土地利用對碳排放影響的作用機制和傳導路徑分析
——基于結構方程模型的實證檢驗

張 苗，吳 萌

（1.山東農業大學經濟管理學院，山東 泰安 271018；2.湖北經濟學院會計學院，湖北 武漢 430205）

1 引言

氣候變化是人類面臨的最嚴峻挑戰之一。工業革命以來，人類活動燃燒化石能源、工業過程以及農林和土地利用變化排放的大量CO2滯留在大氣中，是造成氣候變化的主要原因[1]。從1750年至2011年，因化石燃料燃燒和水泥生產釋放到大氣中的CO2排放量為375 GtC，因毀林和其他土地利用變化估計已釋放了180 GtC[2]，若要實現《巴黎協定》1.5℃的全球控溫目標，需要在2050年左右達到碳中和[1]。不論是減少排放源還是增加吸收匯，土地資源都扮演著重要角色[3]，土地調控碳減排是在基礎層面推動碳中和目標實現的重要手段。以控制非能源活動溫室氣體排放和增加碳匯以減緩氣候變化為出發點，構建土地利用對碳排放影響的理論框架，準確表達土地利用對碳排放影響的作用機制和傳導路徑，能夠充分發揮土地科學在中國經濟低碳轉型和生態文明建設中的作用，為建立土地調控碳減排政策體系提供理論依據，助力“雙碳”和控溫目標的實現。

已有研究對土地利用和碳排放之間的關系進行了大量探討，主要包括兩大方向：一是自然生態系統層面探討土地利用對植被碳儲量和土壤碳儲量的影響[2-7]；二是經濟社會系統層面探討土地利用對廣義碳排放的影響[8-9]。事實上，經濟社會系統下的土地利用碳排放過程和機制遠比自然生態系統下的復雜，表現在土地利用對碳排放的影響往往通過其他因素傳達，而碳排放的影響因素較多且互相之間產生聯系。學者們嘗試從城市用地擴張[10-12]、城市空間用地布局[13]、土地集約利用[14]、土地利用結構變化[15]、土地利用強度差異[16]、土地城鎮化和土地財政[17]等視角對土地利用和碳排放的因果關系進行了廣泛探討；也有學者基于系統動力學視角模擬了不同政策方案下土地利用對碳排放的影響[3,18]，以及基于空間視角探討了土地利用與碳排放的時空耦合關系[19]。但存在如下不足：一是未能區分自然生態系統和社會經濟系統兩個層面土地利用對碳排放影響的不同作用機制；二是基于某項土地利用活動與碳排放的直接關系視角，采用一般處理因果關系的模型未將土地利用通過其他因素間接影響碳排放的中間機制考慮在內，影響了研究結論的精確性和信服力。基于此，本文的邊際貢獻主要在于：借助結構方程模型識別不同系統層面土地利用對碳排放影響的作用機制，刻畫土地利用對碳排放影響的中間機制，有效區分土地利用對碳排放影響的直接效應和間接效應，細化社會經濟系統下的土地利用碳排放效應研究。

2 理論框架構建

土地利用與土地覆蓋變化（Land Use and Land-Cover Change, LUCC），是構建人類活動和環境變化之間的中心環節，是人地關系的集中體現。基于土地利用/土地覆被變化碳排放機理[2]，結合國內外學者研究[6,8]，可將與土地利用相關的碳排放分為三類：一是自然狀態下植被和土壤的碳循環，假設不存在人類活動的干預，整個自然生態系統可以維持碳循環平衡；二是人類的土地管理經營活動導致第一種碳排放的加快或減慢，如森林采伐，植樹造林，水土保持等，定義為土地利用直接碳排放效應；三是人類在土地載體上生產和生活而導致的碳排放，是土地所承載的其他因素碳排放，定義為土地利用間接碳排放效應。其中，土地利用對碳排放的直接效應對應于土地利用變化對土壤碳儲量和植被碳儲量的影響，屬于自然生態系統層面，社會經濟系統層面的土地利用間接碳排放效應復雜且呈現多樣化，主要原因歸結為土地利用與社會政治經濟因素密切相關[8-9]，具體分析如下。

