與國土空間開發格局相適應的低碳發展區域分類初探

朱松麗?劉嘉?高翔?姜克雋?袁文?周湘

摘要 一直以來區域低碳發展政策以傳統行政區劃為基礎，中東西邊界明顯，單純以發展階段、資源稟賦為主要因素指導國家溫室氣體控制目標的分解，難以真正促進發展模式的根本轉變。以主體功能區劃為依托的國土空間開發格局為區域低碳發展政策特別是區域重新分類提供了新的抓手， 但囿于數據問題，現有研究在數量和質量上都有欠缺。本文利用全國縣級單元主體功能數據庫，“自下而上”匯總各省主體功能信息，結合社會經濟發展狀況，初步確定了各地區的綜合主體功能。數據完整的29個省區被劃分為整體優化型、戰略結合型1、戰略結合型2、生態屏障型、糧食安全型、固農求工型和混合型（共3類混合型）等9個類型，其發展內容、重點不盡相同。再結合各地區所處工業化階段和碳排放強度水平，利用Kmeans方法對這些省區進行了聚類分析，得到了考慮主體功能定位背景下應承擔“差別化”降碳任務的省區分類結果。總體而言，整體優化型和部分戰略結合型應該首先實現碳排放峰值，生態屏障型也應該接受較為嚴格的降碳目標，而糧食安全型和固農求工型省區的降碳目標呈現出“光譜化”趨勢——糧食安全與生態屏障混合型應設定較高目標，而糧食安全和戰略結合混合型、糧食安全和固農求工型應有較為溫和的降碳目標，單純的固農求工型省區尚有較多發展空間。最后，研究提出，在“十四五”溫室氣體控制目標和2030年達峰目標分解中應將國土空間開發格局作為一個因素納入考慮范圍中; “西部大開發”區域政策應以“西部大保護”為前提，西部省區應該承擔相對比較嚴格的降碳目標，而不是目前的寬松目標。同時，對部分生態屏障型省區還應該提出提升碳匯的要求。

關鍵詞 國土空間開發格局;低碳發展;主體功能;區域聚類

中圖分類號 F062.1 ? 文獻標識碼 A ?文章編號 1002-2104（2019）10-0099-07 ?DOI：10.12062/cpre.20190630

國土是發展的空間載體，不同的國土空間承載不同的功能， 而且只擁有一種主體功能。因主體功能而異的國土開發格局是空間治理的基礎和前提條件，包括低碳發展在內的開發建設活動應與國土空間開發格局保持基本一致。與其他發展政策類似，目前的區域低碳發展政策仍沿襲以傳統行政區劃為邊界的“差別化”政策，主體功能定位因素沒有真正納入決策考慮之中;同時由于缺乏基礎數據支持，關于國土空間開發格局的研究依然不能完全跳出傳統行政區劃的“窠臼”，難以真正從“主體功能”視角開展研究。通過建立和應用以縣級行政區為基本單元的主體功能數據庫，本研究力圖提煉各省區的綜合主體功能定位，結合其他指標，對各省在未來低碳發展目標設定中的定位提出了新的考量并提出相關政策建議。

1 研究背景

國土是發展的空間載體。長期以來，我國的國土空間治理處于被忽視或者規劃體系混亂的局面[1]。2010年以來，隨著第一個全國性國土空間開發利用規劃《全國主體功能區規劃——構建高效、協調、可持續的國土空間開發格局》（以下簡稱《規劃》）的發布以及各省級主體功能區規劃的頒布和實施、“十二五”“十三五”規劃綱要對主體功能區戰略的肯定和部署以及“十八大”“十九大”對優化國土空間開發格局、“多規合一”的強調，國土空間治理和規劃進入了新的階段。目前我國的國土空間治理以劃定城鎮、農業、生態空間以及生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界（稱“三區三線”）為主要內容。依托《規劃》，到2014年末，全國31個省區市（不包括港澳臺地區）發布了以縣域單位為基本單元的省級主體功能區規劃（其中個別省區以鄉級行政單位為基本單元），覆蓋所轄除港澳臺地區外全部陸地國土空間，形成了一張完整的主體功能和行政區劃相結合的主體功能區規劃圖。這張圖將我國的國土劃分為城市化地區（又劃分為重點開發區和優化開發區兩類）、農產品主產區和重點生態功能區等三大類主體功能區：其中城市化地區的主體功能是提供工業品和相關服務;農產品主產區的主體功能是提供農產品，保證糧食安全;重點生態功能區的主體功能是提供生態產品，保障生態安全。這張布局類規劃圖有望成為各類發展類規劃的“底圖”，依托這張圖構建目標導向與問題導向相結合的戰略體系和制度安排，才能站位高、瞄得準，管長遠、統全局。

