱钩状态分类见表4。

表4 脱钩状态划分Tab.4 The divisions of decoupling status

3 结果分析

3.1 典型产业用地效益的差异分析

2012—2015年，郑州市产业用地效益水平整体不高（除烟草制品业和计算机、通信和其他电子设备制造业），多数产业的用地效益值在0.6以下且年际变化较稳定（图2）。在产业用地效益的评价指标中，产业地均工业产值所占的权重最大（年均值0.523 4），因此该指标数据的变化对用地效益评价的影响最大。以烟草制品业为例，该产业2013年的用地效益值为0.763 4，高于年均值（0.648 4），2014年则下降到了0.512 3，主要原因在于该产业2013年的地均工业产值（8.83×104元/m2）远大于2014年的（0.03×104元/m2），这也造成了该产业用地效益值在2013—2014年的年际波动较大。

不同产业用地效益水平差异明显。2012—2015年，电力、热力生产和供应业用地效益值最低（年均值0.330 9），原因在于该产业在生产过程中，地均用水量、能源消耗量及废弃物的排放量在22类产业里均是最高的，地均资本投入也处于较高水平，相反，地均工业产值较低。煤炭开采和洗选业用地效益水平也不高（年均值0.442 6）。另外，烟草制品业的用地效益值在2012年和2013年均是所有产业中最高的，分别达到了0.823 6和0.763 4，虽然在2014年和2015年有所下降，但用地效益年均值（0.648 4）仍是22类产业里最高的，研究期内烟草制品业的年地均工业产值为2.71×104元/m2，远远高于其他产业的地均工业产值，并且该产业主要从事烟草的种植、加工和销售等活动，所需能源消耗较少，产业的废弃物排放也很低。

3.2 典型产业碳排放强度的差异分析

2012—2015年，郑州市多数产业的碳排放强度小于0.100 t/m2，且年际变化较小，只有酒、饮料和精制茶制造业、印刷和记录媒介复制业及专用设备制造业的碳排放强度年际变化较大，其中，酒、饮料和精制茶制造业的碳排放强度年际变化最大，该行业碳排放强度呈逐年增加趋势，从2012年的0.038 t/m2增加到了2015年的0.477 t/m2，年均增长率为31.5%，原因在于该产业生产规模的逐年扩大，导致能源消耗量也相应增加。

郑州市不同产业碳排放强度具有明显差异。其中，非金属矿物制造业，电力、热力生产和供应业，酒、饮料和精制茶制造业碳排放强度较高，而农副食品加工业、医药制造业、汽车制造业等产业碳排放强度较低。其中，碳排放强度最大的是电力、热力生产和供应业，碳排放强度年均值为1.554 t/m2，远高于其他产业的碳排放强度，这是因为该产业主要从事热电联产、供热供气等生产活动，生产过程中有大量的能源消耗（特别是煤炭消耗）；汽车制造业碳排放强度年均值最小，仅为0.002 t/m2，这归因于该产业用地面积较大，在生产过程中又以电力为主要能源。

3.3 典型产业用地效益和碳排放强度的脱钩分析

图2 2012—2015年郑州市典型产业用地效益的对比Fig.2 The comparisons of land-use efficiency of typical industrial land in Zhengzhou from 2012 to 2015注：横轴代表如表1所示的产业编号。

在对郑州市不同产业的用地效益和碳排放强度进行脱钩分析之前，运用SPSS 19.0软件中的pearson相关系数对两者之间的关系进行了量化相关性分析，结果表明，郑州市不同产业用地效益与碳排放强度的相关性差异明显。比如，通用设备制造业、煤炭开采和洗选业、电力、热力生产和供应业呈高度负相关，且为显著性水平；农副食品加工业、烟草制品业等产业为中度正相关，医药制造业、非金属矿物制造业等产业为低度正相关。