一國的人均碳排放水平主要受到經濟發展階段、能源資源稟賦、技術因素以及消費模式等社會經濟驅動因子的影響，其中經濟發展階段主要體現在城市化水平、產業結構和人均收入上[1]。土地利用方式、規模、結構和強度與城市化、產業結構和人均收入密切相關，因此，土地利用對碳排放的間接影響主要表現在通過影響經濟發展階段的構成因子來影響碳排放，具體表現如下。一是，加快城市化進程影響碳排放。與城市化相伴隨的一個重要土地利用現象是農地非農化，即農用地轉為非農用地，農地非農化不僅會造成因土地利用類型轉變而減少碳匯形成土地利用直接碳排放效應[20]，也會導致農村大量的勞動力剩余，使得越來越多的農民離鄉背井涌入各個城市打工，大大加快我國的城市化進程，城市化過程中大量的人口聚集和產業發展在一定程度上促進了碳排放。二是，引導產業結構升級影響碳排放。在現有的碳排放影響因素的研究中，幾乎國內外所有學者都將產業結構納入碳排放影響因素的考慮之中，并認為產業結構升級是減少碳排放的有效措施之一[21]。土地出讓政策作為政府宏觀調控的一種重要手段，對產業結構的影響在宏觀上表現為調節二三產業用地比例，適度降低第二產業用地比例和增加第三產業用地比例，進而調整二三產業結構，促進產業結構升級[22]；微觀上對一些處于低級產業鏈上具有較低利潤率且碳排放較高的企業形成門檻效應，同時，客觀上會使地價升高，倒逼一部分企業進行技術轉型和產業升級，向低能耗、低排放的經濟發展方式轉變，難以轉型的企業則選擇遷出本地區，形成擠出效應，最終促進地區的產業結構升級，進而影響碳排放。三是，促進經濟增長影響碳排放。在經濟增長過程中，土地不僅僅簡單作為經濟活動的載體，更是直接和間接作為驅動地方經濟增長的工具[23]。根據土地報酬遞增遞減規律，在達到報酬最高點之前，單位面積土地上投入的資本和勞動力越多，獲得經濟產出越高，也即土地利用開發強度越大，對經濟增長貢獻越高。我國還處于經濟發展的存量積累階段，經濟增長對碳排放的影響主要體現在生產投資和基礎設施投入帶動的資本存量累積的碳排放[1]。在我國當前發展階段，高經濟增長伴隨著高碳排放[24]。

綜上分析，本文認為土地利用對碳排放的影響分為直接效應和間接效應,直接效應為土地利用變化在自然生態系統中引起的土壤和植被碳儲量的增減，實際表現為碳匯用地的減少，促進了土地利用直接碳排放；間接效應為土地利用在社會經濟系統中通過影響城市化、產業結構和經濟增長等碳排放的影響因素而對碳排放發生作用，實際表現為碳源用地的增加，促進了土地利用間接碳排放。土地利用對碳排放影響的理論框架圖見圖1。

圖1 土地利用對碳排放影響的理論框架分析圖Fig.1 The theoretical framework of land use impact on carbon emissions

3 實證分析

3.1 研究方法與變量選取

結構方程模型是基于傳統分析技術來處理多因素因果關系的一種定量研究方法，其中的因子分析引入了潛變量的思想，路徑分析則實現了在模型中可同時引入多個因變量，能夠解決在經濟、管理等研究中傳統的方法不能很好解決多個原因、多個結果的關系或不可直接觀測的潛變量等問題[7]，故本文采用結構方程模型分析土地利用碳排放效應的傳導機制。

