修新田，陳秋華

(福建農(nóng)林大學管理學院，福建福州 350002)

氣候變暖是全球面臨的最大環(huán)境問題之一。根據(jù)政府間氣候變化專門委員會的評估報告，大氣中CO2濃度升高是導致全球氣候變暖最重要的原因之一?！疤甲阚E”“低碳經(jīng)濟”“低碳城市”“低碳旅游”等一系列新概念應運而生［1］。碳足跡是由生態(tài)足跡衍生出來的概念，它標示一個人或者團體的“碳耗用量”，被廣泛用來衡量人類的能源活動排碳對大氣環(huán)境和氣候的影響［2］。碳足跡概念一提出就受到廣泛關(guān)注。國外學者圍繞碳足跡源與分類、碳足跡測算與方法、碳足跡影響因素等進行了大量研究，并取得豐碩研究成果。Barrt等分析了房屋的碳足跡，Christopher等分析了美國的家庭碳足跡，Johnson對使用2種不同能源的叉車形成的碳足跡進行比較研究［3］，Paul等對美國10種網(wǎng)絡碳足跡計算器進行了比較，Kenny運用6種碳足跡模型對愛爾蘭的家庭碳足跡進行了研究［4］，日本學者Kaya Yoichi提出了著名的Kaya公式用于測算碳足跡，Diakoulakid等建立了碳足跡模型等［5］。國內(nèi)學者也非常重視碳足跡有關(guān)方面的研究，代表性的學者有張雷、高彩鈴、孫建衛(wèi)等［6－8］，研究內(nèi)容主要從行業(yè)、產(chǎn)業(yè)角度研究與碳足跡關(guān)系，如譚丹、徐盈之、劉新宇、張曉平、陳勇等［9－13］?？傮w而言，碳足跡的研究已得到人們廣泛的重視，但我國對碳足跡的研究還處于起步階段，特別是宏觀角度的研究需要進一步加強。本研究以福建省為例，在吸收借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，分析了1978－2012年該省的碳足跡變化情況，并用衡量區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展狀況的3個指標:國民生產(chǎn)總值(GDP)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(ESD)、能源結(jié)構(gòu)演進(EUSD)分析福建省經(jīng)濟發(fā)展與碳足跡相關(guān)性，旨在為降低福建省碳排放提供理論基礎(chǔ)。

一、有關(guān)概念和計算方法

(一)碳足跡概念

目前關(guān)于碳足跡的定義比較多，每個定義有一定的差異性，但核心的內(nèi)容是一致的，即認為碳足跡是個人或組織直接或者間接消耗某種產(chǎn)品所排放的溫室氣體量的總量，主要以CO2為測算內(nèi)容。

(二)碳足跡測算方法

碳足跡的計算方法主要有利用生命周期評估法(LCA)、通過所使用的能源礦物燃料排放量計算法(IPCC)、投入產(chǎn)出法(IO)、Kaya碳排放恒等式法等4種。每種計算方法都有其特點。IPCC碳排放法是聯(lián)合國氣候變化委員會編寫的溫室氣體清單指南，其在計算過程中全面考慮了溫室氣體的排放。因此，IPCC碳排放分析法是計算碳足跡較為常用且科學的方法。鑒于此，本研究在收集關(guān)于福建省能源方面數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運用IPCC碳排放法計算福建碳足跡。根據(jù)《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》，采用以下公式測算碳足跡:

式(1)中，c為碳足跡，Ei為第i種能源消費總量，ai為第i種能源的碳排放系數(shù)。每種能源的碳排放系數(shù)差別較大。美國能源部(DOE/EIA)、全球氣候變化基金會(GEF)、中國工程院、亞洲開發(fā)銀行等主要科研單位或國際有關(guān)組織都有研究確定消耗化石能源CO2排放系數(shù)。這些主要科研單位或國際有關(guān)組織所確定的消耗化石能源CO2排放系數(shù)略有差異，基于此，本研究以這些科研單位或國際有關(guān)組織所確定的系數(shù)平均值為本研究能源的碳排放系數(shù)，具體為:燃煤的碳排放系數(shù)為0.711;燃油的碳排放系數(shù)為0.560;天然氣的碳排放系數(shù)為 0.425。

