杜官印

（北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，北京 100871）

1 引言

中國(guó)始于1997年的新一輪經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要特征是工業(yè)的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，三次產(chǎn)業(yè)比例從1997年的18.3︰47.5︰34.2，逐步調(diào)整為2007年的11.13︰48.50︰40.37，中國(guó)已全面進(jìn)入工業(yè)化階段。但是長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)的高增長(zhǎng)與高投資、高能耗和高排放相伴隨。改革開(kāi)放期間，工業(yè)產(chǎn)值只占全國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的40.1％，卻消耗了全國(guó)67.9％的能源，排放出的CO2占全國(guó)的83.1％［1］。與之相應(yīng)，中國(guó)的建設(shè)用地近10年也呈現(xiàn)快速擴(kuò)張態(tài)勢(shì)。根據(jù)全國(guó)土地利用變更調(diào)查統(tǒng)計(jì)，1998—2007年底，全國(guó)累計(jì)新增建設(shè)用地502.41萬(wàn)hm2，建設(shè)用地快速擴(kuò)張的主要原因是工業(yè)化和城市化的推進(jìn)。碳排放和土地利用變化密切相關(guān)。土地利用變化可以造成直接的碳排放和間接碳排放，直接碳排放主要是由土地利用/覆被類(lèi)型轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型更替造成的碳排放，以及土地經(jīng)營(yíng)管理方式轉(zhuǎn)變或生態(tài)系統(tǒng)碳匯所驅(qū)動(dòng)的碳排放；間接碳排放主要是各土地利用類(lèi)型上所承載的全部人為源碳排放，特別是工業(yè)、交通運(yùn)輸、取暖等消耗化石能源造成的碳排放。

對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的環(huán)境效應(yīng)研究是土地科學(xué)的重要研究方向，全球環(huán)境變化的人文因素計(jì)劃（IHDP）與國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）新設(shè)立的全球土地計(jì)劃（GLP），在早期的土地利用和土地覆被類(lèi)型分類(lèi)、驅(qū)動(dòng)力分析和模型模擬研究的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展到對(duì)不同時(shí)間尺度和空間尺度的土地變化過(guò)程以及資源、環(huán)境、生態(tài)效應(yīng)評(píng)估等方面的研究［2］。土地變化過(guò)程及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)與調(diào)控是中國(guó)土地變化研究的優(yōu)先領(lǐng)域［3-5］，對(duì)土地利用變化的研究已經(jīng)和中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)在一起［6］。

尹鋒等學(xué)者［7］認(rèn)為，在非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，建設(shè)用地對(duì)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)是間接的，但建設(shè)用地規(guī)模擴(kuò)張會(huì)刺激投資增加。中國(guó)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期以投資帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式已帶來(lái)嚴(yán)重的土地供需矛盾，根據(jù)2006年對(duì)《全國(guó)土地利用總體規(guī)劃（1997—2010年）》實(shí)施情況的評(píng)估，截至2004年，全國(guó)實(shí)際凈增建設(shè)用地突破控制指標(biāo)約32％。建設(shè)用地?cái)U(kuò)張一定程度上助推了工業(yè)和城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，進(jìn)而與CO2的排放相關(guān)聯(lián)。對(duì)CO2排放和人均收入水平、人口規(guī)模、城市和農(nóng)村人口的比例、工業(yè)結(jié)構(gòu)和能源密度的關(guān)系研究表明，低收入國(guó)家的碳排放對(duì)城市化水平的彈性遠(yuǎn)高于整體水平［8］。章泉［9］認(rèn)為，以城市建成區(qū)面積為指標(biāo)的中國(guó)城市化進(jìn)程的加快會(huì)對(duì)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響。隨著中國(guó)工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加速前進(jìn)，能源需求和碳排放將繼續(xù)呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，如何協(xié)調(diào)工業(yè)化與控制碳排放之間的關(guān)系，如何在工業(yè)化和城市化的過(guò)程中約束建設(shè)用地的擴(kuò)張是中國(guó)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

本文研究建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與碳排放的關(guān)系，在對(duì)1997—2007年中國(guó)碳排放進(jìn)行估算的基礎(chǔ)上，將建設(shè)用地?cái)U(kuò)張作為城市化和工業(yè)化程度的直接體現(xiàn)，建立基于隨機(jī)形式的碳排放與人口、人均GDP和建設(shè)用地回歸分析的STIRPAT模型，測(cè)算了碳排放對(duì)三個(gè)因素的彈性系數(shù)，為科學(xué)、定量分析建設(shè)用地?cái)U(kuò)張對(duì)碳排放的影響提供可行途徑。

