哈長城市群土地利用碳排放的時空演化及脫鉤分析

王怡欣 崔佳

(哈爾濱師范大學管理學院，黑龍江 哈爾濱 150025)

近年來，氣候變暖以及極端氣候的頻繁出現使碳減排成為歷屆氣候變化大會的核心議題[1]。碳排放已成為引起社會、經濟、生態問題的重要因素[2]，如何減少和有效控制二氧化碳排放已經成為世界各國制定環境政策問題的重要導向。根據《中國氣候變化藍皮書》對中國過去70a碳排放的統計分析發現,雖然中國的碳排放遠低于世界組織的規劃，但也有逐年增加的趨勢[3]。土地利用變化已成為僅次于化石能源燃燒的第2大溫室氣體排放源[4]。作為人類生產生活的重要載體，土地利用方式的變化總是與社會經濟的發展息息相關。目前國內外對于土地利用碳排放的研究主要從土地利用碳排放的效應分析[5-9]、影響因素分解[10-13]、時空特征[14-18]、與經濟發展的關系[18-20]等方面探討，研究模式較為單一。其中，彭文甫等[21]采用直接碳排放系數法及修改后的碳排放計算模型，對四川省1996—2006年土地利用變化的碳排放效應進行估算并對其空間格局進行分析；Yang等[22]將氣候變化和社會經濟發展納入城市化進程，設計了6種未來城市化情景，提出了一個集成系統動力學、土地利用模擬和碳儲量評估模型的層次框架，用于預測6種氣候和社會經濟條件下湖北省的土地利用變化，并檢驗其對碳儲量的協同效應；周嘉等[23]對中國30個省級行政區2003—2016年土地利用碳源/匯進行計算，探究中國省域土地利用碳排放和碳吸收時空演變。綜合來看，現有研究主要以國家[24]、省市級[25]和特殊區域[26]3個維度為主，對于城市群的研究較少且多集中于沿海地區、中部核心區域及華北地區。

哈長城市群是經國務院批復同意建設的我國9大區域性城市群之首，是以黑龍江省會城市哈爾濱和吉林省會城市長春為核心，包括大慶市、齊齊哈爾市、綏化市、牡丹江市、吉林市、四平市、遼源市、松原市和延邊朝鮮族自治州等11個城市(自治州)的經濟合作區域，擁有豐富的煤炭、礦業、林業、石油天然氣等自然資源及長白山、黑土地和松花江等生態資源[27]。本文以哈長城市群為研究對象，在傳統土地利用碳排放分析基礎上，將基尼系數與碳排放特征相結合，引入兩項指標來衡量經濟與生態容量對碳排放的公平性，通過Tapio脫鉤模型分析土地集約利用與碳排放的動態關系，以期從低碳視角為該地區后續調整土地利用結構和綠色可持續發展提供建議。

1 研究方法與數據來源

1.1 土地利用集約度測算

根據科學性、系統性原則，結合哈長地區實際情況，從土地投入、利用和產出強度3個層面選取出7個指標對土地集約利用程度進行表征，見表1。由于所選各指標含義和單位各不相同，故先對原始數據進行極差標準化，為避免人為因素影響，采用熵權法逐個城市計算各指標的權重Wj。哈長城市群內部各城市的土地利用集約度為Vi，設有m個指標類，n個指標項，則：

表1 土地利用集約度評價指標

(1)

本文所涉及的社會經濟發展數據、能源數據來源于《中國城市統計年鑒》、《黑龍江統計年鑒》、《吉林統計年鑒》、各市統計年鑒、IPCC報告及《中國能源統計年鑒》等，土地利用數據來源于自然資源部土地調查成果共享應用服務平臺。由于延邊朝鮮族自治州統計數據缺失，暫不納入研究范圍。

1.2 碳排放測算

本文探討以耕地、園地和建設用地為碳源和以林地、草地、水域及水利設施用地和其它土地為碳匯的土地利用方式所產生的碳排放[33-35]。碳源地類碳排放系數為正，碳匯地類碳排放系數為負。其中，耕地、園地、林地、草地、水域及水利設施用地、其它土地采用直接計算的方法得出碳排放量，各地類對應的碳排放系數分別為0.422t·hm-2、0.210t·hm-2、-0.644t·hm-2、-0.021t·hm-2、-0.218t·hm-2、-0.005t·hm-2。建設用地承擔著人類生產生活各方面因素引起的碳排放，是主要的碳源，其中能源消耗是最主要的碳排放來源，故建設用地的碳排放可以通過研究區內煤、石油、天然氣的消耗所引起的碳排放量進行間接估算。由于統計年鑒中僅公布了全省的能源消費總量，故各市的能源消費量數據按該市人口占全省總人口比重進行估算：根據兩省的能源消費總量(噸標準煤)和人口數量計算該省人均能耗系量(噸標準煤/人)，后依據各市人口數量間接測算各市的能源消費量。研究區碳凈排放量E=Ei+Ec。

