基于庫茲涅茨曲線的建設用地擴張與碳排放相關性研究

陳怡君++劉小波++于曉鳳++周寶同

摘要：通過收集和處理1998—2013年重慶市城市發展新區的土地利用變更數據和能源消耗數據，進行重慶市城市發展新區16年間建設用地擴張與碳排放相關性研究，構建不同建設用地類型與碳排放強度之間的庫茲涅茨曲線關系模型。結果表明：（1）重慶市城市發展新區建設用地總量逐年上升，城市用地和建制鎮用地比例呈增長趨勢，其他建設用地和農村居民點用地比例呈下降趨勢；碳排放總量及碳排放強度呈波動增長趨勢，近年來碳排放強度增長速度快于建設用地擴張速度。（2）重慶市城市發展新區建設用地擴張與碳排放強度之間呈倒U形曲線關系，曲線拐點位于建設用地總量比例為2.78%的臨界處；城市用地和碳排放強度之間呈倒U形曲線關系，拐點位于0.474%的臨界處；建制鎮用地和碳排放強度之間呈倒U形曲線關系，拐點位于0.646%的臨界處；農村居民點用地、其他建設用地與碳排放強度之間不存在明顯的曲線關系。

關鍵詞：重慶市城市發展新區；建設用地擴張；碳排放；庫茲涅茨曲線；相關性

中圖分類號： F301.2文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）09-0248-05

20世紀50年代，Kuznets用倒U形曲線描述經濟增長與收入分配間的關系，提出庫茲涅茨假說[1]。1995年Grossman等在探討環境污染物與經濟增長間的關系時，引入環境庫茲涅茨曲線（EKC）[2]。Wagner認為人均收入和人均二氧化碳排放量呈同步增長關系，不存在轉折點[3]。胡宗義等認為EKC的形狀受研究樣本的影響，工業化程度很高的國家呈倒U形曲線，有可能發展為N形曲線，不發達國家存在正向線性關系[4]。曹光輝等發現不同經濟發展階段、不同環境狀況的地區，EKC并不一定會存在[5]。目前對碳排放的研究主要是對碳排放測算基準和碳足跡的研究。由于分析區域的差異性，數據收集、處理手段、分析重點的不同，庫茲涅茨曲線會呈現不同形狀。許廣月等在環境庫茲涅茨曲線理論的基礎上，運用面板單位根和協整檢驗方法，研究了中國碳排放環境庫茲涅茨曲線的存在性，研究結果認為中國的東、中部地區存在人均碳排放環境庫茲涅茨曲線，但是西部地區尚缺乏實證性研究[6]。目前關于大都市碳排放的相關研究較多，主要集中于碳排放測算基準和碳足跡研究。重慶市城市發展新區的定位與整個重慶市未來經濟社會發展密切相關，系統研究城市發展新區建設用地擴張與碳排放之間的密切關系，可為實現低碳經濟下重慶市城市發展新區從“高碳”到“低碳”時代的跨越提供參考。

1研究區域概況

城市發展新區作為都市功能核心區和拓展區的有效輻射區域，是重慶大都市區的重要組成部分。城市發展新區共12個區縣和2個開發區，包括涪陵區、長壽區、江津區、合川區、永川區、南川區、大足區、綦江區、銅梁縣、潼南縣、榮昌縣、璧山縣和萬盛經濟技術開發區、雙橋經濟技術開發區，是全市未來工業化和城鎮化的主戰場。

2數據與方法

2.1數據來源與處理

本研究中土地變更調查數據來源于重慶市土地利用變更調查數據（1998—2013年），能源消費數據和社會經濟數據來源于重慶市統計年鑒（1998—2013年）。

2007年全國試行新的土地分類，數據處理過程中對新舊地類體系中的相關地類進行了歸并，建設用地細分為城市用地、建制鎮用地、農村居民點用地、其他建設用地4類，其他建設用地包括獨立工礦、交通水利、風景名勝設施和特殊用地等土地利用類型。此外，1998—2013年城市發展新區區內的行政區劃經多次調整和組合，在實際統計數據中發現存在缺失數據或數據錯誤的情況，為減小誤差采取了2端取平均值代替缺失數據或錯誤數據，并對細小區域進行了適當的調整。

2.2研究方法

根據2006年《IPCC國家溫室氣體清單指南》[7]和相關研究成果[8-13]，城市發展新區碳排放核算按照能源活動、農業、林業及新區土地利用變化4個部分進行核算。能源消耗產生碳源效應，農業溫室氣體總排放量占全國排放量的17%左右，在碳問題上具有碳源和碳匯雙重效應[14-15]。碳匯主要是林地、草地、水域、未利用地。林地碳匯功能最強，主要表現在直接固碳、能源的替代作用上[16]。根據相關研究并結合城市發展新區實際情況，碳排放系數為正值具有碳源效應，碳排放系數為負值則具有碳匯效應[10，17-18]。耕地、煤炭、石油、天然氣為碳源，林地、草地、水域、未利用地為碳匯，具體系數參見表1。

