“绿水青山就是金山银山”实践创新基地碳汇量核算及碳排放影响因素研究： 以浙江省宁海县为例

纪荣婷，黄言秋，程 虎，陈苏娟，赵志强，蔡金傍，刘臣炜，李海东，励蓉蓉，张龙江，曾 远①

(1.生态环境部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042；2.南京林业大学生物与环境学院，江苏 南京 210018；3.宁波市生态环境局宁海分局，浙江 宁海 315600)

全球气候变暖是21世纪人类社会面临的严峻挑战，由温室气体超标排放造成的温室效应是气候变暖的主要因素，对地球生态环境造成了不可逆转的影响[1]。CO2是最为主要的一种温室气体，碳排放控制已成为全球环境治理任务的重点[2]。2020年9月，习近平总书记在联合国大会上宣布，中国将加大国家自主贡献力度，采取更有力的政策措施，力争于2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。2019年中国碳排放量占全球CO2排放量的28%[3-4]，碳减排已成为我国环境整治中一项紧迫而艰巨的任务。因此，有必要科学地进行区域碳排放核算方法和影响因素研究，这有助于当地政府探索碳减排的有效路径和措施，从理论上为制定合理的碳减排目标提供支撑[5]。同时，生态碳汇是实现“碳吸收和清除”的重要工具，目前生态碳汇已成为国际公认的碳减排方法，是在确保我国持续健康发展前提下履行碳减排承诺的重要措施[6]。因此，开展区域碳源碳汇研究关键且急迫，具有重要的现实意义。

自20世纪80年代开始，国内外对区域碳源碳汇开展了广泛的研究，相关研究主要集中在碳源碳汇核算、区域差异分析、影响因子解析、碳减排和监管政策等方面[7-8]。关于碳源碳汇的核算，目前以政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的评估报告最为权威，2006年IPCC发布了《IPCC国家温室气体排放清单指南(2006)》，总结了能源，工业过程和产品使用，农业、林业和其他土地利用，废弃物以及其他部门的温室气体排放[9]。义白璐等[10]以长三角地区为研究区域，从区域和城市尺度2个层面出发，结合长三角地区土地利用变化综合分析其碳源和碳汇的空间特征，量化了不同土地利用类型的空间碳排放强度。石羽[11]通过对国内外碳源碳汇空间格局理论和实践的分析，计算了辽中城市群碳源排放总量、分布特征和碳源碳汇格局的演变趋势。目前区域碳源碳汇的研究主要集中在国家、区域和省级层面[12-14]，对县域或更小尺度的研究相对缺乏。县域是我国经济社会发展的基本单元，开展县域尺度碳源碳汇时空变化分布规律及驱动因素研究，有助于评估县域尺度生态环境状况，对推动县域低碳绿色发展具有重要意义。

随着近年来“绿水青山就是金山银山”(以下简称“两山”)理念的稳步推进和深入发展，生态文明建设已成为县域绿色发展的主旋律。截至目前，全国已有136个地区获得“两山”实践创新基地称号，“两山”基地建设成效显著，自然生态环境本底改善，在区域碳汇功能中发挥着重要功能。如何科学评估“两山”基地碳源碳汇的时空变化，明确经济社会、产业发展、生态建设等因素对碳排放的影响，这些问题仍有待研究。浙江省宁海县于2019年9月被命名为第三批“两山”基地，2021年11月被命名为第五批国家生态文明建设示范区，生态文明建设成效显著，在全国“两山”和生态文明建设中具有典型性和示范性。该研究针对“两山”基地研究尺度小、基础资料薄弱、“两山”转化成效突出的特点，构建适用于“两山”基地的碳源碳汇核算方法，以宁海县为例剖析其碳源碳汇分布特征和演变趋势，并对影响因素进行科学识别，以期为“两山”基地绿色低碳发展提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

