(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院,湖北 武漢 430070)

1 引言

20世紀(jì)80年代以來,全球氣候變化問題得到了廣泛關(guān)注。碳排放是導(dǎo)致全球變暖的重要因素,而城市及其周邊地區(qū)又是碳排放產(chǎn)生的最主要區(qū)域[1,2]。土地利用方式變化引起的碳排放占人類活動引起碳排放總量的1/3[3],是僅次于化石能源燃燒的第二大排放源[4],低碳城市、低碳經(jīng)濟(jì)、低碳交通等詞語漸漸走進(jìn)廣大群眾的日常生活,實現(xiàn)碳減排已經(jīng)成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

目前,國內(nèi)外學(xué)者多從土地利用碳排放測算機理及其影響因素[5,6]、土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系[7-9]、土地利用變化對碳排放的影響[10]、碳排放與土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化[11]等方面進(jìn)行研究?，F(xiàn)有研究表明,經(jīng)濟(jì)增長對土地利用碳排放的增加具有顯著影響[12,13],調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)則有助于減少土地利用碳排放[14-17]。即在結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)上,土地利用具有較大的減碳空間。但現(xiàn)有的大多數(shù)研究多集中在國家和省級層面,對城市層面的土地利用碳減排潛力研究較少。實際上,由于國家和省級的范圍較大,且同一國家或同一省份內(nèi)的不同地區(qū)差別較大,學(xué)者們很難對這一較大范圍提出較有針對性的碳減排對策。另一方面,現(xiàn)有研究對城市各產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各類用地上能源利用結(jié)構(gòu)的關(guān)注不足,各類結(jié)構(gòu)調(diào)整對土地利用碳減排的貢獻(xiàn)力大小尚無統(tǒng)一定論?；诖?本文以武漢市為例,通過測算武漢市近20年的土地利用碳排放量,預(yù)測其未來5年凈碳排放量和碳排放強度,分析碳減排壓力,并基于橫向比較,調(diào)整武漢市在土地利用過程中的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、各類用地上能源利用結(jié)構(gòu)和交通出行結(jié)構(gòu),探討武漢市碳減排潛力,提出可行的低碳優(yōu)化策略。

2 研究對象、方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域概況

1996—2015年,武漢市的地區(qū)生產(chǎn)總值從1996年的782.13億元增加到2005年的10905.6億元,年均增長率為14.88%。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大背景下,武漢市建設(shè)用地規(guī)模不斷擴(kuò)大,而耕地面積則從1996年的22.485萬hm2下降到2015年的19.835萬hm2,土地可持續(xù)發(fā)展的壓力越來越大。土地作為經(jīng)濟(jì)社會和城市發(fā)展的載體,在其利用過程中具有較大的碳減排潛力。為了實現(xiàn)“十三五”時期的碳減排目標(biāo),即2020年武漢市碳排放強度比2015年應(yīng)累計降低19.5%[18],需要深入挖掘武漢市土地利用中的碳減排潛力,進(jìn)一步推進(jìn)低碳試點建設(shè),實現(xiàn)碳減排目標(biāo)。

2.2 研究方法

土地利用碳匯量測算:不同作物在不同的生長發(fā)育期能吸收不同數(shù)量的碳,根據(jù)耕地種植的農(nóng)作物數(shù)量、經(jīng)濟(jì)系數(shù)和碳吸收率可計算耕地的碳匯量,計算公式為:

(1)

式中,Ct為耕地碳匯量;Cdi為第i種作物全生育期的碳匯量;Cfi為第i種作物合成單位有機質(zhì)所需要吸收的碳(即作物碳吸收率);Dwi為第i種作物生物產(chǎn)量;Ywi為第i種作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量;Hi為第i種作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)(表1)[19]。

表1 作物碳吸收率(C)和經(jīng)濟(jì)系數(shù)(H)