國土空間治理為低碳發展區域政策提供了新的抓手。從“十五”以來，通過低碳城市試點、碳排放交易試點、國家能源強度/碳排放強度目標分解以及省級政府目標考核制度等政策行動的實施，低碳發展在我國已經取得了長足的推進[2]。考慮到我國幅員遼闊，地區發展嚴重不平衡，低碳發展區域政策把避免“一刀切”、尋求“差別化”作為優先考慮對象。從目前的實踐看，在設定具有一定法律效力的地區溫室氣體控制目標方面，“差別化”的抓手依然是傳統行政區劃，以發展階段和資源稟賦為最重要的考慮因素，相對發達的省區承擔相對嚴格的目標，反之承擔相對寬松的目標[3]。其他政策措施相似度高，對本地區應對氣候變化的特殊要求反映不足，對本地區資源稟賦對地區低碳發展和全國低碳發展貢獻的影響缺乏針對性研究。低碳發展需要新的“差別化”抓手，而分類指導的主體功能區劃為其提供了新的機遇。“十三五”規劃綱要明確提出“支持優化開發區率先實現碳排放達到峰值”正是出于這樣的思路導向。

將“主體功能”概念納入區域低碳發展政策研究中的思路已經逐漸引起了學者們的關注。朱松麗[4]對黑龍江、廣東和貴州的城市化地區、農產品主產區和重點生態功能區的二氧化碳（CO2）排放現狀進行了分析;劉波[5]探討了碳排放交易機制與重點生態保護區碳匯管理機制的協調發展;朱松麗等[6]建立了29個省區的縣級單元主體功能數據庫，基于此對“十二五”期間各省低碳經濟發展與其國土空間開發格局的協調度進行了量化分析;譚顯春等[7]基于經濟、人口、省級能耗量等數據構建了適用于主體功能區的碳排放核算方法，并以廣東省為例進行了測算;徐婕等[8]對四川省5個主體功能區的碳排放和碳補償進行了測度分析。但總體而言，相關研究在數量上還有所欠缺;更重要的，由于數據所限，大部分研究以案例為主，難以形成有普遍意義的成果和發現，從而對相關決策的支持也相對有限。表現在國家政策上，在《國家應對氣候變化規劃（2014—2020）》中曾明確將“主體功能”作為地區低碳政策的差別化管理抓手[9]，而到“十三五”控溫方案中又回到了原有的行政區劃為主的框架體系內。

本研究基于已有成果，利用全國縣級單元主體功能數據庫，“自下而上”對各省區的綜合主體功能進行了分析和確定，并結合其他指標，采用Kmeans聚類方法，提出了在全國溫室氣體控制目標分解落實過程中，具有不同主體功能定位和發展階段的省區在“分類梯隊”中的重新定位，基于此提出政策建議。

2 方法論

2.1 應用全國縣級單元主體功能數據庫

首先需要解決缺少基礎數據的問題。研究所需要的基礎數據來自“全國縣級單元主體功能數據庫”[6]。其信息包括兩類：一是各省基于縣級單元的主體功能區規劃信息，例如主體功能定位、土地面積以及用于地理信息系統處理的代碼信息;二是各省縣級單元的社會經濟發展基本信息，包括人口、經濟產出、產業結構以及能源燃燒CO2排放量。