宁海县位于我国大陆海岸线中段、浙江宁波南部沿海、长江三角洲南翼(29°06′～29°32′ N，121°09′～121°49′E)，常住人口69.59万人，县域总面积1 931.00 km2，其中陆域面积1 843.00 km2，海域面积88.00 km2。地形以低山地、丘陵、平原为主，属亚热带季风湿润气候区。2020年，宁海县实现地区生产总值722.55亿元，三次产业结构为6.67∶49.10∶44.23。宁海县生态环境质量优良，水质优良率为100%，空气质量优良率为93.72%，生态环境状况指数为85.10，森林覆盖率达64.10%。

1.2 主要研究方法

1.2.1碳汇核算方法

由于农作物生长既是碳汇又是碳源的过程，且其生长周期不定、生产产品复杂，该研究暂不将其列入碳汇核算范围。碳汇核算系数主要参考长三角地区、浙江省及相近地区的相关文献研究，具有较强的实用性和可参考性。

(1)植被净生态系统交换量

植被净生态系统生产力(vegetation net ecosystem productivity)可反映大气进入生态系统的净CO2量，在碳排放核算时不考虑植被呼吸作用的碳排放。该研究中植被主要包括森林、草地和城市绿地，其计算公式为

CNEP=∑Cveg，iAveg，i。

(1)

式(1)中，CNEP为植被净生态系统生产力，t·a-1；Cveg，i为第i种植被单位面积的净生产量，t·hm-2·a-1；Aveg，i为第i种植被的面积，hm-2。各植被单位面积的净生产量根据相关文献进行估算：森林、草地和城市绿地分别为3.81、0.95和3.38 t·hm-2·a-1[10]，森林、草地、城市绿地面积均来自统计数据。

(2)水域碳吸收

水域碳吸收的固碳量主要包括水域和滩涂的碳吸收量，其计算公式为

Zwater=CwaterAwater+CmudAmud。

(2)

式(2)中，Zwater为水域碳吸收的固碳量，t ；Cwater和Cmud分别为单位面积河流湖泊和滩涂的固碳速率，取值分别为0.57和2.36 t·hm-2·a-1；Awater和Amud分别为河流湖泊和滩涂的面积[15]，hm-2。

1.2.2碳排放核算方法

碳源核算主要基于《IPCC国家温室气体排放清单(2006)》，核算内容包括能源消费、工业过程、农业活动、废水及固体废弃物、自然过程，内容较为全面，适合县域特点，具有可靠性。

(1)能源消费碳排放(E)

E=∑QiEiCi。

(3)

式(3)中，Qi为第i种能源的消费量，t或m3；Ei为第i种能源的净发热值，kJ·kg-1或kJ·m-3；Ci为第i种能源的碳排放系数,kg·TJ-1。该研究主要考虑煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气8种能源，各能源折算系数和碳排放系数见表1。

(2)工业过程碳排放(EIP)

EIP=12/14∑QiCi。

(4)

式(4)中，Qi为第i种工业产品的生产量，t；Ci为第i种工业产品的碳排放系数，t·t-1。该研究主要考虑钢铁、水泥、石灰、玻璃、合成氨5种工业产品，其碳排放系数分别为1.06、0.14、0.69、0.21、3.27 t·t-1(以CO2计)[16]。

表1 能源折算标准煤系数和碳排放系数值[17]

(3)废弃物处置过程碳排放[18]

废水的碳排放量计算公式为

EWWR=365×12/16∑NPOPWBODFSBCBODAFT，

(5)

EWWI=12/16∑Qind-waterQCODCCOD。

(6)

式(5)～(6)中，EWWR为生活废水的碳排放量，t；NPOP为人口数量，人；WBOD为人均BOD中有机物含量，取值60.00 g·d-1·人-1；FSB为易于沉积的BOD比例，取值0.50；CBOD为BOD的甲烷排放系数，取值0.60 kg·kg-1；AFT为无氧降解的BOD比例，取值0.80；EWWI为工业废水的碳排放量，t；Qind-water为废水产生量，m3；QCOD为废水中可降解有机材料总量，kg·m-3(以COD计)；CCOD为缺省最大CH4产生力，取值0.25 kg·kg-1(以COD计)。