園地、林地、草地、濕地、水域和未利用地在長時間范圍內(nèi)的碳排放強度變化不大,本文采用碳排放系數(shù)法對其碳匯量進(jìn)行計算,公式為:

Ci=Si×Vi

(2)

式中,Ci為第i種土地類型的碳匯量;Si為第i種土地類型的面積;Vi為第i種土地類型的碳吸收率,i=1、2、3、4、5、6,分別表示園地、林地、草地、濕地、水域和未利用地,碳吸收率分別為0.21、0.644、0.021、0.41、0.218、0.005[20-22]。

城市綠地碳匯量計算公式為:

Cs=As×fs

(3)

式中,Cs為城市綠地的碳匯總量;As為城市綠地面積;fs為城市綠地的碳吸收率。由于城市綠地大多數(shù)為林草兼種,但具體的種植比例難以確定,因此城市綠地的碳吸收率應(yīng)介于林地與草地之間,取兩者平均值0.3325作為城市綠地的碳吸收率。

建設(shè)用地碳源量測算:建設(shè)用地按用途可細(xì)分為居住用地、公共及商服用地、工業(yè)用地和交通用地,具體的碳源包含了化石能源消耗、電力消耗、廢棄物排放和人口呼吸,以及工業(yè)生產(chǎn)和交通出行過程中產(chǎn)生的碳源。建設(shè)用地碳源量計算公式為:

Ccon=Cfue+Cele+Cpro+Ctra+Crub+Cpeo

(4)

式中,Ccon為建設(shè)用地總碳源量;Cfue為化石能源消耗碳源量(不包括交通出行的化石能源消耗);Cele為電力消耗碳源量(不包括交通出行的電力消耗);Cpro為工業(yè)生產(chǎn)碳源量;Ctra為交通出行碳源量;Crub為廢棄物排放碳源量;Cpeo為人口呼吸碳源量。

根據(jù)2006年的IPCC計算方法,化石能源消耗碳源量計算公式為:

(5)

式中,Qfue-i為第i種化石能源消費量(折標(biāo)煤,不包括交通出行的化石能源消耗);ffue-i為第i種化石能源的碳排放系數(shù)。

電力消耗碳源量計算公式為:

Cele=Qele×fele×?

(6)

式中,Qele為歷年武漢市電力消費總量(不包括交通出的行電力消耗);fele為歷年火電碳排放系數(shù),取自歷年我國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子中華中地區(qū)的碳排放系數(shù);?為歷年武漢市電力消耗中的火電比例工業(yè)生產(chǎn)碳源量是指工業(yè)生產(chǎn)過程中化學(xué)反應(yīng)所排放的碳,計算公式為:

(7)

式中,Qpro-i為第i種工業(yè)產(chǎn)品的年產(chǎn)量;fpro-i為生產(chǎn)第i種工業(yè)產(chǎn)品的碳排放系數(shù)[23]。

交通出行碳源量計算公式為:

(8)

式中,Ctra-k表示第k種交通工具所排放的碳,k=1、2、3、4,分別表示出租車、公交車、城市內(nèi)部民用車和地鐵。

(9)

式中,Ctra-1為出租車出行碳源量;Ntra-1為出租車保有量;Gtra-1為出租車平均100km能耗;Ltra-1為出租車平均年行駛里程;D1為汽油密度(0.740t/1000L);f為默認(rèn)的CO2排放因子(來源于世界資源研究所,能源消耗引起的溫室氣體排放計算工具指南2.0版)。

(10)

式中,Ctra-2為公交車出行的碳源量;Qfue-2i為公交車出行第i種化石能源消費量(折標(biāo)煤);ffue-i為第i種化石能源的碳排放系數(shù);Qele-2為公交車出行中所消耗的電量;fele和?釋義同上。

(11)

式中,Ctra-3為城市內(nèi)部民用車出行碳排放量;Ntra-3n為城市內(nèi)部民用車出行中第n種交通工具保有量;Gtra-3n為城市內(nèi)部民用車出行中第n種交通工具平均100km能耗量;Ltra-3n為城市內(nèi)部民用車出行中第n種交通工具平均年行駛里程;D為耗燃油密度(汽油密度為0.740t/1000L,柴油密度為0.839t/1000L)[24]；f釋義同上。

地鐵碳源量計算公式為:

Ctra-4=NMTR×GMTR×LMTR×fele×?