土地利用是一個不可直接觀測到的復雜的“潛變量”，根據前文理論分析和土地利用/土地覆被變化碳排放機理，對于土地利用的觀測變量，選擇“農地非農化” “土地出讓市場化” “土地開發強度”三個量化指標，遵循土地利用類型轉變—非農用地進入市場—如何進行開發利用的層層遞進邏輯，包含土地利用覆被變化的直接碳排放效應和土地管理方式改變的間接碳排放效應，保證構建土地利用碳排放效應傳導機制結構方程模型的全面性和科學性。劃撥和出讓是建設用地供應的主要方式，劃撥更多的體現土地的社會效應，對碳排放造成的影響本文歸為農轉非過程中土地利用對碳排放的直接影響，土地出讓具有政府干預和市場機制調節的雙重性，可以主觀性的平衡調節土地利用的經濟效應、社會效應和環境效應，對碳排放的影響本文歸為非農用地進入市場對碳排放造成的影響。農地非農化采用農用地轉用面積量化，土地出讓市場化借鑒姜旭等[22]的做法，采用國有建設用地招拍掛出讓面積與總出讓面積的比值，土地開發強度采用單位建成區面積固定資產投資額。

對于碳排放，觀測變量選取碳排放強度。其中，碳排放采用城市溫室氣體核算工具進行核算（工具核算方法詳見：https://ghgprotocol.org/calculation-tools.），核算范圍包括城市中的能源活動、工業生產過程、農業活動、土地利用變化和林業，以及廢棄物處理所引起的溫室氣體排放，總排量為凈排放量，是一個省份碳源和碳匯的加總。

對于碳排放影響因素，借鑒ALLER等[25]綜合的近期大量關于CO2排放決定因素文獻的研究結果，選擇經濟增長、城市化、產業結構、能源強度、技術進步和人口規模等作為本文碳排放的影響因素。理由如下：其中，經濟增長、城市化和產業結構對碳排放的影響在理論框架構建中已經敘述，不再重復；較高的能源強度意味著較低的能源利用效率，對碳排放產生促增作用；科技是第一生產力，技術進步能夠有效帶動節能減排技術的提高達到減少碳排放的效果；人類活動是導致氣候變暖的最根本原因，更多的人口意味著更多的碳排放。上述所有指標含義見表1。

表1 變量說明與指標描述性統計分析Tab.1 Variable description and descriptive statistical analysis of indicators

3.2 數據來源與指標描述性統計分析

基于數據的可得性和口徑一致性，本文采用數據序列為2004—2018年共計15年的我國30個省級行政區（省、直轄市、自治區）的面板數據作為研究樣本，其中西藏、香港、澳門和臺灣因能源平衡表缺失導致碳排放數據無法測算，故剔除。數據來源主要包括《中國統計年鑒》（2005—2019年）、《中國能源統計年鑒》（2005—2019年）、《中國國土資源統計年鑒》（2005—2018年，2020年）、《中國城市統計年鑒》（2005—2019年）、《中國城市建設統計年鑒》（2006—2018年）等。個別指標存在少數年份數據缺失，采用移動平均法補齊缺失值。以貨幣計量的變量均以1995年價格指數為基期，消除價格影響。上述各變量描述性統計值見表1。

3.3 模型調試與設計

依據理論所建的模型并不一定是正確的，因此需要對設定的模型進行調試，運用AMOS 21.0軟件，采用極大似然估計的方法，對構建的結構方程模型進行調試和估計。在模型調試過程中，遵循“增減”兩個原則：“增”，增加各變量之間的相關關系來提高模型的擬合度，選擇的原則是MI值比較大的路徑，如果增加路徑卡方值出現明顯降低和各擬合指數出現明顯上升，表明修正有意義[7]；“減”，結合經濟現實刪除路徑系數不顯著的變量，如果存在多個系數不顯著的情況，則先刪除最不顯著的路徑并繼續進行回歸。變量之間相互影響是既存的學術事實，按照單向影響建立的理論模型在實際運行中并未報錯，且模型優化建議沒有雙箭頭提示，因此變量之間按照單向影響處理。同時，考慮到變量方差之間存在的合理共變關系，增列e1與e4、e1與e7、e1與e9、e2與e7、e3與e4、e3與e6、e3與e7、e3與e9、e5與e8共計9組共變關系，有效降低模型的卡方值，且不違背理論假設。得到結構方程模型圖如圖2所示，其中箭頭代表影響方向（未列出變量方差之間的共變關系），結構方程評價指標如表2所示。

