邢秀為,李曉丹,黃 鑫,劉學(xué)錄b,韋 軍

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) a.管理學(xué)院;b.資源與環(huán)境學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

1 引言

土地利用變化是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要因素,也是引起區(qū)域碳排放的主要原因,已成為僅次于化石能源燃燒的人類碳源[1]。有關(guān)研究表明,林地、園地、草地是主要的碳匯地類,建設(shè)用地、耕地是主要的碳源地類[2]。人類社會的不斷轉(zhuǎn)型帶來了土地利用方式的變革與調(diào)整,使大量農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)化為非農(nóng)用地,導(dǎo)致碳匯面積縮減、碳源面積擴(kuò)大,這種現(xiàn)象在快速發(fā)展的我國更為顯著。國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)2009年的數(shù)據(jù)顯示,我國早在2007年就已成為世界上最大的碳排放國。2015年，我國政府承諾在2030年將單位生產(chǎn)總CO2排放強(qiáng)度下降到2005年的60%—65%。如何在推進(jìn)城鎮(zhèn)化和工業(yè)化快速合理發(fā)展的同時,實(shí)現(xiàn)減排增效,成為國內(nèi)學(xué)者研究的焦點(diǎn)。

目前，土地利用碳排放研究主要集中在土地利用碳排放機(jī)理[3]、影響強(qiáng)度測度[4,5]、排放效應(yīng)[6]、驅(qū)動因素識別[7,8]等方面。研究尺度涵蓋全球[9]、省域[10]、城市群[11]、市域[12]、縣域[13]等多個層面。近年來,以空間計(jì)量的視角開展區(qū)域碳排放問題研究突破了單純以時間序列為主要對象的障壁,取得了一定進(jìn)展。喬健[14]從空間重心遷移角度入手,基于擴(kuò)展的Kaya恒等式分析了碳排放影響因素的作用機(jī)理;鄧吉祥等[15]將我國劃分八大區(qū)域,在此基礎(chǔ)上研究了八大區(qū)域在1995—2010年的碳排放特征及其變化規(guī)律,并利用LMDI分解法對碳排放的影響效應(yīng)進(jìn)行了分析;劉佳駿等[17]通過空間相關(guān)模型與空間溢出模型分析了我國30個地區(qū)的碳排放強(qiáng)度與人均碳排放的空間效應(yīng)關(guān)系,認(rèn)為碳排放強(qiáng)度在局部范圍內(nèi)具有較高的空間相關(guān)性,碳排放強(qiáng)度溢出效應(yīng)顯著區(qū)集中在東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)與中西部傳統(tǒng)能源產(chǎn)品輸出省份;袁霄等[13]以重慶市38個區(qū)縣為研究單元,基于不同土地利用類型數(shù)據(jù),采用直接與間接碳排放估算模型,計(jì)算了1997—2015年各區(qū)縣土地利用碳排放強(qiáng)度,采用空間自相關(guān)分析方法探討了空間關(guān)聯(lián)特征，認(rèn)為局部空間自相關(guān)顯示高值集聚區(qū)域主要位于主城區(qū)和環(huán)主城區(qū),低值集聚區(qū)域主要位于渝東南和渝東北地區(qū),并具有一定的空間路徑依賴特征。

目前,對碳排放空間特征研究主要通過空間相關(guān)性和空間重心遷移入手,但鮮有學(xué)者將兩者結(jié)合起來對土地利用碳排放的空間特征演變進(jìn)行探索?；诖?本研究以省域?yàn)槌叨?從“量”和“質(zhì)”兩個方面作為切入點(diǎn),通過重心模型和空間相關(guān)模型,對我國2009—2016年土地利用碳排放重心和空間相關(guān)性進(jìn)行研究。從宏觀角度掌握區(qū)域土地利用碳排放的空間差異及分布特征,了解碳排放在時空上的演變趨勢,為國家在宏觀層次上差異化制定減排目標(biāo)提供幫助,推動減排措施的順利實(shí)施。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2007)將各省份土地類型主要劃分為:耕地、園地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地七大類,研究所需要的各地類數(shù)據(jù)和及各省域面積數(shù)據(jù)來源于2010—2017年的《中國土地資源統(tǒng)計(jì)年鑒》和全國土地利用變更調(diào)查成果。

