廣西地區土地利用與碳排放關聯研究

曹丹娜，楊小雄，黎虹鑫，唐令東

(南寧師范大學 自然資源與測繪學院，廣西 南寧 530001)

1 引言

關于2035年實現碳達峰，2060年實現碳中和的目標和戰略，已經成為近些年相關學者們的主要研究領域和方向。近些年相關學者們的主要研究方向和領域。相關研究主要分為以下幾個方面：①對達到碳中和目標的對策建議[1，2]。目前國內學者對于研究如何達到碳中和目標已較為成熟，例如學者劉侃通過對近2年的能源消耗分析，提出達到碳中和目標的主要方法是重視能源消費，提高能源創新技術的研發與應用[3]。②經濟、環境等領域以碳中和目標為背景來進行研究也層出不窮[4，5]，例如學者戴曉虎等是在碳中和背景下研究污泥處理的方法與資源化發展方向[6]。這些成果對于碳中和的某一方面都進行了較深入的研究，有著很強的借鑒意義。但是大多數研究都是著眼于其他領域實現碳中和目標的改進，對于土地利用碳排放的研究卻較少，難以從土地方面加大減排力度，為土地管理獻計獻策[7]。

基于此，本文以廣西為研究對象，從土地利用視角出發，通過構建灰色關聯度模型對碳排放量和不同土地利用類型進行分析，找出對廣西土地碳排放影響較大的用地類型，以此幫助土地管理部門有效指導土地利用碳減排工作，有針對性地改善用地結構，促進城市的綠色低碳發展。

2 研究方法

本文采用的研究方法主要為灰色關聯度模型，此方法是指通過觀察各曲線之間的接近程度來說明各序列之間的關聯程度大小，若2條曲線的變化趨勢大體相同，則說明2個序列之間的相關性較強[8]。具體步驟如下:

(1)確定分析序列。

為了確定一個因變量因素和多個自變量因素，設因變量數據構成參考序列，各自變量數據則構成比較序列。

(2)求灰色關聯系數ξ(Xi)。

關聯程度實質上是曲線之間幾何形狀的差別程度。關聯系數公式ξ(Xi)中，ρ為分辨系數，ρ>0，通常取0.5，Δ(min)代表為兩級最小差，Δ(max)代表為兩級最大差，Δxi(k)為各比較數列與參考數列的絕對差值。公式如下。

(1)

(3)求關聯度Rxi。

由于關聯系數是比較數列與參考數列在各個時刻的關聯程度值，因此會產生多個數值。為了利于整體性比較，所以求其平均值。關聯度公式如下：

(2)

3 研究區概況及數據來源

3.1 研究區概況

廣西壯族自治區，簡稱桂，是中國南方沿海地區，陸地面積23.76萬km2，占全國土地總面積的2.5%。

境內大多為喀斯特地貌，集中連片分布于桂西南、桂西北、桂中和桂東北，約占土地總面積的37.8%[9]。在城鎮化高速發展的背景下，人口不斷集中，碳排放量不斷上升，生態環境不斷惡化，在全國實現碳中和的目標下，這就促使廣西提高對生態環境的保護，加大減碳排放力度。

3.2 數據來源

本文依據科學客觀性和數據可獲得性選取2009～2019年為研究區間，所選取的數據來源于《廣西統計年鑒》《廣西壯族自治區國民經濟和社會發展統計公報》《中國經濟社會發展統計數據庫》，其中碳排放系數采用IPCC《國家溫室氣體排放清單指南》(2006)公布的系數[10]。

4 碳排放量計算

4.1 土地利用碳排放量測算

由于耕地、林地、園地、草地和水域可以直接進行碳排放量計算，本文故采用直接碳排放量測算方法[11]，計算方式如下：

(3)

式(3)中，Ei表示第i種土地利用碳排放總量(t)，n代表耕地、林地、園地、草地和水域的土地利用類型數，i代表第i類土地利用類型，Ai表示第i種土地利用類型的面積大小(hm2),fi則表示不同土地利用類型所對應的碳排放系數(t/hm2)，參考以往相關的研究可知，可取直接碳排放系數如表1(其中“+”代表碳排放，“-”代表碳吸收)。

表1 各類土地利用類型的碳排放系數

4.2 能源消耗碳排放量測算

由于建設用地會排放出大量的二氧化碳，故將建設用地看作碳源來計算碳排放量。從廣西的實際能源消耗情況來看，本文將焦炭、煤炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然氣和電力9種能源消耗用來代替建設用地碳排放量，在計算過程中將各能源消耗折算成標準煤量[11]。計算公式如下：

Eb=∑nβi×Ci×?i

(4)

式(4)中，Eb表示建設用地的碳排放量(t)，n代表能源類型數，i代表第i種能源類型，βi表示第i種能源消耗量(t)，Ci表示第i種標準煤折算系數(t標準煤)，?i則表示第i種能源的碳排放系數，其中碳排放系數來源于IPCC《國家溫室氣體排放清單指南》(2006)，標準煤折算系數來源于《中國能源統計年鑒》。不同能源的碳排放系數和標準煤折算系數如表2所示。

表2 不同能源的碳排放系數和標準煤折算系數

4.3 總碳排放量測算

本文選取廣西2009～2019年不同土地利用類型的面積來進行碳排放量的測算，得出以表3。

表3 2009～2019年廣西不同土地利用類型碳排放動態變化

5 廣西土地利用與碳排放量的關系

5.1 土地利用變化分析

本文選取廣西2009～2019年不同土地利用類型的面積變化形成表4。由表4可知，建設用地的面積逐年增加，從2009年的110.29萬hm2增長到2019年的129.38萬hm2，總共增長了10.09萬hm2，這主要是由于近些年廣西不斷出臺政策推進城鎮化發展，大量的農用地轉為了建設用地。而耕地和林地的數量在逐年減少，分別減少了5.52萬hm2和5.77萬hm2，主要原因一方面是城市的不斷發展，另一方面是人類的亂砍亂伐和不合理利用[12]。此外，園地、草地和水域也出現了較小幅度的減少，其中，園地減少了2.65萬hm2，草地減少了1.6萬hm2，水域減少了0.59萬hm2。