(12)

式中,Ctra-4為地鐵碳源量;NMTR為每年武漢市地鐵總運營列次;GMTR為每列次100km耗電量;LMTR為每車次年均運行里程;fele和?釋義同上。

人口呼吸碳源量按每人每天排出0.9kg CO2，即按0.2455kg碳進(jìn)行計算。廢棄物排放碳源量包括垃圾焚燒碳源量、垃圾填埋碳源量和廢水排放碳源量。其中,垃圾焚燒碳源量=垃圾焚燒量×0.99945×45%×12/44,垃圾填埋碳源量=垃圾填埋量×0.167×28.5%×12/16[25],廢水碳源量=廢水化學(xué)需氧量×0.25×12/16[26]。

農(nóng)用地碳源量測算:農(nóng)用地碳源量包括耕地碳源量和其他農(nóng)用地碳源量。耕地碳源量包括農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜等農(nóng)用物質(zhì)所產(chǎn)生的碳源和土地翻耕過程中產(chǎn)生的碳源;其他農(nóng)用地碳源量包括畜禽呼吸和排泄、農(nóng)用設(shè)施運作、人類對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理過程中產(chǎn)生的碳源。

土地利用凈碳排放量測算:根據(jù)土地利用碳源量和碳匯量測算結(jié)果,得出土地利用凈碳排放量。土地利用凈碳排放量為土地利用碳源量與土地利用碳匯量之差。

2.3 數(shù)據(jù)來源

為了確保研究數(shù)據(jù)前后的一致性和準(zhǔn)確度,本文將1996—2015年作為研究的時間范圍;所用的土地數(shù)據(jù)來源于武漢市歷年的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù),并統(tǒng)一歸類，其他數(shù)據(jù)來源于相關(guān)年份的《中國城市統(tǒng)計年鑒》、《中國能源統(tǒng)計年鑒》、《武漢統(tǒng)計年鑒》、《湖北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》、《武漢市環(huán)境狀況公報》、《武漢市固體廢物污染防治公報》、《北京統(tǒng)計年鑒》、《上海統(tǒng)計年鑒》、《廣州統(tǒng)計年鑒》、《杭州統(tǒng)計年鑒》。

3 武漢市土地利用碳排放測算結(jié)果與分析

3.1 武漢市土地利用碳排放測算結(jié)果

根據(jù)土地利用的碳源量和碳匯量計算公式,計算出1996—2015年武漢市土地利用碳源/匯量和凈碳排放量,見表2、圖1。從表2和圖1可見,1996—2015年武漢市土地利用的凈碳排放量不斷上升,從1996年的1189.80萬t增加到2015年的3389.67萬t,年均增長率為5.66%。武漢市土地利用凈碳排放量與土地利用碳源總量的變化趨勢基本一致,而土地利用碳匯總量則基本保持穩(wěn)定。這從側(cè)面說明,要想達(dá)到武漢市土地利用凈碳排放量減少這一目標(biāo),今后的工作重心仍在碳源的控制上,并不斷增加碳匯,有效減少凈碳排放量。

表2 1996—2015年武漢市土地利用碳排放量(萬t)

