白翠媚+梅昀+張苗

摘要：采用武漢市1996-2010年的土地利用變更數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)以及相關(guān)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)構(gòu)建碳排放、碳足跡模型，測(cè)算近15年來(lái)武漢市土地利用的碳排放量和碳足跡，并分析其碳排放量、碳足跡的變化及影響因素。結(jié)果表明，武漢市建設(shè)用地碳排放量占碳排放總量的98%以上，在1996-2010年處于逐年增加的狀態(tài)，2010年已達(dá)到1996年的1.4倍;武漢市的總碳足跡和人均碳足跡也在逐年增加，碳赤字較為嚴(yán)重。碳排放總量的不斷增加主要是由武漢市建設(shè)用地不斷擴(kuò)大以及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式和能源結(jié)構(gòu)不合理造成。為此，武漢市不僅要控制建設(shè)用地的擴(kuò)張，同時(shí)還應(yīng)改變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：碳排放;碳足跡;建設(shè)用地;能源結(jié)構(gòu);武漢市

中圖分類(lèi)號(hào)：F301.24 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：0439-8114（2015）02-0313-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.02.015

Land Use Patterns of Carbon Emissions and Carbon Footprint of Wuhan City

BAI Cui-mei， MEI Yun， ZHANG Miao

（Land Management College， Huazhong Agriculture University，Wuhan 430070， China）

Abstract： In order to build a “two sides society” and develop the low-carbon economy， the carbon emission and energy carbon footprint of Wuhan city during past 15 years were estimated. The changes and the impact factors were analyzed with carbon emission model and carbon footprint model based on data of land use patterns， data of energy and data of economic of Wuhan city from 1996 to 2010. The results showed that the carbon emission of construction land accounted for more than 98% of total carbon emissions， and gradually increased from 1996 to 2010. Carbon emission of construction land in 2010 was 1.4 times more than that in 1996. The total carbon footprint and per capita carbon footprint of Wuhan city increased constantly. Carbon deficit in Wuhan city was severe. The increase of total carbon emission was mainly caused by the increase of construction land and the growth way of the economic and the irrational energy structure in Wuhan. The expansion of construction land must be controlled. The growth mode of economy and the structure of the energy consumption should by adjusted.

Key words： carbon emission; carbon footprint; construction land; energy structure; Wuhan city

氣候變暖是全世界公認(rèn)的環(huán)境問(wèn)題，造成氣候變暖的原因主要是溫室氣體排放量的大幅增加。2005年2月16日《京都議定書(shū)》正式生效，給CO2排放量居世界第二位的中國(guó)帶來(lái)了嚴(yán)峻和現(xiàn)實(shí)的壓力與挑戰(zhàn)[1]，掀起學(xué)術(shù)界有關(guān)碳排放研究的熱潮。有學(xué)者對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放的關(guān)系進(jìn)行了研究。彭佳雯等[2]利用脫鉤模型探討了中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與能源碳排放的脫鉤關(guān)系及程度;杜婷婷等[3]則以庫(kù)茨涅茲環(huán)境曲線及衍生曲線為依據(jù)，對(duì)中國(guó)CO2排放量與人均收入增長(zhǎng)時(shí)序資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)擬合得出中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與CO2排放的函數(shù)關(guān)系。也有學(xué)者對(duì)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變引起的碳排放效應(yīng)變化進(jìn)行了研究。如蘇雅麗等[4]對(duì)陜西省土地利用變化的碳排放效益進(jìn)行了研究。對(duì)于土地利用碳排放影響因素的研究也有了一定的成果，主要是利用指數(shù)分解法對(duì)影響土地利用碳排放效應(yīng)的因素進(jìn)行分解分析，如蔣金荷[5]運(yùn)用對(duì)數(shù)平均Divisia指數(shù)法（LMDI法）定量分析了中國(guó)1995-2007年碳排放的影響因素及貢獻(xiàn)率。對(duì)于碳足跡的研究，趙榮欽等[6]計(jì)算和分析了江蘇省不同土地利用方式能源消費(fèi)碳排放與碳足跡。還有其他學(xué)者通過(guò)碳足跡計(jì)算模型，從碳足跡核算和碳足跡評(píng)價(jià)的角度進(jìn)行了有意的探討[7-9]。研究不同土地利用方式的碳排放效應(yīng)，有助于從土地利用調(diào)控的角度控制碳排放。本研究以武漢市為例，分析武漢市土地利用碳排放和碳足跡，探討武漢市碳排放變化的影響因素，為武漢市調(diào)控土地利用以減少碳排放提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)武漢市構(gòu)建“兩型社會(huì)”具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。endprint

