与国土空间开发格局相适应的低碳发展区域分类初探

朱松丽?刘嘉?高翔?姜克隽?袁文?周湘

摘要 一直以来区域低碳发展政策以传统行政区划为基础，中东西边界明显，单纯以发展阶段、资源禀赋为主要因素指导国家温室气体控制目标的分解，难以真正促进发展模式的根本转变。以主体功能区划为依托的国土空间开发格局为区域低碳发展政策特别是区域重新分类提供了新的抓手， 但囿于数据问题，现有研究在数量和质量上都有欠缺。本文利用全国县级单元主体功能数据库，“自下而上”汇总各省主体功能信息，结合社会经济发展状况，初步确定了各地区的综合主体功能。数据完整的29个省区被划分为整体优化型、战略结合型1、战略结合型2、生态屏障型、粮食安全型、固农求工型和混合型（共3类混合型）等9个类型，其发展内容、重点不尽相同。再结合各地区所处工业化阶段和碳排放强度水平，利用Kmeans方法对这些省区进行了聚类分析，得到了考虑主体功能定位背景下应承担“差别化”降碳任务的省区分类结果。总体而言，整体优化型和部分战略结合型应该首先实现碳排放峰值，生态屏障型也应该接受较为严格的降碳目标，而粮食安全型和固农求工型省区的降碳目标呈现出“光谱化”趋势——粮食安全与生态屏障混合型应设定较高目标，而粮食安全和战略结合混合型、粮食安全和固农求工型应有较为温和的降碳目标，单纯的固农求工型省区尚有较多发展空间。最后，研究提出，在“十四五”温室气体控制目标和2030年达峰目标分解中应将国土空间开发格局作为一个因素纳入考虑范围中; “西部大开发”区域政策应以“西部大保护”为前提，西部省区应该承担相对比较严格的降碳目标，而不是目前的宽松目标。同时，对部分生态屏障型省区还应该提出提升碳汇的要求。

关键词 国土空间开发格局;低碳发展;主体功能;区域聚类

中图分类号 F062.1   文献标识码 A  文章编号 1002-2104（2019）10-0099-07  DOI：10.12062/cpre.20190630

国土是发展的空间载体，不同的国土空间承载不同的功能， 而且只拥有一种主体功能。因主体功能而异的国土开发格局是空间治理的基础和前提条件，包括低碳发展在内的开发建设活动应与国土空间开发格局保持基本一致。与其他发展政策类似，目前的区域低碳发展政策仍沿袭以传统行政区划为边界的“差别化”政策，主体功能定位因素没有真正纳入决策考虑之中;同时由于缺乏基础数据支持，关于国土空间开发格局的研究依然不能完全跳出传统行政区划的“窠臼”，难以真正从“主体功能”视角开展研究。通过建立和应用以县级行政区为基本单元的主体功能数据库，本研究力图提炼各省区的综合主体功能定位，结合其他指标，对各省在未来低碳发展目标设定中的定位提出了新的考量并提出相关政策建议。

1 研究背景

国土是发展的空间载体。长期以来，我国的国土空间治理处于被忽视或者规划体系混乱的局面[1]。2010年以来，随着第一个全国性国土空间开发利用规划《全国主体功能区规划——构建高效、协调、可持续的国土空间开发格局》（以下简称《规划》）的发布以及各省级主体功能区规划的颁布和实施、“十二五”“十三五”规划纲要对主体功能区战略的肯定和部署以及“十八大”“十九大”对优化国土空间开发格局、“多规合一”的强调，国土空间治理和规划进入了新的阶段。目前我国的国土空间治理以划定城镇、农业、生态空间以及生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界（称“三区三线”）为主要内容。依托《规划》，到2014年末，全国31个省区市（不包括港澳台地区）发布了以县域单位为基本单元的省级主体功能区规划（其中个别省区以乡级行政单位为基本单元），覆盖所辖除港澳台地区外全部陆地国土空间，形成了一张完整的主体功能和行政区划相结合的主体功能区规划图。这张图将我国的国土划分为城市化地区（又划分为重点开发区和优化开发区两类）、农产品主产区和重点生态功能区等三大类主体功能区：其中城市化地区的主体功能是提供工业品和相关服务;农产品主产区的主体功能是提供农产品，保证粮食安全;重点生态功能区的主体功能是提供生态产品，保障生态安全。这张布局类规划图有望成为各类发展类规划的“底图”，依托这张图构建目标导向与问题导向相结合的战略体系和制度安排，才能站位高、瞄得准，管长远、统全局。

