中國省際土地利用碳排放及其影響因素分析

馮 杰，張 勝，王 濤

（1.西安交通大學 公共政策與管理學院，西安 710049；2.西安科技大學 測繪科學與技術學院，西安 710054）

0 引言

土地利用碳排放研究是一個綜合自然科學和社會科學的交叉學科問題，但由于各學科自身的研究偏好，使得當前的碳排放研究綜合性不夠。如社會科學領域對能源消耗碳排放關注較多，研究也較為透徹，主要包括能源消耗碳排放現狀與過程分析[1,2]、影響因素分析[3,4]、人口規模、經濟增長、城鎮化及產業結構調整對能源消耗碳排放的影響[5,6]、能源消耗碳排放的空間異質性及關聯性[7,8]等內容。而自然科學領域也逐步向社會科學領域滲透，如從對中國陸地植被生態系統碳匯的關注[9]，向土地利用碳排放及其效應轉變[10,11]。

綜合自然與社會因素的土地利用碳排放研究當前關注較少，本文以中國各省1999—2015年土地利用、能源消耗、人口、經濟等數據為基礎，分析省際土地利用碳排放的變化過程，并通過STIRPAT模型對土地利用碳排放的影響因素進行分析。

1 研究設計

1.1 數據來源

研究使用數據包括：（1）1999—2015年中國各省土地利用數據，包括耕地、園地、草地，來源于《中國統計年鑒》。《中國國土資源統計年鑒》；林地數據來源于中國林業數據庫（http://data.forestry.gov.cn/lysjk/），為第五次至第八次全國森林資源連續清查數據。（2）1999—2015年各省人口、GDP及第一、第二和第三產業產值、全社會固定資產投資額數據，來源于《中國統計年鑒》和各省份統計年鑒。（3）1999—2015年中國及各省能源消耗總量數據，來源于《中國能源統計年鑒》。

1.2 研究方法

1.2.1 碳排放計算方法

文中碳排放量計算方法包括直接碳排放計算和間接碳排放估算兩種，前者為土地利用（耕地、園地、林地、草地）的碳排放計算；后者主要為建設用地的碳排放估算，使用能源消耗碳排放替代計算。計算公式分別如下：

（1）土地利用碳排放計算

式中，Q為土地利用碳排放總量，t；qi為第i種土地利用的碳排放量，t；Ai為第i種土地利用的面積，hm2；αi為第i種土地利用的碳排放系數，t/hm2。根據文獻[12]-[14]，確定耕地、園地、林地和草地的碳排放系數分別取0.4970t/hm2、-0.7300t/hm2、-0.5810t/hm2和-0.0210t/hm2。可知，土地利用除耕地為碳排放外，園地、林地和草地均為碳吸收。

（2）能源消耗碳排放計算

式中，E為能源消耗碳排放量，即建設用地的碳排放量，t；ei為第 i種能源碳排放量，t；Ki為第i種能源消耗量，t；βi為第i種能源碳排放系數，tC/t標準煤。根據文獻[15]和文獻[16]，確定煤炭碳排放系數為0.7476tC/t標準煤，由于統計年鑒中能源消耗總量數據已經由煤炭、石油、天然氣直接轉換為了標準煤，故計算過程中僅考慮煤炭碳排放系數即可。

1.2.2 影響因素分析方法

STIRPAT模型是分析碳排放影響因素的通用方法，其計算公式如下[17，18]：

式中，CC為碳排放量，×104t；P為人口數量，萬人；A、B和C為第一、第二和第三產業產值，×108元；D為全社會固定資產投資額，×108元；α、β、γ、δ、θ和μ為系數，ε為殘差。對公式（3）兩側取對數，得到：

將公式（4）中lnCC作為因變量，lnP、lnA、lnB、lnC、lnD作為自變量，lnα和lnε分別作為常數項和殘差項，進行多元線性逐步回歸分析。

2 結果分析

2.1 土地利用碳排放分析

基于公式（1）計算得到1999—2015年中國各省耕地、園地、林地和草地的碳排放量及土地利用碳排放總量及其平均值數據，并以1999—2015年土地利用的碳排放總量數據為因變量（y），年份為自變量（x），進行線性趨勢分析[19]，結果見表1。