圖1 1996—2015年武漢市土地利用碳排放量

3.2 武漢市土地利用碳減排壓力分析

碳排放強度是指土地利用凈碳排放量與地區(qū)生產(chǎn)總值的比值[28]。以武漢市近20年的碳排放趨勢為基準(zhǔn)情景,以武漢市1996—2015年土地利用凈碳排放量為原始數(shù)列,利用GM(1,1)模型預(yù)測武漢市2016—2020年在沒有重大調(diào)整和突發(fā)情況下的土地利用凈碳排放量,結(jié)果見式(13)。式(13)的均方差比C=0.2656、小概率誤差P=1,說明該模型的預(yù)測精度等級好,可用來預(yù)測未來武漢市土地利用凈碳排放量。由預(yù)測結(jié)果可得,武漢市2016—2020年土地利用凈碳排放量分別為3877.80萬t、4097.46萬t、4329.55萬t、4575.80萬t、4833.93萬t。

x(1)(t+1)=29956.791820exp(0.055098t)-28584.721820

(13)

“十三五”時期武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值年均增速取8%,即中高速增長,計算得出2016—2020年武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值,同時根據(jù)碳排放預(yù)測結(jié)果計算武漢市2016—2020年的碳排放強度。結(jié)果顯示,2016—2020年武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值由11778.05億元增加到16023.9億元,而碳排放強度將由0.32924t/萬元下降到0.30167t/萬元。作為低碳試點城市,武漢市在碳減排任務(wù)中承擔(dān)著重大責(zé)任。根據(jù)我國政府發(fā)布的《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》,“十三五”期間武漢市碳強度應(yīng)累計下降19.5%。因此,在低碳情景下,2016—2020年武漢市碳排放強度分別應(yīng)為0.2987t/萬元、0.2866t/萬元、0.2745t/萬元、0.2623t/萬元、0.2502t/萬元。結(jié)合武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值的預(yù)測結(jié)果,計算出低碳情景下2016—2020年土地利用凈碳排放量分別為3518.07萬t、3645.32萬t、3770.42萬t、3892.20萬t、4009.33萬t。

圖2不同情景下武漢市土地利用凈碳排放量及碳排放強度

從圖2可見,為實現(xiàn)碳減排目標(biāo),2016—2020年武漢市碳減排量分別為359.73萬t、452.14萬t、559.13萬t、683.60萬t、824.60萬t,碳減排壓力指數(shù)(基準(zhǔn)情景碳排放強度與低碳情景碳排放強度的比值)分別為1.10、1.12、1.15、1.18、1.21,均大于1,說明武漢市目前碳減排壓力巨大。武漢市有必要加大碳減排力度,走低碳發(fā)展之路,因此在土地利用過程中如何有效實現(xiàn)碳減排則需要進(jìn)一步探索。

4 武漢市土地利用過程的碳減排潛力分析

鑒于武漢市對2020年國家溫室氣體減排計劃承諾面臨的壓力較大,需要對土地利用過程中可能存在的實現(xiàn)減碳潛力進(jìn)行分析。本文將武漢市與國內(nèi)文化、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)和生態(tài)發(fā)展領(lǐng)先的4座城市進(jìn)行橫向比較,通過比較2015年武漢市與北京市、上海市、廣州市、杭州市4座城市在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源利用結(jié)構(gòu)、交通出行結(jié)構(gòu)上的差別,并基于上述3個方面的結(jié)構(gòu)調(diào)整,分析武漢市在土地利用過程中所具有的碳減排潛力,由此提出實現(xiàn)碳減排的可行方向。

4.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

產(chǎn)業(yè)間結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力:2015年,武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到10905.6億元,第一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重分別為3.3%、45.7%和51%,與1996年的9.2%、46.8%、44%相比,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整初具成效。將武漢市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與北京市、上海市、廣州市、杭州市4座城市進(jìn)行對比分析(圖3),武漢市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步升級,主要體現(xiàn)在第二產(chǎn)業(yè)比重偏高,第三產(chǎn)業(yè)比重低于其他城市,尤其是與北京市相比(79.7%)。

