區域碳鎖定的判定研究

作者簡介：林秀群(1969-)，女，副教授，主要從事可持續發展和營銷管理研究。

摘要：通過建立包括陸地、濕地和海洋的碳承載力、碳超載率的計算模型，采用供需平衡法建立了區域碳鎖定時間和趨勢的判定模型。以有著“植物王國”和“基因寶庫”之稱以及水電資源相對豐富的云南省為例，對該省的碳鎖定時間、趨勢進行了實證研究。實證分析結果顯示，云南省自2002年后開始出現了碳鎖定現象且趨勢越來越嚴重，若不進行強有力的外界干擾，這種趨勢將一直延續下去。結合即使“十一·五”低碳目標的完成也沒能減輕云南省碳鎖定加劇的趨勢，提出把減輕碳超載、控制能源消費總量、提升碳承載力納入低碳經濟發展的目標管理。

關鍵詞：碳鎖定時間；碳鎖定趨勢；碳承載力；碳超載量；碳超載率；判定模型

中圖分類號：F205文獻標志碼：A文章編號：1671-1254(2014)03-0073-07

A Study on Determination of Carbon Lock-in

—Taking Yunnan Province as an Example

LIN Xiuqun

(School of Management and Economics, Kunming University of Science & Technology,

Kunming 650093, Yunnan, China)

Abstract:In this paper, the criteria models on carbon lock-in time and trend are proposed based on the carbon loading capacity model and the rate of carbon overload of land, marsh swamp everglade and ocean with the balance law of supply and demand. The empirical study has been done about Yunnan Province which is known as “The Kingdom of Vegetable” and “The Treasure Trove of Genes” and for its rich hydropower resources. The carbon lock-in phenomenon has appeared in Yunnan Province ever since 2002 and is more and more serious. Without interference, this trend would continue. During the National “Eleventh Five-year Plan” period, the accomplishment of “The Low Carbon Target” Yunnan provincial government has not yet reduced the carbon lock-in trend. The paper thereby suggests that controlling the carbon overload quality trend, energy consumption and improving the carbon loading capacity should be included in the target management of low-carbon economic development.

Keywords:carbon lock-in time; carbon lock-in trend; carbon loading capacity; carbon overload quality; rate of carbon overload; criteria model

炭鎖定對低碳經濟的發展具有重要影響。從一次電在能源生產和消費中的比例看，云南省明顯高于全國平均水平（見表1），且“十一五”期間順利完成了單位GDP能耗下降40%-45%的目標。具備低碳經濟發展資源優勢和有著“植物王國”和“基因寶庫”之稱的云南省是否出現了碳鎖定？若出現了，是何時出現的？碳鎖定趨勢如何？這些問題對云南省的生態文明建設有舉足輕重的意義。本文涉及的碳鎖定、固碳能力、固碳量、碳承載力、碳排放量、碳超載量中的“碳”都是二氧化碳的簡稱。

表12005年至2011年云南省和全國一次電占能源生產和消費總量比值的比較

2005200620072008200920102011

云南

全國一次電占能源生產總量的比重（%）

2661224223702948285932053503

74757886879488

云南

全國一次電占能源消費總量的比重（%）

2111176217932379212223982772

6867687778868

一、研究現狀綜述

Unruh研究了碳鎖定的概念和原因［1-2］。Unruh,Hermosilla(2006)預測了中國將長期出現碳鎖定效應［3］；Yunfeng,Laike(2010)和Rasmus Karlsson（2012）分別研究了中國碳鎖定的主要原因［4-5］，前者是火電業的瘋狂擴張，后者是中央集權。國內學者關于碳鎖定的研究主要集中在重點領域［6］和形成機理、碳解鎖的戰略構想［7-9］。有關云南省低碳經濟發展研究多集中在碳解鎖對策，如低碳產業的發展、能源結構的調整、森林建設等［10-11］。