1 ?研究區(qū)域概況

武漢市位于中國(guó)的中部地區(qū)、江漢平原的東部，地處東經(jīng)113°41′-115°05′，北緯29°58′-31°22′。地形以平原為主，擁有豐富的自然資源。截至2010年，全市土地面積為8 494.41 km2，農(nóng)用地面積為4 270.45 km2，其中耕地面積為3 174.05 km2，林地面積為975.81 km2， 建設(shè)用地1 596.51 km2，未利用地面積2 627.45 km2。本年全市國(guó)民生產(chǎn)總值達(dá)到6 762.20億元，同比增長(zhǎng)12.5%，位居15個(gè)副省級(jí)城市第五位。第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)分別為198.70億、3 254.02億、3 303.48億元，比重為2.94%、48.12%、48.94%。人均GDP為68 286.24元，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入23 738.09元，農(nóng)村居民人均純收入9 813.59元。全市全年社會(huì)消費(fèi)品零售總額達(dá)2 959.04億元。

2 ?研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 ?碳排放測(cè)算模型

根據(jù)李穎等[10]、蘇雅麗等[4]的研究，本研究基于各種用地類(lèi)型的碳排放/碳吸收系數(shù)計(jì)算碳排放量，主要涉及耕地、林地、草地、建設(shè)用地。其中建設(shè)用地具有碳源效應(yīng)，耕地上的農(nóng)作物雖然能夠吸收二氧化碳，但是在很短的時(shí)間內(nèi)又會(huì)被分解釋放到空氣中，因此將耕地視為碳源[11]，林地和草地為碳匯。

碳排放測(cè)算公式[10]：

CL=∑Si■·Qi ? （1）

其中，CL為碳排放總量;Si為第i種土地利用類(lèi)型的面積;Qi為第i種土地利用類(lèi)型的碳排放（吸收）系數(shù)，吸收為負(fù)，其中耕地、林地、草地的碳排放系數(shù)分別為0.422、-0.644、-0.02 tC/hm2[12]。

建設(shè)用地的碳排放主要通過(guò)計(jì)算其建設(shè)過(guò)程消耗能源所產(chǎn)生的碳排放間接得到。這里的能源主要是指煤炭、石油和天然氣。

建設(shè)用地碳排放估算公式[10]：

CP=∑ni=∑M■·Qi ?（2）

其中，CP為碳排放量;ni為第i種能源的碳排放量;Mi為第i種能源消耗標(biāo)準(zhǔn)煤;Qi為第i種能源的碳排放系數(shù)，其中煤、石油、天然氣的碳排放系數(shù)分別為0.747 6 tC/t標(biāo)準(zhǔn)煤、0.582 5 tC/t標(biāo)準(zhǔn)煤、0.443 4 tC/t標(biāo)準(zhǔn)煤[12]。