第一類信息主要來自各省區市發布的以縣域單位為基本單元的主體功能區規劃，覆蓋所轄全部陸地國土空間。以這些規劃為藍本，結合實地調研，人機交互完成了各省主體功能區分類信息的采集工作。其中新疆和寧夏的部分區域主體功能定位以鄉級行政單位為主，與地理信息背景圖不匹配，同時鄉級行政單元的社會經濟信息更加欠缺，因此下面的分析中有所缺失。另外，重慶的限制開發區沒有細分農產品主產區和重點生態功能區，也沒有包括在具體分析中。第二類信息主要來自《中國區域統計年鑒》《中國城市統計年鑒》和各省的省級統計年鑒， 《中國統計年鑒》作為校核參考。縣級單元CO2排放數據根據《中國能源統計年鑒》中的省級能源平衡表以及縣級社會經濟數據估算。其中西藏社會經濟數據欠缺，但其主體功能信息是相對健全的。

基于這個縣級主體功能數據庫，“自下而上”匯總可以得到各個省區中城市化地區（重點開發區+優化開發區）、農產品主產區和重點生態功能區等幾類主體功能區的面積、經濟產出（GDP）及其結構、人口等綜合信息。

2.2 考慮主體功能定位的省區溫室氣體控制目標研究思路 ?從我國慣有的思路看，不論能源還是環境目標，國家目標的分解落實是必不可少的環節。既科學又具有操作性的分解方法學一直學術和政策研究的重要問題。從“十一五”以來，國家節能降碳目標已經進行了三輪分解，其基本分解方法從最初的對“節能必要性”“節能能力”“節能難度”的綜合評估演進為對“責任”“潛力”“能力”“難度”的總體評價[10]，利用這四大類指標，將全國各省劃分為5個梯隊，依次承擔嚴格程度逐步降低的目標（見表1）。總體來講，相對發達的地區承擔較嚴格目標，欠發達的地區承擔力度較小目標。這種分解方法容易形成“鞭打快牛”“先高碳再低碳”和東西部碳轉移、碳泄漏的政策傾向[11]，難以從根本上促進發展模式的盡早轉變。特別是，這些方法沒有考慮各個省區的國土空間開發格局。

為了將主體功能因素納入省區溫室氣體控制目標確定的范疇內，作為研究第一步，本研究確定了新的簡化版的指標體系，之后以Kmeans方法對各省區進行聚類，得到新的差別化的省區溫室氣體控制目標集團梯隊，并與現有梯隊進行比較。指標體系主要包括以下三項。

一是各省的綜合主體功能定位。基于以上數據庫提供的“自下而上”信息、已有研究成果[12]和對“差別化管理”的更精細要求，本研究對各省的綜合主體功能進行了更詳細的劃分，從原有的6種類型（整體優化型、戰略結合型、糧食安全型、生態屏障型、固農求工型、糧食安全與生態屏障結合型）擴展為9類，增加了更多的結合類型，例如戰略結合和糧食安全結合型、固農求工和糧食安全結合型（更加突出對糧食安全的重視）;對戰略結合型也進行了二次細分，將優化開發區經濟產出超過50%的省區與其他戰略結合型區分開來。從發展階段和功能定位總體判斷，整體優化型和戰略結合型（特別是優化開發區GDP產出超過50%的省區），發展階段已經相對超前，可以盡早實現峰值;生態屏障型不宜進行高強度開發，產業準入政策應十分嚴格，人口規模不宜擴張，也應較早實現排放的平穩和達峰;優化開發區比例較小的戰略結合型、糧食安全型以及固農求工型具有一定的排放增量空間，特別是后者。

二是各省的工業化階段，這是判斷地區發展水平的主要指標。采用中國社會科學院的研究成果[13]。越接近后工業化階段，產業結構越優化，富裕程度越高，越有能力對低碳發展進行更大力度的投資，因此節能降碳的能力越強，可以承擔較重的減排負擔。這與“優化開發區盡早達峰”的思路一致。