固体废弃物的碳排放量计算公式为

ESWL=∑Q1C1，

(7)

ESWI=∑QiPdPcPmE。

(8)

式(7)～(8)中，ESWL为填埋固废碳排放量，g；Q1为填埋垃圾量，t；C1为填埋垃圾的碳排放系数，取值4.76 g·t-1·a-1；ESWI为焚烧固废碳排放量，t；Qi为焚烧垃圾量，t；Pd为废弃物干物质比例，取值55%；Pc为废弃物碳含量，取值40%；Pm为废弃物化石碳含量，取值40%；E为废弃物焚烧炉的燃烧效率，取值95%。

(4)自然过程碳排放

Eveg=∑Aveg，i×Cveg，i，

(9)

EW=∑(ArCr+AlCl)。

(10)

式(9)～(10)中，Eveg为植被土壤凋落碳排放量，t；Aveg，i为第i种植被类型面积，hm2；Cveg，i为第i种植被类型的碳排放系数，t·hm-2·a-1，森林的碳排放系数Cveg-forest=1.90 t·hm-2·a-1，草地的碳排放系数Cveg-grassland=0.95 t·hm-2·a-1，城市绿地的碳排放系数Cveg-bangreer=3.38 t·hm-2·a-1；EW为水域碳排放量，t；Ar为河流面积，km2；Cr为河流的碳排放系数，取值0.026 t·km-2·a-1；Al为湖泊面积，km2；Cl为湖泊的碳排放系数，取值0.041 t·km-2·a-1[10]。

(5)农业活动碳排放

EP=12/16∑Ap，iCp，iTp，i,

(11)

EA=12/16∑NiCi1Ci2。

(12)

式(11)～(12)中，Ep为稻田的碳排放量，t；Ap，i为第i类稻田的面积，hm2；Cp，i为第i类稻田的甲烷排放系数，kg·hm-2·a-1；Tp，i为第i类稻田的生长周期，d；EA为畜牧业的碳排放量，t；Ni为第i种牲畜的数量，头；Ci1为第i种牲畜肠道发酵的甲烷排放系数，kg·头-1·a-1；Ci2为第i种牲畜粪便的甲烷排放系数，kg·头-1·a-1。

表2 动物的甲烷排放系数[17]

1.2.3“两山”建设成效评估方法

“两山”建设成效主要采用生态系统生产总值(GEP，PGE)和生态产品初级转化率(PTR)评价，其中GEP核算方法及结果参照研究组前期已发表文献[19]。

PGE=VEP+VER+VEC。

(13)

式(13)中，VEP为生态系统的物质产品价值，万元；VER为生态系统的调节服务价值，万元；VEC为生态系统的文化服务价值，万元。生态产品初级转化率通过VEP与VEC之和占GEP的比例表示，以反映“绿水青山”向“金山银山”的转化水平[20]。

1.3 数据来源

研究所需数据主要包括区域土地利用数据、能源消耗、工业和农业产品产量数据、废弃物数据、社会经济发展数据和“两山”建设成效数据。其中，土地利用空间数据包括人工解译的2005、2010、2015和2018年Landsat TM/ETM+遥感数据以及自然资源资产负债表数据。能耗数据、工业和农业产品产量数据来自于《宁海统计年鉴》，废弃物数据来自于《宁海县环境质量报告书》。人口、城镇化率、GDP、产业生产总值等社会经济数据来自于《宁海县国民经济和社会发展统计公报》。