表4 2009～2019年廣西不同土地利用類型的面積變化 hm2

5.2 土地利用變化與碳排放指標的關聯度分析

隨著經濟不斷的發展，越來越多的工業成為了主要產業，這就導致了大量生產資料和能源的消耗，增加了碳排放量。除此之外，人口增長也是增加碳排放量的另一主要原因，因為人口一旦增加，越來越多的耕地就會轉為建設用地，人們在土地上的活動也會越來越多，碳排放量也會增加。由上述分析可知，單位GDP碳排放強度和人均碳排放強度都可以作為體現區域碳排放問題的指標，因此本文將單位GDP碳排放強度和人均碳排放強度作為參考序列，將耕地、建設用地、林地、園地、草地、水域這6個用地類型作為比較序列，采取灰色關聯度模型來找出影響廣西碳排放的主要土地利用類型[13]。

計算單位GDP碳排放強度的公式為：

(6)

式(6)中：GCa是指廣西第a年的單位GDP碳排放強度(t/人)，Ca是指廣西第a年的土地利用凈碳排放量(t)，Ga是指廣西第a年的國內市場總值(億元)。2009～2019年廣西國內生產總值變化如表5。

計算人均碳排放強度的公式為：

(7)

式(7)中，PCa是指廣西第a年的人均土地利用碳排放強度(t/人)，Ca是指廣西第a年的土地利用凈碳排放量(t)，Pa是指廣西第a年的年末常住人口(萬人)。2009～2019年廣西常住人口變化見表6。

表6 2009～2019年廣西常住人口變化 萬人

廣西2009～2019年的單位GDP碳排放強度和人均碳排放強度由計算可得表7，為了盡量避免因為指標之間的數量級不同而產生的誤差，將其和土地利用數據經過無量綱化處理[14]。

表7 廣西2009～2019年的單位GDP碳排放強度和人均碳排放強度

5.2.1 單位GDP碳排放強度與土地利用變化關聯度分析

單位GDP碳排放強度大小表示某一地區的單位GDP的二氧化碳排放量的多少，既可以反映一個地區的碳排放量，又可以反映一個地區的能源消耗。針對耕地、建設用地、園地、林地、草地,水域的6個評價項，以及2009～2019年的11項數據進行灰色關聯度分析，同時以單位GDP碳排放強度作為“參考值”。從廣西2009～2019年單位GDP碳排放強度與土地利用變化關聯度結果可知(表8)：園地的綜合評價最高(關聯度為：0.669)，建設用地的綜合評價最低(關聯度為：0.585)。

表8 廣西2009～2019年單位GDP碳排放強度與土地利用變化關聯度結果

5.2.2 人均碳排放強度與土地利用變化關聯度分析

人均碳排放強度是指平均每個人排放的二氧化碳的多少。若該地區人均碳排放強度越大，則說明該地區的能源利用率上升。針對耕地、建設用地、園地、林地、草地、水域的6個評價項，以及2009～2019年的11項數據進行灰色關聯度分析，同時以人均碳排放強度作為“參考值”。從廣西2009～2019年人均碳排放強度與土地利用變化關聯度結果(表9)可知：建設用地的綜合評價最高(關聯度為：0.935)，園地的綜合評價最低(關聯度為：0.702)。

表9 廣西2009～2019年人均碳排放強度與土地利用變化關聯度結果

6 結果分析

由表9單位GDP碳排放強度與土地利用變化關聯度排序可知園地(0.669)和草地(0.668)與單位GDP碳排放強度的關聯度最高，屬于相關性高一類；耕地(0.666)屬于相關性較高；水域(0.664)和林地(0.662)的相關性屬于一般；建設用地(0.585)，這類用地的關聯度是唯一一類關聯度低于0.66的，屬于相關性差一類。因此，園地與草地和單位GDP碳排放強度的關聯性最大，園地屬于農用地這一大類，該用地與單位GDP碳排放強度的相關性高就意味著農用地與其相關性高，表明在園地的生產活動產生的碳排放或碳吸收更加影響著單位GDP碳排放強度。而草地屬于未利用地，其用地與單位GDP碳排放強度的相關性高就意味著未利用地與其相關性高，表明在草地上的生產活動產生的碳排放或碳吸收影響著單位GDP碳排放強度[15]。

由上文人均碳排放強度與土地利用變化關聯度排序可以看出建設用地(0.935)與人均碳排放強度的關聯度最高，關聯度大于0.9，屬于相關性很高；其次是林地(0.709)的關聯度高；耕地(0.707)、水域(0.707)和草地(0.705)的相關性較高；園地(0.702)的相關性較差。從人均碳排放強度與土地利用變化的關聯度可知，與人均碳排放強度關聯度最高的是建設用地，因為主要排放二氧化碳的是建設用地，在建設用地上有著大量的人在生產生活，人們在生產生活的過程中會消耗較多的能源，排放大量的二氧化碳，所以這類用地與人均碳排放強度的相關性高[16]。

從表5和表6中可以明顯看出2009～2019年廣西土地利用變化與人均碳排放強度、單位GDP碳排放強度的灰色關聯度數值都處于較高水平，這表明它們之間具有強烈的相關性，因此廣西可以通過合理配置土地利用結構來減少碳排放，盡量避免因土地資源配置不合理造成更多能源消耗，爭取早日達到碳中和目標。