趙思宇 李德林 李凱

(江蘇師范大學地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院，江蘇 徐州 221116)

引言

碳排放的增加是導致全球氣候變暖、溫室效應，以及出現(xiàn)極端惡劣天氣或自然災害的直接原因[1]。2020年第75屆聯(lián)合國大會上，習近平主席提出我國二氧化碳排放2030年前達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和的目標，統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展。土地利用變化、化石燃料燃燒和工業(yè)排放已成為溫室氣體濃度上升的主要原因。土地承載了包括城市擴張、經(jīng)濟建設、能源消耗等在內(nèi)的各項人類活動，而土地利用的變化，尤其是大量林地、濕地等生態(tài)用地轉(zhuǎn)換為建設用地等的變化，會造成碳匯面積銳減、碳源面積增大。《2020年全球碳預算》指出：2019年全球因土地利用變化、化石燃料燃燒和工業(yè)排放產(chǎn)生的CO2總量約為430億t。土地利用變化所引起的碳排放量已占人類活動碳排放總量的1/3[2]。在城鎮(zhèn)化建設中協(xié)同優(yōu)化土地利用、推動社會經(jīng)濟轉(zhuǎn)型以推進節(jié)能提效對中國實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標愿景至關重要[3]。

學者基于經(jīng)濟學、生態(tài)學、地理學視角，圍繞土地利用碳排放的不同尺度的時空分異格局[2，4-6]、驅(qū)動機制及影響因素[7-9]、與經(jīng)濟的增長脫鉤狀態(tài)[10，11]、低碳結(jié)構(gòu)優(yōu)化[12，13]、碳減排潛力[14-16]等內(nèi)容，在全國、省域、市域尺度展開了一系列較為詳實的理論與實證研究，但現(xiàn)階段對于以跨行政區(qū)域的經(jīng)濟區(qū)作為整體的碳排放空間分異格局研究不足。本文以淮海經(jīng)濟區(qū)10個城市為對象，通過測算碳源總量、碳匯總量、碳排放量、碳源經(jīng)濟貢獻系數(shù)和碳匯生態(tài)承載系數(shù)，分析淮海經(jīng)濟區(qū)碳排放的空間格局特征，根據(jù)測算結(jié)果識別當前淮海經(jīng)濟區(qū)城市碳排放的發(fā)展問題，并提出相應的優(yōu)化策略與建議，對推動淮海經(jīng)濟區(qū)低碳綠色發(fā)展具有重要價值。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究所用數(shù)據(jù)源主要包括：土地利用數(shù)據(jù)，來源于國家基礎地理信息中心發(fā)布的2020年空間分辨率為30m的全球地表覆蓋數(shù)據(jù)(GlobeLand30：http：//www.globallandcover.com/)；行政邊界數(shù)據(jù)，來源于全國地理信息資源目錄服務系統(tǒng)發(fā)布的2020年1∶100萬公眾版基礎地理信息數(shù)據(jù)(https：//www.webmap.cn/)；能源與社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，來源于各省市2020年統(tǒng)計年鑒以及《中國能源統(tǒng)計年鑒》(2020)。

1.2 研究方法

1.2.1 碳排放測算

碳排放總量取決于碳源(碳排放)與碳匯(碳吸收)的差值，其中耕地和建設用地為主要碳源，林地、草地、水域和未利用地為主要碳匯。非建設用地的碳排放主要來源于耕地、林地、草地、水域及未利用地，通過各土地利用類型面積與其碳排放系數(shù)之積得到，如式(1)所示；建設用地所產(chǎn)生的碳排放主要來源于城鎮(zhèn)建設或工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)等人類活動，通過各類型能源消費量與其對應的標準煤折算系數(shù)和各能源對應的碳排放系數(shù)之積得到，如式(2)所示。

Edirect=∑Li=∑Ai×αi

(1)

式中，Edirect為直接碳排放量；Li為第i種用地類型的碳排放量；Ai為第i種用地類型的面積；αi為第i種用地類型的碳排放系數(shù)。在參考學者所測算的不同結(jié)果基礎上，根據(jù)淮海經(jīng)濟區(qū)實際情況并對其進行修正，得到耕地、林地、草地、水域、未利用地的碳排放系數(shù)，分別為0.422、-0.6125、-0.021、-0.0248、-0.005[4，17]。

Eindirect=∑Si×Wi×Ti

(2)