三是各省的CO2排放強度（t CO2/萬元GDP），這是判斷地區減排潛力的主要指標。經濟數據來自《中國統計年鑒》，分省CO2排放量來自課題組計算， 基于省級能源平衡表，具體方法見參考文獻[6]。排放強度越高，說明產業結構和能源結構調整的潛力越大，減排的邊際成本越低;反之減排邊際成本可能比較高。

2.3 Kmeans聚類方法應用

Kmeans聚類方法由Macqueen提出[14]，并由Lloyd[15]進行了發展，已經成為比較成熟的聚類方法，適用于類別數量已知、數量較小、無標簽的樣本聚類分析，在很多工程應用研究中有應用，也應用于區域經濟研究中[16]。

共27個省最終參與聚類，設待分類的省份樣本向量為{x1，x2，x3，…，x27}， 其中xi=（ai1，ai2，ai3 ），表征2.2 中的三個簡化指標。為與“十三五”控溫方案中省區梯隊數量保持一致，聚類類別的數量確定為K=5。設：

ck為質心向量，

xi與ck之間的歐氏距離為dis（xi，ck ），

算法流程如下：

第一，確定五個初始聚類中心{c1，c2，c3，c4，c5 }。

第二，利用公式1逐個計算待分類的省份樣本向量與聚類中心的歐氏距離，按最小距離原則把每個向量劃分到某一類中：

dis（xi，ck ）=∑27i=1（xi-cki）2

（1）

其中，cki為某聚類中心ck的第i個特征取值。本研究中各樣本向量及聚類中心均有三個特征值（主體功能區定位、工業化階段以及碳排放強度）。

第三，利用公式2計算每個類中所有向量的均值，其中m表示的是第k類內向量的個數：

ck=（1m∑mj=1ai1，1m∑mj=1ai2，1m∑mj=1ai3 ）

（2）

第四，如果重新計算的類中心有變化，則轉至第二步重新迭代，直到每個類中心不再發生變化。

3 結果和分析

3.1 各省綜合主體功能定位

各省縣級單元的主體功能定位是確定的，通過“自下而上”對各省縣級行政單元的匯總分析，將具有主體功能數據支持的29個省區（缺少寧夏和重慶，新疆引用參考文獻數據）省區劃分為整體優化型、戰略結合型、糧食安全性、生態屏障型、固農求工型和兩兩結合型等9種類型，見表2所示的分類依據和分類結果。

整體優化型的代表依然是北京和上海。戰略結合型中優化開發區經濟產出比例超過50%的省區有遼寧、江蘇、浙江和廣東，產出低于50%省區包括天津市、福建省。與糧食安全相關的省區有河北、黑龍江、吉林、內蒙古、安徽、河南、湖南、湖北、四川、江西和山東，這些地區基本是我國傳統的糧食主產省區。固農求工的典型代表省區包括山西省、廣西壯族自治區、云南省和貴州省;而西部大部分省區屬于生態屏障型。

3.2 各省工業化發展階段

經過六十多年的發展，我國整體已經發展成為一個工業大國，正向工業強國邁進，但各省區市（不包括港澳臺）所處的工業化階段有明顯區別。中國社科院學者于2007年提出了一套綜合評價國家或地區工業化水平的指標體系，得到了廣泛的認可和應用[18]。利用這套評價體系，2017年社科院學者對“十二五”期間各地區所處工業化階段進行了重新分析，結論如下（見表3）。