(三)碳足跡強度及測算

碳足跡強度也成為GDP碳強度，指的是單位GDP的碳排放量，其計算公式為:碳排放總量/GDP總額。該指標主要衡量碳足跡與GDP之間的關(guān)系。

二、經(jīng)濟增長與碳排放關(guān)系分析方法

(一)庫茲涅茨曲線(EKC)模型

庫茲涅茨曲線是由美國經(jīng)濟學家西蒙·史密斯·庫茲涅茨于1955年所提出的收入分配狀況隨經(jīng)濟發(fā)展過程而變化的曲線，是發(fā)展經(jīng)濟學中重要的概念，后被引申出經(jīng)濟與社會發(fā)展的其他庫茲涅茨曲線。因該模型能夠較好地解釋經(jīng)濟增長和碳排放之間的關(guān)系，因此，在分析經(jīng)濟增長與碳足跡之間的關(guān)系時，國內(nèi)外學者常用這個模型。庫茲涅茨曲線(EKC)模型可以用三次方程公式表達:

式(2)中，x是經(jīng)濟增長變量指標，常用一個地區(qū)的GDP表示;c為常數(shù)項;a為項系數(shù)。

根據(jù)式(2)，當 a1≠0，a2=0且 a3=0時，碳足跡與經(jīng)濟增長之間呈線性變化特征;當a2≠0且a3=0時，碳足跡與經(jīng)濟增長之間呈現(xiàn)“U”型或倒“U”型曲線關(guān)系;a3≠0時，碳足跡與經(jīng)濟增長之間呈現(xiàn)“N”型或倒“N”型曲線關(guān)系。

(二)經(jīng)濟增長與碳足跡脫鉤模型

脫鉤理論最早有經(jīng)濟合作與發(fā)展組織于20世紀60年代提出［14］。所謂經(jīng)濟增長與碳足跡脫鉤指的是經(jīng)濟增長過程中減少對碳排放路徑依賴。脫鉤理論被我國學者廣泛運用于經(jīng)濟增長與能源、環(huán)境相互關(guān)系的研究上，并根據(jù)經(jīng)濟增長和碳排放之間的關(guān)系，提出了經(jīng)濟增長與碳足跡脫鉤分析模型［14］。閻曉等根據(jù)彭佳雯等的研究成果，將經(jīng)濟增長與碳排放的脫鉤狀態(tài)分為擴展性負脫鉤、弱脫鉤、強脫鉤、衰退性脫鉤、弱負脫鉤、強負脫鉤等6類(表 1)［15］。本研究綜合經(jīng)濟增長總量變化(△G)、碳排放總量變化(△C)以及碳足跡的GDP彈性(I)指標分析福建省 1978－2012年的脫鉤情況。

表1 經(jīng)濟增長與碳足跡脫鉤分析模型Table 1 Analysis model of economic growth and carbon footprint decoupling

(三)結(jié)構(gòu)演進與測算方法

結(jié)構(gòu)演進包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進和能源結(jié)構(gòu)演進2個內(nèi)容。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進是指產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)本身所固有的從低級到高級的變化趨勢。能源結(jié)構(gòu)演進指的是能源消費結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化的趨勢。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進和能源結(jié)構(gòu)演進的計算公式分別表示如下［6，15］。

式(3)中，N，M，T分別表示第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)出值;式(4)中，C、O、G、L分別表示煤炭制品、石油制品、天然氣制品、電能(水電、風電、核電等)能源消費量(折算標準煤)。從上述公式可見產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(ESD)和能源結(jié)構(gòu)演進(EUSD)的值域范圍為［1，+∞］。

三、數(shù)據(jù)來源及有關(guān)說明

本研究的數(shù)據(jù)涉及福建1978－2012年的GDP、各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)出值、能源消費值等。這些數(shù)據(jù)主要來源于《福建統(tǒng)計年鑒2013》《新中國統(tǒng)計資料55年:福建篇》《中國能源統(tǒng)計》等。需要強調(diào)的是:(1)各統(tǒng)計年鑒存在統(tǒng)計口徑、部門報送口徑的差別，因此，存在同一年份數(shù)據(jù)有不相同的情況，采取平均值作為統(tǒng)計依據(jù)。(2)福建省消費的能源主要為石化能、水電、風電、核電等。水電、風電、核電等被認為不產(chǎn)生CO2，因此，計算福建省能源消費的碳排放只計算福建省消耗的石化能排放的CO2。(3)福建石化能消耗按大類分為煤炭、石油、天然氣、電力等4種，計量單位不統(tǒng)一，而化石能源CO2排放系數(shù)是以噸標準煤為單位，所以在計算時都將消耗的石化能源通過一定折算系數(shù)折算為當量標準煤。同時為了計算能源結(jié)構(gòu)演進情況，也將電力消費值折算為當量標準煤數(shù)量。