式中，Eindirect為間接碳排放量；Si表示原煤、洗精煤、其它洗煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油等17種能源消費量[18]；Wi表示各能源對應的標準煤折算系數(shù)，見表1；Ti表示各能源對應的碳排放系數(shù)，見表2。其中，各系數(shù)將根據(jù)IPCC2006與《中國能源統(tǒng)計年鑒2020》整理所得，并參考相關的文獻研究來測算[18，19]。

表1 各類能源標準煤折算系數(shù)

表2 碳排放系數(shù)

1.2.2 碳源經(jīng)濟貢獻系數(shù)

碳源經(jīng)濟貢獻系數(shù)為城市的生產(chǎn)總值與碳排放量在區(qū)域中的貢獻程度比，反映城市在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的生態(tài)效率，計算公式：

(3)

式中，Gi、G為i市和淮海經(jīng)濟區(qū)全部城市的地區(qū)生產(chǎn)總值；Ci、C為i市和淮海經(jīng)濟區(qū)全部城市的碳排放總量。若ECCi>1，則表明i市經(jīng)濟貢獻率大于土地利用碳排放的貢獻率，說明其碳排放的經(jīng)濟效率相對較高；若ECCi<1，則說明該市碳排放的經(jīng)濟效率相對較低。

1.2.3 碳匯生態(tài)承載系數(shù)

碳匯生態(tài)承載系數(shù)為城市的碳匯量與碳源量在區(qū)域中的貢獻程度比，表現(xiàn)城市對區(qū)域碳排放的消納能力，計算公式：

(4)

式中，CAi、CA分別表示第i市和淮海經(jīng)濟區(qū)全部城市的碳匯總量。若ESC>1，即i市主要碳匯對碳吸收的貢獻率大于碳排放的貢獻率，對淮海經(jīng)濟區(qū)全部城市碳排放的消納有積極作用；反之，對淮海經(jīng)濟區(qū)全部城市碳排放的消納有負面影響。

2 淮海經(jīng)濟區(qū)碳排放的空間格局

2.1 碳源總量差異較大，單位經(jīng)濟生態(tài)效率東高西低

2020年淮海經(jīng)濟區(qū)城市碳源總量為19969.54萬t，其中建設用地碳源量為19671.61萬t，占碳源總量的98.51%。說明在城鎮(zhèn)化和工業(yè)化推進中產(chǎn)業(yè)發(fā)展和居民生活是主要碳排放來源。為了更加直觀地對比區(qū)域間碳排放差異，利用自然間斷點法，將淮海經(jīng)濟區(qū)城市碳排放劃分為5級，即1級碳排放最低，5級碳排放最高。如圖1所示，淮海經(jīng)濟區(qū)城市的碳源總量在空間上表現(xiàn)出較大差異，碳源總量整體上呈現(xiàn)以濟寧市為核心向外擴散、逐步減少的分布特征，其中濟寧市的碳源總量最高，為5189.38萬t；其次是徐州市和淮北市，分別為2541.86萬t、2512.98萬t；宿遷市和宿州市的碳源總量最小，分別為617.88萬t、871.87萬t。從省域角度來看，山東省、江蘇省、安徽省、河北省涉市的碳源占比56.96%、20.99%、16.95%、5.10%。

圖1 2020年淮海經(jīng)濟區(qū)碳源總量與碳源強度空間分布

碳源強度表示某區(qū)域單位經(jīng)濟產(chǎn)量所產(chǎn)出的二氧化碳量，碳源強度越低，說明其經(jīng)濟的生態(tài)效率越高。從圖1可以明顯看出，淮海經(jīng)濟區(qū)江蘇省與河南省涉市碳源強度普遍低于安徽省與山東省，單位經(jīng)濟生態(tài)效率呈現(xiàn)明顯的東高西低的分布特征。而碳源強度較低的區(qū)域主要是宿遷市、連云港市、徐州市和商丘市。

