黃銳

江蘇蘇地仁合土地房地產(chǎn)評估咨詢有限公司,江蘇南京210000

基于灰色模型的土地利用與碳排放關(guān)系研究

黃銳

江蘇蘇地仁合土地房地產(chǎn)評估咨詢有限公司,江蘇南京210000

“十三五”時(shí)期要全面建成小康社會(huì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變將取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。研究土地利用與碳排放二者的關(guān)系，有助于優(yōu)化用地結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，對“十三五”規(guī)劃的編制、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、推動(dòng)科學(xué)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。本文采用灰色模型，對某市土地利用結(jié)構(gòu)和碳排放相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析。研究結(jié)果表明，2007～2012年期間，某市碳排放量、人均碳排放量、碳排放強(qiáng)度與七類典型用地均有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度。通過灰色預(yù)測模型發(fā)現(xiàn)，某市要完成2020年的低碳經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，需嚴(yán)格控制農(nóng)用地轉(zhuǎn)用，增加園地和林地的地類面積，以增加碳匯用地；減少城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地的地類面積。

土地利用;碳排放;灰色模型

從IPCC第四次氣候變化評估報(bào)告和《斯特恩氣候變化報(bào)告》發(fā)表之后，低碳經(jīng)濟(jì)（Low-Carbon Economy，LCE）已成為國內(nèi)外學(xué)者和政府關(guān)注的重點(diǎn)。土地利用變化是引起區(qū)域“自然—社會(huì)”碳排放的重要因素，不同用地結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生不同的碳排放效應(yīng)?！笆濉睍r(shí)期要全面建成小康社會(huì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變將取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。開展用地結(jié)構(gòu)和碳排放關(guān)系的研究，有助于從土地利用規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)控、土地整治等領(lǐng)域引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，對“十三五”規(guī)劃的編制、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、推動(dòng)科學(xué)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

目前國內(nèi)外學(xué)者逐漸開展了土地利用與碳排放之間的相關(guān)研究，如低碳化土地利用模式、用地結(jié)構(gòu)[1-3]、土地利用變化的土壤碳量研究[4,5]、土地利用、能源消費(fèi)與碳排放關(guān)系[6-8]等。本文嘗試采用灰色關(guān)聯(lián)度模型對某市土地利用結(jié)構(gòu)和碳排放相關(guān)指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行擬合分析，應(yīng)用灰色預(yù)測模型對關(guān)聯(lián)度水平較高的因素指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測，并與土地利用規(guī)劃該指標(biāo)的遠(yuǎn)期目標(biāo)比較分析，引導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省北部，介于北緯33°8′～34°25′，東經(jīng)117°56′～119°10′之間，屬于長三角經(jīng)濟(jì)圈（帶）、東隴海產(chǎn)業(yè)帶、沿海經(jīng)濟(jì)帶、沿江經(jīng)濟(jì)帶的交叉輻射區(qū)，總?cè)丝诩s560萬。某市地勢總體呈西北高，東南低的格局，最高點(diǎn)海拔高度71.2 m，最低點(diǎn)海拔高度2.8 m。屬暖溫帶季風(fēng)性氣候，年均氣溫14.2℃，年均降水量910 mm，年均日照總時(shí)數(shù)2291 h。在新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃建設(shè)中，該市將著重于在生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展方面做出創(chuàng)新，并在未來的城市空間土地開發(fā)利用中更注重低碳環(huán)保的因素。

2 研究方法

考慮到樣本數(shù)據(jù)量有限，并且對樣本數(shù)據(jù)的概率分布典型性、各因素?cái)?shù)據(jù)與系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)之間的線性關(guān)系難以確定，為了避免出現(xiàn)量化結(jié)果與定性分析結(jié)果不符的現(xiàn)象，本文采用灰色系統(tǒng)模型對某市土地利用結(jié)構(gòu)和碳排放相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析及灰色預(yù)測[9]。

2.1 灰色關(guān)聯(lián)度模型

設(shè)X0={x0(1)，x0(2)，…x0(n)}為系統(tǒng)行為序列（系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列），而

為系統(tǒng)相關(guān)因素序列，Xi(1)為Xi(0)的1-AGO序列（i=1， 2，…n），系統(tǒng)內(nèi)部因素之間的關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式如下：

其中，ξ∈(0,1)，為分辨系數(shù)，本文取值0.5；γ（x0(k)，xi(k)）簡記為γ0i(k),為k點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)；γ（X0，Xi）簡記為γ0i，為灰色關(guān)聯(lián)度。

