辽宁省的碳赤字解决模式与生态环境效益研究*

胡剑锋 杨宜男 路世昌

(1.福建师范大学福清分校文法学院，福建 福州 350300；2.安徽师范大学地理与旅游学院，安徽 芜湖 241000；3.辽宁工程技术大学工商管理学院，辽宁 葫芦岛 125000)

碳赤字是指碳排放量大于碳承载力[1]，是衡量一个地区碳平衡的重要指标[2]。卢俊宇等[3]发现我国已总体呈现碳赤字状态，特别是东北、华北、东南沿海等经济较为发达的地区，而且呈现出碳赤字增大的趋势。碳赤字给我国的生态环境造成了巨大压力。陆敏[4]、孙振清等[5]发现，碳排放权交易机制可以通过倒逼地区产业结构升级，提升生态效率，从而降低地区碳赤字。王艳芳等[6]、王正淑等[7]发现，营造碳汇林等生态修复工程可以有效增加碳汇，也能降低地区碳赤字。碳排放权交易与营造碳汇林是解决碳赤字问题的两种模式，但鲜有对两者的生态环境效益进行核算比较，已有的比较也只是从经济成本角度进行考虑[8-9]，并没有考虑生态系统服务功能。而事实上营造碳汇林的生态系统服务功能产生的巨大生态价值不应忽视[10]。

辽宁省是东北重要的重工业基地，以高碳排放量的产业为主，且其森林覆盖率较低，碳承载力较小，是我国典型的碳赤字型省份。在严重的生态环境压力下，辽宁省必须创新地解决碳赤字问题。本研究假设模式1为通过碳排放权交易解决辽宁省的碳赤字问题；模式2为通过营造碳汇林解决辽宁省的碳赤字问题。在考虑生态系统服务功能价值的前提下，以2017年为基准年，通过对两种模式下生态环境效益的核算，对比分析出何种模式可以更好地为辽宁省解决碳赤字问题。

1 研究方法与数据来源

1.1 碳赤字核算方法

地区碳赤字核算通过碳排放量减去碳承载力(见式(1))得到。

CR=CE-CCC

(1)

式中：CR为碳赤字，t；CE为碳排放量，t；CCC为碳承载力，t。

其中，碳排放量采用政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出的方法，基于能源终端消费、净发热值和碳排放系数计算[11]，计算公式如下：

CE=NCV×EF×∑Ei

(2)

式中：NCV为标准煤的净发热值，kJ/t，标准煤的净发热值为20.908 0 kJ/t；EF为标准煤的碳排放系数，t/kJ，以CO2计，标准煤的碳排放系数为0.098 3 t/kJ；Ei为第i种能源的终端消费量，t，以标准煤计，数据来源于国家统计局网站辽宁省的各年主要能源产品消费量(http://data.stats.gov.cn/%20easyquery.htm?cn=E0103)。

碳承载力包括两个部分，一部分是植被固碳能力，另一部分是农业用地土壤固碳能力。其中植被固碳能力以净生态系统生产力进行表征，辽宁省主要考虑林地、耕地、园地、草地、水域、城市绿地、滩涂湿地7类生态系统的植被固碳能力，计算公式见式(3)[12]。根据韩冰等[13]的研究，农业用地土壤的单位面积固碳能力平均为0.37 t/hm2，将其乘以农业用地面积就可得到农业用地土壤固碳能力，其中农业用地面积数据来源于各年辽宁省统计年鉴。

(3)

表1 不同生态系统的NEPjTable 1 NEPj of different ecosystems

1.2 模式1的生态环境效益核算方法

模式1的生态环境成本只有碳排放权购置成本，生态环境效益等于负的生态环境成本，计算公式如下：

V=-CCQ×CP

(4)

式中：V为生态环境效益，元；CCQ为碳排放权购置额度，t，模式1中等于碳赤字；CP为碳排放权单价，元/t，本研究以北京碳排放权电子交易平台公布的2017年平均碳排放权单价75.50元/t为准。

1.3 模式2的生态环境效益核算方法

模式2的生态环境成本主要是营造碳汇林时存在投入成本，此外由于树木生长初期固碳能力不足仍需要购置一定的碳排放权。营造碳汇林的投入成本为碳汇林营造面积乘以单位面积造林成本，而单位面积造林成本在第1年时包括营造成本与维护成本两项，从第2年起仅有维护成本一项。根据张治军等[20]的研究，单位面积营造成本平均为5 038.0元/hm2，维护成本为2 591.9元/hm2。碳汇林营造面积根据2017年碳赤字除以森林的净生态系统生产力(换算成以CO2计)确定。