2.2 碳匯總量東高西低，單位面積碳匯強度差異明顯

2020年淮海經(jīng)濟區(qū)碳匯總量為-74823.76t，其中林地的碳匯總量最大，占86.84%；水域和草地次之，分別占10.89%和2.26%；碳匯總量最少的是未利用地，碳匯總量整體上呈現(xiàn)出以臨沂市為核心，向外擴散，逐步減少的東高西低的分布特征，見圖2。其中，臨沂市的碳匯總量最高，為-35435.56t，占淮海經(jīng)濟區(qū)碳匯總量的47.36%；其次是宿州市和徐州市，分別為-8259.60t、-6465.73t；而碳匯總量最小的是商丘市與菏澤市，分別只有-244.99t與-437.54t?？傮w而言，淮海經(jīng)濟區(qū)各城市碳匯量普遍較低，山東省、江蘇省、安徽省、河南省涉市的碳匯占比分別為61.91%、21.70%、16.06%和0.03%。碳匯占比的結(jié)果與山東省大面積的山地與丘陵的自然資源稟賦相匹配，尤其是臨沂市，作為山東省人口最多、面積最大的市，擁有自北而南的沂山、蒙山、尼山3條主要山脈以及10余座海拔1km以上的山峰，曾獲得“中國十佳生態(tài)宜居典范城市”“國家森林城市”等稱號。為了消除用地面積對碳匯總量產(chǎn)生的絕對影響，本文通過測算單位面積的碳匯強度，衡量單位土地面積吸收CO2的能力，發(fā)現(xiàn)臨沂市的數(shù)值高達-0.0205t·hm-2；而商丘市與菏澤市的數(shù)值最低，分別只有-0.0002t·hm-2、-0.0004t·hm-2。

圖2 2020年淮海經(jīng)濟區(qū)碳匯總量與碳匯強度空間分布

圖4 2020年淮海經(jīng)濟區(qū)經(jīng)濟貢獻系數(shù)與碳匯生態(tài)承載系數(shù)空間分布

2.3 碳排放總體特征與碳源總量空間格局一致

碳排放量為碳源量與碳匯量的差值，2020年淮海經(jīng)濟區(qū)的碳排放量為19962.06萬t。由于淮海經(jīng)濟區(qū)各城市之間碳源總量差異較大，而各城市碳匯量普遍較低，對其碳排放量影響作用不明顯，因此，2020年淮海經(jīng)濟區(qū)碳排放總體特征與碳源總量空間格局保持一致。其中，濟寧市的碳排放量最高，為5188.90萬t；其次是徐州市和淮北市，分別為2541.21萬t和2512.61萬t，而碳排放量最低的2個城市分別為宿州市和宿遷市，分別只有871.04萬t和617.54萬t?？傮w而言，山東省、江蘇省、安徽省、河南省涉市的平均碳排放量分別為2842.74萬t、1396.60萬t、1691.82萬t和1017.63萬t。濟寧市在淮海經(jīng)濟區(qū)碳排放中占主導地位，且由于山東省其他涉市碳排放在淮海經(jīng)濟區(qū)中排名也較靠前，所以山東省涉市的平均碳排放量遠高于其他三省。

2.4 碳源經(jīng)濟貢獻系數(shù)與碳匯生態(tài)承載系數(shù)

2020年淮海經(jīng)濟區(qū)碳源經(jīng)濟貢獻系數(shù)與碳匯生態(tài)承載系數(shù)的空間分布總體上均呈現(xiàn)東高西低的特征。在碳源經(jīng)濟貢獻系數(shù)方面，宿遷市在淮海經(jīng)濟區(qū)碳排放的經(jīng)濟貢獻率最高，其碳源經(jīng)濟貢獻系數(shù)高達3.06，由于宿遷市碳排放量在淮海經(jīng)濟區(qū)中最少，而其GDP總量在淮海經(jīng)濟區(qū)中相對占比較高，說明宿遷市的經(jīng)濟發(fā)展生效率在淮海經(jīng)濟區(qū)中表現(xiàn)突出。此外，碳源經(jīng)濟貢獻系數(shù)大于1的城市還有連云港市、徐州市、臨沂市和商丘市，說明這些城市碳源的區(qū)域經(jīng)濟貢獻程度較高。在碳匯生態(tài)承載系數(shù)方面，臨沂市的碳匯生態(tài)承載系數(shù)高達5.49，按照首位度的概念，其碳匯生態(tài)承載系數(shù)是排名第2的宿州市(2.53)的2.17倍，說明臨沂市對淮海經(jīng)濟區(qū)碳排放的吸收具有積極的貢獻作用。此外碳匯生態(tài)承載系數(shù)大于1的城市還有宿遷市(1.49)、連云港市(1.63)、宿州市(2.53)，其他城市則是碳源貢獻率大于碳匯貢獻率。