圖3 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)城市比較

根據(jù)測算結(jié)果,匯總出各產(chǎn)業(yè)的土地利用凈碳排放，將農(nóng)用地碳排放定義為第一產(chǎn)業(yè)碳排放,工業(yè)用地碳排放定義為第二產(chǎn)業(yè)碳排放,交通用地碳排放和公共及商服用地碳排放之和定義為第三產(chǎn)業(yè)碳排放。2015年武漢市第一、二、三產(chǎn)業(yè)土地利用的凈碳排放量分別為-156.69萬t、2892.81萬t、395.78萬t,碳排放主要集中在第二產(chǎn)業(yè)。在保持武漢市地區(qū)生產(chǎn)總值、各產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)出碳排放不變的情況下,現(xiàn)設(shè)定為武漢市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市水平,碳減排潛力見表3[29]。

表3 產(chǎn)業(yè)間結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

表3表明,通過實施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,武漢市尚有較大的碳減排潛力。如果把武漢市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京市、上海市、廣州市和杭州市的水平,可分別減排41.34%、19.53%、21.32%和11.35%。因此,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)用地結(jié)構(gòu),即逐步降低第二產(chǎn)業(yè)用地比重并提高第三產(chǎn)業(yè)用地比重,將是武漢市土地利用碳減排的有效途徑之一,同時還應(yīng)保有一定的碳匯,發(fā)揮武漢市大江大湖山水園林城市的作用。

第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力:依據(jù)我國三大產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)計,按照第三產(chǎn)業(yè)技術(shù)和人員從業(yè)特點,一般可將其分為傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)(交通運輸業(yè)、批發(fā)零售業(yè)、住宿餐飲業(yè))和技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)(金融業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)等)兩大類(國家黨政機構(gòu)與國內(nèi)公共服務(wù)不計入第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和國民生產(chǎn)總值)。受數(shù)據(jù)可得性等因素影響,本文的第三產(chǎn)業(yè)僅包括交通運輸業(yè)、批發(fā)零售業(yè)、住宿餐飲業(yè)、金融業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)。2015年,武漢交通運輸業(yè)、批發(fā)零售業(yè)、住宿餐飲業(yè)、金融業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)增加值分別為455.28億元、994.05億元、349.13億元、837.49億元和641.47億元,傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)占比達(dá)到54.87%,而技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)則占45.13%,還有較大的提升空間。由圖4可知,武漢和廣州傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)比重均在50%以上,而北京、上海和杭州傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)比重則低于50%?？紤]到傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)的高能耗屬性,降低傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)的比重將降低該產(chǎn)業(yè)的碳排放。此外,武漢和廣州交通運輸業(yè)比重較高,交通運輸中能源消耗量的增加不利于碳減排。

圖4 第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)城市比較

根據(jù)測算結(jié)果,交通運輸業(yè)碳排放主要歸為交通用地碳排放,批發(fā)零售業(yè)和住宿餐飲業(yè)碳排放包括液化石油氣、天然氣和電力使用時所產(chǎn)生的碳排放,金融業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)碳排放包括電力使用所產(chǎn)生的碳排放。測算結(jié)果表明,武漢市2015年傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)碳排放為329.91萬t,技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)碳排放為28.74萬t。在保持武漢第三產(chǎn)業(yè)總值、傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)出碳排放、技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)出碳排放不變的情況下,現(xiàn)設(shè)定為武漢第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市水平,得出第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力見表4。由表4可知,當(dāng)武漢第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海和杭州的水平時,可分別減排20.74%、10.86%和14.55%;而調(diào)整到廣州的水平時,則未能達(dá)到減排效果,原因是廣州交通運輸業(yè)和批發(fā)零售業(yè)所占比重較大。因此,在未來第三產(chǎn)業(yè)的土地利用碳減排中,應(yīng)考慮逐步降低傳統(tǒng)第三產(chǎn)業(yè)的用地比重,提高技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)的用地比重,鼓勵發(fā)展現(xiàn)代新型服務(wù)業(yè)。