Ei=∑Ai×δiEc=∑Mj×δj

(2)

式中，Ei為除耕地外各地類碳排放量；Ec為耕地碳排放量；Ai為除耕地外各地類面積；δi為各地類碳排放系數；Mj為各能源消耗量；δj為各能源的碳排放系數。

1.3 碳排放公平性評價模型

將基尼系數與碳排放特征相結合，引入反映區域碳排放生產率的指標經濟貢獻系數(ECC)和反映區域碳匯容量的指標生態承載力系數(ESC)，分別衡量經濟與生態容量對碳排放的公平性。假設區域內部發展絕對公平模式下，從經濟學角度來看，地區碳排放增長率應與GDP增長率保持均衡，若某一地區的碳排放增長率大于GDP貢獻率，則認為該地區經濟效率較低，侵犯了區域內其它地區的利益，導致內部發展不公平；反之則對其它地區有所貢獻，促進公平發展。即ECC>1，碳排放的經濟效率較高；ECC<1，城市碳排放的經濟效率相對較低。從生態學角度來看，若某一區域的碳源地類碳排放增長率大于碳匯地類對碳吸收的貢獻率，表明該地區生態承載力較差，侵犯了區域內其它地區的利益，反之對提高區域環境質量具有重要貢獻。即ESC>1，地區生態承載率較高，且對區域內其它地區有所貢獻；反之則侵犯其它地區利益，不公平現象情況發生。

(3)

式中，Gi、G分別表示各城市和整個地區的GDP；CAi、cai分別表示總碳吸收量和各城市碳吸收量；e、E分別表示各城市碳排放量與總碳排放量。

1.4 Tapio脫鉤分析

經濟發展初期，經濟的增長總是伴隨著資源的快速消耗，當經濟發展到某個特定時期時，經濟增長的速度開始大于資源能耗及環境污染的速度，之后完全擺脫發展初期正相關的關系，經濟良性發展，實現經濟發展與資源能耗脫鉤。根據土地集約利用與土地利用碳排放的相互關系，構建出土地利用集約度與碳排放強度的脫鉤模型，劃分出8種脫鉤類型,DI為脫鉤指數；LC為碳排放強度，LC=E/S；IU為土地集約利用強度。

(4)

2 結果與分析

2.1 土地集約利用度分析

2009—2016年哈長城市群土地集約利用度在時間范圍內整體呈上升趨勢，在空間范圍內存在一定差異，城市群內部發展不均衡。在研究起始年份，各城市土地集約利用度均較低，到研究期末，土地集約利用度最高的城市是吉林市，最低的是大慶市，兩城市集約利用水平差異較大。這主要是因為城市定位不同，大慶作為我國重要的原油、石化基地，在資源開發過程中沒有加強對土地的集約利用；吉林所處的長吉圖經濟區是我國重要的汽車、石化、生物醫藥、光電、農產品加工基地，吉林市近年來以生物醫藥為依托，不斷提高自身發展實力，土地集約利用水平也不斷提高。其中，哈爾濱市是哈長城市群經濟社會發展水平最高的城市，土地集約利用水平較低主要是因為不合理的開發利用造成。

2.2 土地利用碳排放分析

2.2.1 碳排放量測算

2009—2016年哈長城市群總碳排放量，見圖1，由8762.71×104t增至9222.99×104t。總體來看，城市化和工業化不斷加速過程中煤、石油和天然氣的大量消耗，導致林地與草地面積的碳吸收量遠不及由于建設用地擴張所帶來的碳排放量。在空間尺度上，城市群內部各市碳排放水平存在一定的差異。以2012年為例，碳排放強度最大為哈爾濱市，最小為遼源市，相差1933.1×104t。除此之外，各市的碳排放強度增長率也存在著一定程度的差異，其中,平均年增長率最大的是大慶市，最小的是長春市。大慶市地處哈大齊工業走廊，是我國重要的原油、生化基地，在資源開發過程中勢必會伴隨能源消耗所帶來的碳排放。長春市與哈爾濱市相同，在經濟總量、科教文衛、人口數量等方面具有明顯的比較優勢，相比于哈長地區其它城市來說，對資源的吸納能力具有絕對的優勢，也正是因為這一特殊性，長春市碳排放量相對穩定。

2.2.2 碳排放公平性評價

將各城市的ECC值劃分為5個等級：0～0.5，極低；0.5～1，低；1～1.5，中等；1.5～2，高；>2，極高。研究期內，ECC分布大體呈北低南高態勢。其中，齊齊哈爾市、綏化市、四平市的ECC值始終<1經濟發展的貢獻率小于土地利用碳排放的貢獻率，碳排放的經濟效率相對較低，城市未實現環境保護與經濟發展相互平衡；松原市、遼源市由低水平向中等水平轉化；大慶市2009年達到極高等級，但在2016降為高水平；2009年的中等水平城市中，長春市的ECC值在研究期末升至高水平，而同樣作為省會城市的哈爾濱市雖仍保持中等水平，但實際數值卻由1.16降為1.12。