為了保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性,依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21 010—2007)將地類劃分為耕地、園地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地七大類。各省能源消費(fèi)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)分別來源于2010—2017年的《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》與國家統(tǒng)計(jì)局?；跀?shù)據(jù)的可獲取性,研究區(qū)域未將香港和澳門特別行政區(qū)、西藏自治區(qū)和臺灣地區(qū)納入分析。

2.2 研究方法

土地利用碳排放總量是碳匯量和碳源量之和,碳源量為耕地和建設(shè)用地產(chǎn)生的排放量,碳匯量為林地、園地、草地、水域和未利用土地所吸收的碳量。計(jì)算公式為:

E=Ez+Ej=Σei+ΣEji=ΣTiδi+ΣEniQifi

(1)

式中,E為土地利用碳排放總量;Ez和Ej分別為直接和間接碳排放量;ei為不同土地利用類型的碳產(chǎn)量;Eji為各種能源的碳排放量,主要能源消耗指標(biāo)包括煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然氣;Ti為不同土地利用類型面積;δi為各類土地利用的碳排放(吸收)系數(shù)[17],排放為正,吸收為負(fù);Eni為上述各類能源消耗量;θi為能源轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)煤的折算系數(shù),本文將各類能源消耗量換算為標(biāo)準(zhǔn)煤量[18];fi為各種能源的碳排放系數(shù)[17]。能源消耗類型、標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)和土地利用碳排放系數(shù)見表1。

表1 能源消耗類型及標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)和土地利用碳排放系數(shù)

地均土地利用碳排放計(jì)算公式為:

(2)

式中,E′為區(qū)域i地均土地利用碳排放量;E為區(qū)域i地利用碳排放總量;S為區(qū)域i總面積。

土地利用碳排放強(qiáng)度計(jì)算公式為:

Qi=Ei/Gi

(3)

式中,Q′為區(qū)域i地均土地利用碳排放量;E為區(qū)域i地利用碳排放總量;G為區(qū)域i生產(chǎn)總值。

重心遷移模型是研究要素在區(qū)域發(fā)展過程中空間遷移特征的重要工具。假設(shè)區(qū)域是由n個子區(qū)域i組成,則該區(qū)域中要素的重心計(jì)算公式為:

(4)

(5)

式中,Xj和Yj分別為區(qū)域要素重心點(diǎn)的經(jīng)度值和緯度值;Mi為第i個子區(qū)域內(nèi)該要素的量值;xi和yi分別為子區(qū)域政府所在地的經(jīng)度值和緯度值。

區(qū)域要素重心點(diǎn)空間遷移距離計(jì)算公式為:

(6)

式中,d為年際間重心遷移的距離;(Xj+m,Yj+m)和(Xj,Yj)分別為第j+m年和第j年區(qū)域重心點(diǎn)的地理坐標(biāo);C為地理坐標(biāo)與平面距離之間的轉(zhuǎn)換常數(shù),通常取111.111(km)。

空間自相關(guān)模型分為全局空間自相關(guān)模型和局部空間自相關(guān)兩部分。全局空間自相關(guān)Moran′s I指數(shù)是描述區(qū)域內(nèi)所有對象之間平均空間的關(guān)聯(lián)度、空間分布模式和顯著性水平。若xi是區(qū)域?qū)ο骾的觀測值,則該變量的全局Moran′s I,具體的計(jì)算公式為:

(7)

局部空間自相關(guān)中的局部統(tǒng)計(jì)是檢測區(qū)域內(nèi)較小的空間相關(guān)性的有效方法。局部自相關(guān)可以探測出區(qū)域內(nèi)部高值集聚區(qū)(熱點(diǎn))與低值集聚區(qū)(冷點(diǎn))。計(jì)算公式為:

(8)