2.2 灰色預(yù)測GM(1，N)模型

系統(tǒng)特征數(shù)列與相關(guān)因素序列的GM(1，N)模型及其近似時(shí)間響應(yīng)模型

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用均值化方式，對數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，避免指標(biāo)之間對比的不可比性，既可以反映原始數(shù)據(jù)中各指標(biāo)變異程度上的差異，也包含各指標(biāo)相互影響程度差異的信息。具體數(shù)據(jù)參照如下公式處理：

2.4 碳排放量測算模型

國內(nèi)外對于化石能源燃燒造成的碳排放計(jì)算有許多成果，總的來說可以分為兩類方法，一類是基于質(zhì)量守恒的排放系數(shù)法，根據(jù)燃料的詳細(xì)程度，數(shù)據(jù)類型不同而衍生出各種測算公式，如IPCC各燃料碳排放系數(shù)法[10]、標(biāo)準(zhǔn)煤消耗系數(shù)法、ORNL碳排放消耗系數(shù)法[11]等，第二類是基于長期碳量變化監(jiān)測的實(shí)測法和遙感地圖碳儲(chǔ)量估算法[12]。本文參照國家科技部氣候變化項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)煤消耗數(shù)值（0.67 t(碳)/t），采用標(biāo)準(zhǔn)煤消耗系數(shù)法估算某市年度碳排放量，公式如下：

其中，Ti表示第i年度的碳排放量，Ei表示第i年度的綜合能源消耗量（萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤），C表示標(biāo)準(zhǔn)煤消耗碳排放系數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)

本文選取某市耕地、園地、林地、其它農(nóng)用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水利設(shè)施用地等七種典型性地類進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)來源于2007～2012年某市土地利用數(shù)據(jù)，用地基本情況如圖一所示。2007年到2012年期間，某市耕地面積總體處于減少的趨勢，園地、林地、其他農(nóng)用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水利設(shè)施用地面積總體處于平穩(wěn)增長的態(tài)勢。某市在城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)快速增長的過程中，第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值貢獻(xiàn)顯著，不僅與第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)要素的投入產(chǎn)出效率有關(guān)，而且與產(chǎn)業(yè)用地的擴(kuò)張發(fā)展也有關(guān)。非農(nóng)建設(shè)用地的不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致某市耕地面積的逐漸減少。采用公式（3），對各年份用地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，如表1所示。

圖1 某市2007～2012年土地利用變化動(dòng)態(tài)Fig.1 The dynamic changes of land use in a city from 2007 to 2012

表1 7類典型用地標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值Table 1 The standardized values of 7 typical lands

3.2 碳排放測算

根據(jù)某市統(tǒng)計(jì)年鑒（2013）獲取2007～2012年綜合能源消耗量（萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）、總?cè)丝跀?shù)（萬人）、GDP（億元）等指標(biāo)數(shù)值，采用公式（3）測算出全市碳排放量。用全市碳排放量與總?cè)丝跀?shù)、GDP計(jì)算，測算出人均碳排放量、單位GDP碳排放量等指標(biāo)值，如表2所示。全市碳排放量和人均碳排放量呈逐年上升水平，單位GDP碳排放量呈逐年下降水平，這既體現(xiàn)了某市作為發(fā)展中城市，在面對氣候變化時(shí)“發(fā)展優(yōu)先”的原則，又積極推進(jìn)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高能效的政策措施，并取得了一定的成效。采用公式（3）對三類指標(biāo)的數(shù)值進(jìn)行無量綱化處理后如表3所示。

表2 碳排放指標(biāo)值Table 2 The indexes of Carbon emission

表3 碳排放指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值Table 3 The standardized values of carbon emission indexes

3.3 關(guān)聯(lián)度測算及分析

3.3.1 測算為了較好的分析用地結(jié)構(gòu)與碳排放的關(guān)系，對耕地、園地、林地、其它農(nóng)用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水利設(shè)施用地等七種典型性地類和全市碳排放量、人均碳排放量、單位GDP碳排放量采用公式（1）得出二者之間的關(guān)聯(lián)度，如表4所示。測算結(jié)果表明，七種典型性地類與全市碳排放量、人均碳排放量、單位GDP碳排放量等指標(biāo)均處于關(guān)聯(lián)度較高的水平。

表4 土地利用與碳排放指標(biāo)關(guān)聯(lián)度水平Table 4 The relationship between land use and carbon emission indexes

3.3.2 分析全市碳排放量與園地、林地、其他農(nóng)用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地和水利設(shè)施用地的關(guān)聯(lián)度水平都較高（關(guān)聯(lián)度接近0.8）。園地、林地和其他農(nóng)用地作為最主要的碳匯，是吸收碳排放最主要的途徑，而城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地和水利設(shè)施用地，承載了城市大部分的能源消費(fèi)，產(chǎn)生了巨大的碳排放量，所以這六類土地與能源消費(fèi)碳排放量有著很高的關(guān)聯(lián)度。