表4 第三產(chǎn)業(yè)內(nèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

4.2 能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

近年來,我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快,能源消耗量持續(xù)增加,而能源消耗過程中不斷產(chǎn)生的碳排放成為城市土地利用碳排放的重要組成部分。2015年,武漢能源消耗碳排放共2525.04萬t(不包含交通用地的能源消耗碳排放),占總碳排放量的70%以上,其中工業(yè)用地的能源消耗碳排放2219.15萬t、居住用地的能源消耗碳排放125.48萬t、公共及商服用地的能源消耗碳排放180.41萬t。根據(jù)不同的土地利用類型來調(diào)整能源利用結(jié)構(gòu),可有效推動土地利用碳減排。

圖5 工業(yè)用地上能源利用結(jié)構(gòu)城市比較

工業(yè)用地的能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力:2015年,武漢工業(yè)用地的能源消耗共為3531.45萬t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中電力消耗占17.04%、煤炭消耗占48.86%、原油消耗占31.19%、熱力消耗占2.91%。從圖5可見,武漢和上海工業(yè)用地的電力消耗占比在25%以下,北京、廣州、杭州的電力消耗占比則高于25%;北京工業(yè)用地的煤炭消耗僅占8.23%,而其他城市煤炭消耗均占40%以上;武漢、北京、上海工業(yè)用地的原油消耗占比為23%,而廣州和杭州原油消耗則低于3%;武漢、北京、上海、廣州、杭州工業(yè)用地的熱力消耗占比均低于15%。

2015年武漢工業(yè)用地上能源消耗碳排放達(dá)2219.15萬t,其中電力碳排放275.55萬t、煤炭碳排放1278.31萬t、原油碳排放638.61萬t、熱力碳排放26.68萬t,碳排放主要來自于煤炭消費。在保持武漢工業(yè)用地上能源消耗總量不變的情況下,若設(shè)定武漢工業(yè)用地能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市水平,其碳減排潛力見表5。從表5可見,當(dāng)武漢工業(yè)用地的能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京和杭州的水平時,可分別減排19.5%和11.36%;而調(diào)整到上海和廣州的水平時,可分別減排2.81%和4.76%。出現(xiàn)上述結(jié)果的原因是，北京和杭州高碳排放能源(煤炭和原油)占比較低,因此可在較大程度上減少碳排放。此外,上海工業(yè)用地的能源利用結(jié)構(gòu)與武漢相似,因此調(diào)整到上海水平時對碳排放的影響相對較弱;而廣州雖然煤炭消耗量高達(dá)50%以上,但電力消耗量高于40%,因此也實現(xiàn)了一定的碳減排。綜上分析,逐步降低煤炭和原油等高碳排放化的石燃料消耗量,增加水電的使用是優(yōu)化工業(yè)用地能源利用結(jié)構(gòu),是實現(xiàn)能源消耗碳減排的有效舉措。

表5 工業(yè)用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

居住用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力:2015年,武漢市居住用地的能源消耗共237.94萬t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中煤炭消耗占11.71%、液化石油氣消耗占2.14%、天然氣消耗占13.97%、電力消耗占72.18%。從圖6可見,武漢和北京居住用地的煤炭消耗較大,約占總量的11%,上海、廣州和杭州的煤炭消耗量占比小于2%;武漢、北京、上海和杭州居住用地的液化石油氣消耗量占比小于8%,廣州液化石油氣消耗量占比大于17%;武漢、廣州和杭州居住用地的天然氣消耗量占比小于15%,北京和上海天然氣消耗量占比則高于25%;5座城市居住用地的電力消耗占比均高于55%,武漢、廣州和杭州達(dá)到70%以上。2015年武漢居住用地的能源消耗碳排放達(dá)125.48萬t,其中煤炭碳排放29.48萬t、液化石油氣碳排放2.54萬t、天然氣碳排放14.83萬t、電力碳排放78.63萬t,碳排放主要集中在電力消耗上。在保持武漢居住用地能源消耗總量不變的情況下,若設(shè)定武漢居住用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市水平,其碳減排潛力見表6。

圖6 居住用地上能源利用結(jié)構(gòu)城市比較表6 居住用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