由表1可知，中國總體上，耕地的碳排放量較大，而林地的碳吸收量最大，園地、林地和草地的碳吸收量高于耕地的碳排放量，二者抵消，土地利用（建設用地除外）總體表現為碳吸收。線性變化趨勢分析表明，中國土地利用碳排放總量隨年份呈顯著線性減少趨勢，減少速率為114.19×104t/a（P＜0.001），即中國土地利用的碳排放量仍將以碳吸收為主，并且以每年吸收114.19×104tC的規模持續增加，反映出中國土地利用碳吸收能力持續提高，也表明土地利用的碳吸收，可以成為碳減排的一個重要內容和工業碳減排的重要補充。

省際上，除海南、西藏、青海耕地的碳排放規模相對其園地、林地或草地規模較小外，其他省份耕地的碳排放量均較大，而林地是所有省份中碳吸收量最大的土地利用類型。總體上，除天津、上海、江蘇、安徽、山東、河南土地利用碳排放總量呈正值（碳排放）外，其他所有省份全部呈負值，即碳吸收。線性變化趨勢分析結果表明，碳排放總量呈正值的天津、上海、江蘇、安徽、山東和河南，其土地利用碳排放總量隨年份變化呈線性減少趨勢，除河南線性減少趨勢不顯著外，其他省份均表現為顯著，減少速率分別為0.27× 104t/a、0.85× 104t/a、5.88× 104t/a、1.79× 104t/a、1.02×104t/a、1.67×104t/a，表明以上6個省份土地利用碳排放總量將會呈持續下降趨勢。土地利用碳排放總量呈負值的省份中，內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、海南土地利用碳排放總量隨年份呈線性增加趨勢，其中遼寧、海南線性增加趨勢不顯著，其他省份表現顯著，增加速率分別為6.29× 104t/a、0.97× 104t/a、4.16× 104t/a、9.67× 104t/a、0.52×104t/a，這5個省份土地利用碳排放總量將呈持續增加過程，即土地利用碳吸收量將會持續下降。內蒙古和東北地區是中國森林和草地的重要分布區域，1999—2015年該區域耕地出現大幅增加，而林地增加較小，園地和草地大幅度減少，最終導致該區域土地利用碳排放量增加（碳吸收量降低）。除土地利用碳排放量呈正值的省份和線性變化趨勢呈增加的省份外，其他省份土地利用碳排放總量隨年份均呈線性減少趨勢，即土地利用碳排放量仍將以一定的速率減少（碳吸收量增加）。

表1 中國各省土地利用碳排放量平均值及其變化趨勢

2.2 能源消耗碳排放分析

基于公式（2）計算得到中國各省能源消耗碳排放量，并以1999—2015年各省能源消耗碳排放量為因變量（y），年份為自變量（x）進行線性趨勢分析，計算結果見表2。

由表2可知，總體上能源消耗碳排放量規模均較大。從全國來看，能源消耗碳排放量由1999年的10.46×108t增加至2015年的33.44×108t，增加近3倍。線性變化趨勢分析結果表明，未來全國能源消耗碳排放規模仍將持續增加，線性增加速率為1.66×108t/a（P＜0.001）。

省際上，能源消耗碳排放量居全國前5位的省份依次為山東、河北、廣東、江蘇、遼寧，在1999—2015年間能源消耗碳排放量分別增加4.18倍、3.14倍、3.46倍、3.70倍和2.31倍。居全國后5位的省份依次為江西、甘肅、寧夏、青海、海南（西藏無數據，不計入），在1999—2015年間能源消耗碳排放量分別增加3.94倍、2.55倍、6.67倍、4.43倍和4.67倍。對比發現，居前5位的省份主要分布在東部地區，而居后5位的省份主要分布在西部地區，并且前者在研究時段內能源消耗碳排放的增速相對后者偏低，反映出東部經濟發達省份的能源消耗碳排放速度正在放緩，其碳排放變化曲線的拐點較后者可能提前達到。線性變化趨勢分析結果表明，所有省份未來一段時期內能源消耗碳排放均呈持續增加趨勢，反映出短期內通過技術進步推動工業碳減排還存在較大的經濟發展慣性阻力。

