重庆合川区土地利用碳排放的效应及驱动因素

鲍莹，张安明

(西南大学 地理科学学院，重庆 400715)

当前，世界各国面临全球气候变暖、海平面上升等一系列环境问题，如何有效地降低碳排放量，发展绿色低碳经济成为各国亟需解决的难题之一[1]。作为绿色发展的关键时期，中国政府在“十三五”规划中保证于2030年前后达到碳排放峰值，承诺实现单位GDP碳排放较2005年减少60%～65%的目标[2-3]。土地作为人类的劳动对象和人类活动的场所，承载着各项社会经济活动。大量研究表明，土地利用方式变化成为仅次于化石燃料燃烧的第二大碳排放源，其碳排放量占全球温室气体总量的1/3，且化石燃料的燃烧也是以土地利用为载体[4-5]。因此，从土地利用视角开展碳排放研究，探讨碳排放量时间演变趋势和驱动因素，对区域实现碳减排，推进低碳可持续发展具有重要意义。

目前，国内学者已围绕土地利用碳排放开展了一系列研究，主要集中于不同尺度的碳排放时空分异格局研究[6-9]、碳排放影响因素研究[10-11]、碳排放与经济增长脱钩状态研究[11-12]、碳减排责任分摊研究[13]、低碳视角下的土地利用结构优化研究[14]、碳减排潜力及低碳发展研究[15]等。在土地利用碳排放影响因素研究层面，张俊峰等[16]利用LMDI模型对武汉城市圈土地利用碳排放进行影响因素分解；张勇等[17]对2000—2010年池州市主要土地类型碳排放量进行测算，运用STIRPAT模型对碳排放影响因素进行分析。由于现有的大多数研究多集中宏观层面，较少从小尺度进行研究，而地域之间、城市之间的自然条件、社会经济发展等方面差异较大，因此，学者们较难对一大尺度研究区提出具有针对性的有效的碳减排策略。基于此，文章以重庆市合川区为研究单元，测算2009—2018年间土地利用碳排放量和碳排放强度，分析时间演变趋势，构建LMDI模型对合川区土地利用碳排放驱动因素进行分解，为合川区实现碳减排与低碳可持续发展目标提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 研究区域概况

合川区位于重庆市西北部，地理位置坐落在105°58′37″～106°40′37″E，29°51′02″～30°22′22″N，全区土地面积2 434 km2。截至2018年底，合川区常住人口为140.72万人，占重庆市总常住人口数的4.54%，城镇化率达68.83%。2009年合川区国民生产总值为202.75亿元，2018年增长至712.93亿元，年均增长率为15.14%。在产业发展方面，以摩托为主的装备制造业成为合川区的主导产业之一，2017年其产值占规模以上工业总产值的40.50%。

1.2 数据来源

本文研究涉及的土地利用数据来源于2009—2018年的合川区土地利用变更矢量数据，各类能源终端消费数据及社会经济数据来源于《重庆统计年鉴》和《合川年鉴》。

1.3 研究方法

1.3.1 碳排放量测算模型

文章结合合川区土地利用现状，对耕地、林地、园地、草地、水域及未利用地的碳排放量采用直接估算法进行测算[18]，公式如下：

Ed=∑ei=∑ti×δi。

(1)

式中：Ed为直接碳排放量；ei为第i种土地类型产生的碳排放量；ti表示第i种土地类型的面积；δi表示第i种土地利用类型的碳排放(吸收)系数，其中碳排放系数为正，碳吸收系数为负。本文结合合川区实际情况，将耕地碳排放系数取为0.042 2 kg·(m2·a)-1，林地碳吸收系数取为-0.073 0 kg·(m2·a)-1，园地碳吸收系数取为-0.058 7 kg·(m2·a)-1，草地碳吸收系数取为-0.002 1 kg·(m2·a)-1，水域碳吸收系数取为-0.025 2 kg·(m2·a)-1，未利用地碳吸收系数为-0.000 5 kg·(m2·a)-1。

建设用地碳排放采用间接估算法进行测算，具体公式如下：

Ed=∑Ej=∑ej×θj×βj。

(2)

式中：Ed为建设用地的间接碳排放总量；Ej为第j类化石能源的碳排放量；ej为j类化石能源的消费量；θi为第j类化石能源的折标准煤系数；βi为第j类化石能源的碳排放系数。

由于合川区终端能源消费量统计为规模以上行业消费量，故选取重庆市终端能源消费量，通过单位GDP能源消耗量折算出合川区化石能源消费量。由于煤炭、石油、天然气和电力等能源消费量在《重庆市统计年鉴》中已转化为标准煤，因此，只需考虑各类能源的碳排放系数。参考已有研究成果[19]，将煤炭、石油、天然气等终端能源碳排放系数分别取为0.744 4、0.571 6、0.435 5(吨C·吨标准煤-1)，将电力二次能源按照煤炭碳排放系数进行折算。