2 结果与分析

2.1 宁海县碳源碳汇计算结果

2003—2018年，宁海县碳汇量总体呈现上升趋势，从2003年的43.91万t上升到2018年的49.40万t，增加了5.49万t，表明宁海县碳汇能力具有较大的提升潜力(图1)。从碳汇结构看，宁海县碳汇量主要来源于植被净生态系统生产力(NEP)，主要包括森林、草地和城市绿地，其中占比最大的为森林碳汇量，约占总碳汇量的88.21%～91.12%。由于宁海县森林覆盖率达到64.10%，林地面积大是宁海县碳汇能力强的最主要原因，2018年森林碳汇量较2003年增长16.22%。就碳汇量增加率而言，城市绿地碳汇量增加最快，15 a间城市绿地碳汇量增长超1倍，这主要是由于城镇化的发展和城市建设的不断完善。水域碳汇量也是宁海县碳汇量的主要构成部分，由于宁海县为滨海城市，滩涂碳汇也是宁海县碳汇的重要组成部分，其占比为6.47%～7.41%。

图1 2003—2018年宁海县碳汇量及结构分析

研究期间，宁海县碳源量呈平稳—急剧上升—波动下降—保持稳定的变化趋势(图2)。

图2 2003—2018年宁海县碳源量及结构变化

区域碳源量由2003年的154.17万t变化至2018年的508.87万t，总体上升2.30倍，并在2011年达到峰值，为646.91万t，2005年碳排放量最低，为144.91万t，相差3.46倍。从碳源结构来看，不同类型碳排放的高低顺序为能源消费>自然过程>工业过程>废水和固废>农业活动。能源消费碳排放是总碳排放量中占比最大的部分，排放量由2003年的148.18万t变化至2018年的486.67万t，占比由85.17%上升至91.52%。自然过程碳排放量由2003年的19.82万t上升至2018年的23.21万t，其占比呈波动下降趋势，由2003年的11.39%下降至2011年的3.29%，后缓慢上升至2018年的4.36%。随着社会经济的不断发展，工业过程碳排放量不断上升，由2003年的5.49万t变化至2018年的21.43万t，其占比基本稳定在4.03%左右。

2.2 宁海县碳汇空间分布格局

为了分析宁海县不同类型乡镇的碳汇发展潜力，从乡镇尺度辨析了当前宁海县不同类型碳汇的空间分布特征(图3)。碳汇低值区域主要集中在强蛟镇、桥头胡街道、桑州镇、桃源街道和越溪乡，而碳汇高值区域主要集中在黄坛镇、深甽镇和岔路镇。从不同碳汇类型分布来看，森林碳汇主要集中在黄坛镇和深甽镇，占森林碳汇总量的30.24%，县内著名的野鹤湫景区和国家级森林公园——南溪温泉森林公园均位于两镇镇域范围内。城市绿地碳汇量在各乡镇间差异较小，主要以深甽镇、黄坛镇和跃龙街道城市绿地碳汇量较高。各乡镇间草地碳汇量差异较小，其中胡陈乡和跃龙街道的草地碳汇较高。河流碳汇主要集中在长街镇、力洋镇、黄坛镇和岔路镇，这主要是由于宁海县域境内水系丰富，众多河流中白溪、大溪(洋溪)、凫溪、清溪、中堡溪这五大溪流和颜公河的流域面积最大。宁海县滩涂主要分布在北部沿海和东南沿海区域，越溪乡、长街镇、西店镇滩涂碳汇量占总滩涂碳汇量的52.53%。总体而言，宁海县的县域碳汇总量大致呈现西部>东南部>北部>中部的西高东低格局。

单位为万t。

2.3 宁海县碳排放影响因素

以往研究中，大多数学者从经济社会发展、城镇化水平、产业结构特点等角度对碳排放进行分析。鉴于“两山”建设在推进区域绿色发展和碳汇潜力发展的同时，也会推进区域生态农业、生态工业和生态旅游业等产业发展，促进“绿水青山”向“金山银山”的转化，笔者采用生态系统生产总值和生态产品初级转化率对宁海县“两山”基地建设成效进行评估。自“十五”开始，宁海县一直坚持生态立县战略，近15 a宁海县生态系统生产总值由2003年的726.40亿元上升至2018年的1 259.03亿元，尤以近5 a的增长速度较快，平均增长速度为7.02%(图4)。利用生态产品初级转化率可定量评估“绿水青山”向“金山银山”的转化效率，近15 a来，宁海县生态产品初级转化率由3.43%上升至17.16%，增长了近5倍。总体来看，生态产品初级转化率变化可分为3个阶段：2003—2007年为稳步增长期，年均增长率为12.02%；2007—2015年为快速增长期，年均增长率为21.34%；2015—2018年为稳定变化期，年均增长率为1.71%。