情景武漢北京上海廣州杭州居住用地上能源利用結(jié)構(gòu)的碳減排潛力居住用地上能源消耗碳排放(萬t)125.48 124.75 109.39 111.66 110.61 減排百分比(%)-0.58-12.82-11.01-11.85

根據(jù)表6可知,當(dāng)武漢市居住用地的能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到上海、廣州和杭州的水平時,可分別減排12.82%、11.01%和11.85%;而調(diào)整到北京的水平時,減排效果不明顯,雖然北京的天然氣所占比重較高,但煤炭消耗量占比仍較大。當(dāng)調(diào)整到上海、廣州和杭州水平時,清潔能源(包括天然氣和電力)消耗占比較大,煤炭消耗量占比較小,因此可達(dá)到較好的減排效果。綜上分析,逐步提高天然氣、電力等清潔能源所占比例、減少煤炭、液化石油氣等高碳排放化石能源消耗量是優(yōu)化居住用地能源利用結(jié)構(gòu)的可行方案。

圖7 公共及商服用地上能源利用結(jié)構(gòu)城市比較

公共及商服用地能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力:2015年,武漢市公共及商服用地上能源消耗共395.42萬t標(biāo)準(zhǔn)煤,液化石油氣消耗占5.48%、天然氣消耗占31.77%、電力消耗占62.76%。從圖7可見,北京和上海公共及商服用地的天然氣消耗量占比較大,達(dá)40%以上;5座城市液化石油氣消耗量占比均低于6%,電力消耗量占比均高于45%,廣州和杭州的電力消耗量占比高于70%。

2015年武漢公共及商服用地上能源消耗碳排放達(dá)180.41萬t,其中液化石油氣碳排放10.77萬t、天然氣碳排放56.03萬t、電力碳排放113.61萬t,碳排放主要集中在電力消耗上。在保持武漢公共及商服用地的能源消耗總量不變的情況下,若設(shè)定武漢公共及商服用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市水平,碳減排潛力見表7。從表7可知,當(dāng)武漢公共及商服用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京和上海的水平時,可分別減排0.76%和0.68%;而調(diào)整到廣州和杭州的水平時,則未能達(dá)到碳減排效果。無論是調(diào)整到哪一座城市的能源利用結(jié)構(gòu),對公共及商服用地的能源消耗碳排放的影響均不大,說明武漢公共及商服用地能源結(jié)構(gòu)的碳減排水平與其他參照城市相當(dāng)。

表7 公共及商服用地上能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

圖8 城市交通出行結(jié)構(gòu)比較

4.3 交通出行結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

2015年,武漢市城市交通出行的總客運量約400612.47萬人次,其中出租車總客運量約40000萬人次、公交車客運量達(dá)143092.4萬人次、城市內(nèi)部民用車客運量約161009.97萬人次、地鐵客運量約56510.10萬人次,分別占9.98%、35.72%、40.19%和14.11%。由圖8可知,這4座城市的公共交通出行(包括出租車、公交車和地鐵)比例高于50%,上海和廣州的公共交通出行比例高于70%,而杭州公共交通出行比例為48.63%。武漢、北京、上海、廣州、杭州的城市內(nèi)部民用車出行比例分別為40.19%、35.35%、26.94%、23.96%和51.37%。

2015年武漢市交通出行碳排放即交通用地碳排放達(dá)215.16萬t,其中出租車碳排放占6.77%，公交車碳排放占6.12%，城市內(nèi)部民用車碳排放占86.96%，地鐵碳排放占0.16%,碳排放主要集中在城市內(nèi)部民用車上。在保持武漢總交通出行總客運量不變的情況下,若設(shè)定武漢交通出行結(jié)構(gòu)調(diào)整到其他城市的水平,其碳減排潛力見表8。根據(jù)表8,當(dāng)武漢交通出行結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海、廣州水平時,可分別減排14.35%、28.21%和35.87%;而調(diào)整到杭州水平時,則未能達(dá)到減排效果。北京、上海和廣州的公共交通出行比例均高于武漢,而杭州的公共交通出行比例在5座城市中最低,提高公共交通出行比例可實現(xiàn)交通出行碳減排[30]。