2007～2012年期間，該市園地、林地和其他農(nóng)用地總量略有減少，而城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地和水利設(shè)施用地總量逐年增加，所以全市碳排放量不斷增加。人均碳排放量可以在一定程度上反映區(qū)域內(nèi)能源平均消費(fèi)水平和對環(huán)境的影響強(qiáng)度，七類典型用地與人們生活息息相關(guān)，所以七類典型用地與人均能源碳排放量也有很緊密的關(guān)系（關(guān)聯(lián)度均大于0.8）。碳排放強(qiáng)度是單位GDP所帶來的碳排放量，七類典型用地與碳排放強(qiáng)度有著較高的關(guān)聯(lián)度水平（關(guān)聯(lián)度遠(yuǎn)大于0.8），這和該市近年來不斷提高土地集約利用水平、降低碳排放強(qiáng)度的變化趨勢相吻合。

3.4 灰色預(yù)測

國家在哥本哈根氣候大會(huì)上承諾到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，作為約束性指標(biāo)納入國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長期規(guī)劃。本文選取比2005年下降“45%”、即年均下降“4%”的水平作為某市2020年的碳排放強(qiáng)度目標(biāo)，測算出2020年某市2020年碳排放強(qiáng)度為0.2032 t/萬元。

以城鎮(zhèn)村及工礦用地為例，建立二者的GM(1,2)模型，將碳排放強(qiáng)度指標(biāo)值與城鎮(zhèn)村及工礦用地指標(biāo)值代入公式（2）得出二者的灰色模型為和近似時(shí)間響應(yīng)函數(shù)為：

通過時(shí)間響應(yīng)函數(shù)可以推算出2007～2012年城鎮(zhèn)村及工礦用地面積的模擬數(shù)據(jù)，如表5所示。從檢驗(yàn)可以看出，模擬數(shù)據(jù)序列值離散性較小，預(yù)測置信度較高。代入時(shí)間響應(yīng)函數(shù)，測算出2020年城鎮(zhèn)村及工礦用地指標(biāo)值為10.0986萬ha。同理，采用公式（2），測算出2020年其它類用地的用地指標(biāo)值，如表6所示。

表5 城鎮(zhèn)村及工礦用地面積預(yù)測誤差檢驗(yàn)表(單位:萬ha)Table 5 The Checklist of prediction errors for areas in urban-village-industrial lands(Ten thousand hectares)

表6 2020年七類典型用地面積預(yù)測表(單位:萬ha)Table 6 the area prediction of 7 typical land Class in 2020(Ten thousand hectares)

根據(jù)《某市土地利用總體規(guī)劃（2006～2020年）》相關(guān)指標(biāo)值，2020年七類典型用地面積分別是：耕地4.5291萬hm2，園地2.3012萬hm2，林地2.5585萬hm2，其它農(nóng)用地9.0653萬hm2，城鎮(zhèn)村及工礦用地10.3766萬hm2，交通用地0.8227萬hm2，水利設(shè)施用地1.9586萬hm2。表6可以看出，本文預(yù)測的七類用地中，耕地、其他農(nóng)用地和水利設(shè)施用地與土地利用總體規(guī)劃的指標(biāo)控制值相差較小，園地、林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和水利設(shè)施用地與土地利用總體規(guī)劃的指標(biāo)控制值相差較大，其中園地比規(guī)劃控制值大0.1491萬hm2，林地比規(guī)劃控制值大0.1706 hm2，而城鎮(zhèn)村及工礦用地比規(guī)劃控制值小0.2780萬hm2，交通運(yùn)輸用地比規(guī)劃控制值小0.1188萬hm2。以上四類用地中，兩類農(nóng)用地的預(yù)測值大于規(guī)劃控制值，而兩類建設(shè)用地的預(yù)測值小于規(guī)劃控制值，說明該市應(yīng)加強(qiáng)對農(nóng)用地的保護(hù)，嚴(yán)格控制農(nóng)用地轉(zhuǎn)用。