进一步利用方差分解分析进行宁海县碳排放影响因素分析，重点选取社会因素(常住人口、城镇化率)、经济因素(人均GDP、人均工业产值、各产业增加值、各产业占比)、“两山”建设驱动因素(GEP、生态产品初级转化率)作为原因变量。结果表明，宁海县碳排放可被社会因素、经济因素和“两山”建设驱动因素共同诠释。3个因素对碳排放的共有解释度为60.86%，经济因素总解释度为98.47%，社会总因素解释度为70.05%，“两山”建设驱动总因素解释度为79.62%。经济单因素特有解释度为11.30%，社会单因素特有解释度为0.37%，“两山”建设驱动因素特有解释度为0.075%。因此，宁海县碳排放主要受社会、经济和“两山”建设共同驱动，且各因素的解释度为经济因素>“两山”建设驱动因素>社会因素。

3 讨论

3.1 研究结果的不确定分析

该研究主要基于IPCC核算方法，对国家典型“两山”实践创新基地——宁海县的碳源碳汇量进行了核算，其不确定性主要来自以下3个方面。(1)数据资料的局限性：计算所采用的数据主要来自统计数据，部分工业产品如石灰的核算缺失导致碳排放核算结果可能略有出入[9]；(2)排放系数的多样性：由于国内外以及不同地区间碳汇质量及能源消耗、产品生产等测定方法和标准存在差异，因此不同区域间的排放系数也存在差异，笔者尽量选择浙江或长三角地区的数据进行计算，但仍存在一定的不确定性[10-14]；(3)研究尺度的复杂性：由于“两山”基地地域尺度的复杂性，目前仅选择宁海县作为典型区域进行研究，后续有必要在更多“两山”基地开展验证和进一步研究[19]。

图4 宁海县生态系统生产总值(GEP)和生态产品初级转化率(PTR)变化

总体而言，该研究较好地反映了宁海县碳源碳汇的演变特征和驱动因素，也可检验其他算法的准确性，并可在一定程度上为区域绿色发展和碳减排决策提供重要借鉴。

3.2 宁海县碳汇潜力变化的总体分析

从区域碳汇潜力来看，2003—2018年宁海县碳汇量不断上升，由43.91万上升到49.40万t，且不同类型碳汇中占比最大的为森林碳汇量，约占总碳汇量的88.21%～91.12%。宁海县自2011年开始实行“森林宁海”建设，森林覆盖率由2011年的62.00%上升至2020年的64.10%[21]。同时，宁海县森林生态系统在浙江省县域森林体系中处于健康状态，且变化趋好，这也进一步保障了宁海县森林碳汇的健康发展[22]。此外，由于宁海县濒临海域，县域中88.00 km2为海域，受限于研究数据，该研究仅根据用地类型对滩涂碳汇量进行了初步估算，海洋动植物固碳量等“蓝碳”潜力仍需进一步核算[23]。

从碳汇量的空间分布来看，宁海县碳汇总量大致呈现西部>东南部>北部>中部的西高东低格局，这主要是受自然地理特征所驱动，宁海县域构造属华南台块浙闽隆起带东南沿海断裂褶皱区，全县地势自西向东南倾斜，地形复杂多变，西部和西南部山岭重叠，属于天台山脉中段，森林覆盖率高，而东部地区主要以生产用地和城镇生活用地为主[24]。自确立生态立县发展战略以来，宁海县始终坚持“绿水青山就是金山银山”，大力推进“五水共治”、蓝天保卫战、“两山”和生态文明示范创建等工作，生态环境质量显著提升。自2019和2021年该县相继被确定为“两山”实践创新基地和国家生态文明示范区以来，生态建设不断深化，森林、草地、水域等生态系统质量不断提升，碳汇潜力有待进一步挖掘[25]。