脱钩分析发现，2012—2015年间，产业用地效益和碳排放强度的脱钩程度随时间波动较大（表5）。其中，2012—2013年，农副食品加工业、纺织业等产业的脱钩状态为强负脱钩；烟草制品业、造纸和纸制品业等产业为衰退脱钩；2013—2014年，煤炭开采和洗选业、食品制造业等产业的脱钩状态为强脱钩；酒、饮料和精制茶制造业、纺织业等产业的脱钩状态为扩张负脱钩；2014—2015年，纺织业、纺织服装、服饰业等产业的脱钩状态由扩张负脱钩变为了强负脱钩；化学纤维制造业等产业的脱钩状态也由强脱钩转变成了强负脱钩。

2012—2015年，烟草制品业和印刷和记录媒介复制业的脱钩状态分别为衰退耦合和强负脱钩；农副食品加工业、酒、饮料和精制茶制造业等产业的脱钩状态为扩张负脱钩，这些产业用地效益水平提高的同时，碳排放强度也相应上升，而且产业用地效益水平提高的幅度要小于碳排放强度的涨幅，以农副食品加工业为例，该产业在2015年的用地效益值和碳排放强度相比2012年分别上升了10.15%和32.08%，这表明，随着这些产业用地效益的提升，碳排放强度也呈明显的增长态势；煤炭开采和洗选业、食品制造业等产业的脱钩状态为强脱钩，这些产业用地效益水平提高的同时碳排放强度是呈下降趋势的，以煤炭开采和洗选业为例，该产业在2015年的用地效益值相比2012年的上升了8.36%，而相应的碳排放强度却下降了55.48%。

表5 郑州市典型产业用地效益与碳排放强度的脱钩状态Tab.5 The decoupling status of land-use efficiency and carbon emission intensity of typical industrial land in Zhengzhou

4 结论与政策建议

本文采用2012—2015年郑州市181家典型企业的数据，对不同产业用地效益和碳排放强度的关系进行了分析。主要结论如下：（1）2012—2015年，郑州市典型产业用地效益水平整体不高（除烟草制品业和计算机、通信和其他电子设备制造业）；多数产业的用地效益值年际变化较稳定；不同产业用地效益水平存在明显差异，其中，用地效益水平最低的是电力、热力生产和供应业（年均值为0.330 9），最高的是烟草制品业（年均值0.648 4）。（2）大部分产业的碳排放强度小于0.1 t/m2，且多数产业的碳排放强度年际变化波动较小；不同产业碳排放强度差异明显，其中，碳排放强度最大的是电力、热力生产和供应业（年均值1.554 t/m2），最小的是汽车制造业（年均值0.002 t/m2）。（3）郑州市不同产业用地效益与碳排放强度的相关性差异明显，且两者之间的脱钩程度随时间波动较大；2012—2015年，烟草制品业和印刷和记录媒介复制业的脱钩状态分别为衰退耦合和强负脱钩，农副食品加工业等产业的脱钩状态为扩张负脱钩，煤炭开采和洗选业、食品制造业等产业的脱钩状态为强脱钩。

基于本文的研究结论，建议未来郑州市在低碳产业发展方面可采取以下对策：（1）不同产业用地效益和碳排放强度之间的相关性和脱钩状态差异明显，未来应针对不同产业制定差别化的用地模式和减排策略，这对于实现企业土地集约利用和低碳转型具有重要的实践意义。比如农副食品加工业、酒、饮料和精制茶制造业等产业应重点通过提高能源效率降低碳排放水平，而煤炭开采和洗选业、食品制造业等产业则应重点通过土地集约利用降低碳排放强度。（2）通过产业用地结构优化推动产业结构调整。依据产业用地效益的评价结果，对高碳排放、高能耗及用地不集约的产业进行调控，比如设置准入门槛，通过税收等政策进行调控，进一步推动城市产业结构优化，推动城市产业低碳转型。（3）建议未来可以将土地利用碳排放效益评价作为开展企业碳排放绩效的参考，并将其作为重要调控因子融入到区域碳核查与碳交易的体制机制中，这对于推动企业碳减排和用地节约的双重目标的实现具有重要的实践价值。