四、結(jié)果與分析

(一)GDP與碳足跡關(guān)系分析

據(jù)測算，1978年福建 GDP僅為 66.37億元，2012年福建GDP為19701.78億元。2012年福建GDP約是1978年GDP的297倍。而同期碳排放量，1978 年為 361.43 萬 t，2012 年為 6350.03 萬 t，2012年福建碳排放量約是1978年碳排放量的18倍?？梢姼＝℅DP和碳足跡都呈現(xiàn)逐年增長態(tài)勢，但福建GDP增長速度遠快于碳足跡增長速度。那么這階段的GDP與碳足跡兩者之間的關(guān)系是否符合庫茲涅茨曲線(EKC)假設(shè)，運用SPSS 19.0對GDP和碳足跡數(shù)值進行回歸分析進行驗證。經(jīng)回歸模型分析發(fā)現(xiàn)，福建1978－2012年期間的碳足跡與GDP之間存在 3次曲線關(guān)系，函數(shù)為:y=463.801+0.202x+(3.4×10－5)x2+(－1.428×10－9)x3，且曲線方程擬合度最高，R2=0.985，說明福建的GDP與碳足跡兩者之間存在密切的關(guān)系，兩者之間關(guān)系符合庫茨涅茲曲線的(EKC)模型假設(shè)。但從散點圖曲線形狀來看(圖1)，并沒有呈現(xiàn)N型或倒N型曲線關(guān)系，但有呈倒“U”型曲線的趨勢。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象可能的一個解釋是:福建總體上仍處于中等發(fā)展程度工業(yè)水平的區(qū)域，這階段的重要特征是:經(jīng)濟發(fā)展總伴隨一定比例的碳排放，隨著技術(shù)水平的提高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整碳排放達到極值后會逐步下降，呈現(xiàn)倒“U”型曲線狀態(tài)。

圖1 1978－2012年福建GDP和碳足跡散點圖Fig.1 Correlation between GDP and carbon footprint in Fujian from 1978 to 2012

(二)經(jīng)濟增長與碳足跡脫鉤分析

福建能源碳排放測算結(jié)果表明，1978－2012年間，隨著福建省經(jīng)濟的發(fā)展，能源消耗總量不斷上升，由1978年的688萬噸標準煤增長到2012年的11185萬噸標準煤。伴隨著能源的巨大消耗，碳排放量也呈增長狀態(tài)。但能源消耗強度和碳足跡強度都呈不斷下降趨勢，其中能源消耗強度從1978年的10.366 萬 t·億元－1下降至 2012 年的 0.566 萬 t·億元－1，碳足跡強度也從 1978 年 5.45 萬 t·億元－1下降至2012年0.32萬t·億元－1，為突破經(jīng)濟增長對污染排放的路徑依賴提供了可能。但根據(jù)脫鉤測算結(jié)果(表2)，1978－2012年福建省經(jīng)濟增長與碳足跡脫鉤狀態(tài)呈現(xiàn)比較復雜的關(guān)系:先是低路徑依賴(弱脫鉤狀態(tài))，逐漸轉(zhuǎn)變到強路徑依賴(擴張性負脫鉤狀態(tài))，再降至低路徑依賴(弱脫鉤狀態(tài))。

具體情況如下:(1)1978－1997年。該階段的能源碳足跡的GDP彈性值均介于0至1之間，經(jīng)濟增長與碳排放處在弱脫鉤狀態(tài)。但這階段能源消耗強度和碳足跡強度數(shù)值都較高，最低值大于或接近1，表明這階段能源的使用效率仍比較低。該階段的產(chǎn)業(yè)主要由粗放型的第一產(chǎn)業(yè)組成，這正是這階段能源消耗強度和碳足跡強度數(shù)值都較高的重要原因。(2)1998－2007年。該階段的能源碳足跡的GDP彈性值大于1，經(jīng)濟增長與碳排放處在擴張性負脫鉤狀態(tài)，說明這階段的經(jīng)濟增長對碳排放的強路徑依賴，即該階段福建的經(jīng)濟增長主要由高能耗的企業(yè)、產(chǎn)業(yè)推動(圖2)。雖然，從能源消耗強度和碳足跡強度數(shù)值來看，數(shù)值介于0至1之間，體現(xiàn)了該階段高能耗企業(yè)的資源利用率處于較高水平，但能源利用效率的提高遠遠未能抵消經(jīng)濟發(fā)展對能源需求的增長幅度。(3)2008－2012年。該階段的能源碳足跡的GDP彈性值由大于1迅速降至0.5以下，經(jīng)濟增長與碳足跡之間的關(guān)系由擴張性負脫鉤狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿趺撱^狀態(tài)，出現(xiàn)大轉(zhuǎn)變的具體原因包括:1)資源利用效率提高。隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平進一步發(fā)展，資源的利用效率進一步提高，減少對能源的消耗。2)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。首先是以資本、技術(shù)密集型為特征的新型工業(yè)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)粗放、高碳型產(chǎn)業(yè)不斷升級改造。這階段福建的生物醫(yī)藥、新能源、環(huán)保等新興產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn);其次，第三產(chǎn)業(yè)比重不斷提高，這階段福建的金融、保險、物流等低碳型企業(yè)發(fā)展較為迅速，推動福建產(chǎn)業(yè)演進進程。3)能源消耗多樣化。政府大力倡導科學發(fā)展觀，支持低碳、清潔能源的開發(fā)利用。近年，福建加大對太陽能、風能、水能等能源開發(fā)利用，使得能源結(jié)構(gòu)有不斷優(yōu)化的趨勢。

