基于 STIRPAT 模型的建設用地變化對碳排放效應測度*
——以江蘇省為例

王理峰

（南京鐵道職業技術學院 社科部，江蘇 南京 210031）

基于 STIRPAT 模型的建設用地變化對碳排放效應測度*
——以江蘇省為例

王理峰

（南京鐵道職業技術學院 社科部，江蘇 南京 210031）

文章研究了江蘇省2000-2010年建設用地變化與碳排放的關系，運用STIRPAT 模型估算人口規模、人均GDP、能耗強度、建設用地面積對碳排放量的效應．借助SPASS軟件，采用回歸分析方法測算出4種驅動因素對碳排放量的邊際彈性系數．研究表明，建設用地是碳排放的主要驅動因素之一，建設用地面積每增加1%，碳排放量將增加4.05%；能耗強度對碳排放的彈性系數為-2.09，表明能耗強度下降對碳排放具有減量效應．最后從碳減排角度提出土地利用的相關政策建議．

碳排放；建設用地；驅動因素；STIRPAT模型

經濟活動與能源消費等人類活動對碳排放量的影響已成為國內外學者研究的熱點問題．目前有關碳排放問題多集中在研究碳排放與經濟增長的關系，也有側重研究碳排放機理方面的．研究發現經濟增長、能源利用效率及能源結構等對碳排放量有重要的影響．而建設用地是人類社會經濟活動的主要載體，人類活動對碳排放量的影響實質就是通過改變土地利用方式進而改變能源消費格局，從而影響到碳排放的速率及數量．肖紅艷等[1]對重慶市1997-2008 年土地利用變化對碳排放效應的研究發現，建設用地面積增加是導致碳排放總量急劇增加的原因．毛熙彥等[2]認為建設用地的擴展會導致能源消費的持續攀升，且與人口、經濟等因素相互關聯作用，深刻影響著碳排放量．

STIRPAT模型是定量分析人文因素對環境壓力影響的一種有效方法，已被廣泛應用于土資源、水地資源及能源消費研究領域．杜官印[3]利用該模型分析過全國建設用地對碳排放的影響，得出人口、人均 GDP和建設用地擴張是碳排放量的主要驅動因素．江蘇省建設用地擴張對碳排放量的影響效應已引起政府、公眾的廣泛關注，但迄今為止還沒有學者運用 STIRPAT 模型綜合考慮人文因素及建設土地變化對江蘇省近年來碳排放影響測度的研究．

本文主要研究建設用地變化與碳排放的關系，首先對江蘇省2000-2010年建設用地與碳排放動態變化特征進行分析，運用 STIRPAT模型對人口、GDP、能耗、建設用地對碳排放效應進行計算分析，提出一些土地利用的相關政策建議．

1 建設用地變化動態度及現狀

土地利用動態度可以定量描述土地利用變化的速度，它對比較土地利用變化的區域差異有積極作用，建設用地動態度公式如下[4]：

式中，v表示建設用地擴展年均變化率；s1，s2分別表示為研究時段初期、末期建設用地面積（km2）；T為研究時間段長度（年）．

根據《江蘇統計年鑒》、江蘇國土資源廳相關數據整理，可得到江蘇省2000-2010年建設用地動態變化情況，見表1．

表1可知，2000-2010年，建設用地增幅達29.86%，年均增加規模為4.96萬公頃，年均變化率為2.99%，表明隨著經濟的快速發展江蘇省建設用地逐年在加快擴展．

表1 江蘇省2000-2010年建設用地動態變化情況

2 江蘇省碳排放的估算

對一個地區化石能源的碳排放量通常采用不同化石能源的消費量及其碳排放系數進行測算．本文在江蘇省近年來的碳排放量估算中， 以能源消費產生的碳排放量作為區域碳排放量，計算公式如下：

式中C為碳排放量；m1，m2，m3為煤炭、石油、天然氣消耗的標準煤量；k1，k2，k3為煤炭、石油、天然氣消耗的碳排放轉換系數．

碳排放系數依據國家發展和改革委員會能源研究所編著的《中國可持續發展能源暨碳排放情景分析》[5]中的有關數據確定，有關化石能源數據來自2000-2010 年《中國能源統計年鑒》和《江蘇省統計年鑒》．根據公式（2），計算出2000-2010年江蘇省碳排放量的相關數據，見表2．

表2 2000-2010年江蘇省相關統計數據

3 碳排放與建設用地等驅動因子的關聯

依據表2中數據整理出碳排放量、建設用地、能耗強度的變化情況，如圖1、圖2所示．

從圖2可看出2000年以來，江蘇省碳排放總量以年均14.9 %的增速逐年遞增，并以2005、2009年為分界點經歷3個增長階段：2005年以前以年均增長率16%，快速增長；2005-2009年排放量下降，以4.4%的年均增長率增長；2009-2010年，年均增長率為12.9%．另一方面，江蘇省單位GDP能耗持續下降，由2000年單位GDP能耗1.01（噸標準煤每萬元）下降到2010年的0.62（噸標準煤每萬元），降幅達38.6%．