1.3.2 碳排放驱动因素分解模型

ANG[20]首次提出对数均值迪氏指数分解法，该方法具有消除残差项、数据分解结果适应性更强等优点。文章采用LMDI模型进行因素分解，综合考虑能源、经济、人口及土地等因素对于土地利用碳排放的驱动影响，将合川区土地利用碳排放影响因素分解为碳排放强度、经济发展水平、土地利用效率以及建设用地规模4类因素，计算公式如下：

C=C/GDP×GDP/P×P/S×S=eghs。

(3)

本文采用LMDI的加和因素分解方式对公式进行因素分解，公式如下：

ΔC=Ct-C0=ΔCe+ΔCg+ΔCh+ΔCs。

(4)

式中：Ct表示t期的土地利用碳排放量、C0表示基期的土地利用碳排放量；ΔC为某段时期的土地利用碳排放变化量；ΔCe、ΔCg、ΔCh及ΔCs分别表示碳排放强度效应、经济发展水平效应、土地利用效率效应以及建设用地规模效应所引起的土地利用碳排放变化量，其表达式分别如下：

(5)

则定义4个因素对合川区土地利用碳排放变化的贡献率分别如下所示：

(6)

1.4 数据分析

依据合川区2009—2018年土地利用变更数据及各类化石能源消费数据，运用IPCC碳排放清单法，计算出9年间合川区土地利用碳源、碳汇、净碳排放量及净碳排放量年均增长率变化趋势。依据LMDI模型，计算出各影响因素对合川区土地利用碳排放变化的累计效应与综合效应，并进一步分析得出各影响因素对合川区土地利用碳排放的累计贡献率。

2 结果与分析

2.1 合川区土地利用碳排放分析

从图1和表1可知，2009—2018年，合川区碳源、碳汇及净碳排放量三者总体皆呈上升趋势。其中，合川区碳源在9年间累计增加1 375.073 0万t，年均增长率为7.14%；碳汇累计增加29.464 7万t，年均增长率为0.01%，碳源的增速远远高于碳汇的增速；土地利用净碳排放量从96.769 6万t增至176.327 7 万t，年均增长率为7.00%，增速最大。

图1 合川区土地利用净碳排放量年增长率变化趋势

从图1可知，2009—2010年合川区净碳排放量呈波动上升趋势，呈先降后增趋势。2017年合川区积极推行供给侧结构改革，通过去产能，煤炭行业综合能源消费量下降30.80%，净碳排放量增速达最低。合川区净碳排放量增长是社会经济的不断发展、城市化水平不断提升、人口的增长、建设用地扩张及各类化石能源消耗量的增长共同作用的结果。

从表1可知，建设用地和耕地在碳排放总量中所占比重分别为96.30%、3.70%，建设用地产生的碳排放量远远大于耕地碳排放量，是合川区土地利用碳排放的主要碳源。研究期间，合川区耕地碳排放量变化较为平缓，整体上呈波动下降趋势，2009年为5.111 4万t，2018年减少至5.018 8万t；建设用地碳排放量呈上升趋势，增幅较大，2009年建设用地碳排放量为94.578 3万t，2018年增长至174.363 9万t，年均增长率为7.14%。因此，控制建设用地无秩序扩张、优化土地利用格局是合川区走上低碳发展道路的重中之重。在各类碳汇中，林地、园地、水域和其他土地的碳吸收量分别占碳吸收总量的68.61%、19.21%、11.15%和1.03%，由此说明，林地是合川区土地利用的主要碳汇来源，其次是园地。研究期间，合川区林地碳吸收量从1.988 0×104t波动增长至2.136 0×104t，增长幅度较小；园地、草地及未利用地碳吸收量整体较为稳定，变幅不大，研究期内呈小幅下降趋势。为此，合川区应继续大力开展义务植树，快速推进退耕还林、荒山造林等工程，适当提高林地等碳汇面积，降低净碳排放量。

表1 2009—2018年合川区不同类型土地的碳排放量

为进一步分析说明合川区土地利用碳排放量时间演变趋势，引入碳排放强度因子，计算2009—2018年合川区单位GDP碳排放强度与人均碳排放强度。从图2可以看出，9年间合川区单位GDP碳排放量呈逐年下降趋势，从477.287 1 kg·万元-1降至247.328 9 kg·万元-1，年均降低7.01%。人均碳排放强度呈逐年上升趋势，从752.836 3 kg·人-1增至1 253.039 0 kg·人-1，年均增长5.93%。说明在研究期间内，随着经济的不断增长合川区每单位国民生产总值带来的碳排放量在下降，但随着收入的增加和人均消费水平的提高，使得人均碳排放强度在不断攀升。因此，为减少碳排放量，推进可持续发展也需重视宣传绿色低碳理念，提高广大人民群众的环保低碳意识。