3 結(jié)果與分析

3.1 我國土地利用碳排放特征時序分析

本文采用式(1—3)對土地利用碳排放進(jìn)行了測算。結(jié)果表明:從“量”上看,排放總量呈增長趨勢,由2009年的2.64×109t增長到2016年的3.35×109t,年均遞增率為3.58%,但環(huán)比增長率總體仍呈下降趨勢,2013年和2015年環(huán)比呈負(fù)增長,分別為-0.63%和-0.08%,碳源量變化與總量變化相似,呈下降態(tài)勢,而碳匯量變化相對平緩(圖1)。

注:a為總量；b為碳源量；c為碳匯量。圖2、4、5同。

圖12009—2016年我國各省份土地利用碳排放量

對排放量進(jìn)行分區(qū)比對,東部、西部和中部地區(qū)土地利用碳排放分異明顯:東部地區(qū)土地利用碳排放增量最大,但年均增長率與中部地區(qū)相似,遠(yuǎn)低于西部地區(qū);中部地區(qū)多年排放總量增長呈負(fù)值,特別是2015—2016年最為明顯;西部地區(qū)排放總量增長較少,但年均增長率最高,達(dá)到5.31%;碳源量主要集中在東部地區(qū),尤其是河北—山東一帶;碳匯量主要集中在中部、西部黑龍江—內(nèi)蒙古和四川—云南一帶。說明東部地區(qū)土地利用碳排放總量基數(shù)大,各地區(qū)雖然相繼出臺了減排政策,有效遏制了排放總量的增長速度，但由于建設(shè)用地?cái)U(kuò)張,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級緩慢,導(dǎo)致碳排放總量增長較大；中部地區(qū)碳排放量出現(xiàn)負(fù)增長可能是因?yàn)橹胁慷鄶?shù)地區(qū)為資源型城市,尤其是2015年國家著手供給側(cè)改革,使能源產(chǎn)量過剩省份進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,優(yōu)化土地利用布局,促使各省份向低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。東部、中部、西部地區(qū)碳排放增量的差異進(jìn)一步表明,在研究期內(nèi)東中部地區(qū)高耗能產(chǎn)業(yè)存在西遷現(xiàn)象,導(dǎo)致西部地區(qū)對建設(shè)用地和能源需求激增,使土地利用碳排放量年均增長率較高。

從單位土地來看,地均土地利用碳排放量在研究期內(nèi)呈波動增長趨勢,從2009年的1038.42t/km2增加到了2016年的1189.83t/km2,年均增長率為2.05%。但在研究期末增長變緩,環(huán)比出現(xiàn)負(fù)增長(圖2)。這可能由于我國經(jīng)濟(jì)規(guī)模不斷擴(kuò)大,加之較粗獷的土地利用方式和工業(yè)結(jié)構(gòu),使我國土地利用碳排放量呈增長態(tài)勢。隨著我國政府對碳排放的控制增強(qiáng),到中后期呈增緩態(tài)勢。

圖2 2009—2016年我國各省份地均土地利用碳排放

從分區(qū)對比來看:東部地區(qū)地均值最高,是中部地區(qū)的4倍、西部地區(qū)的7倍,但東部地區(qū)年增長率最低,僅為西部地區(qū)的1/4;地均碳源量比重較大的省份主要集中在東部地區(qū),尤其是上海和天津兩地,碳匯量比重較大的地區(qū)分在我國南部包括福建—海南一帶、江西—湖南一帶和重慶—云南一帶,西部新疆為地均碳匯量最高的區(qū)域，可能是因?yàn)闁|部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)規(guī)模較大,對能源消耗較多,加之省域面積較小導(dǎo)致東部地區(qū)地均碳源量較大。

從“質(zhì)”上看,土地利用的碳排放強(qiáng)度在研究期內(nèi)整體呈下降趨勢,年均排放強(qiáng)度由2009年的0.87t/萬元下降到2016年的0.55t/萬元,年均下降6.24%(圖3)。對排放強(qiáng)度進(jìn)行分區(qū)對比,東部地區(qū)下降最快,中部地區(qū)次之,西部省份最慢,年均下降速度分別為6.57%、6.38%和5.90%。此外,東部、中部和西部的土地利用碳排放強(qiáng)度分別為0.38t/萬元、0.62t/萬元和0.72t/萬元,與歐美發(fā)達(dá)國家2006年單位GDP含碳量(0.23—0.47t/萬元)相比[9],在降低碳排放強(qiáng)度方面還有巨大潛力。