碳鎖定時間、趨勢可歸屬為低碳經濟目標管理研究。陳赟(2011)研究了低碳發展管理的重點，即碳排放削減比例目標的制定［12］；林秀群(2012)研究了不同目標執行路徑對碳排放量的影響［13］；倪星等(2004)和黃棟等(2011)分別研究了政府績效評估制度、績效管理方式對低碳發展的影響［14-15］。中國未來研究會以世界88個國家為研究邊界，采用減碳速度、減碳穩定性和低碳經濟活力指標對88個國家2004年到2007年的低碳經濟進行了評價，其中中國的減碳速度和穩定性分別排名59和53，低碳經濟活力指標得分為512，綜合排名為55位［16］。唐笑飛(2011)、陽玉香(2012)和江正平等(2012)采用層次分析法，以省域為研究尺度，構建了低碳經濟評價指標體系(見表2)，研究結果均表明云南省處于相對高碳區，在全國的排名分別是21位［17］、20位［18］和19位［19］。

昆明理工大學學報(社會科學版)第14卷

第3期

林秀群：區域碳鎖定的判定研究——以云南省為例

可見，碳鎖定的研究主要集中在重點領域、形成機理和解鎖對策方面；區域低碳經濟目標管理多集中在目標制定、執行路徑、政府績效評估制度和綜合評價。無論是目標管理還是形成機理，基本上都未涉及碳鎖定的時間和趨勢。為此，本文將對此進行理論和實證探討。

表2低碳經濟實證主要評價指標

作者指標

江正平低碳資源（清潔能源比重、森林覆蓋率）

唐笑飛碳吸收能力（森林、草地覆蓋率）

陽玉香自然環境（森林覆蓋率、人均綠地和保護區面積）經濟

發展

能源消費低碳技術廢氣排放

能源消費低碳產業碳排放

低碳能耗低碳技術社會支撐

二、碳鎖定判定模型的構建

（一）碳承載力的概念和測算模型

雖然馬爾薩斯的人口理論和比利時數學家Verhulst、美國學者Pearl等分別提出的Logistic方程都為承載力理論的起源奠定了堅實的基礎，但真正促使其概念提出的是19世紀末至20世紀初美國西部牧區載畜量管理的研究［20］。其中，承載力被定義為“在一個有限的放牧區域和時間內不對牧場資源產生危害時的最大牲畜數量”。1972年羅馬俱樂部發表的《增長的極限》，快速地推動了承載力的應用，衍生出了土地、水資源、環境及生態系統等的承載力概念。關于承載力的量化研究方法主要有生態足跡法和供需平衡法兩種。二者都被用來評價某個區域可持續發展水平，都要以凈生態系統生產力(NEP)即碳吸收能力的研究為基礎。但是，前者根據區域廢棄物的量計算所需森林的面積，后者計算現有生態環境能容納多少廢棄物。我國學者顧曉薇(2012)采用生態足跡法計算了沈陽市林地和主要農作物的碳承載力［21］。肖玲等(2013)把碳承載力定義為某一區域森林、草地和農作物光合作用固定CO2的量，用森林、灌木林、草地和主要農作物的碳承載力之和表示區域碳承載力［22］。可見，國內碳承載力的測算主要集中在陸地的森林、農作物等，較少涉及濕地、海洋。包含了沼澤、湖泊、河流的濕地種類繁多，目前，還沒有一家機構對全球不同濕地的碳循環進行系統研究。李海濤等(2003)和劉春英等(2012)綜述了國內外濕地碳循環研究的進展，指出我國濕地碳循環的研究主要集中在碳循環的影響因素方面［23-24］；劉子剛等(2002)研究了濕地生態系統碳儲存功能及價值［25］；段曉男等研究了我國主要湖泊和沼澤地的年均碳吸收能力［26］。海洋碳循環有明顯的緯度特征［27-28］（見表3）。雖然他們一致認為海洋是CO2的匯區，但是在關于海洋的吸收能力上還未達成統一認識。

表3不同緯度區域海洋的碳吸收能力

區域碳循環特征

赤道海域(10°N-10°S)碳源區，年均釋放二氧化碳約為10Gt

北大西洋和南大洋（53°S以南到南極附近海域）碳匯區，年均吸收二氧化碳約為12Gt

40°N以北的北大西洋和挪威格陵蘭海域碳匯區，年均吸收二氧化碳約為04Gt

北太平洋冬季為強匯，夏季為弱源，整體為凈匯區

目前，關于環境承載力的定義有三種角度［29］（見表4）。容量強調最大值，而閾值或限值強調的是下限值或上限值，而能力更多強調了人在改變環境以更好地吸納廢棄物過程中的能動作用。本文將碳承載力(bearing capacity of CO2)定義為“在某一時期，某地區的陸地、濕地和海洋三大類生態系統所能承受人類社會經濟活動所排放的二氧化碳的質量最大容量”，用B表示。B是陸地、濕地、海洋生態子系統的碳承載力的和；A1i表示陸地植被如森林、草地、灌木林、耕地等的年均碳吸收能力；A2j表示湖泊、河流和沼澤的年均碳吸收能力；A3k表示不同緯度的海洋年均碳吸收能力。S1i、S2j、S3k分別表示不同植被陸地、不同濕地、不同緯度海洋的面積。區域碳承載力的計算模型見式（1）。