圖1 2000-2010年江蘇省歷年碳排放量與建設土地面積變化圖

圖2 碳排放量、建設用地、單位GDP能耗的變化情況

從圖 1，2可看出建設用地與碳排放均呈增長態勢，碳排量年增幅與建設用地年擴展率、單位 GDP能耗年增幅正向效應顯著，表現為同上升，同下降，說明碳排放量與建設用地、單位GDP能耗有密切關聯．

4 STIRPAT 模型的構造與求解

采用dictz等（1945年）提出的STIRPAT模型（環境壓力相關模型）為研究工具，其具體形式為：

其中，I，P，A，T分別表示環境壓力、人口數量、富裕度和技術；a為模型的系數；b，c，d為各自變量指數；e為誤差．

運用 STIRPAT 模型對建設用地與碳排放效應進行研究分析，將人口、人均GDP、能耗強度、建設用地面積作為碳排放量驅動影響因子．選擇碳排放量度量環境壓力，以2000年可比價格單位人均GDP度量富裕度，以能耗強度、建設用地面積表征技術因素，構造STIRPAT模型如下：

其中，I，P，A，T，D分別表示碳排放量（萬噸標準煤）、人口數量（萬）、人均 GDP（元）、能耗強度（噸標準煤每萬元）、建設用地面積（萬公頃）；a為模型的系數；b，c，d，h為各自變量指數；e為誤差．

對公式（4）兩邊取自然對數，得到如下方程：

其中b，c，d，h為彈性系數；表示當P，A，T，D每變化1% 時，分別引起I b%，c%，d%，h%變化；1ne為模型隨機項，表示影響碳排放的其它因素，如經濟發展水平、產業結構變化等因素．

結合表2相關數據，對（5）采用回歸分析，測算碳排放量對4種驅動因素的彈性系數，從而具體分析出各種驅動因素對碳排量影響測度．

4.1 備選驅動因子偏相關分析

將驅動因子與碳排放量時間序列數據輸入SPSS軟件做偏相關分析，以判別所選取的4種驅動因子與碳排放量的關聯度．

計算的結果為：P，A，T，D與 I 的偏相關系數分別為0.932，0.984，-0.772，0.941，相應的顯著性（雙側）檢驗概率均在1%以下，這說明能耗強度與碳排放量間呈顯著負相關，其余驅動因素與碳排放量間呈顯著正相關．

4.2 驅動因子彈性系數確定

對驅動影響因子數據采用主成分分析法進行分析和篩選，提取出對驅動因子解釋性最強的綜合變量，然后對綜合變量與碳排放量的時間序列數據進行最小二乘回歸，推算出碳排放量與驅動因子間的關系式，關系式中的系數即為彈性系數，即表示驅動影響因子對碳排放量的邊際貢獻．

4.2.1 驅動因子主成分分析

先對各因素的原始數據取對數，記為1n I，1n P，1n A，1n T，1n D．為了消除驅動影響因子間的量綱關系，使這些數據具有可比性，再標準化，標準化后的數據記為 ZI，ZP，ZA，ZT，ZD，結果見表3．

將ZI，ZP，ZA，ZT，ZD相應數據輸入SPSS 17.0軟件中進行主成分分析，結果見表4．

由表4可知，對自變量ZI，ZP，ZA，ZT，ZD進行分析與篩選后，可提取1個主成分（即綜合變量），用 ZY表示，該綜合變量可以解釋原變量的95.185%．綜合變量ZY與原變量間的關系如下：

4.2.2 對被解釋變量與綜合變量做二階最小二乘回歸分析

將變量ZC作為被解釋變量，綜合變量ZY作為解釋量輸入SPSS 17.0軟件中進行二階最小二乘回歸分析，結果見表5，6．

表3 標準化后的數據

表4 主成分分析解釋的總方差

表5 方差分析結果

表6 模型系數

由表 5、6可知，模型 F值為 60.34364，t檢驗的sig值小于0.01，說明模型擬合非常好．根據表6模型系數，得到綜合變量ZY與因變量ZI的方程式如下

將（6）代入（7），整理得：

由（8）式進一步整理，可得2000-2010年江蘇省碳排放量驅動因子計量模型如下：

由（9）式中各因素指數的大小可看出人口、建設用地、能耗強度是碳排放的主要驅動因素．由彈性系數的含義知，在其他條件不變的情況下，人口每增加1%，碳排放量將增加13.74%；建設用地面積每增加1%，碳排放量將增加4.05%；人均GDP對碳排放的驅動作用比較微弱，人均GDP每增加1%時，碳排放量增加僅為0.59%；而能耗強度對碳排放彈性系數為-2.09，表明能耗強度下降對碳排放具有減量效應．