由于树木生长初期固碳能力不足产生的碳排放权购置成本核算方法参考文献[20]。碳汇林生态系统服务功能价值核算参考文献[21]，根据谢高地等[22]的研究成果，其中标准的生态系统服务功能价格取3 406.5元/hm2，生态系统不同功能的服务功能价值当量系数取值见表2。

表2 生态系统不同功能的服务功能价值当量系数Table 2 Equivalent coefficient of service values for different ecosystem functions

因此，模式2的生态环境效益为：

V=FESV-CFC-CEC

(5)

式中：FESV为碳汇林生态系统服务功能价值，元；CFC为碳汇林营造投入成本，元；CEC为碳排放权购置成本，元。

2 结果分析

2.1 辽宁省的碳赤字时序变化分析

从图1可知，2004—2017年辽宁省的碳承载力变化不大，年均增长率仅为1.06%。而辽宁省的碳排放量变化很大，2004、2005年均低于碳承载力，但2006年开始碳排放量超过了碳承载力，2012年达到顶峰后基本保持稳定，2004—2017年年均增长率为6.48%，是同期碳承载力年均增长率的6.14倍。因此，2004、2005年辽宁省还存在一定的碳盈余，但从2006年开始出现了碳赤字，而且碳赤字有逐渐增大的趋势，直到2012年才稳定下来。2004—2017年辽宁省从碳盈余转变为碳赤字再到稳定，反映了一个转变过程，这也是本研究选取2004—2017年进行分析的原因。

图1 辽宁省的碳排放量和碳承载力Fig.1 Carbon emission and carbon capacity in Liaoning Province

2.2 模式1的生态环境效益分析

由于模式1的生态环境效益等于负的生态环境成本，因此分析清楚模式1的生态环境成本也就分析清楚生态环境效益了。由表3可见，在模式1下，2004—2017年辽宁省生态环境成本从-12.05亿元上涨到了123.37亿元，年均增加生态环境成本9.61亿元。其中，2004—2012年是辽宁省生态环境成本的快速增长阶段，主要是因为碳排放量快速增长，而2012—2017年辽宁省生态环境成本变化不大，因为碳排放量基本保持稳定。由于国内碳交易市场发展相对滞后，碳排放权相对廉价，生态环境成本占GDP比例不高，到2017年也仅为0.53%，对辽宁省造成的经济压力实际不大，容易被忽视，而事实上造成的生态环境压力是很大的。

表3 模式1下辽宁省生态环境成本分析Table 3 Eco-environmental cost analysis in Liaoning Province under Mode 1

按照2004—2017年的数据对生态环境成本和GDP采用线性方程进行拟合，然后推算基准年后的生态环境成本和GDP，结果见表4。第1年生态环境成本将达到162.92亿元，第5年将达到208.46亿元，生态环境成本占GDP比例仍然不高，大约保持在0.5%。

表4 模式1下辽宁省生态环境成本推算Table 4 Eco-environmental cost predition in Liaoning Province under Mode 1

2.3 模式2的生态环境效益分析

2.3.1 生态环境成本

2017年辽宁省碳赤字为16 340.18万元，需要营造碳汇林1 092.26万hm2，第1年营造碳汇林的投入成本共计833.38亿元，其后每年为283.10亿元。随树龄增长，碳汇林固碳能力也增强，由表5可见，碳排放权购置成本从第1年的98.27亿元逐年下降到第5年的0元，年均碳排放权购置成本仅为43.84亿元。综合而言，第1至第5年，生态环境成本分别为931.65亿、353.18亿、323.70亿、293.34亿、283.10亿元，年均生态环境成本为437.00亿元。第1年由于存在碳汇林营造成本大大增加了生态环境成本，其余各年没有碳汇林营造成本，随树木生物量增加，碳汇林的固碳量增加，因此碳排放权购置成本下降而导致生态环境成本减少。第5年，树林生产量达到正常水平，碳排放权购置成本降为零，其后每年仅需支出碳汇林维护成本283.10亿元，这也是本研究只推算5年的原因。