圖2 土地利用對碳排放影響的作用機制和傳導路徑的結構方程模型圖Fig.2 Structural equation model of the mechanism and transmission path of land use impact on carbon emissions

表2 結構方程評價指標值Tab.2 Evaluation index value of structural equation

由表2結構方程評價指標值可知，不論是絕對擬合度還是增值擬合度的統計值都在標準值合理范圍之內。同時模型估計結果的漸進殘差均方和平方根（RMSEA）為0.033，小于標準值0.05，模型規準適配指數（NFI）為0.991、比較適配指數（CFI）為0.995，均大于標準值0.9，表明模型的適配度較好。綜上，認為本文建立的結構方程模型估計結果較好。

3.4 模型結果分析

在確定最終的路徑模型后，計算路徑系數并分解土地利用對碳排放作用的直接效應和間接效應。表3為結構方程模型傳導路徑系數結果，據此測算出土地利用對碳排放影響的直接效應、間接效應和總效應，如表4所示。

表3 結構方程模型路徑系數估計結果Tab.3 Coefficient estimation results of the structural equation model path

表4 土地利用對碳排放影響的傳導路徑和影響效果分解Tab.4 The transmission path and decomposition of land use impact on carbon emissions

從土地利用的觀測變量標準化系數顯著性來看，農地非農化、土地開發強度和土地出讓市場化都是土地利用對碳排放產生影響的有效方式；從標準化系數大小來看，土地開發強度和土地出讓市場化相較于農地非農化具有更強的土地利用碳排放效應。從碳排放影響因素的標準化系數顯著性來看，城市化、經濟增長、人口規模和能源強度等對碳排放均具有顯著的促進作用，而產業結構和技術進步對碳排放具有顯著的抑制作用，除經濟增長在5%水平上顯著外，其他因素均在1%水平上顯著，意味著經濟的高速增長、城市化進程的加快、較高的能源強度以及不斷增長的人口等都會帶來更多的碳排放，而產業結構優化調整和技術進步則會起到減少和抑制碳排放的效果，與前文理論分析和已有研究結論相一致[25]。

從直接效應來看，土地利用對碳排放直接效應標準化系數為0.029，在10%水平上通過檢驗，表明土地利用水平提升1個標準單位，將直接促進碳排放增加0.029個標準單位。

從間接效應來看，路徑一：土地利用通過城市化間接作用于碳排放，促進碳排放的間接效應為0.173標準單位。包括土地利用→城市化→碳排放（效應值：0.049）和土地利用→城市化→其他因素→碳排放（效應值：0.124）兩種路徑，其中其他因素包括產業結構、經濟增長、人口規模、技術進步、能源強度等。路徑二：土地利用通過產業結構間接作用于碳排放，抑制碳排放的間接效應為0.101標準單位。包括土地利用→產業結構→碳排放（效應值：-0.040）和土地利用→產業結構→其他因素→碳排放（效應值：-0.061）兩種路徑，其中其他因素包括經濟增長、技術進步、能源強度等。路徑三：土地利用通過經濟增長間接作用于碳排放，促進碳排放的間接效應為0.058標準單位。包括土地利用→經濟增長→碳排放（效應值：0.018）和土地利用→經濟增長→其他因素→碳排放（效應值：0.040）兩種路徑，其中其他因素包括技術進步、能源強度等。從整體上來看，土地利用對碳排放總的間接效應為0.130個標準單位，表現為促進作用。從三條路徑分開來看：（1）從作用方向上，土地利用通過城市化、經濟增長對碳排放的間接效應表現為促進作用，通過產業結構對碳排放的間接效應則表現為抑制作用；（2）從作用大小上，土地利用通過城市化對碳排放影響作用最大，經濟增長最小；（3）每條路徑都包括土地利用通過城市化、產業結構和經濟增長直接影響碳排放和通過城市化、產業結構和經濟增長再到其他碳排放影響因素間接影響碳排放兩條主要傳導路徑，且后者的影響效應明顯大于前者，一方面證實了本文選取的碳排放影響因素的準確性和穩健性，另一方面說明土地利用能夠影響碳排放主要借助于城市化、經濟增長、產業結構、能源強度、技術進步和人口規模等因素對碳排放具有顯著作用以及他們之間的相互影響關系。