图2 合川区碳排放强度演变趋势

2.2 合川区土地利用碳排放驱动因素分析

从表2可知，经济发展水平及建设用地规模因素对合川区土地利用碳排放量的增长具有正向促进作用。2009—2018年，合川区地区生产总值从202.75亿元增至712.93亿元，年均增长率为15.14%。9年间在经济快速发展的影响下，合川区累计增加153.563 3万t碳排放量，占碳排放总增量的82.80%。因此，经济发展水平因素是合川区土地利用碳排放的主要正向驱动因素。建设用地规模对合川区土地利用碳排放增加的促进作用仅次于经济发展水平因素。随着合川区建设用地的扩张，2009—2018年合川区累计增加碳排放量31.905 6万t，占碳排放总增量的17.20%。合川区经济快速发展必然会对劳动力、资源和资本等要素产生拉力，从而使人口和产业形成集聚；建设用地规模的扩张又为经济和产业活动提供载体，两者相互影响，共同促进合川区土地利用碳排放量的增长。

碳排放强度因素和土地利用效率因素是合川区土地利用碳排放的负向驱动因素。2009—2018年期间合川区土地利用碳排放累计实现碳减量105.910 6万t，9年间，碳排放强度和土地利用效率因素分别占总碳减量的81.60%和18.40%。由此可见，对于抑制合川区碳排放增长，碳排放强度因素起主要作用。土地利用效率对合川区土地利用碳排放量减少的积极作用体现在，当经济发展到一定水平时，土地利用效率的提高会降低经济发展对资源投入量的依赖，提高投入产出比，为碳排放量的减少做出贡献。碳排放强度效应具体体现在单位GDP的能源消耗量、能源结构及利用效率等相关指标上，说明降低单位GDP能耗量、提高能源利用效率、优化能源消费结构、开发利用新能源同样是抑制合川区碳排放量增长的有力措施。

从各效应的累计贡献率(表3)来看，在正向驱动因素中，9年间经济发展水平效应和建设用地规模效应累计贡献率分别为193.02%和40.10%。进一步说明，经济发展水平是促进合川区土地利用碳排放量增长的主要驱动因素。因此，当前合川区需尽快推动经济发展模式的转变，深入推进供给侧结构性改革，进一步将低碳与经济发展深入融合，走低碳可持续发展道路。在负向驱动因素中，碳排放强度效应累计贡献率占108.62%，土地利用效率累计贡献率占比24.50%。由此说明，碳排放强度是抑制合川区土地利用碳排放增长的主要驱动因素。因此，合川区需重视并挖掘提高能源利用效率、降低单位GDP能耗，深入推进生态文明建设。

表3 合川区土地利用碳排放各影响因素累计贡献率

3 小结与讨论

通过对2009—2018年合川区土地利用碳排放量进行测算，运用LMDI因素分解模型进行驱动因素分析。结果表明：(1)2009—2018年合川区土地利用净碳排放量整体上呈上升趋势，从96.769 6万t增至176.327 7万t，年均增长率为7.00%，2017年增速最低；(2)2009—2018年合川区单位GDP碳排放强度呈逐年下降趋势，年均降低7.01%，人均碳排放强度呈逐年上升趋势，年均增长5.93%；(3)2009—2018年经济发展水平和建设用地规模是合川区土地利用碳排放量增长的正向驱动因素，其中经济发展水平是促进合川区土地利用碳排放量增长的主要驱动因素；碳排放强度及土地利用效率因素是合川区土地利用碳排放的负向驱动因素，而碳排放强度是抑制合川区土地利用碳排放量增长的主要因素。在各驱动因素中，累计贡献率绝对值从大到小依次为：经济发展水平因素—碳排放强度因素—建设用地规模因素—土地利用效率因素。

合川区须稳步推行供给侧结构性改革，去产能，减少煤炭等化石能源的消费量，改善能源消费结构，积极开发新能源，进一步加快经济发展模式的转变，调整产业结构，努力形成稳增长和碳减排深度融合的发展机制；在当前新一轮国土空间规划编制过程中要严格控制建设用地的扩张，加快完成“三区三线”的划定工作，合理布局生产、生活、生态空间，优化土地利用结构，继续推进退耕还林和荒山造林工程。