表2 主要年份中國各省能源消耗碳排放量及其變化趨勢

2.3 凈土地利用碳排放量分析

綜合土地利用碳排放及能源消耗碳排放，得到1999—2015年中國各省凈土地利用碳排放量數據，結果見表3。

1999—2015年中國各省凈土地利用碳排放量為正值，均為凈碳排放（見表3），結合表1和表2可知，全國1999—2015年園地、林地和草地的碳吸收量能夠抵消耕地的碳排放量，并且有一定的剩余，平均約為1.25×108t，而同期能源消耗碳排放量平均值為22.81×108t，前者僅占后者的5.5%。可見，盡管研究時段內中國土地利用碳吸收量在增加，但其規模遠小于能源消耗碳排放量，所占比例較小，土地利用的碳吸收僅能夠作為碳減排的補充措施，其主導措施還應從技術革新方面著手。但土地利用碳吸收具有一定的可操作性，并且見效相對較快，是當前一段時間可具體實施的碳減排內容。

表3 主要年份中國及各省凈土地利用碳排放量及其變化趨勢

中國總體上，凈土地利用碳排放量由1999年的9.32×108t增加至2015年的32.15×108t，增加3.45倍，并且呈顯著的線性增加趨勢，增加速率為1.65×108t/a（P＜0.001）。省際上，凈土地利用碳排放量居全國前5位省份分別為山東、河北、江蘇、廣東、河南，1999—2015年凈土地利用碳排放量分別增加4.12倍、3.14倍、3.62倍、3.64倍和3.09倍，居后5位的省份分別為甘肅、江西、寧夏、青海、海南（西藏無數據，不計入），其凈土地利用碳排放量分別增加2.68倍、5.20倍、6.42倍、7.82倍和6.18倍，并且所有省份凈土地利用碳排放量均呈顯著的線性增加趨勢（P＜0.001），表明未來一段時期內凈土地利用碳排放量仍會持續增加，這對于要快速達到碳排放量拐點是一個很大的阻力。

2.4 碳排放強度分析

碳排放強度包括兩種，分別是單位GDP碳排放強度和人均碳排放強度，將1999—2015年中國各省GDP、人口數據與凈土地利用碳排放量數據相除，獲取1999—2015年單位GDP和人均碳排強度數據，結果見表4。

表4 中國各省碳排放強度及其變化趨勢

由表4可知，中國平均單位GDP碳排放強度為808.97kg/萬元，并且1999—2015年呈顯著的線性減少趨勢，減少速率為每年38.48kg/萬元（P＜0.001），反映出隨著經濟的不斷增長，單位GDP碳排放量呈持續的減少過程，未來一段時期仍會保持減少態勢。省際上，單位GDP碳排放強度居全國前5位的省份依次為寧夏、山西、貴州、新疆、甘肅，多為西部省份，經濟水平相對差，但能源消耗量相對較大，故其單位GDP碳排放量相對較高；居全國后5位的省份依次為江西、北京、福建、廣東、海南，多為東部省份，經濟發展水平相對較高，反映出東部經濟發達省份，盡管碳排放量較高，但能夠通過產業結構調整等措施，在提高經濟發展水平的同時降低碳排放量，達到經濟快速發展而碳排放降低之目的，而西部經濟欠發達省份，目前還處于彌補經濟發展差距時期，經濟結構調整、碳減排的動力不足，單位GDP碳排放量較高。

中國平均人均碳排放強度為1619.48kg/人，并且1999—2015年呈顯著的增加趨勢，線性增加速率為每年116.74kg/人（P＜0.001），表明全國人均碳排放水平在升高，在未來一段時期內仍將會呈持續增加趨勢，反映出隨著經濟水平的不斷提高，人民收入增加，對各種物質的需求增加，促進了人均碳排放水平的升高。這也為碳減排實施提供了另外一種途徑，即增加碳減排宣傳，提高人民碳減排意識，形成碳減排人人參與、從自身做起的局面。省際上，人均碳排放強度居全國前5位的省份依次為寧夏、上海、天津、山西、遼寧，居后5位的省份依次為安徽、云南、海南、廣西、江西，無論居前還是居后，多為中、西部省份，反映我國各省份之間的人均碳排放強度還未形成規律性，既有人均收入較高、碳排放水平較高的省份（如上海），也有經濟發展依賴能源投入、人均收入較低的省份（如寧夏），所以對于經濟發達地區，從個人著手，大力宣傳碳減排，而對于中西部經濟欠發達省份，應著力解決其產業升級、技術進步問題。