總體來看，一是土地利用的直接碳排放效應和間接碳排放效應均表現為正向作用，總效應為兩者之和，量化為土地利用水平提升1個單位，將促進碳排放0.159個標準單位；二是土地利用間接碳排放效應是直接碳排放效應4.5倍效果，意味著土地利用對碳排放的影響更多的表現為間接效應。

4 結論與啟示

準確解讀土地利用對碳排放影響的作用機制和傳導路徑，有助于為土地調控碳減排方案制定提供科學依據。本文采用2004—2018年共計15年30個省（自治區、直轄市）的面板數據，遵循“土地利用類型轉變—非農用地進入市場—如何進行開發利用”層層遞進的邏輯，選取農地非農化、土地出讓市場化、土地開發強度作為土地利用的觀測變量，將土地利用、碳排放影響因素和碳排放置于結構方程模型中，刻畫土地利用對碳排放影響的作用機制和傳導路徑，并有效區分土地利用對碳排放的直接影響和間接影響，得出研究結論如下。

（1）農地非農化、土地出讓市場化和土地開發強度是作為土地利用對碳排放影響的有效觀測變量，土地利用對碳排放影響的總效應表現為正向促進作用，量化為土地利用水平提升1個單位，將促進碳排放增加0.159個標準單位。

（2）土地利用對碳排放的直接效應為0.029個標準單位，間接效應為0.130個標準單位，土地利用間接碳排放效應是直接碳排放效應的4.5倍效果，表明土地利用對碳排放的影響更多的表現為間接效應。

（3）土地利用通過城市化、產業結構和經濟增長三條路徑對碳排放產生間接影響，其中，通過城市化和經濟增長對碳排放表現為間接促進效應，影響大小分別為0.173和0.058個標準單位，通過產業結構對碳排放表現為間接抑制效應，影響大小為0.101個標準單位。

上述研究結論有效厘清了土地利用對碳排放影響的作用機制和傳導路徑，比較了土地利用對碳排放影響的直接效應和間接效應大小，為政府決策者提供了通過土地調控來促進碳減排的政策啟示，具體如下。

首先，從促增碳排放層面，土地利用對碳排放影響的總效應表現為促進作用，因此，減少土地利用對碳排放的促進作用為政策發力點。在減少土地利用直接促增碳排放效應上，可采取通過國土空間優化增加生態系統碳匯能力、加快推進生態保護紅線劃定和自然保護地整合優化等工作減少土地利用對土壤和植被碳儲量的影響；在減少土地利用間接促增碳排放效應上，采取用地準入、土地規劃、供地計劃、土地稅收等調控手段，對土地利用方式、規模、強度、結構進行調控，以此減少農地非農化和土地開發強度通過城市化和經濟增長兩大因素對碳排放的間接影響。

其次，從抑制碳排放層面，土地利用對碳排放的影響更多的表現為間接效應，而土地利用引導產業結構調整對碳排放表現為抑制效應，且土地出讓市場化是土地利用觀測變量中作用效果最大的指標，因此，提高土地出讓市場化程度，引導產業結構調整，推動產業結構升級，將有效服務于土地要素市場化改革和雙碳目標，帶來土地利用的正向連鎖反應。

最后，土地調控碳減排是在基礎層面推動碳中和目標實現的自然資源管理有效應對策略，而碳中和是一項系統的工程，只有市場經濟措施（碳稅、碳交易）、能源結構調整和產業結構升級以及技術層面（碳捕獲與碳封存技術，CCS）等手段多管齊下，才能實現控制全球氣候變化的人類命運共同體大計。