3 淮海經(jīng)濟區(qū)碳排放的問題特征

3.1 跨省域尺度碳排放格局差異明顯

淮海經(jīng)濟區(qū)碳排放格局在相鄰或相近地市表現(xiàn)為明顯的均質(zhì)性，而在跨省域?qū)用鎰t表現(xiàn)出較大差異性，見表3，說明淮海經(jīng)濟區(qū)尚未形成良好的協(xié)同發(fā)展。當前，淮海經(jīng)濟區(qū)存在產(chǎn)業(yè)趨同現(xiàn)象嚴重、資源環(huán)境壓力較大、生態(tài)形勢嚴峻等問題。

表3 淮海經(jīng)濟區(qū)各地市碳排放核算結(jié)果

從省域角度而言，江蘇省涉市碳排放格局整體表現(xiàn)較為良好，經(jīng)濟發(fā)展的生態(tài)效率在淮海經(jīng)濟區(qū)中處于領先地位。2020年山東省、江蘇省、安徽省、河南省涉市的經(jīng)濟生產(chǎn)總量比例分別為42.12%、40.21%、9.18%、8.49%，這與其碳排放總量、碳匯總量、碳匯強度和碳匯生態(tài)承載系數(shù)格局特征基本相吻合。江蘇省的經(jīng)濟生產(chǎn)總量與山東省相接近，是安徽省的4倍之多，但其碳源總量卻比山東省的1/2還少，與安徽省的相差不明顯，在平均碳排放量上，江蘇省涉市也只有山東省的1/2，且低于安徽省涉市，江蘇省的碳源經(jīng)濟貢獻系數(shù)與其他3省之和幾乎持平。主要得益于江蘇省在“十三五”期間，供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革取得了較大成效，在工業(yè)行業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化上集中體現(xiàn)在輕重工業(yè)占比逐漸優(yōu)化、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)以及高新技術行業(yè)產(chǎn)值的占比持續(xù)上升。

3.2 碳源總量與地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不協(xié)調(diào)

2020年淮海經(jīng)濟區(qū)城市碳源總量為19969.54萬t，碳匯總量為-74823.76t?；春＝?jīng)濟區(qū)內(nèi)部遠遠無法維持碳平衡，迅速擴張的人口規(guī)模、空間規(guī)模與生產(chǎn)規(guī)模使得碳排放大量增加。不合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)與建設用地布局以及粗放的資源利用方式是導致淮北市、棗莊市、濟寧市、菏澤市等城市的地區(qū)生產(chǎn)總值不高，但碳排放總量較大，即碳源強度表現(xiàn)較高的重要因素。

能源活動和工業(yè)生產(chǎn)是我國二氧化碳排放的主要來源，而煤炭開采則是淮海經(jīng)濟區(qū)二氧化碳消費的主導力量。淮海經(jīng)濟區(qū)擁有7個資源型城市，雖然各市在“十三五”時期經(jīng)過經(jīng)濟結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，進入“三、二、一”的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)模式，但截至2020年底，菏澤市采礦業(yè)企業(yè)仍有11家，淮北市有19家，而濟寧市則有64家，淮海經(jīng)濟區(qū)各城市第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值仍占較大比重，第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值普遍偏低。

3.3 經(jīng)濟貢獻度與生態(tài)承載度不匹配

根據(jù)土地利用碳排放特征，結(jié)合各地市的經(jīng)濟發(fā)展情況與自然生態(tài)資源本底，劃分淮海經(jīng)濟區(qū)的碳排放分區(qū)，見表4。淮海經(jīng)濟區(qū)的碳強度控制區(qū)為徐州市和商丘市，主要表現(xiàn)為單位碳排放量貢獻出的經(jīng)濟價值較高，而碳吸收貢獻不足。徐州市作為淮海經(jīng)濟區(qū)中心城市與重要經(jīng)濟增長極，其綜合經(jīng)濟力穩(wěn)居區(qū)域第1位，且其工業(yè)規(guī)模優(yōu)勢較為明顯，也存在碳源經(jīng)濟貢獻系數(shù)不突出、對淮海經(jīng)濟區(qū)的碳吸收貢獻率明顯不足的缺陷，其碳吸收貢獻率需要臨沂市、宿州市、連云港市和宿遷市等低碳發(fā)展區(qū)的支撐，因為這些區(qū)域碳匯資源豐富，如臨沂市擁有豐富的林地資源以及作為楚漢文化和淮河文化重要發(fā)源地的宿州市擁有豐富的文化旅游資源，都將推動淮海經(jīng)濟區(qū)的生態(tài)修復和碳匯增強。此外，淮海經(jīng)濟區(qū)中無碳匯功能區(qū)，濟寧市、棗莊市、菏澤市等高碳優(yōu)化區(qū)主要集中在山東省。