国土空间治理为低碳发展区域政策提供了新的抓手。从“十五”以来，通过低碳城市试点、碳排放交易试点、国家能源强度/碳排放强度目标分解以及省级政府目标考核制度等政策行动的实施，低碳发展在我国已经取得了长足的推进[2]。考虑到我国幅员辽阔，地区发展严重不平衡，低碳发展区域政策把避免“一刀切”、寻求“差別化”作为优先考虑对象。从目前的实践看，在设定具有一定法律效力的地区温室气体控制目标方面，“差别化”的抓手依然是传统行政区划，以发展阶段和资源禀赋为最重要的考虑因素，相对发达的省区承担相对严格的目标，反之承担相对宽松的目标[3]。其他政策措施相似度高，对本地区应对气候变化的特殊要求反映不足，对本地区资源禀赋对地区低碳发展和全国低碳发展贡献的影响缺乏针对性研究。低碳发展需要新的“差别化”抓手，而分类指导的主体功能区划为其提供了新的机遇。“十三五”规划纲要明确提出“支持优化开发区率先实现碳排放达到峰值”正是出于这样的思路导向。

将“主体功能”概念纳入区域低碳发展政策研究中的思路已经逐渐引起了学者们的关注。朱松丽[4]对黑龙江、广东和贵州的城市化地区、农产品主产区和重点生态功能区的二氧化碳（CO2）排放现状进行了分析;刘波[5]探讨了碳排放交易机制与重点生态保护区碳汇管理机制的协调发展;朱松丽等[6]建立了29个省区的县级单元主体功能数据库，基于此对“十二五”期间各省低碳经济发展与其国土空间开发格局的协调度进行了量化分析;谭显春等[7]基于经济、人口、省级能耗量等数据构建了适用于主体功能区的碳排放核算方法，并以广东省为例进行了测算;徐婕等[8]对四川省5个主体功能区的碳排放和碳补偿进行了测度分析。但总体而言，相关研究在数量上还有所欠缺;更重要的，由于数据所限，大部分研究以案例为主，难以形成有普遍意义的成果和发现，从而对相关决策的支持也相对有限。表现在国家政策上，在《国家应对气候变化规划（2014—2020）》中曾明确将“主体功能”作为地区低碳政策的差别化管理抓手[9]，而到“十三五”控温方案中又回到了原有的行政区划为主的框架体系内。

本研究基于已有成果，利用全国县级单元主体功能数据库，“自下而上”对各省区的综合主体功能进行了分析和确定，并结合其他指标，采用Kmeans聚类方法，提出了在全国温室气体控制目标分解落实过程中，具有不同主体功能定位和发展阶段的省区在“分类梯队”中的重新定位，基于此提出政策建议。

2 方法论

2.1 应用全国县级单元主体功能数据库

首先需要解决缺少基础数据的问题。研究所需要的基础数据来自“全国县级单元主体功能数据库”[6]。其信息包括两类：一是各省基于县级单元的主体功能区规划信息，例如主体功能定位、土地面积以及用于地理信息系统处理的代码信息;二是各省县级单元的社会经济发展基本信息，包括人口、经济产出、产业结构以及能源燃烧CO2排放量。

第一类信息主要来自各省区市发布的以县域单位为基本单元的主体功能区规划，覆盖所辖全部陆地国土空间。以这些规划为蓝本，结合实地调研，人机交互完成了各省主体功能区分类信息的采集工作。其中新疆和宁夏的部分区域主体功能定位以乡级行政单位为主，与地理信息背景图不匹配，同时乡级行政单元的社会经济信息更加欠缺，因此下面的分析中有所缺失。另外，重庆的限制开发区没有细分农产品主产区和重点生态功能区，也没有包括在具体分析中。第二类信息主要来自《中国区域统计年鉴》《中国城市统计年鉴》和各省的省级统计年鉴， 《中国统计年鉴》作为校核参考。县级单元CO2排放数据根据《中国能源统计年鉴》中的省级能源平衡表以及县级社会经济数据估算。其中西藏社会经济数据欠缺，但其主体功能信息是相对健全的。

基于这个县级主体功能数据库，“自下而上”汇总可以得到各个省区中城市化地区（重点开发区+优化开发区）、农产品主产区和重点生态功能区等几类主体功能区的面积、经济产出（GDP）及其结构、人口等综合信息。