圖3 2009—2016年我國各省份土地利用碳排放強(qiáng)度

3.2 重心演變分析

土地利用碳排放總量和碳源量重心在研究期內(nèi)落在河南省境內(nèi)(圖4),兩者變化趨勢相似,呈現(xiàn)出先西南后西北的演變趨勢,雖然有向東北回轉(zhuǎn),但總方向是向西北移動;重心遷移速度呈現(xiàn)慢—快—慢的變換節(jié)奏,最終在研究期末趨于穩(wěn)定,說明2016年以來各地區(qū)土地利用碳排放量在全國占比趨于穩(wěn)定,各地區(qū)總量增速變化趨于同步。土地利用碳排放總量重心由2009年的34°28′20″N、114°18′40″E遷移到2016年的34°38′30″N、113°42′30″E,緯度方向變化10′10″,經(jīng)度方向變化36′10″,遷移距離69.56km;從時空變化情況看,2009—2010年重心向西南偏移16.23km,主要是由于中南部省份碳排放量占全國總量的比重普遍上升,導(dǎo)致重心向南方向遷移;2010—2011年重心向正北方向移動5.24km,開啟了重心北移的序幕;2011—2013年的遷移距離最大,其中2011—2012年向西北方向移動了21.11km;單位時間遷移速度在研究時間段內(nèi)最快,2012—2013年趨向于正西方向,移動了21.02km,向北部偏移角度較小;2014—2016年的重心移動的距離比前5年變化小、趨于穩(wěn)定,其中2014—2015年的重心向東部回移后又轉(zhuǎn)向西北,這也是研究期間重心變化最小的階段。碳源量重心則由研究期初的34°23′36″N、114°6′59″E遷移到期末的34°34′20″N、113°34′53″E,遷移距離62.70km;碳匯量重心在研究時間段內(nèi)落在湖北鄖縣,向西北方向遷移,遷移速度逐年趨緩,研究期間重心由33°6′5″N、110°56′25″E變化到33°7′6″N、110°55′27″E,累計(jì)遷移距離2.74km,說明碳匯量重心基本處于穩(wěn)定狀態(tài),但重心以北和以西地區(qū)碳匯量增長速度略快于以南和以東地區(qū),可能是與西北地區(qū)退耕還林還草工程的穩(wěn)步推進(jìn)相關(guān)。

圖4 我國土地利用碳排放總量重心演變路線

地均土地利用碳排放量重心主要落在安徽省北部(圖5),相對于總量重心而論,地均土地利用碳排放重心波動較大,總體方向?yàn)橄蛭髂线w移,期間有回移情況,可分為四個階段:第一階段為2009—2012年,該階段重心呈現(xiàn)出向西北方向偏移,是研究時間段內(nèi)持續(xù)時間最長、遷移距離最大,包括了研究時間內(nèi)的最北端(33.81°N、117.34°E)和最東端(33.74°N、117.60°E);2009—2010年向西北方向移動距離最大,達(dá)到19.31km;2010—2011年僅向北移動了0.56km,是研究時間段內(nèi)移動距離最短的;2011—2012年重心向西北方向遷移了10.67km,到達(dá)研究期內(nèi)的最北端。第二階段為2012—2013年,重心遷移方向與第一階段相反,該階段重心遷移方向?yàn)闁|南方向,遷移距離為6.13km,在研究期內(nèi)回遷角度最大。第三階段為2013—2014年,該階段重心與第一階段重心遷移方向一致均是向西北方向偏移,偏移角度小于第一階段,單位時間移動速度僅次于第一階段，并在2014年到達(dá)研究期內(nèi)的最西端(33.81°N,117.23°E)。第四階段為2014—2016年,與第二階段相比來看,該階段持續(xù)時間長,東南方向偏移角度小,并在2016年有向西回移的趨勢,總體上南遷趨勢明顯,在研究期內(nèi)緯度跨度最大(10′12″),說明2014年重心以南部諸省(市、區(qū))的碳排放總量增長速度快于重心以北的省份,導(dǎo)致以南的省份在地均土地利用碳排放增速明顯,占全國總值比重變大,使重心向南偏移。