4 結(jié)論與建議

研究結(jié)果表明，2007～2012年期間，某市碳排放量、人均碳排放量、碳排放強(qiáng)度與七類典型用地均有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度，說明土地利用與碳排放有著密切的聯(lián)系。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展、工業(yè)化和城市化水平的不斷提高，能源消費(fèi)不斷增大，居民點(diǎn)及工礦用地、交通運(yùn)輸用地及水利設(shè)施用地等建設(shè)用地承載了大部分的基礎(chǔ)設(shè)施及房地產(chǎn)建設(shè)，這一過程中必然伴隨著高能耗、高碳排放；耕地、園地、林地和其他農(nóng)用地發(fā)揮著重要的碳匯功能，大量有效吸收碳排放。通過灰色預(yù)測模型發(fā)現(xiàn)，某市要完成2020年的低碳經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，需嚴(yán)格控制農(nóng)用地轉(zhuǎn)用，增加園地和林地的地類面積，以增加碳匯用地；減少城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地的地類面積，以減少承載碳排放用地地類。

某市正處于城市化快速發(fā)展時(shí)期，同時(shí)也是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、實(shí)現(xiàn)“兩型社會(huì)”的跨越式發(fā)展時(shí)期，因此調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)布局，優(yōu)化土地資源配置，使土地利用過程中的能源效率提高，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式至關(guān)重要。針對以上問題，可以嘗試從以下幾方面著手構(gòu)建低碳排放的土地利用體系：

（1）調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)。優(yōu)化產(chǎn)業(yè)用地結(jié)構(gòu)[13]，嚴(yán)格控制建設(shè)用地規(guī)模，嚴(yán)禁無節(jié)制地以犧牲耕地、林地、園地為代價(jià)擴(kuò)張建設(shè)用地，堅(jiān)守耕地紅線，嚴(yán)禁建設(shè)用地?zé)o序擴(kuò)張，加強(qiáng)植樹造林力度，增加公共綠地面積及森林覆蓋率以提高城市的生態(tài)功能，增加碳匯。

（2）轉(zhuǎn)變土地利用方式。對農(nóng)用地加大技術(shù)投入，通過減少農(nóng)藥的使用、循環(huán)利用農(nóng)業(yè)廢棄物、提高復(fù)種指數(shù)、節(jié)約農(nóng)業(yè)投入等提高農(nóng)用地的利用效率，減少其能源消耗，大力發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)。通過對建設(shè)用地的合理布局、挖掘建設(shè)用地內(nèi)部潛力達(dá)到建設(shè)用地的集約化利用。

（3）建立嚴(yán)格的產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入機(jī)制。一方面大力調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展能源消耗低的現(xiàn)代服務(wù)、裝備制造業(yè)以及新材料、軟件等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)；另一方面則要嚴(yán)格控制煤礦等高耗能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建立嚴(yán)格的耗能行業(yè)準(zhǔn)入制度，嚴(yán)格落實(shí)固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目的用地審批制度。

本文采用灰色模型，對土地利用結(jié)構(gòu)和碳排放的關(guān)系進(jìn)行實(shí)證研究，具有一定的借鑒價(jià)值。基于數(shù)據(jù)獲取方面的原因，如若能從焦炭、燃油、燃?xì)獾雀黝惸茉唇嵌冉y(tǒng)計(jì)測算碳排放相關(guān)指標(biāo)，并且增加時(shí)間維度數(shù)據(jù)（本文無法獲取2007年及以前的綜合能源消耗等數(shù)據(jù)），從主要的碳源地類、碳匯地類分別建立土地利用與碳排放的多因素灰色預(yù)測模型，測算結(jié)果將具有更高的可靠性。另外，研究區(qū)域有待擴(kuò)展，研究方法的深度和精度有待提升。

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The Research on the Relationship between Land Use and Carbon Emissions Based on the Grey Model

HUANG Rui
Jiangsu Sudirenhe Real Estate Appraisal&Consultation Co.,Ltd.,Nanjing 210029,China

During the 13thFive Year Plan Period,economic development pattern will achieve substantive progress.The research about association degree between Land use and Carbon emissions will be help to optimize land use structure and achieve energy saving targets,which will be useful for the Thirteen Five-year Plan.The paper research about association degree between Land use and Carbon emissions based on Grey Model.The results show that during 2007-2012 period, carbon emissions,per capita carbon emissions and carbon intensity have a strong association with seven typical land Class. By gray prediction model,to complete the 2020 goal of a low carbon economy,the city need to strictly control the conversion of agricultural land mark,increasing the planning of garden and woodland ground class area,in order to increase land carbon sinks to class;to reduce class area of town village and industrial land and transportation land,in order to reduce carbon emissions from land use to carry class.

Land use;carbon emissions;Gray Model

F302.4

A

1000-2324(2016)06-0856-06

2015-04-22

2015-09-25

黃銳(1982-),男,注冊土地估價(jià)師、房地產(chǎn)估價(jià)師,主要從事地價(jià)評估與土地利用規(guī)劃研究.E-mail:8103657@qq.com