2.2 考虑主体功能定位的省区温室气体控制目标研究思路  从我国惯有的思路看，不论能源还是环境目标，国家目标的分解落实是必不可少的环节。既科学又具有操作性的分解方法学一直学术和政策研究的重要问题。从“十一五”以来，国家节能降碳目标已经进行了三轮分解，其基本分解方法从最初的对“节能必要性”“节能能力”“节能难度”的综合评估演进为对“责任”“潜力”“能力”“难度”的总体评价[10]，利用这四大类指标，将全国各省划分为5个梯队，依次承担严格程度逐步降低的目标（见表1）。总体来讲，相对发达的地区承担较严格目标，欠发达的地区承担力度较小目标。这种分解方法容易形成“鞭打快牛”“先高碳再低碳”和东西部碳转移、碳泄漏的政策倾向[11]，难以从根本上促进发展模式的尽早转变。特别是，这些方法没有考虑各个省区的国土空间开发格局。

为了将主体功能因素纳入省区温室气体控制目标确定的范畴内，作为研究第一步，本研究确定了新的简化版的指标体系，之后以Kmeans方法对各省区进行聚类，得到新的差别化的省区温室气体控制目标集团梯队，并与现有梯队进行比较。指标体系主要包括以下三项。

一是各省的综合主体功能定位。基于以上数据库提供的“自下而上”信息、已有研究成果[12]和对“差别化管理”的更精细要求，本研究对各省的综合主体功能进行了更详细的划分，从原有的6种类型（整体优化型、战略结合型、粮食安全型、生态屏障型、固农求工型、粮食安全与生态屏障结合型）扩展为9类，增加了更多的结合类型，例如战略结合和粮食安全结合型、固农求工和粮食安全结合型（更加突出对粮食安全的重视）;对战略结合型也进行了二次细分，将优化开发区经济产出超过50%的省区与其他战略结合型区分开来。从发展阶段和功能定位总体判断，整体优化型和战略结合型（特别是优化开发区GDP产出超过50%的省区），发展阶段已经相对超前，可以尽早实现峰值;生态屏障型不宜进行高强度开发，产业准入政策应十分严格，人口规模不宜扩张，也应较早实现排放的平稳和达峰;优化开发区比例较小的战略结合型、粮食安全型以及固农求工型具有一定的排放增量空间，特别是后者。

二是各省的工业化阶段，这是判断地区发展水平的主要指标。采用中国社会科学院的研究成果[13]。越接近后工业化阶段，产业结构越优化，富裕程度越高，越有能力对低碳发展进行更大力度的投资，因此节能降碳的能力越强，可以承担较重的减排负担。这与“优化开发区尽早达峰”的思路一致。

三是各省的CO2排放强度（t CO2/万元GDP），这是判断地区减排潜力的主要指标。经济数据来自《中国统计年鉴》，分省CO2排放量来自课题组计算， 基于省级能源平衡表，具体方法见参考文献[6]。排放强度越高，说明产业结构和能源结构调整的潜力越大，减排的边际成本越低;反之减排边际成本可能比较高。

2.3 Kmeans聚类方法应用

Kmeans聚类方法由Macqueen提出[14]，并由Lloyd[15]进行了发展，已经成为比较成熟的聚类方法，适用于类别数量已知、数量较小、无标签的样本聚类分析，在很多工程应用研究中有应用，也应用于区域经济研究中[16]。

共27个省最终参与聚类，设待分类的省份样本向量为{x1，x2，x3，…，x27}， 其中xi=（ai1，ai2，ai3 ），表征2.2 中的三個简化指标。为与“十三五”控温方案中省区梯队数量保持一致，聚类类别的数量确定为K=5。设：

ck为质心向量，

xi与ck之间的欧氏距离为dis（xi，ck ），

算法流程如下：

第一，确定五个初始聚类中心{c1，c2，c3，c4，c5 }。

第二，利用公式1逐个计算待分类的省份样本向量与聚类中心的欧氏距离，按最小距离原则把每个向量划分到某一类中：

dis（xi，ck ）=∑27i=1（xi-cki）2

（1）

其中，cki为某聚类中心ck的第i个特征取值。本研究中各样本向量及聚类中心均有三个特征值（主体功能区定位、工业化阶段以及碳排放强度）。

第三，利用公式2计算每个类中所有向量的均值，其中m表示的是第k类内向量的个数：

ck=（1m∑mj=1ai1，1m∑mj=1ai2，1m∑mj=1ai3 ）

（2）

第四，如果重新计算的类中心有变化，则转至第二步重新迭代，直到每个类中心不再发生变化。

3 结果和分析

3.1 各省综合主体功能定位

各省县级单元的主体功能定位是确定的，通过“自下而上”对各省县级行政单元的汇总分析，将具有主体功能数据支持的29个省区（缺少宁夏和重庆，新疆引用参考文献数据）省区划分为整体优化型、战略结合型、粮食安全性、生态屏障型、固农求工型和两两结合型等9种类型，见表2所示的分类依据和分类结果。