圖5 我國地均土地利用碳排放量重心演變路線

地均碳源量重心主要落在河南省東南部,向西北方向波動遷移,大體分為以下兩個階段:第一階段為2009—2014年。該階段主要向西北方向移動,持續(xù)時間最長,單位遷移速度也最快,累計(jì)移動了104.83km。第二階段為2015—2016年。該階段與第一階段遷移的方向不同,向西南移動,累計(jì)移動距離21.74km。地均碳匯量重心落在湖北省鄖西縣境內(nèi),向西北方向移動,且單位移動速度趨緩,累計(jì)移動距離為6.72km。

圖6 我國土地利用碳排放強(qiáng)度重心演變路線

土地利用碳排放強(qiáng)度重心在研究期內(nèi)落在山西省與陜西省的交界地帶(圖6),并由山西省向陜西省轉(zhuǎn)移,與土地利用碳排放總量的遷移趨勢不同,強(qiáng)度重心呈現(xiàn)出西北遷移以北為主的態(tài)勢,變化軌跡可分三個階段:2009—2011年為第一階段。這一階段強(qiáng)度重心的距離遷移最小,3年累計(jì)遷移距離為24.94km,且總的偏移角度較小,強(qiáng)度重心較為穩(wěn)定;2011—2013年為第二階段,強(qiáng)度重心變化最大,累計(jì)位移距離61.46km,主要向西移動,平均每年移動0.2個經(jīng)度;2011—2012年強(qiáng)度重心遷移距離為28.39km;2012—2013年強(qiáng)度重心在研究時段內(nèi)單位時間內(nèi)的移動距離最大,為33.08km。第三階段為2013—2016年,該階段土地利用碳排放強(qiáng)度重心移動距離累計(jì)為59km,僅小于第二階段的2.46km,但與第二階段遷移方向不同,此時期主要以北移為主,偏移角度大,強(qiáng)度重心移動速度逐年增加，說明強(qiáng)度重心以南多數(shù)省份碳強(qiáng)度占全國的比重逐年減少,土地利用碳排放量增長速度低于土地產(chǎn)值增長速度,導(dǎo)致強(qiáng)度重心以北省份的強(qiáng)度占比“被增加”。從總體上看,2009—2016年土地利用碳排放強(qiáng)度重心偏移總距離為126.56km,經(jīng)緯度分別西偏39′19″和北偏55′54″,說明西部地區(qū)、北部地區(qū)土地利用碳排放強(qiáng)度下降速度低于東部地區(qū)、南部地區(qū),這與我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相吻合,同時反映出東部發(fā)達(dá)地區(qū)工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,企業(yè)西遷帶動西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時也產(chǎn)生了土地利用碳排放增速快于土地產(chǎn)值增速的負(fù)面效應(yīng)。

3.3 土地利用碳排放空間特征演變分析

根據(jù)式(7),2009—2016年我國土地利用碳排放總量的全局Moran′s I值均為正,Z-Value值大于2.58,通過了置信性檢驗(yàn),且置信水平在99%以上(表2),表明我國土地利用碳排放量存在較顯著的空間正相關(guān)關(guān)系。但在研究期內(nèi)的Moran′s I值呈下降趨勢,說明土地利用碳排放量水平相似的地區(qū)在空間上呈現(xiàn)分散態(tài)勢,體現(xiàn)出各地區(qū)減排效果不一,存在差異性。

表22009—2016年土地利用碳排放量全局自相關(guān)Moran′sI值

年份20092010201120122013201420152016Moran′s I0.29550.28970.29110.27520.27050.26390.26410.2467Z-Value2.932.832.792.672.622.592.632.61