2.2 ?不同土地利用類(lèi)型的碳足跡

碳足跡是指吸收碳排放所需的生產(chǎn)性土地（植被）面積，即碳排放的生態(tài)足跡[13]。凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力即NEP是指1 hm2植被一年的碳吸收量，用來(lái)反映植被的固碳能力[13]，采用NEP指標(biāo)反映不同植被的碳吸收量，并以此計(jì)算出消納碳排放所需的生產(chǎn)性土地的面積（碳足跡）。森林和草原是主要的陸地生態(tài)系統(tǒng)，因此本文主要考察這兩種植被類(lèi)型的碳吸收[13]。根據(jù)趙榮欽等[6]、謝鴻宇等[13]的方法，首先計(jì)算出化石能源碳排放量，再根據(jù)森林和草地的碳吸收量計(jì)算出各自的碳吸收比例，最后由各自的NEP計(jì)算出吸收化石能源消耗碳排放所需的森林和草地的面積?；茉刺甲阚E計(jì)算公式為：

A=∑A■=■+ ■ ?（3）

其中，A為總的化石能源碳足跡，Ai為第i類(lèi)能源的碳足跡，Ci為第i種能源的消耗量（萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤），Qi為第i種能源的碳排放系數(shù)，P■與P■分別為森林與草原吸收碳的比例;NEP■與NEP■分別為森林和草地的凈積累量。吸收1 t的CO2所需的相應(yīng)生產(chǎn)用地土地面積計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

2.3 ?數(shù)據(jù)來(lái)源

能源數(shù)據(jù)與經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《武漢市統(tǒng)計(jì)年鑒（1996-2010）》，武漢市土地利用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)源于武漢國(guó)土資源和規(guī)劃局。

3 ?結(jié)果與分析

3.1 ?武漢市碳排放量

根據(jù)公式（1）、（2）和《武漢市統(tǒng)計(jì)年鑒》所查詢(xún)的武漢市能源消耗量，以及武漢市歷年土地變更數(shù)據(jù)，計(jì)算武漢市1996-2010年的碳排放量見(jiàn)表2。

從不同土地利用類(lèi)型的碳排放量來(lái)看（表2），建設(shè)用地的碳排放量占碳排放總量的98%以上， 由此可以說(shuō)明建設(shè)用地為主要的碳源。同時(shí)可以看到，武漢市的建設(shè)用地碳排放量增加較快， 1996到2010年間，武漢市建設(shè)用地碳排放量增加了1 091.6萬(wàn)t，增幅為88.58%，碳排放總量也增加了87.21%。通過(guò)SPSS 19對(duì)建設(shè)用地面積與碳排放總量進(jìn)行雙側(cè)檢驗(yàn)，結(jié)果表明，在0.01水平下顯著相關(guān)，可見(jiàn)武漢市的碳排放總量與建設(shè)用地的碳排放量走勢(shì)保持同步。

在建設(shè)用地面積增加的同時(shí)，耕地面積在不斷減少，但是耕地面積的減少對(duì)碳排放總量并沒(méi)有起到明顯的影響，原因可能有兩個(gè)方面，一是耕地的碳排放量相對(duì)于建設(shè)用地來(lái)講數(shù)量太小，最高也只占碳源排放總量的1.6%;二是耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地不僅沒(méi)有降低碳排放量，反而會(huì)增加碳排放量。

另一方面，武漢市的碳吸收總量也在不斷增加，1996到2010年間增加了2.09萬(wàn)t，增幅為49.76%，其中占碳匯吸收比例較小的草地碳吸收量在逐年下降，但是林地的碳吸收量占總吸收量的90%以上，甚至有些年份達(dá)到了99%以上，且林地面積在不斷擴(kuò)大，林地的固碳量在增加，從而使得武漢市碳吸收量15年間不斷增加。

3.2 ?武漢市建設(shè)用地碳足跡分析

由公式（3）計(jì)算武漢市1996-2010年的能源消耗碳足跡間接得到建設(shè)用地碳足跡，如表3所示。由表3中可以看出，武漢市的建設(shè)用地碳足跡逐年增加，在此期間，雖然武漢市的林地與草地的總面積有所增加，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足總碳足跡的增加速度，同時(shí)人均碳足跡由0.63 hm2增加為0.74 hm2，由此表明武漢市的生態(tài)系統(tǒng)不足以彌補(bǔ)能源消費(fèi)的碳足跡。不同能源的碳足跡表明，煤炭的消費(fèi)是引起總碳足跡增加的主要原因。表3也表明，森林的碳吸收能力比草地要強(qiáng)，碳足跡以森林為主。endprint