整体优化型的代表依然是北京和上海。战略结合型中优化开发区经济产出比例超过50%的省区有辽宁、江苏、浙江和广东，产出低于50%省区包括天津市、福建省。与粮食安全相关的省区有河北、黑龙江、吉林、内蒙古、安徽、河南、湖南、湖北、四川、江西和山东，这些地区基本是我国传统的粮食主产省区。固农求工的典型代表省区包括山西省、广西壮族自治区、云南省和贵州省;而西部大部分省区属于生态屏障型。

3.2 各省工业化发展阶段

经过六十多年的发展，我国整体已经发展成为一个工业大国，正向工业强国迈进，但各省区市（不包括港澳台）所处的工业化阶段有明显区别。中国社科院学者于2007年提出了一套综合评价国家或地区工业化水平的指标体系，得到了广泛的认可和应用[18]。利用这套评价体系，2017年社科院学者对“十二五”期间各地区所处工业化阶段进行了重新分析，结论如下（见表3）。

（1）北京、上海、天津三个直辖市处于后工业化阶段。

（2）处于工业化后期的地区最多，16个，占一半以上;其中浙江、广东和江苏等已经十分接近后工业化阶段。如果再细分的话，山东和重庆与浙江等省还有差别，处在工

业化后期的中段（工业化后期II），湖北、内蒙古等地区处于工业化后期前半段（工业化后期I）。

（3）12个地区处于工业化中期阶段。再细分的话，四川、青海等省已经进入工业化中期后半段（工业化中期III），黑龙江等地区处于工业化中期中段（工业化后期II）。

（4）到2015年已经没有省份还处于工业化初期节点，大部分地区集中于工业化中期和后期阶段。

3.3 各省CO2排放强度

各省排放强度见表4所示。总体来讲，从东到西，从南到北，排放强度呈现出逐渐抬升的趋势，这与工业化阶段、产业结构和能源结构密切相关（更深入的分析并不是本文的重点），同时还呈现出一定空间聚集效应，例如东部沿海有低排放强度聚集现象，而西部省区相反。与相关研究结果保持一致[19-20]。

3.4 聚类分析结果

基于以上三个指标，利用Kmeans方法，对都有数据支持的省区进行聚类分析，结果如图2和表5所示。理论上位于同一个梯队的省区应该承担类似分量的减限排任务。为方便比较，表5中又一次列出了“十三五”控温方案中的省区梯队划分。

与“十三五”控温目标分解方案相比，考虑了主体功能综合定位之后梯队归属变化最大的当属黑龙江、甘肃、青海、内蒙古这几个省（很可能还包括新疆）。由于在主体功能定位中的保障生态安全和/或粮食安全的突出作用以及相对较高的排放强度，“新梯队”要求他们承担“超常规”的减排任务，因此从第四或第五梯队中跃升到第二梯队。同时，这些省区还可能需要承担提供更多碳汇的任务，在全国碳市场中应有特殊的地位和贡献。在应当承担最严厉降碳目标的第一梯队中，最大的变化发生在河北和山东这两个省。在“新方案”中这两个省分别落入第五梯队和第三梯队。对于河北，“十三五”控温方案考虑了它在京津冀协同发展战略中的重要地位，人为拔升了河北的目标力度，在一定程度上超越了它的发展水平和功能定位。在本研究框架下，河北省不应该承担过于严厉的限排目标。山东省的发展阶段与江苏、浙江、广东相比也有一定差距，还应有一定排放增长空间。湖南、湖北从第二/三梯队落入第四梯队，也是综合考虑了他们较低的排放水平、较低的工业化程度以及较高的主体功能定位之后的综合排位。

图1 Kmeans 聚类结果图示  这种纳入主体功能因素的思路和方法虽然暂时缺乏实践基础，但至少提供了一个思考各地区在全国生态文明建设中综合定位的角度：特殊定位的省份需要特殊发展路径，城市化工业化不能到处开花，不能要求GDP处处产生。例如对于内蒙古自治区这样超前发展的省区，经济发展已经对本地生态系统造成了巨大损害[21]，人均能源消费和人均排放远高于全国平均水平，确实需要对其发展模式进行反思，抑制高碳路径对生态安全的进一步危害。又如祁连山的系列生态破坏和环境污染事件，除气候变化因素为，还源于与其主体功能严重不符的长时间人为开发活动[22]。符合其功能定位的温室气体控制目标可以提供新的控制手段。