表2 1978－2012年間福建省經(jīng)濟增長與碳足跡脫鉤狀態(tài)Table 2 Decoupling between economic growth and carbon footprint in Fujian Provinceduring between 1978 and 2012

圖2 1978－2012年間福建省產(chǎn)業(yè)變化趨勢圖Fig.2 Fujian province industry trends chart in 1978－2012

(三)產(chǎn)業(yè)演進與碳足跡關(guān)系

根據(jù)公式(3)計算1978－2012年福建省歷年ESD值。根據(jù)所測算的ESD值，可以發(fā)現(xiàn)福建這期間的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(ESD)有如下特點。

(1)ESD值總體呈不斷上升的狀態(tài)。1978－2012年福建省歷年ESD值由1978年的2.77增長至2012年的11.09，2012年的ESD值約是1978年ESD值的4倍，年均增長率23.77%。

(2)ESD值上升的速度不斷加快。根據(jù)ESD增長速率可將ESD值上升過程分為3個階段。1)1978－1997年，ESD增長速率總體緩慢，ESD值由1978年到1997年僅增加2.21，卻用了19年的時間，年均增長率僅為11%，遠未及平均水平。體現(xiàn)在這階段即福建產(chǎn)業(yè)演進狀態(tài)由第一產(chǎn)業(yè)主導逐步向第二產(chǎn)業(yè)主導過渡。2)1998－2008年，ESD增長迅速，ESD值由 1998年 5.18增長到 2008年9.34，增加值 4.16，僅 11 年的時間，年均增長率為37.5%。體現(xiàn)這階段福建產(chǎn)業(yè)演進狀態(tài)進入第二產(chǎn)業(yè)進程加快時期，進入工業(yè)化中期發(fā)展階段。3)2008－2012年，ESD增長勢頭迅猛，ESD值4年間就增長1.75，年均增長率高達44%。體現(xiàn)這階段的福建產(chǎn)業(yè)演進狀態(tài)進入第三產(chǎn)業(yè)不斷壯大時期，進入第三產(chǎn)業(yè)主導的初級階段。

(3)ESD與碳足跡具有明顯相關(guān)性。根據(jù)1978－2012年碳足跡與ESD值，畫出碳足跡與ESD散點圖(圖3)。根據(jù)散點圖可以看出，碳足跡與ESD之間呈明顯的曲線關(guān)系。用方程進行擬合，擬合度為R2=0.990。因此，加快福建省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進，優(yōu)化福建省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是降低碳排放的有效手段。

圖3 1978－2012年期間碳足跡與ESD散點圖Fig.3 Correlation between carbon footprint and ESD during between 1978 and 2012

(四)能源演進與碳足跡關(guān)系

根據(jù)EUSD測算公式(4)，計算1978－2012年福建省歷年EUSD。根據(jù)所測算的EUSD值，福建這期間的能源消耗結(jié)構(gòu)(EUSD)有如下特點。

(1)1978－2012年，福建省的EUSD值介于1.4至2之間，并在此區(qū)間振蕩波動。這表明1978－2012年福建省的能源消耗結(jié)構(gòu)演進較為緩慢。1978－2012年煤炭所占福建總能源消耗比重趨勢顯示(圖4)，煤炭一直是福建能源消耗的主體(歷年煤炭消耗所占比重高達55%以上)。

(2)1978－2012年，福建省的EUSD值與煤炭消耗占福建總能源消耗比重值呈顯著負相關(guān)。如圖4所示，當煤炭所占總能源消耗比重下降，則EUSD值上升;反之，當煤炭所占總能源消耗比重上升時，則EUSD值下降。因此，煤炭消耗量是制約福建能源消耗結(jié)構(gòu)演進的最關(guān)鍵因素。