2 碳排放與主要驅(qū)動(dòng)因素的環(huán)境影響彈性系數(shù)測(cè)定

中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展引起了CO2排放的快速增長(zhǎng)，據(jù)估算，20世紀(jì)70年代末以來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展累計(jì)貢獻(xiàn)了約86％的CO2排放增量，而人口在CO2的排放中貢獻(xiàn)較為穩(wěn)定［10］。姜克雋等［11］對(duì)中國(guó)未來(lái)中長(zhǎng)期的能源需求與CO2排放情景進(jìn)行分析，認(rèn)為中國(guó)經(jīng)濟(jì)將快速增長(zhǎng)，能源需求和相應(yīng)的CO2排放也將明顯快速增加。因此，研究碳排放及其與驅(qū)動(dòng)因素的關(guān)系，已經(jīng)越來(lái)越成為一個(gè)十分重要的課題。國(guó)內(nèi)學(xué)者［12-18］應(yīng)用不同的方法研究人口、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、制度因素對(duì)化石能源碳排放的影響，一般認(rèn)為，人口和人均GDP是碳排放的增加的主要驅(qū)動(dòng)因素，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的多元化和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的多元化會(huì)導(dǎo)致國(guó)家從高碳燃料為主向低碳燃料為主轉(zhuǎn)變。

1997—2007年，中國(guó)居民點(diǎn)和獨(dú)立工礦用地占所有建設(shè)用地的比例為80％左右，且與工業(yè)化和城市化同步增長(zhǎng)。建設(shè)用地作為工業(yè)化和城市化發(fā)展的最直接的體現(xiàn)，可以在一定程度上代表工業(yè)化和城市化的變化趨勢(shì)，研究建設(shè)用地?cái)U(kuò)張對(duì)碳排放的影響具有很好的指示意義。本文應(yīng)用STIRPAT模型，將建設(shè)用地納入影響碳排放的因素進(jìn)行定量研究，試圖分析建設(shè)用地與碳排放之間的定量關(guān)系。

2.1 STIRPAT模型

Dietz等［19-20］將IPAT方程轉(zhuǎn)變成一種隨機(jī)模型，即STIRPAT模型，通過(guò)對(duì)技術(shù)項(xiàng)的分解，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種類(lèi)型人文驅(qū)動(dòng)因素與環(huán)境影響之間的分析。該模型表達(dá)形式通常如下：

式1中，I為環(huán)境影響；P為人口；A為富裕程度；T為技術(shù)；α為標(biāo)度該模型的常數(shù)項(xiàng)；β、γ、δ為P、A和T的指數(shù)項(xiàng)；e是殘差項(xiàng)。顯然。如果假設(shè)a=b=c=d=e=1，STIRPAT模型就還原成IPAT等式。由于當(dāng)前對(duì)技術(shù)缺乏統(tǒng)一的測(cè)量指標(biāo)，實(shí)際應(yīng)用中一般將之歸于殘差項(xiàng)，而不是單獨(dú)估計(jì)。同時(shí)，由于式1是一個(gè)多自變量的非線性模型，為測(cè)試驅(qū)動(dòng)因素對(duì)環(huán)境的影響，通常將式1轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)形式：

式2的有關(guān)系數(shù)可利用回歸分析方法計(jì)算獲得，由于是取自然對(duì)數(shù)，各項(xiàng)系數(shù)可直接看作環(huán)境影響對(duì)驅(qū)動(dòng)因素的彈性系數(shù)，也稱(chēng)為人口、富裕程度和技術(shù)的生態(tài)彈性系數(shù)［20-21］。式2右側(cè)驅(qū)動(dòng)因素的系數(shù)β、γ、δ表示在其他驅(qū)動(dòng)因素維持不變時(shí)，相對(duì)應(yīng)的人口、富裕程度和技術(shù)每變化1％引起的環(huán)境影響變化的百分比。在計(jì)算中一般將技術(shù)和殘差項(xiàng)合并，用來(lái)表示除人口、富裕程度以外的其他因素。應(yīng)用到具體問(wèn)題的研究中時(shí)，可根據(jù)需要在式1中增加其他因素，分析它們對(duì)環(huán)境的影響，但是增加的變量需要與式1的乘法形式具有概念上的一致性。