B=∑mi=1A1iS1i+∑nj=1A2jS2j+∑pk=1A3kS3k（1）

表4環境承載力三種不同角度的定義

角度含義典型定義

容量某區域環境能容納某種或幾種廢棄物的質量在一定生活水平和環境質量要求下，在不超出生態系統彈性限度條件下能承納的社會經濟系統排放的污染物的最大質量

閾（限）值某區域環境吸收廢棄物的界限或范圍在維持環境系統功能與結構不發生變化的前提下，某一區域環境所能承受的人類經濟活動規模、強度和速度上的限值

能力主體完成活動的本領或條件在一定的時期和一定區域范圍內，區域環境系統結構、功能基本不變時所能承受的人類各種社會經濟活動的能力

（二） 區域碳排放測算的理論基礎

1994年IPCC完成的《國家溫室氣體清單指南》中采集了常見的碳排放活動及其系數的數據，二者的乘積就是某一活動的碳排放量［30］。該指南為碳排放的測算提供了理論指導，區域化石能源燃燒的碳排放量就是各種化石能源消耗量和相應的碳排放系數的乘積之和。也可采用簡約方法，即把化石能源的消耗量折算為標煤質量，碳排放系數采用標煤。碳排放量集中在化石能源燃燒活動和水泥、石灰等工業生產活動。世行報告和《中華人民共和國氣候變化初始國家信息通報》中的數據顯示化石能源燃燒的碳排放量約占到70%以上［31-32］；孫建衛等（2010）研究指出中國化石能源燃燒的碳排放量占總碳排放量的75%左右［33］。本文采用孫建衛等的研究成果，即區域碳排放量(discharge amount of CO2，用D表示)為化石能源燃燒的4/3倍，化石能源消費量就是去除一次電的能源消費量。國家發改委能源研究所、日本能源經濟研究所和美國能源部能源信息署推薦的標煤的碳排放系數分別是2457t/tce、2493t/tce和2530t/tce。本文取f=2493t/tce，計算見式（2）。其中，E、E1分別為某一時間某區域內能源消費總量、一次電消費量，單位為萬噸標煤。

D=3324（E-E1）（2）

（三）碳鎖定時間和趨勢判定模型的構建

區域的碳超載量(overload capacity of CO2，用OL表示)就是D與B的差。若OL大于0，則表示該區域存在碳超載；若OL等于0，則表示區域處于碳平衡的臨界狀態；若OL小于0，則表示區域內生態環境良好，區域碳排放量全部被生態系統吸收。本文用ζ表示碳超載率，即碳超載量與碳承載力的比值。若某區域持續出現碳超載現象，且ζ遞增趨勢明顯，則表明該區域碳鎖定趨勢越來越嚴重（見圖1）。可見，碳鎖定就是某一時間某一區域出現碳超載，且ζ未表現出明顯遞減趨勢的狀態。