4 討论和初步建议

通过“自下而上”的主体功能类型分析，本研究对各省区的综合主体功能定位进行了分析;结合其他指标，对这些省区进行了聚类分析，重新定位了各省在全国温室气体控制目标分解中的梯队归属。发现有相当一部分省区在生态保护和/或粮食安全方面具有重大意义，并不适于高强度开发，温室气体排放量应该尽早达到平台期，甚至尽早达峰，例如西部省区;而有些省区依然有较为宽裕的工业化发展空间，节能降碳的目标责任应相对灵活一些，例如河北、山东、山西等省。这一发现与我们惯有的基于传统东中西部发展阶段的国家目标分解方法不尽相同。基于以上研究发现，我们提出以下几点建议。

（1）“十四五”以及2030年排放达峰的全国低碳发展目标分解方案中，应将不同地区的国土空间开发格局纳入考虑范围，不仅优化开发区要尽早达峰，重点生态功能区也要尽早达峰。

（2）重新思考现有的四大板块区域政策。由于西部大多数省区的综合主体功能都是“生态屏障”区，建议淡化“西部大开发”的口号和政策，代之以“西部保护和发展”，在保护中求发展。

（3）在低碳发展中重点生态功能区还担负提供碳汇的任务，全国碳市场建设应充分发挥其在生态建设、修复和保重的补偿作用，为重点生态功能区提供新的发展机遇。对于尚具有相当发展空间但由于区位特殊而必须承担严格温室气体控制目标的省区，应有相应的额外支持政策。

（4）打破行政区划的限制，尝试制定基于国土空间开发格局的跨行政单元、相对灵活、目标导向比较具体的空间规划，包括跨省级行政区、省内跨地市、地市内跨市县域的区域低碳规划。

此外，考虑到本研究所提出思路的理论性和实验性较强，课题组将在较小范围内（例如特定省域范围内）尝试对整体低碳目标进行考虑国土空间开发格局的分解示范，这将是下一步研究计划。

（编辑：王爱萍）

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The study on region clustering regarding lowcarbon development

corresponding to spatial landuse pattern

ZHU Songli1 LIU Jia2 GAO Xiang1 JIANG Kejun1 YUAN Wen3 ZHOU Xiang4

（1.Energy Research Institute， National Development and Reform Commission， Beijing 100038， China;

2.Renm Consulting， Beijing 100038， China; 3.Institute of Geographic Sciences and Resource Research，

Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101， China; 4.Shenzhen Longgang Land Planning Research

Center， Shenzhen Guangdong 518116， China）

Abstract The traditional provincial authority has been taken as the boundary of regional lowcarbon development for a long time， causing the problems of clear distinction on East， Middle and West regions in China. In particular， the provincial disaggregation of national lowcarbon target purely based on the factors of development stage and resource endowment principle does not help the transition of development pathway. The spatial landuse pattern， based on the Major Functionoriented Zone （MFZ） Planning， provides a new tool to reconsider the regional lowcarbon development， and particularly， on reclustering of provinces. However， the quantity or quality of existing studies are not satisfactory largely because of lack of data. Using the countylevel MFZ database established by the research team to generate the quantitative information by ‘bottomup approach， and integrating the social and economic development indicators， the comprehensive majorfunctioning of 29 provinces whose data is available is identified. In general， these provinces are classified into 9 categories， i.e. Optimized Development Type （OPT）， Strategic Development Type 1 （SDT1）， Strategic Development Type 2 （SDT2）， Ecological Barrier Type （EBT）， Food Security Type （FST）， Agriculture to Industrialization type （AIT）， and mixed types among two of above types （3 mixed types in total）. Different type should has different development content and focus. Together with the indicators showing industrialized stage and carbon emission intensity， Kmeans clustering analysis method is used to group the provinces that should have differentiated mitigation target when considering their major functions. The results shows the carbon peak should be observed first in OPT and part of SDT regions， and then the EBT regions should be assigned relatively strict mitigation target as well. Meanwhile， the targets for FST and AIT regions might be spectrumdistributed， as the mixed FST/EBT should bear strict targets， FST/SDT and FST/AIT may have moderate targets， and the pure AIT should be allocated more emission space. In the end， this study proposes that when disaggregating mitigation target of 14th Five Year Plan and 2030 peaking target， spatial landuse pattern should be integrated in seriously as one of indicators， and the ‘Go West Programme should take ‘West Protection as the priority. To some extent， the western provinces should bear more strict carbon limits， but not the existing moderate targets. Meanwhile， part of EBT provinces should assign the requirement of carbon sink promotion.

Key words spatial landuse pattern; lowcarbon development; major function; region clustering