根據(jù)STIRPAT模型的具體形式和彈性系數(shù)定義可推導(dǎo)人口、富裕程度、技術(shù)和環(huán)境影響之間的定量關(guān)系，從而解決了實(shí)證分析中檢驗(yàn)各驅(qū)動(dòng)因素變化對(duì)環(huán)境變化的影響力問(wèn)題，使之成為一個(gè)可以對(duì)多種人文因素的環(huán)境影響進(jìn)行分析的工具。STIRPAT模型中驅(qū)動(dòng)因素的估計(jì)系數(shù)與經(jīng)濟(jì)學(xué)中彈性系數(shù)的解釋一致，如果估計(jì)系數(shù)等于1，說(shuō)明環(huán)境影響與驅(qū)動(dòng)因素存在同比例的單調(diào)變化；如果彈性系數(shù)＞1，說(shuō)明增加該驅(qū)動(dòng)因素引起環(huán)境影響變化的速度超過(guò)驅(qū)動(dòng)因素的變化速度；如果0＜彈性系數(shù)＜1，說(shuō)明增加該驅(qū)動(dòng)因素引起的環(huán)境影響變化速度小于驅(qū)動(dòng)因素的變化速度；如果彈性系數(shù)＜0，則說(shuō)明該驅(qū)動(dòng)因素具有減緩環(huán)境影響的作用。已有研究中，多數(shù)學(xué)者將人口和富裕程度作為環(huán)境影響的主導(dǎo)因素加以探討，而將建設(shè)用地納入驅(qū)動(dòng)因素的研究尚不多見(jiàn)。

2.2 模型構(gòu)建

本文采用STIRPAT模型，將碳排放量作為環(huán)境影響的表征，將人口、人均GDP和建設(shè)用地作為驅(qū)動(dòng)因素。文中以省級(jí)行政區(qū)為研究單元，重點(diǎn)分析1997—2007年歷年碳排放對(duì)建設(shè)用地等驅(qū)動(dòng)因素的彈性系數(shù)?；赟TIRPAT模型分析碳排放驅(qū)動(dòng)因素的模型表達(dá)式如下：

式3中，I為環(huán)境影響，用碳排放量表示；P為人口；A為人均GDP；S為建設(shè)用地；α為標(biāo)度該模型的常數(shù)項(xiàng)；β、γ、δ分別為P、A和S的指數(shù)項(xiàng)；e為殘差項(xiàng)。

將式3轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)形式：

對(duì)式4通過(guò)回歸分析，可以得到碳排放對(duì)人口、人均GDP和建設(shè)用地的彈性系數(shù)β、γ、δ。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

（1）碳排放量。對(duì)一個(gè)地區(qū)化石能源的碳排放量一般采用不同化石能源的消費(fèi)量及其碳排放系數(shù)進(jìn)行測(cè)算。本文有關(guān)化石能源數(shù)據(jù)來(lái)自1997—2008年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》中各地區(qū)各一次能源消費(fèi)量，碳排放系數(shù)依據(jù)中國(guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組編著的《2009中國(guó)可持續(xù)發(fā)展報(bào)告——探索中國(guó)特色的低碳道路》中的有關(guān)數(shù)據(jù)確定［22］。其中，由于西藏能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺失較多，海南2002年和寧夏2001年和2002年個(gè)別能源項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不完整，故上述3個(gè)省份不納入后續(xù)分析工作?？紤]到重慶、四川歷史數(shù)據(jù)的延續(xù)性，將重慶、四川合并為一個(gè)省份考慮。碳排放量的單位為104t。

（2）人口和人均GDP。各省份人口數(shù)據(jù)采集自1998—2008年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》，單位為萬(wàn)人。富裕程度用人均GDP表示，其中GDP數(shù)據(jù)來(lái)自1998—2008年的《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》，并以1952年不變價(jià)進(jìn)行平減，以減小價(jià)格變動(dòng)的影響。人均GDP單位為元/人。

（3）建設(shè)用地。本文使用的各省份建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)來(lái)自歷年全國(guó)土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，由于2002年后執(zhí)行《全國(guó)土地利用分類(lèi)（過(guò)渡期間適用）》標(biāo)準(zhǔn)，造成2002年前和以后年份建設(shè)用地統(tǒng)計(jì)上有較大差異。本文依據(jù)全國(guó)土地利用變更調(diào)查的三級(jí)地類(lèi)進(jìn)行重新歸類(lèi)，用居民點(diǎn)工礦用地和交通運(yùn)輸?shù)仡?lèi)中口徑一致的地類(lèi)總量代表建設(shè)用地，保持?jǐn)?shù)據(jù)口徑一致。建設(shè)用地的單位為hm2。

2.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)式4建立的碳排放與相關(guān)驅(qū)動(dòng)因素的關(guān)系，利用SPSS 18.0軟件，對(duì)1997—2007年的碳排放與人口、人均GDP、建設(shè)用地逐年進(jìn)行回歸分析（表1），F(xiàn)檢驗(yàn)表明因變量與各個(gè)回歸自變量總體呈線性相關(guān)，且三個(gè)自變量的方差膨脹因子VIF均小于5，表明不存在嚴(yán)重的共線性。對(duì)人口、人均GDP和建設(shè)用地的回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，取95％的置信度，11個(gè)年份的回歸分析全部通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，表明人口、人均GDP和建設(shè)用地與碳排放存在顯著的相關(guān)關(guān)系。11個(gè)年份中，碳排放對(duì)人口的環(huán)境影響彈性系數(shù)分布于0.375—0.568，對(duì)人均GDP的彈性系數(shù)分布于0.429—0.556，對(duì)建設(shè)用地的彈性系數(shù)分布于0.436—0.529。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)STIRPAT模型對(duì)回歸系數(shù)的解釋?zhuān)鱾€(gè)驅(qū)動(dòng)因素的回歸系數(shù)代表了驅(qū)動(dòng)因素每變化1％，環(huán)境影響變化的百分比。本文對(duì)以碳排放為環(huán)境影響指標(biāo)，以人口、人均GDP和建設(shè)用地為驅(qū)動(dòng)因素的分析表明：