注:Z-Value>1.96表明在5%的水平上顯著,Z-Value>2.58表明在1%的水平上顯著,表3、4同。

通過Open Geoda軟件，本文分別繪制了我國土地利用碳排放2009年、2011年、2013年和2016年Moran′s I的散點(diǎn)圖(圖7)。從圖7的散點(diǎn)圖可見，2009年、2011年、2013年和2016年位于低—低和高—高象限的地區(qū)個數(shù)分別占總量的63%、60%、70%、63%,位于低—高和高—低象限的地區(qū)個數(shù)占總量比例分別為37%、40%、30%、37%,說明在研究期間內(nèi)我國土地利用碳排放總量空間異質(zhì)性呈波動變化,但總體趨于穩(wěn)定,集聚狀態(tài)顯著；同時也說明局部單元空間異質(zhì)結(jié)構(gòu)通過散點(diǎn)圖上的高—高和低—低兩類鮮明的空間分異區(qū)域體現(xiàn)出來,從側(cè)面反映了我國土地利用碳排放量存在較顯著的空間正相關(guān)關(guān)系。

土地利用碳排放量存在顯著的局部空間分異,因此進(jìn)一步繪制4個相應(yīng)年份我國土地利用碳排放總量LISA聚類圖(圖8),結(jié)果存在顯著的集聚特征。其中,“高—高”集聚區(qū)集中在以京津冀為輻射面的山西省、河北省、河南省和山東省一帶,在4個研究截面維持穩(wěn)定。究其原因在于:該區(qū)域是北方煤炭資源、糧食資源、鋼鐵產(chǎn)業(yè)的主要生產(chǎn)和加工地,對碳排放具有對經(jīng)濟(jì)的依賴性和推動慣性,使這些區(qū)域成為排放增量的熱點(diǎn)地區(qū)?！暗汀汀奔蹍^(qū)則分別出現(xiàn)在新疆和川貴地區(qū)。其中,四川省始終位于“低—低”分布區(qū)域,這主要是因?yàn)樗拇ㄉ指采w率高,退耕還林工程效益日漸顯現(xiàn),加之能源消費(fèi)以清潔能源為主,使四川成為“冷點(diǎn)”區(qū);新疆在2016年由“低—低”集聚轉(zhuǎn)向“高—低”集聚,說明新疆土地利用碳排放總量有所回升,可能是作為“一帶一路”經(jīng)濟(jì)帶的核心地區(qū),國家對新疆投入增加,大量人口和企業(yè)的涌入,導(dǎo)致新疆地區(qū)建設(shè)用地和能源消耗增加,帶來土地利用碳排放總量向高位遷移。安徽省在4個研究截面處于低—高集聚區(qū),可能是安徽省經(jīng)濟(jì)水平相對平緩,對能源需求不大,但臨近地區(qū)的河南和山東地區(qū)為土地利用碳排放大省,且長期處于“高—高”集聚狀態(tài),導(dǎo)致安徽存在“低—高”集聚現(xiàn)象。

圖7 我國土地利用碳排放Moran′s I散點(diǎn)圖

本文測算了我國地均土地利用碳排放強(qiáng)度全局自相關(guān)Moran′s I值。結(jié)果顯示(表3),地均碳排放量在2009—2016年Moran′s I值均為正,表明在研究期內(nèi)存在著顯著的空間正相關(guān)關(guān)系。研究期內(nèi)的Moran′s I指數(shù)呈波動上升,說明相似地區(qū)在空間上呈集中分布。

表3 我國2009—2016年地均土地利用碳排放強(qiáng)度全局自相關(guān)Moran′s I值

通過Open Geoda軟件分別繪制我國2009年、2011年、2013年和2016年Moran′s I散點(diǎn)圖(圖9),4個截面數(shù)據(jù)可見多數(shù)省份位于“低—低”和“高—高”象限。說明在研究期間內(nèi)地均土地利用碳排放總量空間異質(zhì)性呈波動變化特征,但總體趨于穩(wěn)定,集聚狀態(tài)顯著。