表8 交通出行結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排潛力

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

首先,1996—2015年武漢市土地利用凈碳排放量不斷上升,年均增長率為5.66%,其變化趨勢與土地利用碳源量變化趨勢基本一致,土地利用碳匯量的變化對土地利用凈碳排放量變化趨勢的影響較小。其次,通過測算基準(zhǔn)情景和低碳情景下武漢市2016—2020年土地利用凈碳排放量和碳排放強度發(fā)現(xiàn),武漢市“十三五”期間實現(xiàn)碳減排目標(biāo)的壓力巨大,亟需加大碳減排力度,減少碳排放。第三,將2015年武漢市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、各類用地上能源利用結(jié)構(gòu)和交通出行結(jié)構(gòu)與北京、上海、廣州和杭州進(jìn)行對比,當(dāng)把武漢產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海、廣州和杭州的水平時,第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海和杭州的水平時,工業(yè)用地和居住用地的能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海、廣州和杭州水平時,交通出行結(jié)構(gòu)調(diào)整到北京、上海和廣州水平時,均可實現(xiàn)碳減排,而公共及商服用地的能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整到以上城市的水平時,則能源消耗碳排放的影響將不大。

5.2 建議

主要是:①優(yōu)化各產(chǎn)業(yè)間用地結(jié)構(gòu)和第三產(chǎn)業(yè)內(nèi)部用地結(jié)構(gòu),保有一定數(shù)量的碳匯。首先,武漢未來產(chǎn)業(yè)用地應(yīng)優(yōu)先供應(yīng)第一產(chǎn)業(yè)用地,控制碳匯用地向碳源用地轉(zhuǎn)變。其次,解決歷史遺留問題,遷移仍保留在中心城區(qū)的污染企業(yè),合理利用置換土地,進(jìn)一步推動升級中心城區(qū)的產(chǎn)業(yè)功能,提升單位土地的利用效率。第三,在第三產(chǎn)業(yè)中應(yīng)重點發(fā)展技術(shù)資本密集型第三產(chǎn)業(yè)。②優(yōu)化各類用地的能源利用結(jié)構(gòu),逐步降低煤炭、原油、火電等高碳排放能源消耗量,提高清潔能源所占比例。未來武漢市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中,不僅要調(diào)整產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),還要不斷加大清潔能源利用比例。同時,能源利用技術(shù)的逐步改善,能源利用效率的不斷提高和節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展,即從清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排兩個維度出發(fā)降低碳排放量。③發(fā)展公共交通,減少私家車出行量,鼓勵城市居民購買小排量汽車,降低交通出行碳排放。雖然武漢市的公共交通出行體系已達(dá)到了一定的規(guī)模,但仍有很大的發(fā)展空間,提高公共交通出行比例,尤其是地鐵出行比例,可實現(xiàn)交通出行碳減排。在未來的地鐵規(guī)劃中,需注意與地面交通系統(tǒng)的銜接,同時提升地鐵和公交車輛的舒適度,讓居民愿意選擇公共交通出行。

基于與國內(nèi)文化、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)和生態(tài)發(fā)展領(lǐng)先的4座城市比較并調(diào)整武漢土地利用過程中的結(jié)構(gòu),有助于了解武漢市的碳減排潛力,為武漢今后繼續(xù)走低碳發(fā)展之路提供可行的建議。但從宏觀上對武漢土地利用碳減排進(jìn)行研究仍有不足,在今后的研究中可通過“自下而上”的實地調(diào)研,從微觀層面對武漢市居民進(jìn)行碳減排意愿分析,從而對城市土地利用低碳優(yōu)化提出更具有針對性的規(guī)劃建議。