將ESC值分為5個等級：0～1，非常低；1～1.5，低；1.5～2，中等；2～3，高；>3，非常高。2009—2016年期間，齊齊哈爾市、綏化市、大慶市、松原市、四平市、遼源市、長春市的ESC值均未超過1，碳吸收的貢獻率低于碳排放的貢獻率，沒有有效地促進區域環境保護工作。最高的ESC值出現在牡丹江市，在2009年和2016年分別為7.21、6.73。吉林市實現了由中等水平向高水平的轉變。哈爾濱市在2009年和2016年的ESC均為中等，作為省會及哈長城市群內部較為重要的城市，研究期內建設用地碳排放量持續增加，生態承載力系數下降。

2.3 脫鉤分析

以2009—2016年數據為基礎，運用Tapio模型得出哈長城市群土地利用集約度與碳排放強度之間的脫鉤狀態。2009—2016年間，哈長城市群內部各城市土地利用集約度與碳排放強度關系主要呈現出弱脫鉤、強脫鉤2種。研究區10個城市的土地集約利用度與碳排放強度脫鉤關系在2010年除牡丹江外均為弱脫鉤狀態，截至2016年，大多城市為強脫鉤。說明當前哈長城市群各城市土地集約利用與碳排放基本實現脫鉤，但仍有一些城市未脫鉤，今后還需更多行之有效的政策與經濟手段提高土地集約利用度，控制碳排放強度的增加。哈長城市群整體脫鉤狀態為弱脫鉤-強脫鉤-弱負脫鉤-強脫鉤，表明研究期內整個研究區土地集約利用與碳排放的關系得到了逐年的改善，土地集約利用水平的提高已不再成為碳排放增加的驅動力。

從市域層面分析，2010年哈長城市群共有9個市(哈爾濱、大慶市、齊齊哈爾市、綏化市、長春、吉林市、四平市、遼源市、松原市)處于弱脫鉤狀態，占樣本數的90%，1個市(牡丹江市)落在強負脫鉤區域。松原市的脫鉤程度最高，主要是因為松原市是吉林省重要的畜牧生產加工基地、綠色農業城市、生態宜居城市，政府在促進經濟增長的同時不斷在生態建設方面加大投入；碳排放與土地集約利用脫鉤程度最低的為齊齊哈爾市，齊齊哈爾市工業向重型化方向逐漸調整，逐步打造重型裝備制造基地，這在很大程度上促進了碳排放量的上升。2016年，除哈爾濱市、大慶市仍處于弱脫鉤以外，其余各市實現強脫鉤。未實現強脫鉤的城市中，哈爾濱市作為全國重要的裝備制造業基地、東北亞地區重要的商貿中心，在大力發展第二產業的過程中以犧牲環境為代價；同樣作為裝備制造基地的大慶市，也是我國重要的石油化工生產基地、新材料生產基地，工業及高耗能項目的發展必然帶來嚴重的碳排放。

3 結論與建議

研究期內哈長城市群雖整體土地集約利用水平逐年上升，但內部各城市發展不均衡，集約利用度最高的是吉林市，最低的是大慶市。哈長城市群碳排放量由8762.71×104t增至9222.99×104t，各市的碳排放強度增長率存在著一定程度的差異，其中,平均年增長率最大的是大慶市，最小的是長春市。哈長城市群各城市的經濟貢獻系數北低南高，生態承載力系數東南高西北低。哈長城市群11個城市的土地集約利用度與碳排放強度脫鉤關系在2010年除牡丹江外均為弱脫鉤狀態，截至2016年，大多城市實現脫鉤。

根據本文研究結果分析，結合哈長城市群當前政治經濟發展現狀、資源條件與戰略定位，提出以下提高土地利用效率，減少碳排放的建議。明確哈長城市群各個城市功能分工，強化區域內部土地利用的協調性，在耕地保有量不變的前提下優化土地利用數量、結構，科學布局“三生”空間，提高土地利用集約度。目前哈長城市群大多城市憑借資源、區位優勢大力發展以重工業的第二產業，為保證綠色可持續發展，哈長城市群在今后優化產業結構，從源頭上控制高污染高耗能產業的用地審批，實現土地集約利用與碳排放的強效脫鉤。哈長城市群在今后的發展中可以盤活已有建設用地，積極推動廢舊建設用地二次開發利用，杜絕土地荒置現象。建設用地上所產生的能源消耗是碳排放的主要來源，因此應優化區域能源利用結構，提高能源利用效率，提高創新能力，大力發展綠色能源。