2.5 影響因素分析

根據公式（4）先將收集的1999—2015年人口，第一、第二和第三產業產值，全社會固定資產投資額，及計算得到的凈土地利用碳排放量求取自然對數，而后進行多元線性逐步回歸分析，結果見下頁表5。

由表5可知，中國層面土地利用碳排放主要與第一產業和第二產業有關（P＜0.001），與第一產業呈負相關關系（系數為負值），而與第二產業呈正相關關系（系數為正值），主要是因為第一產業為農業，包括農林牧副漁等產業，由上文表1也可知，全國耕地、園地、林地和草地的碳排放量總體呈負值，為碳吸收狀態，故第一產業規模的擴大，會引起碳排放量的降低，而第二產業主要為工業，是能源消耗碳排放核心，第二產業產值的升高，會進一步促進碳排放量的增加。

省際上，與人口數量相關關系顯著（P＜0.05）的省份有7個，分別是內蒙古、吉林、福建、云南、寧夏、黑龍江、湖南，其中前5個省份碳排放量與人口數量呈正相關，而后2個省份呈負相關。與第一產業相關關系顯著（P＜0.05）的省份有7個，分別是吉林、浙江、山東、湖南、廣東、陜西、寧夏，其中僅有吉林碳排放量與第一產業呈正相關，其他省份均呈負相關。與第二產業相關關系顯著（P＜0.05）的省份有20個，不相關的省份分別是北京、內蒙古、遼寧、吉林、福建、江西、重慶、貴州、云南、新疆，并且相關關系主要為正相關。與第三產業相關關系顯著（P＜0.05）的省份有8個，分別是吉林、江蘇、河南、廣東、四川、浙江、貴州、甘肅，其中前5個省份均呈負相關，而后3個省份呈正相關。與全社會固定資產投資額相關關系顯著（P＜0.05）的省份有11個，除河北、湖北呈負相關外，其他9個省份均呈正相關。

3 結論

本文基于1999—2015年中國及各省土地利用、能源消耗、人口、經濟等數據，利用土地利用和能源消耗碳排放計算方法、STIRPAT模型，分析土地利用碳排放及其影響因素，結果表明：

表5 多元線性逐步回歸分析結果

（1）中國土地利用（耕地、園地、林地和草地）總體以碳吸收為主，并以 114.19×104t/a（P＜0.001）的線性速率增加。省際尺度上，天津、上海、江蘇、安徽、山東、河南以土地利用的碳排放為主，呈線性減少趨勢，表明這些省份土地利用的碳排放總量將會持續下降，而內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、海南土地利用的碳排放以碳吸收為主，但碳吸收量隨年份表現出了下降趨勢，需要引起重視。

（2）1999—2015年各省能源消耗碳排放量增加規模較大，并且呈顯著的線性增加趨勢（P＜0.001），反映出未來一段時期內所有省份能源消耗碳排放均呈持續增加趨勢，表明短期內通過技術進步推動工業碳減排還存在較大的經濟發展慣性阻力。

（3）能源消耗碳排放量是中國和各省土地利用碳排放的主體，土地利用的碳吸收量僅占其5.5%左右。省際間凈土地利用碳排放量存在嚴重的不均衡現象，東部經濟發達省份凈土地利用碳排放量較高，但增速放緩，而西部經濟欠發達省份凈土地利用碳排放量較低，但增速較快。

（4）中國單位GDP碳排放強度在持續降低，而人均碳排放強度在持續升高，提升中西部經濟欠發達地區產業結構及推進先進技術的使用，有利于該區域單位GDP碳排放強度的增高，而提升東部經濟發達省份人民低碳發展意識，更有利于人均碳排放強度的降低。

（5）影響中國及各省土地利用碳排放的因素主要為第二產業產值，其他依次為全社會固定資產投資額、第三產業產值、人口數量和第一產業產值。

研究結果反映出依賴于技術進步推動的工業碳排放降低是最為主要的碳減排選擇路徑，也只有通過第二產業的能源消耗碳減排才能夠最根本的解決碳排放問題[20]。而增加園地、林地、草地等土地利用碳吸收，是工業碳減排的補充和輔助選項，其對碳減排總體的貢獻相對較小，但由于其具有易操作、方便快速的特點，是在技術突破受限時能夠起到碳減排緩沖作用的有效選擇路徑。