(3)能源演進與碳足跡不呈顯著相關(guān)性。1978－2012年碳足跡－EUSD散點圖可初步判定(圖5)，1978－2012年，福建能源演進進程與碳足跡之間沒有存在明顯的線性或曲線的關(guān)系。運用SPSS 19.0進行回歸模擬分析亦顯示，以EUSD為自變量，碳足跡為因變量的方程，擬合度最高的為二次曲線方程，擬合度也僅僅為R2=0.033，因此，可以判定兩者確實不存在明顯的線性、曲線關(guān)系或其他函數(shù)關(guān)系。綜上分析，出現(xiàn)這樣情況的主要原因是，福建能源消耗結(jié)構(gòu)演進進程緩慢，雖然近年，福建能源消耗結(jié)構(gòu)有呈現(xiàn)多元化的勢頭，但以煤炭為主體的能源消耗依賴沒有根本轉(zhuǎn)變，致使能源演進對碳足跡產(chǎn)生不了實質(zhì)性影響。福建能源消耗結(jié)構(gòu)有很大優(yōu)化空間，在未來降低福建碳排放中可發(fā)揮積極作用。

五、結(jié)論與建議

1.1978－2012年，隨著福建 GDP 不斷增長，福建省碳足跡也逐步增長。福建碳足跡與GDP存在3次曲線關(guān)系，即兩者之間符合庫茨涅茲曲線的(EKC)模型假設(shè)。說明加快經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、發(fā)展低碳、綠色經(jīng)濟模式是調(diào)控福建碳排放的最重要途徑。

圖4 1978－2012年期間福建EUSD和煤炭所占總能源消耗比趨勢Fig.4 Trend of the percentage of EUSD and coal consumption in total energy consumption in Fujian during between 1978 and 2012

圖5 1978－2012年碳足跡－EUSD散點圖Fig.5 Carbon footprint－EUSD scatter diagram from 1978 to 2012

2.根據(jù)福建經(jīng)濟增長與碳足跡脫鉤情況分析表明，福建經(jīng)濟增長未能擺脫對碳的排放依賴。福建經(jīng)濟“脫碳”還有很長的路要走。大力提高資源利用效率技術(shù)水平，加快對傳統(tǒng)工業(yè)提升改造，是福建調(diào)控碳排放的必由之路。

3.福建碳足跡與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)存在明顯相關(guān)性。加快福建產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，進一步優(yōu)化福建產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是福建實現(xiàn)低碳經(jīng)濟的重要途徑之一。(1)進一步“精化”第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展。以實現(xiàn)“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)”為目標，對福建省第一產(chǎn)業(yè)進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整，特別要發(fā)揮福建林區(qū)優(yōu)勢，將林業(yè)發(fā)展為第一產(chǎn)業(yè)的支柱，提高福建森林碳匯能力。(2)進一步“精減”第二產(chǎn)業(yè)規(guī)模。使第二產(chǎn)業(yè)逐步向技術(shù)、資本密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，減少第二產(chǎn)業(yè)的碳排放與能源消耗。(3)大力推動低碳型的第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如金融、保險、咨詢、物流等知識型服務業(yè)等。

4.福建碳足跡與能源消耗結(jié)構(gòu)狀態(tài)不存在明顯相關(guān)性。福建能源消耗結(jié)構(gòu)演進進程緩慢，“碳消耗獨大”的能源結(jié)構(gòu)是致使福建能源消耗結(jié)構(gòu)狀態(tài)對碳足跡調(diào)控未能起到積極作用的主要原因。加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動能源結(jié)構(gòu)演進進程是福建未來調(diào)控碳排放的重要手段。除了要加大清潔能源，如天然氣的使用量，逐漸縮減煤炭消耗外，還更要發(fā)揮福建資源優(yōu)勢，加大對風能、水能、太陽能、生物能等可再生能源的開發(fā)利用。

綜上所述，國民生產(chǎn)總值(GDP)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(ESD)、能源結(jié)構(gòu)演進(EUSD)這3個指標與碳足跡的關(guān)聯(lián)度大小順序依次為國民生產(chǎn)總值(GDP)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(ESD)、能源結(jié)構(gòu)演進(EUSD)，也就是說一個地區(qū)的碳足跡受該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展影響程度最大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化次之，能源結(jié)構(gòu)變化對碳足跡的影響最弱。但這并不意味著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化不重要，相反在福建經(jīng)濟不斷向前發(fā)展的必然趨勢下，更需要進一步發(fā)揮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)演進在降低碳足跡方面的作用。

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