表4 碳排放分區(qū)特征

4 淮海經(jīng)濟區(qū)碳排放優(yōu)化策略

4.1 完善聯(lián)防聯(lián)控機制建設，建立生態(tài)產(chǎn)品價值實現(xiàn)機制

完善聯(lián)防聯(lián)控機制建設。探索建立淮海經(jīng)濟區(qū)減污降碳合作機制，推進區(qū)域減污降碳年度座談會常態(tài)化，協(xié)同制定環(huán)境質(zhì)量優(yōu)化、環(huán)境污染防控、環(huán)境治理升級、資源消耗降低與溫室氣體減排目標。

建立生態(tài)產(chǎn)品價值實現(xiàn)機制。加快建設自然資源信息平臺與自然資源資產(chǎn)動態(tài)監(jiān)測評價體系，編制不同地理尺度的森林、草原、河流、濕地等自然資源資產(chǎn)負債表，對生態(tài)自然資源進行產(chǎn)權登記，及時了解自然資源資產(chǎn)的數(shù)量、質(zhì)量、功能、權屬、使用、消耗、恢復和增值等情況，根據(jù)已有的生態(tài)產(chǎn)品價值核算方法建立科學的生態(tài)產(chǎn)品價值核算體系。

4.2 建設資源友好型城市，推動區(qū)域綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展

加強資源集約節(jié)約利用，建設資源友好型城市。加強土地節(jié)約集約利用，實施建設用地總量和強度“雙控”，完善“增存掛鉤”機制。積極探索并推廣節(jié)地模式與技術，推進城鄉(xiāng)低效用地再開發(fā)。宣傳低碳節(jié)能的生活理念，鼓勵綠色出行，提高資源利用效率。

持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動區(qū)域綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。培育經(jīng)濟發(fā)展新動能，大力發(fā)展新一代信息技術、大數(shù)據(jù)、智能制造、新能源、生物技術與新醫(yī)藥、高科技農(nóng)業(yè)等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，形成各具特色的經(jīng)濟發(fā)展模式，如沛縣光伏光電、新沂醫(yī)藥健康等；聚焦建設特色美麗小鎮(zhèn)，打造一批如潘安小鎮(zhèn)、窯灣古鎮(zhèn)等生態(tài)特色小鎮(zhèn)。打造京杭大運河、江淮生態(tài)大走廊、黃河故道等多條生態(tài)旅游發(fā)展帶，積極開發(fā)旅游生態(tài)產(chǎn)品，推動建設各城市濕地公園。

4.3 依托分區(qū)特征，分類施策優(yōu)化碳排放空間格局

4.3.1 低碳發(fā)展區(qū)

臨沂市作為全國首個省級水生態(tài)文明城市，以沂河、沭河、祊河、東汶河、新沭河、白馬河等重要河流源頭所在區(qū)域為重點，提升水源涵養(yǎng)能力，恢復源頭活水，強化生態(tài)用水保障。以武河濕地、沂河濱河濕地等重要人工濕地和國家濕地公園為重點，加強濕地恢復與建設。宿遷市應持續(xù)推進“兩湖兩河”保護，即加強洪澤湖綜合整治、實施駱馬湖生態(tài)保護修復、加強京杭大運河水質(zhì)保障、加強古黃河生態(tài)環(huán)境保護。連云港市應發(fā)揮港口和海岸線優(yōu)勢，推動生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展。宿州市應當突出農(nóng)業(yè)資源優(yōu)勢，重點發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)，推進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)清潔化，打造長三角區(qū)域綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工供應基地。

4.3.2 碳強度控制區(qū)

徐州市應推進潘安湖、大沙河、安國湖、九里湖等自然濕地保護，加強大運河、沂河、沭河、駱馬湖、潘安湖等重點河湖水生態(tài)環(huán)境保護與修復，全面提升水質(zhì)。商丘市應著力保護明清黃河故道、隋唐大運河生態(tài)保育帶以及其他河湖、濕地公園，優(yōu)化生態(tài)功能區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、城市化地區(qū)3大空間格局，建設韌性、綠色、低碳、海綿城市。

4.3.3 高碳優(yōu)化區(qū)

包括山東省的濟寧市、棗莊市、菏澤市以及安徽省的淮北市。加快區(qū)域的綠色低碳發(fā)展，積極推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)化，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，完善綠色綜合交通運輸體系，制定完善的碳排放法律法規(guī)制度并構(gòu)建監(jiān)督體系，大力推動碳減排工作。