碳排放測算公式：

式中：E為碳排放量；Ai為第i種土地利用方式所對應的土地面積；δi為第i種土地所對應的碳排放系數。

建設用地碳排放測算公式：

式中：P為建設用地碳排放量；Qi為第i種能源的消耗量；θi為第i種能源的碳排放系數。

碳排放強度指數測算公式：

式中：T為碳排放強度指數；C為研究區域的碳總排放量，其中C=E+P；S為研究區域的建設用地總面積。

庫茲涅茨曲線模型：

式中：利用城市發展新區1998—2013年數據并參照EKC模型原理以及相關研究[19-20]，建立一次、二次、三次的庫茲涅茨曲線模型。（4）式中：碳排放強度為T，待定參數為α、β1、β2、β3，建設用地面積占土地總面積的比例為L，隨機誤差干擾項為ε。反映建設用地及其構成與碳排放強度之間可能存在表2中的3種曲線關系，即線性、U形（或倒U形）、N形（或倒N形）曲線關系[21]。

3城市發展新區建設用地擴張特征與碳排放特征分析

3.1城市發展新區建設用地擴張特征分析

城市發展新區作為城鎮化改革的主戰場，隨著“地票交易”的實行，增加了建設用地的指標，使建設用地指標在整個重慶市內異地交換和買賣成為可能。2013年城市發展新區建設用地總量2 572.95 km2，與1998年相比絕對增長量為5578 km2。建設用地總量迅速增長，表現在城市、建制鎮、其他建設用地不斷增加，農村居民點用地不斷減少。2013年城市用地面積 203.79 km2，與1998年相比絕對增長量為 186.67 km2；建制鎮用地面積 336.39 km2，與1998年相比絕對增長量為278.13 km2；農村居民點用地面積 1 514.91 km2，與1998年相比絕對增長量為36.49 km2，所占比例下降至 58.88%；其他建設用地面積517.85 km2，絕對增長量為 56.52 km2。這種變化符合快速城鎮化地區建設用地的擴張模式，即農村居民點逐步轉化為城鎮及工礦、交通用地，并融入城鎮的主體區域，城鎮、工礦、交通等用地快速擴張。

3.2城市發展新區碳排放量特征分析

由以上公式，得到城市發展新區16年的碳排放強度。由圖1可以看出，城市發展新區的碳排放總量和碳排放強度整體呈增長趨勢，碳排放總量絕對增長量為1.36×107 t，碳排放強度絕對增長量為46.76 t/hm2。2001年出現拐點，碳排放總量為6.21×106 t，碳排放強度為29.83 t/hm2。2001年之前由于毀林開荒，林地面積大幅度減少，林地作為主要碳匯的功能減弱。2001年以后，隨著國家植樹造林、退耕還林政策的推廣，林地面積逐漸增加，碳匯效應逐漸加強。但城市化進程加快，建設用地擴大，能源需求量與日俱增，導致碳排放量急劇增長。在實行“地票”過程中耕地占補平衡帶來耕地面積增加，碳源作用加強。但林地面積增加所產生的碳吸收效應難以抵消建設用地面積和能源消耗增加帶來的碳排放效應。

由圖2可以看出，1998—2010年，碳排放強度的增加明顯快于建設用地擴張速度；2010—2013年，建設用地擴張速度較碳排放強度的增長速度慢。說明城市發展新區在2010年之前土地利用效率處于較低水平，經濟增長依托于能源的粗放式利用。隨著科技提升、經濟增長方式轉變，積極實行節能減排政策，提高了能源利用效率，使碳排放總量和強度的增長速度減緩。

4城市發展新區建設用地擴張與碳排放強度的相關性

根據計算的建設用地擴張數據、圖1、圖2數據，將建設用地面積占土地總面積比例，4類二級用地占建設用地比例分別與碳排放強度進行相關性檢驗，得到建設用地總量比例及4類二級用地比例與碳排放強度的擬合圖，擬合結果及曲線圖分別見表3、圖3。

4.1城市發展新區建設用地總量與碳排放強度的相關性

表3中的擬合結果說明，城市發展新區建設用地總量與碳排放強度之間存在明顯的二次曲線關系，擬合效果較好，各回歸系數均通過0.1水平上的顯著性檢驗，回歸模型：

圖3模型顯示，城市發展新區建設用地擴張與碳排放強度間呈倒U形曲線關系，拐點位于2.78%的臨界處。當建設用地總量比例低于2.78%時，其擴張會導致碳排放強度增加，當高于2.78%的臨界水平時，碳排放強度出現下降趨勢。當前還未達到拐點位置，說明20世紀90年代開始，在城鎮化初期階段，土地和能源低效、粗放的經濟增長方式使碳排放強度隨建設用地擴張而不斷增強。隨著城市發展新區發展過程中打造裝備制造業、機械加工業、輕紡食品業、“城郊休閑旅游”集群，該區的能源結構和土地利用方式將逐步走向集約化。隨著土地資源集約節約利用政策的有效實施、產業技術更新、產業結構調整、生態環境的改善，建設用地擴張和碳排放的關系會進入質變階段。