地均土地利用碳排放量顯示存在顯著的局部空間分異,故進(jìn)一步繪制相應(yīng)年份的土地利用碳排放總量LISA聚類圖(圖10),結(jié)果集聚特征較顯著。其中,“高—高”集聚區(qū)集中在江蘇,且維持穩(wěn)定,可能是江蘇土地利用碳排放總量較大,區(qū)域面積較小,地均排放量較高,加之周圍均是土地利用碳排放量大省,地均排放量較高,導(dǎo)致江蘇成為地均排放量的“熱點(diǎn)”地區(qū)。“低—低”集聚區(qū)呈帶狀分布,主要在西部新疆—云南一帶,得益于該區(qū)域碳匯面積較大,排放總量相對東部少,加之區(qū)域面積較大,使地均排放量較低。

圖8 我國2009—2016年土地利用碳排放量LISA聚類圖

圖9 我國地均土地利用碳排放強(qiáng)度Moran′s I散點(diǎn)圖

圖10 我國2009—2016年地均土地利用碳排放量LISA聚類圖

測算土地利用碳排放強(qiáng)度全局自相關(guān)Moran′s I值,結(jié)果見表4。從表4可見,排放強(qiáng)度在2009—2016年Moran′s I值均為正,表明排放強(qiáng)度在研究期內(nèi)存在顯著的空間正相關(guān)關(guān)系。研究期內(nèi)Moran′s I指數(shù)波動上升,說明土地利用碳排放強(qiáng)度相似的地區(qū),空間上集中分布且集中態(tài)勢明顯,在空間分布上向“高—高、低—低”兩極靠攏。

表4 我國2009—2016年土地利用碳排放強(qiáng)度

本文分別繪制了2009年、2011年、2013年和2016年的土地利用碳排放強(qiáng)度的Moran′s I散點(diǎn)圖(圖11)。從圖11可見2009年和2016年位于“低—低”和“高—高”象限的地區(qū)個數(shù)分別占總量的80%、80%、80%、83%,而位于“低—高”和“高—低”象限的地區(qū)個數(shù)分別占總量比例為20%、20%、20%、17%，說明在研究期間內(nèi)土地利用碳排放強(qiáng)度總量空間異質(zhì)性呈波動變化,但總體趨于穩(wěn)定,集聚狀態(tài)顯著。

地均土地碳排放強(qiáng)度同樣存在顯著的局部空間分異,因此需要進(jìn)一步繪制相應(yīng)年份土地利用碳排放強(qiáng)度的LISA聚類圖(圖12)。從圖12可見,2009—2016年我國土地利用碳排放強(qiáng)度存在顯著的集聚特征。其中,“高—高”集聚區(qū)在所選的年份基本穩(wěn)定,始終集中在內(nèi)蒙古、甘肅、陜西一帶,可能是因?yàn)殛兾?、甘肅、內(nèi)蒙古地區(qū)是我國重要的能源生產(chǎn)和消費(fèi)地,工業(yè)結(jié)構(gòu)以第二產(chǎn)業(yè)為主,土地產(chǎn)出增速低于土地利用的碳排放,導(dǎo)致該區(qū)域成為“熱點(diǎn)”區(qū)。寧夏地區(qū)只有在2011年為“高—高”集聚區(qū),可能是因?yàn)閷幭牡耐恋乩锰寂欧艔?qiáng)度在2011年上漲速度高于臨近地區(qū),并達(dá)到研究期內(nèi)的最高值,隨后下降?！暗汀汀奔蹍^(qū)在研究期間沒有發(fā)生變化,主要分布在我國東南沿海一帶,包括廣東、福建、浙江和江西,說明東南沿海地區(qū)始終是我國土地利用碳排放強(qiáng)度的“冷點(diǎn)”區(qū),這些區(qū)域多為我國較為發(fā)達(dá)的地區(qū),經(jīng)濟(jì)總量大,能源消耗較低。尤其是逐步對傳統(tǒng)高耗能企業(yè)進(jìn)行淘汰升級,不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),降低對一次能源的依賴性,積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),引導(dǎo)社會低碳消費(fèi)的結(jié)果。“高—低”集聚區(qū)只有貴州省在2013年和2016年出現(xiàn)這一現(xiàn)象,可能是因?yàn)橘F州省作為中部省份經(jīng)濟(jì)水平相對較弱,同時也是南部省份重要的煤炭生產(chǎn)地區(qū),自2011年以來經(jīng)濟(jì)增速始終位于全國前列,同時伴隨著能源消耗的激增,土地利用碳排放量增速快于土地產(chǎn)出速度,導(dǎo)致貴州省相對臨近地區(qū)的強(qiáng)度值較高。