（1）人口、人均GDP和建設(shè)用地都是碳排放的主要驅(qū)動(dòng)力。1997—2007年，人口、人均GDP與建設(shè)用地對(duì)碳排放均呈現(xiàn)正向關(guān)系，三者的增長(zhǎng)均會(huì)帶來(lái)碳排放的增長(zhǎng)。從歷年的回歸結(jié)果看，人均GDP對(duì)碳排放的影響較人口和建設(shè)用地的影響更為顯著一些，在11個(gè)年份的回歸結(jié)果中，有7個(gè)年份的人均GDP的彈性系數(shù)大于人口和建設(shè)用地的彈性系數(shù)；4個(gè)年份人口的彈性系數(shù)大于人均GDP和建設(shè)用地的彈性系數(shù)。這與多數(shù)利用STIRPAT模型測(cè)算環(huán)境變化與驅(qū)動(dòng)因素關(guān)系的分析基本一致。

（2）碳排放對(duì)建設(shè)用地的環(huán)境影響彈性系數(shù)表明，1997—2007年間，建設(shè)用地與碳排放之間存在穩(wěn)定的正向關(guān)系，這與城市化和工業(yè)化發(fā)展是一致的。20世紀(jì)90年代，中國(guó)大中城市建設(shè)用地快速擴(kuò)張，年增長(zhǎng)率近4％。2007年，中國(guó)城市化率達(dá)到44.94％，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到55％。1997—2007年，中國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)用地從2.74萬(wàn)km2擴(kuò)大到3.93萬(wàn)km2。1997—2007年，全國(guó)的獨(dú)立工礦用地面積從2.82萬(wàn)km2擴(kuò)大到4萬(wàn)km2，占建設(shè)用地總面積的比例從9.59％上升到12.21％。相對(duì)應(yīng)的是，中國(guó)工業(yè)產(chǎn)出從1997年的3.29×1012元擴(kuò)大到2007年的11.05×1012元，成為化石能源大量消耗的重要原因。建設(shè)用地與城市化和工業(yè)化的同步增長(zhǎng)，表明建設(shè)用地的擴(kuò)張與碳排放呈現(xiàn)正向相關(guān)關(guān)系符合正常規(guī)律。

表1 碳排放與人口、人均GDP、建設(shè)用地的回歸分析結(jié)果Tab.1 Results of regression analysis on carbon emission with population，per capita GDP and construction land

（3）從本文構(gòu)建的STIRPAT模型及實(shí)證分析看，減輕碳排放的環(huán)境影響，除控制人口、改變片面追求經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度外，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)也是一條重要的途徑。根據(jù)相關(guān)研究成果，合理的城市用地結(jié)構(gòu)為生活居住用地占40％—50％，產(chǎn)業(yè)用地占20％—30％（其中工業(yè)用地占10％—15％），生產(chǎn)和生活兼用的各種用地、道路和其他公共設(shè)施等占20％—30％。而據(jù)全國(guó)55個(gè)城市的統(tǒng)計(jì)資料顯示，生產(chǎn)用地平均占城市用地的63％，其中工業(yè)用地占27.5％。中國(guó)城市用地在結(jié)構(gòu)上除功能性城市外，普遍存在工業(yè)用地比例過(guò)大、商業(yè)用地和生活設(shè)施用地比例過(guò)小的問(wèn)題［23］。調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，可以從以下幾個(gè)方面入手：完善土地利用總體規(guī)劃對(duì)各業(yè)用地結(jié)構(gòu)的控制手段，強(qiáng)化土地利用的用途管制和分區(qū)管制，嚴(yán)格控制建設(shè)用地?cái)U(kuò)張占用農(nóng)用地，增強(qiáng)農(nóng)用地的碳匯能力；合理編制城鎮(zhèn)規(guī)劃，保持區(qū)域工業(yè)用地和其他建設(shè)用地處于合理比例；嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家禁止和限制用地目錄，防止違反產(chǎn)業(yè)政策的高耗能企業(yè)上馬等，都可以起到抑制或緩解碳排放影響的作用。

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