三、云南省碳鎖定的判定和分析

（一）云南省碳鎖定時間和趨勢的判定

內陸地區的云南省碳承載力僅涉及陸地和濕地。《云南省統計年鑒》將土地資源分為農用地、建筑用地和未利用地。農用地又分為耕地、林地（森林、灌木林、疏林地、苗圃）、牧草地和水面；建筑用地指居民和工礦用地、交通和水利設施用地以及城市綠化用地；未利用地指灘涂、荒漠、戈壁、冰川等。本文把森林、灌木林和疏林地、常用耕地、牧草地的碳承載力之和近似地視為陸地碳承載力，因統計數據不全忽略了城市綠化和苗圃的碳承載力。雖然河流和湖泊早在統計范圍之內，但是《云南統計年鑒2008》才開始統計沼澤的數據。湖泊中滇池和程海的碳承載力最強，熱帶河流屬于碳源地，其它屬于碳匯地。本文將滇池和程海以外的湖泊和河流的碳吸收能力取為相同值；沼澤以草甸和湖濱為主［35］，本文將其視為草甸沼澤，其年均碳吸收能力和牧草地的視為相同；水電站是碳源地，水庫的表面會釋放CO2和CH4，而水庫地的泥炭地又通常會吸收CO2，釋放CH4。因篇幅有限本文未考慮水電站和水庫的碳承載力。不同植被類型的陸地和不同性質濕地的年均碳吸收能力見表5。通過利用excel 2007軟件，根據式（1）和（2）計算了云南省1990年-2010年碳承載力、碳排放量、碳超載量（結果見表6）。雖然1997年和1998年出現了碳超載現象，但由于1999年-2001年生態系統的碳承載力提升較快，并未出現碳鎖定現象；而自2002年開始，云南省開始出現碳鎖定，且碳鎖定趨勢越來越嚴重。

表5不同類別陸地和濕地的碳吸收能力

陸地碳吸收能力①

t/(hm2·a)濕地碳吸收能力②

t/(km2·a)

森林38096滇池12991

牧草、荒山草坡地09482程海12760

常用耕地23789*其它湖泊，河流20**

疏林地和灌木林23789* 沼澤9482

注：①來源于文獻［34］，其中*=(3.8092+0.9482)/2；②來源于文獻［26］，其中**的值是根據云南大多數湖泊的碳吸收能力在11-22 t/(km2·a)。

表6云南省1990-2010年碳承載力、碳排放量、碳超載量的值（單位：萬噸）

yearDBOLyearDBOL S（%）

1990530698 847108 -316410 2000860159 982788 -122629

1991510627 847108 -336480 2001962856 982788 -19931

1992536927 847084 -310157 20021047788 981408 66380 676

1993560582 847013 -286430 20031153605 981408 172197 1755

1994578208 847060 -268852 20041382622 981408 401214 4088

1995660045 847393 -187349 20051579668 1070234 509434 4760

1996692575 847831 -155256 20061812918 1068874 744044 6961

1997904996 848654 56342 20071945786 1068796 876990 8205

1998890100 848923 41177 20081902656 1092467 810189 7416

1999844610 985557 -140948 20092103313 1198441 904872 7550

20102191880 1198943 992937 8282

注：數據來源于1991-2011年《云南省統計年鑒》。其中，1990-2006年的疏林地的面積是筆者根據2007-2010年的數據推測而來，都取為660萬公頃；1990-2007年的沼澤面積是筆者根據2008-2010年的數據推測而來，都取為90平方千米。

（二）云南省碳鎖定趨勢日益加劇的原因分析

通過碳排放量的AR(autocorrelation model)模型來分析云南省碳排放量的快速增長趨勢。采用Eviews 60軟件，對1978年至2011年的lnDt序列通過自相關圖中AC函數的φk和PAC函數的偏自相關系數vi的變化檢驗其相關性。取滯后期為12，PAC函數的偏自相關系數v1=0920， v2=－0052，即第一期后出現突然衰減現象；而AC函數的φ1=0920，φ2=0839，…，φ11=0088，φ12=0032，呈現逐漸衰減趨勢，說明適合建立一階自相關模型，見式（3）。下面對其進行檢驗：

lnGct=10145lnGct-1-00650（3）

T=502737,R2=0987883，S.E.=0076991,F=2527448

（1）經濟意義檢驗：lnDt序列的回歸系數估計值=10145＞0，其實質是lnDt和lnD(t-1)的相關系數，表明自1978年以來lnDt序列呈現正增長趨勢，這與表6十分吻合。

（2）回歸方程的標準誤差評價：SE=0076991，說明lnDt的估計值與觀測值之間的平均誤差為0076991，表7是Dt 2009年至2011年實際值與誤差值的誤差（均在5%范圍內）。

（3）擬合優度檢驗：R2=0987883，說明用該模型解釋lnDt遞增趨勢的解釋能力為9878%。

（4）總體顯著性檢驗和回歸系數的顯著性檢驗：t（）=502737＞t0025（32）=203，說明在5%的顯著性水平上，本期碳排放量對下期碳排放量的總體影響和個體影響都是顯著的。