3.3 宁海县碳排放量变化的总体分析

从区域碳排放来看，对比已有结果，刘占成等[26]对长三角地区人均碳排放量进行核算发现，2005年该地区人均碳排放量在7 t左右，结合2005年宁海县人口为58.55万人，计算出理论上同时期研究区碳排放量为409.85万t，而笔者研究表明2005年宁海县碳排放量为144.91万t，存在相当大的差距。这主要是由于长三角区域面积较大，且该区域碳排放量更多集中在江苏地区，采用区域平均值可能会过高地估计宁海县的碳排放量。对比浙江省碳排放水平来看，义白璐等[10]研究表明，2002年左右浙江省碳排放量为57.78万t，按照区域面积进行推算，研究区碳排放量为105.76万t，而笔者研究结果中2003年为154.17万t，仍有一定的差异。这主要是由于研究尺度和研究精度的差异引起的，基于县域尺度的碳排放研究能更为精准地反映地区碳排放活动强度的变化，进而更加科学和因地制宜地指导区域绿色和碳减排实践[27]。

3.4 “两山”基地碳排放影响因素分析

该研究根据宁海县“两山”基地特点，剖析了“两山”建设驱动对碳排放的作用。结果发现，社会因素、经济因素和“两山”建设驱动因素的共有解释度为60.86%，“两山”建设驱动总因素解释度为79.62%，经济因素>“两山”建设驱动因素>社会因素。宁海县是一个工业主导型“两山”基地，三次产业结构比为6.67∶49.10∶44.23，工业发展过程中能源消耗和工业产品碳排放导致经济发展对碳排放的驱动力最大[24]。同时，随着“两山”建设的不断推进，农业工业化和生态产业化发展过程不断深入，生态资源逐渐转化为经济发展动力的同时也对碳排放产生了一定的正向效应[28]。人口数量和城镇化率等社会因素也是驱动碳排放的重要因素，随着县域地区吸纳人口能力的增强，较大的人口规模会反作用于经济发展和废弃物排放，进而导致碳排放驱动力增大。但总体来看，由于受周边杭州、宁波等大城市人口红利的影响，近年来宁海县人口数量和城镇化率总体增幅较小[29]。因此，“两山”基地建设不仅会提升碳汇功能，也会在一定程度上促进碳排放。随着“两山”建设的不断推进，“绿水青山”向“金山银山”的转化逐渐深入，产业发展不断深化，生态产品价值逐渐实现，也需同步探讨低碳转化路径，进而实现“两山”基地绿色低碳发展。

4 结论与建议

2003—2018年，宁海县碳汇量总体呈现上升趋势，森林碳汇量占比最高，且区域碳汇总体呈现西部>东南>北部>中部的西高东低格局。宁海县碳源量呈现平稳—急剧上升—波动下降—保持稳定的趋势，其中能源消费碳排放量最大。宁海县碳排放可被社会因素、经济因素和“两山”建设驱动因素3者共同解释，且各因素影响排序为经济因素>“两山”建设驱动因素>社会因素。

基于以上结论，依托宁海县“两山”基地建设背景，提出以下建议：(1)充分利用宁海县“两山”基地建设优势，发挥县内森林碳汇的重要作用，合理规划县域非建设用地的土地利用方式，扩大林地面积，保护低承载力的草地和湿地，恢复退化土地，实现生态系统增汇减排；(2)坚持生态优先不动摇，促进产业转型升级，加强生态文明和“两山”基地建设力度，大力进行低碳技术创新，降低经济发展和“两山”建设过程中的碳排放强度，切实提升宁海县等“两山”基地的生态环境承载力和产业可持续发展水平。