表5 模式2下辽宁省生态环境成本推算Table 5 Eco-environmental cost prediction in Liaoning Province under Mode 2 亿元

2.3.2 碳汇林生态系统服务功能价值

由表6可知，第1至第5年碳汇林生态系统服务功能价值分别为1 275.93亿、2 708.97亿、4 207.98亿、5 751.50亿、7 328.99亿元。第5年后，碳汇林生态系统服务功能价值在一定时期内保持不变。其中，气候调节功能价值贡献率最高，为28.98%(2 123.63亿元)，其后依次为水文调节功能(18.96%，1 389.71亿元)、土壤保持功能(11.79%，864.15亿元)、生物多样性功能(10.74%，786.94亿元)、空气调节功能(9.68%，709.74亿元)、净化环境功能(8.49%，622.30亿元)、美学景观功能(4.71%，345.10亿元)、原料生产功能(2.94%，215.81亿元)、水资源供给功能(1.52%，111.62亿元)、食物生产功能(1.28%，93.95亿元)和维持养分功能(0.90%，66.04亿元)。

表6 模式2下辽宁省碳汇林生态系统服务功能价值推算Table 6 Carbon sink forest ecosystem service value prediction in Liaoning Province under Mode 2 亿元

2.3.3 生态环境效益

表7显示，在模式2下，虽然营造碳汇林需要增加一定的额外成本，但是由于碳汇林具有较大的生态系统服务功能价值，可以产生较为可观的生态环境效益。第1年的生态环境效益即可达到344.28亿元，到第5年可以上涨至7 045.89亿元。万元GDP生态环境效益也从第1年的110.14元增加至第5年的1 852.57元，上涨了15.82倍。人均生态环境效益更为可观，从第1年的788.02元增加至第5年的16 127.28元，上涨了19.47倍，若以2017年人均可支配收入为标准，人均生态环境效益达到了人均可支配收入的57.54%。

表7 模式2下辽宁省生态环境效益推算Table 7 Eco-environmental benefit prediction in Liaoning Province under Mode 2

2.4 模式1与模式2的对比分析

对比表4和表5可知，模式2营造碳汇林需要付出更大的成本。第1年由于存在大额的营造碳汇林的投入成本，模式2的生态环境成本比模式1高出768.73亿元。从第2年起，模式2虽然减少了营造碳汇林的投入成本，但生态环境成本仍高于模式1。因此，仅从生态环境成本的角度考虑，模式1相较模式2更为经济。但是模式1下的CO2过度排放对生态环境产生的破坏和压力却难以估量。

考虑到模式2营造的碳汇林存在生态系统服务功能价值，可以实现生态环境效益的扭亏为盈，而模式1单纯通过碳排放权交易解决碳赤字问题，实际上生态环境效益为负。对比发现，第1至第5年间，模式2相较模式1可累计多产生生态环境效益20 016.86亿元。因此，综合考虑，模式2是一种更为可持续的解决碳赤字问题的方案。

3 结 论

(1) 2004、2005年辽宁省存在一定的碳盈余，但从2006年开始出现了碳赤字，而且碳赤字有逐渐增大的趋势，直到2012年才稳定下来。

(2) 模式1的生态环境效益等于负的生态环境成本。2004—2012年辽宁省生态环境成本快速增长，而2012—2017年辽宁省生态环境成本变化不大。由于国内碳交易市场发展相对滞后，碳排放权相对廉价，因此模式1产生的生态环境成本占GDP比例不高，容易被忽视。按照2004—2017年的数据对模式1的生态环境成本采用线性方程进行拟合，并以2017年为基准年往后推算，第1年生态环境成本将达到162.92亿元，第5年将达到208.46亿元。

(3) 模式2通过营造碳汇林解决碳赤字问题，虽然生态环境成本大于模式1，但营造的碳汇林具有巨大的生态系统服务功能价值，能够使辽宁省的生态环境效益扭亏为盈。

(4) 解决辽宁省的碳赤字问题，如果仅从生态环境成本的角度考虑，模式1比模式2更为经济，但模式1下的CO2过度排放对生态环境产生的破坏和压力却难以估量，而模式2下碳汇林提供的生态系统服务功能价值是巨大的，因此模式2是一种更为可持续的解决碳赤字问题的方案，建议辽宁省选择模式2解决碳赤字问题。