3.3 ?影響因素分析

3.3.1 ?土地利用結(jié)構(gòu) ?不同的土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)碳排放量與碳吸收量都會(huì)產(chǎn)生影響。1996-2010年武漢市土地利用結(jié)構(gòu)變化見(jiàn)表4。由表4可以看出，武漢市的林地面積不斷增加，草地面積在減少，但是由于林地是主要的碳匯，因此武漢市的碳匯量隨林地面積的增加而增加。耕地面積在減少，建設(shè)用地面積不斷增加，且增加速度較快，一部分面積的增加是由于耕地的非農(nóng)化，即耕地轉(zhuǎn)為了建設(shè)用地，而建設(shè)用地是主要碳源，因此，武漢市的碳排放量隨建設(shè)用地面積增加而增加。

3.3.2 ?經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式 ?現(xiàn)有的研究表明[10]，國(guó)家工業(yè)化，能源消費(fèi)碳排放是最主要的排放類(lèi)型，可占二氧化碳排放的90%以上。從上述武漢市碳排放量測(cè)算結(jié)果來(lái)看，能源碳排放占碳排放總量的98%以上。由此，應(yīng)分析經(jīng)濟(jì)發(fā)展中能源消費(fèi)帶來(lái)的碳排放變化。

碳排放強(qiáng)度是碳排放量與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的比值，是衡量溫室氣體排放的指標(biāo)，可以作為發(fā)展中國(guó)家承認(rèn)和反映其對(duì)減緩氣候變化的貢獻(xiàn)指標(biāo)[14]。計(jì)算可知，1996-2010年武漢市碳排放強(qiáng)度總體上呈下降趨勢(shì)，由1996年的1.88 t/萬(wàn)元下降到2010年的0.53 t/萬(wàn)元，下降了71.81%，年平均下降4.79%。根據(jù)何建坤等[14]的研究，要實(shí)現(xiàn)二氧化碳的絕對(duì)減排，碳排放強(qiáng)度的下降率要大于GDP的增長(zhǎng)率。而武漢市1996-2010年碳排放強(qiáng)度下降率遠(yuǎn)小于14.54%的GDP增長(zhǎng)率，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)碳減排。

經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)既需要資本的投入，也需要土地、能源等物資投入，若經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)使得土地、能源等物資消耗加劇，碳排放量加大，則資源利用效率降低，對(duì)環(huán)境的不利影響加劇，顯然這種經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式不可取。為評(píng)判經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)碳排放變化的影響，可選用能源碳排放系數(shù)，即能源碳排放增長(zhǎng)速度與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的比值來(lái)反映經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)碳排放的影響，其與能源消費(fèi)彈性系數(shù)具有同樣的測(cè)量意義[15]。已有研究表明，發(fā)展中國(guó)家能源消費(fèi)彈性系數(shù)一般都大于或接近于1，而發(fā)達(dá)國(guó)家則小于或接近0.5[15]。其值越大，說(shuō)明能源碳排放增長(zhǎng)快于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，武漢市能源碳排放系數(shù)達(dá)到了0.76，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.5。由此說(shuō)明，武漢市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)促進(jìn)了碳排放量的增加。

3.3.3 ?能源結(jié)構(gòu) ?不同的能源其碳排放系數(shù)不同，三大能源中，煤炭的碳排放系數(shù)最大，天然氣最小，石油居中。因此，煤炭的消耗量越大，則能源碳排放量越大。根據(jù)公式（2）可測(cè)算各種能源碳排放量，并得出三大能源碳排放量趨勢(shì)圖（見(jiàn)圖1）。由于各能源的碳排放量與能源消費(fèi)量之間呈正比，因此，能源碳排放量的趨勢(shì)與能源消費(fèi)量的趨勢(shì)一致。由圖1可知，石油和天然氣的消費(fèi)量在1996-2010年間較為平穩(wěn)，煤炭的消費(fèi)量在1996-2002年間保持穩(wěn)定，2002-2006年快速上升，2006-2009出現(xiàn)微小下降，2010年又開(kāi)始上升，與武漢市碳源排放總量變化走勢(shì)一致，煤炭消耗量占總能源的67%以上?？梢钥闯?，武漢市是以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)。