4.2城市發展新區二級地類與碳排放強度之間的相關性

根據表3的數據，對各二級用地所占比例與碳排放強度進行相關性研究，得出以下結果（圖4）。

圖4-a顯示，城市用地比例與碳排放強度之間呈倒U形曲線關系，拐點位于0.474%的臨界處。當城市用地比例小于0.474%時，其擴張會導致碳排放強度增加，當大于 0.474% 時，碳排放強度會出現下降趨勢。目前城市發展新區城市用地已逐漸進入一個集約利用及精明增長階段。

建制鎮用地比例與碳排放強度之間的關系呈倒U形曲線，拐點位于0.646%臨界處。當建制鎮用地比例低于 0.646% 時，擴張導致碳排放強度加大，當高于0.646%臨界水平時，碳排放強度會逐步減小。圖4-b中，建制鎮面積地不斷擴大對碳排放產生正向的推動作用減弱，碳排放效應逐漸呈現出下降趨勢。

農村居民點用地比例與碳排放強度之間無明顯的曲線關系，各點隨機分布。農村居民點作為一類較特殊的土地利用類型，和城鎮、交通、工礦用地等相比較而言，基本上承載了生活的功能，所產生的碳排放量較小，并不作為主要碳源進行考慮。

[JP+1]其他建設用地比例與碳排放強度之間也無明顯的曲線關系，點位分布無序且分散。由于其他建設用地是集生產、生活、交通為一體的各類用地綜合的特殊土地利用類型，應作為碳源進行考慮，其擴張對碳排放強度的加強有正向推動作用。

綜上所述，城市、建制鎮用地比例與碳排放強度之間均存在倒U形曲線關系，隨著科技的提升，對土地和能源的集約利用，它們用地面積的擴張導致對碳排放強度增強的正向作用逐漸減弱，碳排放效應逐步呈現下降趨勢；農村居民點、其他建設用地比例與碳排放強度之間無明顯的曲線關系。目前而言，農村居民點用地逐步減少，碳排放效應逐步減弱；其他建[CM（25]設用地對碳排放強度仍然具有較強的推動作用，隨著對土地利用的集約程度加大，其他建設用地所承載的工業生產和經濟增長所帶來的碳排放強度有望進入逐漸下降階段。2個二級地類組成的城市發展新區建設用地總量與碳排放強度之間呈倒U形曲線關系，但不同建設用地地類所占比例不同，且不同地類與碳排放強度之間的相互作用不同，其庫茨涅茲拐點尚未到來。

5結論與討論

5.1結論

通過對建設用地擴張與碳排放強度之間的相關性研究，可以得出以下2個方面的結論。

（1）重慶市城市發展新區建設用地擴張與碳排放強度之間呈倒U形曲線關系。城市發展新區建設用地擴張對碳排放強度還起到正向推動作用，隨著建設用地面積比例增加至2.78%臨界處時，碳排放強度會逐漸下降。當前，由于建設用地所承載的能源消耗巨大，產生的碳排放量遠高于農作物生長產生的碳排放量，是最主要的碳源。而隨著城鎮化的推進，建設用地總量不斷增加的同時導致林地、草地等面積減少，碳匯作用減弱，所以當前建設用地擴張所帶來的仍是正向的推動作用。隨著節能技術的發展，能源利用效率的提高，將會逐漸達到臨界水平，碳排放效應將逐步減弱。（2）城市用地、建制鎮用地與碳排放強度呈倒U形曲線關系，農村居民點、其他建設用地與碳排放強度之間不存在明顯的曲線關系。城市、建制鎮用地與碳排放強度呈倒U形曲線關系，已經達到拐點位置，其面積的增加帶來碳排放效應逐步減弱；農村居民點用地不是主要碳源，但隨著其利用類型逐步轉化為城市、建制鎮用地，將會對碳排放強度有潛在推動作用；其他建設用地與碳排放強度之間整體上是正向推動作用，但隨著資源利用集約化，碳排放效應有望減弱。因此，城市發展新區在經濟發展轉型和構建低碳社會的任務要求下，不能消極等待碳排放庫茲涅茨曲線拐點的到來， 必須對土地利用政策調控作出積極的響應，實現土地利用、經濟、生態之間的協調發展。

5.2討論

在基于庫茲涅茨曲線對重慶市城市發展新區建設用地擴張與碳排放間的相關性研究中，重點在于探討建設用地格局演變與碳排放之間的相互關系，從而為土地利用規劃和資源環境政策制定提供全新的視角和思路。但是由于文章只選取了1998—2013年間的數據進行建設用地擴張碳排放效應的庫茲涅茨曲線研究，未對土地利用類型結構差異性和空間布局差異性所造成的碳排放效應進行差別對比；因此，有必要再收集更長時間段的土地利用變更數據和能源消耗數據，以探討建設用地擴張的碳排放效應，為氣候變化背景下的土地利用規劃提供參考。

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