5 對策與建議

5.1 提高能源利用率，降低單位GDP能耗強度

STIRPAT模型計算出能耗強度對碳排放彈性系數為-2.09，表明能耗強度效應起到了抑制碳排放的作用,即能耗強度下降有效促進了碳排放的“脫鉤”．建議優化產業結構，充分挖掘節能減排潛力；優化能源結構，大力開發可再生能源和新能源；技術進步和創新是節能減排的重要途徑，應不斷增強節能減排的技術支撐能力，為實現經濟增長與碳排放的“脫鉤”提供有力的技術支持．

5.2 限制建設用地規模過度擴張，合理配置各類建設用地

研究發現，建設用地變化與碳排放關聯度高，建設用地面積每增加1%，碳排放量將增加4.05%．因此，合理配置建設用地是減少碳排放的重要途徑．首先，要有計劃的控制建設用地的供給規模，防止過度擴張，提高建設用地的集約利用水平及效率；另一方面，通過建設用地的內部結構調整及優化配置降低高碳排放地類的碳排放污染，保證低排放、低能耗、高技術含量、高附加值的新興產業項目供地，逐步限制并減少“兩高一低”（高排放、高能耗與低效益）的傳統產業項目供地，并結合改善能源結構、提高能源效率等措施盡可能降低各類建設用地的碳排放強度．

[1] 肖紅艷，袁興中，李波，等．土地利用變化碳排放效應研究—以重慶市為例[J]．重慶師范大學學報（自然科學版）2012，29（1）：38-42．

[2] 毛熙彥，林堅，蒙吉軍．中國建設用地增長對碳排放的影響[J]．中國人口·資源與環境，2011，21（12）：34-40．

[3] 杜官印．建設用地對碳排放的影響關系研究[J].中國土地科學，2010，24（5）：32-36．

[4] 孫雁，劉志強，王秋兵，等．百年沈陽城市土地利用空間擴展及其驅動力分析[J]．資源科學，2011，33（11）：2022-2029．

[5] 國家發展和改革委員會能源研究所．中國可持續發展能源暨碳排放情景分析[R]．2003．

[6] 張樂勤，陳素平，王文琴，等．安徽省近15年建設用地變化對碳排放效應測度及趨勢預測—基于STIRPAT 模型[J]．環境科學學報，2013，33（3）：950-958．

[7] 張樂勤，李榮富，陳素平，等．安徽省1995-2009年能源消費碳排放驅動因子分析及趨勢預測——基于 STIRPAT模型[J]．資源科學，2012，34（2）：316-327．

[8] 蘇雅麗，張艷芳．陜西省土地利用變化的碳排放效益研究[J]．水土保持學報，2011，25（1）：152-156．

[9] 李穎，黃賢金，甄峰．江蘇省區域不同土地利用方式的碳排放效應分析[J]．農業工程學報，2008，24（9）：102-107．

[10] 江蘇省加強土地產權管理和地籍基礎業務建設的做法和體會[R/OL]．江蘇省國土資源廳地籍處，2005-09-18 http://www.diji.com.cn/xl-16-18-77.html．

Measurement Analysis of Carbon Emissions from the Perspective of Construction Land Changes Based on STIRPAT Model: A Case Study of Jiangsu Province.

WANG Lifeng

（Department of Social science, Nanjing Railway Vocational and Technical College, Nanjing, Jiangsu 210031, China）

This paper mainly studies the effects of construction land changes on carbon emission in Jiangsu province from 2000 to 2010. STIRPAT model is adopted to estimate the effects of population size, per capita GDP, energy intensity, construction land area on carbon emission. Based on SPSS software and regression analysis method, the marginal elasticity coefficient of four driving factors on carbon emissions is calculated. Research results show that construction land is one of the main driving factors of carbon emissions, 1% increase of construction land will bring about 4.05% increase in carbon emissions, and the elastic coefficient of energy consumption intensity of carbon emissions is -2.09, which shows that energy intensity reduction has effects on carbon emissions reduction. Finally, the paper puts forward some suggestions on land use from the angle of carbon emission reduction.

carbon emissions; construction land; driving factors; STIRPAT model

X171

A

1672-0318（2014）05-0049-05

10.13899/j.cnki.szptxb.2014·05, 010

2014-06-02

*項目來源：南京鐵道職業技術學院院級課題“基于STIRPAT模型的建設用地變化對碳排放的影響”（Y13044）階段成果

王理峰（1981-），女，河南平頂山人，碩士研究生，講師，研究方向：多元統計分析、數學模型．