平均碳排放系數(shù)是指能源碳排放總量與能源消耗總量的比值，其變化能夠反映能源結(jié)構(gòu)變動(dòng)對(duì)碳排放量的影響。當(dāng)?shù)吞寄茉幢壤脑黾訒r(shí)，平均碳排放系數(shù)將會(huì)變小。從圖1來(lái)看，武漢市1996-2010年的平均碳排放系數(shù)較為平穩(wěn)，在0.707～0.717之間浮動(dòng)。以上分析表明，武漢市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理。

3.3.4 ?碳足跡影響因素分析 ?武漢市能源消耗總量在15年間由1 790.13萬(wàn)t增長(zhǎng)到了3 352.96萬(wàn)t，與此同時(shí)，其碳足跡也由328.13萬(wàn)hm2增長(zhǎng)到了618.78萬(wàn)hm2。能源消耗總量與碳足跡走勢(shì)圖（圖2）表明，碳足跡隨著能源消耗總量的變動(dòng)而變動(dòng)，兩者呈現(xiàn)出高度一致的走勢(shì)。

采用回歸分析可以定量分析能源消耗總量與碳足跡的關(guān)系。本文以95%的置信度通過(guò)有關(guān)檢驗(yàn)，其相關(guān)性如表5所示，能源消耗量與碳足跡的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.999 5，說(shuō)明碳足跡受能源消耗總量影響較大。

4 ?小結(jié)與討論

1）建設(shè)用地是主要的碳源，其碳排放量占總碳排放總量的98%以上。建設(shè)用地面積的增加是武漢碳排放量增加的一個(gè)重要原因。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，建設(shè)“兩型社會(huì)”，武漢需控制建設(shè)用地面積的不斷擴(kuò)大。同時(shí)，提高土地利用集約度，通過(guò)集約利用緩解建設(shè)用地供求矛盾，實(shí)現(xiàn)低碳集約利用。

2）武漢市的總碳足跡和人均碳足跡在不斷增加，雖然武漢市的林地與草地的總面積有所增加，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足總碳足跡的增加速度，表明武漢市碳赤字較為嚴(yán)重。其中，森林碳足跡和煤炭碳足跡為碳足跡的主要“碳匯”和“碳源”，煤炭的消耗是引起總碳足跡增加的主要原因。因此，增強(qiáng)生產(chǎn)性土地，特別是森林的固碳能力，改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，減少煤炭消費(fèi)量，提高石油、天然氣等能源的消費(fèi)比例，可以較好地降低碳排放水平。

3）1996-2010年，武漢市碳排放量總體上升。主要原因除了建設(shè)用地面積不斷增加外，還受經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式與能源結(jié)構(gòu)的影響。較高的能源碳排放系數(shù)反映出武漢市目前的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式不利于低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。建立低碳的能源體系，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)社會(huì)的關(guān)鍵。

4）通過(guò)土地利用變化以及能源消費(fèi)量的變化分析了武漢市的碳排放以及碳足跡的變化，但是在計(jì)算能源消費(fèi)碳排放時(shí)，因數(shù)據(jù)的限制，僅考慮了化石能源消費(fèi)所帶來(lái)的碳排放，未計(jì)算農(nóng)村生物質(zhì)能燃燒帶來(lái)的碳排放。同時(shí)，由于目前對(duì)碳足跡的概念和計(jì)算邊界缺乏統(tǒng)一的定義，計(jì)算數(shù)據(jù)獲取難度較大，碳足跡的研究需要進(jìn)一步深入探討與完善。

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