（1）北京、上海、天津三個直轄市處于后工業化階段。

（2）處于工業化后期的地區最多，16個，占一半以上;其中浙江、廣東和江蘇等已經十分接近后工業化階段。如果再細分的話，山東和重慶與浙江等省還有差別，處在工

業化后期的中段（工業化后期II），湖北、內蒙古等地區處于工業化后期前半段（工業化后期I）。

（3）12個地區處于工業化中期階段。再細分的話，四川、青海等省已經進入工業化中期后半段（工業化中期III），黑龍江等地區處于工業化中期中段（工業化后期II）。

（4）到2015年已經沒有省份還處于工業化初期節點，大部分地區集中于工業化中期和后期階段。

3.3 各省CO2排放強度

各省排放強度見表4所示。總體來講，從東到西，從南到北，排放強度呈現出逐漸抬升的趨勢，這與工業化階段、產業結構和能源結構密切相關（更深入的分析并不是本文的重點），同時還呈現出一定空間聚集效應，例如東部沿海有低排放強度聚集現象，而西部省區相反。與相關研究結果保持一致[19-20]。

3.4 聚類分析結果

基于以上三個指標，利用Kmeans方法，對都有數據支持的省區進行聚類分析，結果如圖2和表5所示。理論上位于同一個梯隊的省區應該承擔類似分量的減限排任務。為方便比較，表5中又一次列出了“十三五”控溫方案中的省區梯隊劃分。

與“十三五”控溫目標分解方案相比，考慮了主體功能綜合定位之后梯隊歸屬變化最大的當屬黑龍江、甘肅、青海、內蒙古這幾個省（很可能還包括新疆）。由于在主體功能定位中的保障生態安全和/或糧食安全的突出作用以及相對較高的排放強度，“新梯隊”要求他們承擔“超常規”的減排任務，因此從第四或第五梯隊中躍升到第二梯隊。同時，這些省區還可能需要承擔提供更多碳匯的任務，在全國碳市場中應有特殊的地位和貢獻。在應當承擔最嚴厲降碳目標的第一梯隊中，最大的變化發生在河北和山東這兩個省。在“新方案”中這兩個省分別落入第五梯隊和第三梯隊。對于河北，“十三五”控溫方案考慮了它在京津冀協同發展戰略中的重要地位，人為拔升了河北的目標力度，在一定程度上超越了它的發展水平和功能定位。在本研究框架下，河北省不應該承擔過于嚴厲的限排目標。山東省的發展階段與江蘇、浙江、廣東相比也有一定差距，還應有一定排放增長空間。湖南、湖北從第二/三梯隊落入第四梯隊，也是綜合考慮了他們較低的排放水平、較低的工業化程度以及較高的主體功能定位之后的綜合排位。

圖1 Kmeans 聚類結果圖示 ?這種納入主體功能因素的思路和方法雖然暫時缺乏實踐基礎，但至少提供了一個思考各地區在全國生態文明建設中綜合定位的角度：特殊定位的省份需要特殊發展路徑，城市化工業化不能到處開花，不能要求GDP處處產生。例如對于內蒙古自治區這樣超前發展的省區，經濟發展已經對本地生態系統造成了巨大損害[21]，人均能源消費和人均排放遠高于全國平均水平，確實需要對其發展模式進行反思，抑制高碳路徑對生態安全的進一步危害。又如祁連山的系列生態破壞和環境污染事件，除氣候變化因素為，還源于與其主體功能嚴重不符的長時間人為開發活動[22]。符合其功能定位的溫室氣體控制目標可以提供新的控制手段。

4 討論和初步建議

通過“自下而上”的主體功能類型分析，本研究對各省區的綜合主體功能定位進行了分析;結合其他指標，對這些省區進行了聚類分析，重新定位了各省在全國溫室氣體控制目標分解中的梯隊歸屬。發現有相當一部分省區在生態保護和/或糧食安全方面具有重大意義，并不適于高強度開發，溫室氣體排放量應該盡早達到平臺期，甚至盡早達峰，例如西部省區;而有些省區依然有較為寬裕的工業化發展空間，節能降碳的目標責任應相對靈活一些，例如河北、山東、山西等省。這一發現與我們慣有的基于傳統東中西部發展階段的國家目標分解方法不盡相同。基于以上研究發現，我們提出以下幾點建議。