表72009-2011年Dt的實際值、預測值和誤差計算

時間實際值（萬噸）預測值（萬噸）誤差（%）

20092244209 2196593-212

20102338709 2431782398

20112445680 2535696368

模型（3）通過了經濟學意義、統計準則、計量經濟學的序列相關性和預測檢驗，表明云南省碳排放量具有較快速的正增長趨勢。原因之一是工業結構鎖定，在高耗能行業為主的初始選擇上，且不斷加強。2000年云南省六大高耗能行業能源消費量的總和占全省能源消耗總量的比值是5421%，2010年該比值上升為6407%。按照能耗水平從高到低排列（單位：噸標準煤/萬元），分別是非金屬礦物制品業、化學工業、金屬冶煉及壓延加工工業、煤炭和洗選業、有色金屬礦采選業、電熱力的生產和供應業（2010年能耗水平分別約是1983、992、511、457、408、223），2010年能源消費量分別比2000年遞增了234倍、093倍、335倍、106倍、447倍和18倍，而高耗能行業的GDP僅占工業GDP的50%左右。原因之二是能源生產鎖定在化石能源為主的結構中。1990-2010年，云南省化石能源生產占能源生產總量的比值在80%-64%之間波動，說明云南省能源生產結構并未得到明顯的改善。碳排放量的迅速遞增和碳承載力的階段性緩慢遞增共同導致了云南省碳鎖定現象的加強和趨勢的加劇。高耗能工業和煤炭為主的能源生產的發展路徑依賴性表明：如果政府不出臺強有力的政策、制度來改變現有的工業結構和能源生產結構，碳鎖定趨勢將更加嚴重。

四、結論和建議

（一）基本結論

云南省2010年單位GDP下降43%的目標完成和低碳經濟發展水平位列全國20名左右的成績，都未阻止擁有一次電優勢的云南省碳鎖定的腳步。自2002年開始，云南省便出現了碳鎖定現象，且越來越嚴重。它是由碳承載力的階段性緩慢遞增和碳排放量的快速遞增共同造成的，而后者是因為高耗能行業為主的工業結構和煤炭為主的能源生產結構而引起的。若把生態文明建設分為減輕碳超載、實現碳平衡、實現碳解鎖三個階段，則云南省政府本世紀內生態文明建設的首要任務就是要減輕碳超載，力爭實現碳平衡。

（二）政策建議

1把碳超載率納入到政府生態文明建設的目標考核中。2010年云南省的碳超載率為8282%，建議政府把2015年的碳超載率控制在85%以內，其后每年降低1%，力爭到本世紀末實現碳平衡。

2打破高耗能行業鎖定的工業結構，控制能源消費量。2010-2012年云南省能源消費量分別是867417、954028和1043368萬噸標煤，2011年和2012年比上一年分別增長998%和936%。2013-2015年年均能源消費量應控制在11000萬噸標煤才能實現“十二·五”末的能源消費目標。根據能源消耗總量目標，倒逼高耗能行業鎖定的工業結構的解鎖。2010年、2011年六大高耗能行業的能耗及占云南省能耗總量的比值分別是566244和611281（單位：萬噸標煤）、6528%和6451%。建議將2015年高耗能工業的能源消耗量的目標值設置為6000萬噸，再細分到各子行業。通過能源消耗約束目標限制各子行業的發展規模，促進企業發展循環經濟，充分利用余熱、余壓，降低各企業的能源消耗量。

3改變能源生產結構和消費結構。能源消費量的迅速增加，導致了能源生產結構和消費結構難以有大的改變，而能源消費量主要是由GDP目標值和產業結構共同決定的。若不改變高耗能行業為主的工業結構增長路徑，難以控制能源消費量的快速遞增趨勢。在控制能源消費總量的基礎上，力爭到2020年一次電的生產比例達到60%左右。

4制定提升碳承載力的階段目標。碳承載力主要取決于森林面積。云南省現有荒山草坡地、疏林地和灌木林共計約1220公頃。建議每五年實現荒山草坡地、灌木林和疏林地的10%的植樹造林目標，力爭到2050年達到森林面積約2700萬公頃。若其它條件不變，云南省的碳承載力將達到12800萬噸左右。

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收稿日期：2014-01-15

基金項目：江蘇省“六大人才高峰” 項目“江蘇省獨立學院發展戰略轉型研究”（2009021）