圖11 我國2009—2016年土地利用碳排放強(qiáng)度Moran′s I散點(diǎn)圖

圖12 我國2009—2016年土地利用碳排放量LISA聚類圖

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

在“量”的方面,我國土地利用碳排放總量和碳源量總體呈上升趨勢,碳排放總量由2009年的2.64×109t增長到2016年的3.35×109t,碳排放環(huán)比增長呈現(xiàn)出相反的下降態(tài)勢;碳源量由2.80×109t增長到2016年的3.51×109t,碳匯量處于穩(wěn)定狀態(tài)。單位土地排放量波動增長,由1038.42t/km2,增長到1189.83t/km2,年均增長率為2.05%。在“質(zhì)”的方面,土地利用碳排放強(qiáng)度總體呈下降趨勢,由2009年的0.87t/萬元下降到2016年的0.55t/萬元,雖然“質(zhì)”有所提高,但是與發(fā)達(dá)國家相比,還存著較大的減排余地和空間。

我國土地利用碳排放總量、強(qiáng)度和地均排放量在空間上都具有較強(qiáng)的空間正相關(guān)關(guān)系,集聚效應(yīng)顯著。其中,排放總量的“熱點(diǎn)”區(qū)主要集中在山西、河南省、河北省和山東省一帶,在研究期基本處于穩(wěn)定狀態(tài);“冷點(diǎn)”區(qū)有所變動,由新疆維吾爾自治區(qū)和四川省兩地變?yōu)榇ㄙF一帶;強(qiáng)度“冷點(diǎn)”區(qū)在研究期內(nèi)穩(wěn)定,主要分布在東南部地區(qū),包括江西省、廣州市、福建省和浙江省;“熱點(diǎn)”區(qū)在研究期內(nèi)基本穩(wěn)定,主要是陜西、甘肅、內(nèi)蒙古一帶,地均排放量“熱點(diǎn)”區(qū)分布在東部的江蘇一帶;“冷點(diǎn)”區(qū)分布在新疆—云南一帶,具有顯著的路徑依賴性。

4.2 討論

本研究與前人的不同之處在于將重心遷移和空間異質(zhì)性結(jié)合起來分析兩者在空間上演變的規(guī)律,揭示兩者在空間上的相互關(guān)系。只針對土地利用碳排放的空間特征進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)土地利用碳排放存在空間相關(guān)性,這與劉佳駿和王亞政等學(xué)者的研究結(jié)果一致,特征演變受到相鄰地區(qū)的影響,但“熱點(diǎn)”區(qū)和“冷點(diǎn)”區(qū)略有不同;在重心演變研究中土地利用碳排放總量和強(qiáng)度重心遷移方向與喬健[14]、馬海超[20]、齊亞偉[21]等在相同研究段內(nèi)基本一致,均向西北遷移,但在部分時間段遷移方向、偏移角度和遷移速度研究結(jié)論略有不同,可能是僅考慮到能源碳排放的原因。

本文在土地利用碳排放量的核算過程中并沒有考慮不同氣候和植被等因素對碳匯量的影響,同時建設(shè)用地的碳排放量以能源消耗為測算核心偏向于經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生的次生碳。此外,土地利用的碳排放總量和排放強(qiáng)度是否存在不同的驅(qū)動因素仍然存有研究空白,這些都需要在今后的有關(guān)研究中加以完善和彌補(bǔ)。