（1）“十四五”以及2030年排放達峰的全國低碳發展目標分解方案中，應將不同地區的國土空間開發格局納入考慮范圍，不僅優化開發區要盡早達峰，重點生態功能區也要盡早達峰。

（2）重新思考現有的四大板塊區域政策。由于西部大多數省區的綜合主體功能都是“生態屏障”區，建議淡化“西部大開發”的口號和政策，代之以“西部保護和發展”，在保護中求發展。

（3）在低碳發展中重點生態功能區還擔負提供碳匯的任務，全國碳市場建設應充分發揮其在生態建設、修復和保重的補償作用，為重點生態功能區提供新的發展機遇。對于尚具有相當發展空間但由于區位特殊而必須承擔嚴格溫室氣體控制目標的省區，應有相應的額外支持政策。

（4）打破行政區劃的限制，嘗試制定基于國土空間開發格局的跨行政單元、相對靈活、目標導向比較具體的空間規劃，包括跨省級行政區、省內跨地市、地市內跨市縣域的區域低碳規劃。

此外，考慮到本研究所提出思路的理論性和實驗性較強，課題組將在較小范圍內（例如特定省域范圍內）嘗試對整體低碳目標進行考慮國土空間開發格局的分解示范，這將是下一步研究計劃。

（編輯：王愛萍）

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The study on region clustering regarding lowcarbon development

corresponding to spatial landuse pattern

ZHU Songli1 LIU Jia2 GAO Xiang1 JIANG Kejun1 YUAN Wen3 ZHOU Xiang4

（1.Energy Research Institute， National Development and Reform Commission， Beijing 100038， China;

2.Renm Consulting， Beijing 100038， China; 3.Institute of Geographic Sciences and Resource Research，

Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101， China; 4.Shenzhen Longgang Land Planning Research

Center， Shenzhen Guangdong 518116， China）

Abstract The traditional provincial authority has been taken as the boundary of regional lowcarbon development for a long time， causing the problems of clear distinction on East， Middle and West regions in China. In particular， the provincial disaggregation of national lowcarbon target purely based on the factors of development stage and resource endowment principle does not help the transition of development pathway. The spatial landuse pattern， based on the Major Functionoriented Zone （MFZ） Planning， provides a new tool to reconsider the regional lowcarbon development， and particularly， on reclustering of provinces. However， the quantity or quality of existing studies are not satisfactory largely because of lack of data. Using the countylevel MFZ database established by the research team to generate the quantitative information by ‘bottomup approach， and integrating the social and economic development indicators， the comprehensive majorfunctioning of 29 provinces whose data is available is identified. In general， these provinces are classified into 9 categories， i.e. Optimized Development Type （OPT）， Strategic Development Type 1 （SDT1）， Strategic Development Type 2 （SDT2）， Ecological Barrier Type （EBT）， Food Security Type （FST）， Agriculture to Industrialization type （AIT）， and mixed types among two of above types （3 mixed types in total）. Different type should has different development content and focus. Together with the indicators showing industrialized stage and carbon emission intensity， Kmeans clustering analysis method is used to group the provinces that should have differentiated mitigation target when considering their major functions. The results shows the carbon peak should be observed first in OPT and part of SDT regions， and then the EBT regions should be assigned relatively strict mitigation target as well. Meanwhile， the targets for FST and AIT regions might be spectrumdistributed， as the mixed FST/EBT should bear strict targets， FST/SDT and FST/AIT may have moderate targets， and the pure AIT should be allocated more emission space. In the end， this study proposes that when disaggregating mitigation target of 14th Five Year Plan and 2030 peaking target， spatial landuse pattern should be integrated in seriously as one of indicators， and the ‘Go West Programme should take ‘West Protection as the priority. To some extent， the western provinces should bear more strict carbon limits， but not the existing moderate targets. Meanwhile， part of EBT provinces should assign the requirement of carbon sink promotion.

Key words spatial landuse pattern; lowcarbon development; major function; region clustering