廣西地區(qū)土地利用與碳排放關(guān)聯(lián)研究

曹丹娜，楊小雄，黎虹鑫，唐令東

(南寧師范大學(xué) 自然資源與測繪學(xué)院，廣西 南寧 530001)

1 引言

關(guān)于2035年實現(xiàn)碳達峰，2060年實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)和戰(zhàn)略，已經(jīng)成為近些年相關(guān)學(xué)者們的主要研究領(lǐng)域和方向。近些年相關(guān)學(xué)者們的主要研究方向和領(lǐng)域。相關(guān)研究主要分為以下幾個方面：①對達到碳中和目標(biāo)的對策建議[1，2]。目前國內(nèi)學(xué)者對于研究如何達到碳中和目標(biāo)已較為成熟，例如學(xué)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(biāo)的主要方法是重視能源消費，提高能源創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用[3]。②經(jīng)濟、環(huán)境等領(lǐng)域以碳中和目標(biāo)為背景來進行研究也層出不窮[4，5]，例如學(xué)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(fā)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(shù)研究都是著眼于其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和目標(biāo)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(fā)，通過構(gòu)建灰色關(guān)聯(lián)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(dǎo)土地利用碳減排工作，有針對性地改善用地結(jié)構(gòu)，促進城市的綠色低碳發(fā)展。

2 研究方法

本文采用的研究方法主要為灰色關(guān)聯(lián)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(guān)聯(lián)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(guān)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(shè)因變量數(shù)據(jù)構(gòu)成參考序列，各自變量數(shù)據(jù)則構(gòu)成比較序列。

(2)求灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ(Xi)。

關(guān)聯(lián)程度實質(zhì)上是曲線之間幾何形狀的差別程度。關(guān)聯(lián)系數(shù)公式ξ(Xi)中，ρ為分辨系數(shù)，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(shù)列與參考數(shù)列的絕對差值。公式如下。

(1)

(3)求關(guān)聯(lián)度Rxi。

由于關(guān)聯(lián)系數(shù)是比較數(shù)列與參考數(shù)列在各個時刻的關(guān)聯(lián)程度值，因此會產(chǎn)生多個數(shù)值。為了利于整體性比較，所以求其平均值。關(guān)聯(lián)度公式如下：

(2)

3 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

3.1 研究區(qū)概況

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

境內(nèi)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(zhèn)化高速發(fā)展的背景下，人口不斷集中，碳排放量不斷上升，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，在全國實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)下，這就促使廣西提高對生態(tài)環(huán)境的保護，加大減碳排放力度。

3.2 數(shù)據(jù)來源

本文依據(jù)科學(xué)客觀性和數(shù)據(jù)可獲得性選取2009～2019年為研究區(qū)間，所選取的數(shù)據(jù)來源于《廣西統(tǒng)計年鑒》《廣西壯族自治區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》《中國經(jīng)濟社會發(fā)展統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫》，其中碳排放系數(shù)采用IPCC《國家溫室氣體排放清單指南》(2006)公布的系數(shù)[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(shù)，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(yīng)的碳排放系數(shù)(t/hm2)，參考以往相關(guān)的研究可知，可取直接碳排放系數(shù)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(shù)

4.2 能源消耗碳排放量測算

由于建設(shè)用地會排放出大量的二氧化碳，故將建設(shè)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(shè)用地碳排放量，在計算過程中將各能源消耗折算成標(biāo)準(zhǔn)煤量[11]。計算公式如下：

Eb=∑nβi×Ci×?i

(4)

式(4)中，Eb表示建設(shè)用地的碳排放量(t)，n代表能源類型數(shù)，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(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)(t標(biāo)準(zhǔn)煤)，?i則表示第i種能源的碳排放系數(shù)，其中碳排放系數(shù)來源于IPCC《國家溫室氣體排放清單指南》(2006)，標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)來源于《中國能源統(tǒng)計年鑒》。不同能源的碳排放系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)如表2所示。

表2 不同能源的碳排放系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)

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(tài)變化

5 廣西土地利用與碳排放量的關(guān)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(shè)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(zhèn)化發(fā)展，大量的農(nóng)用地轉(zhuǎn)為了建設(shè)用地。而耕地和林地的數(shù)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(fā)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(xiàn)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(biāo)的關(guān)聯(lián)度分析

隨著經(jīng)濟不斷的發(fā)展，越來越多的工業(yè)成為了主要產(chǎn)業(yè)，這就導(dǎo)致了大量生產(chǎn)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(zhuǎn)為建設(shè)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(xiàn)區(qū)域碳排放問題的指標(biāo)，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(shè)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(guān)聯(lián)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(nèi)市場總值(億元)。2009～2019年廣西國內(nèi)生產(chǎn)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(biāo)之間的數(shù)量級不同而產(chǎn)生的誤差，將其和土地利用數(shù)據(jù)經(jīng)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(guān)聯(lián)度分析

單位GDP碳排放強度大小表示某一地區(qū)的單位GDP的二氧化碳排放量的多少，既可以反映一個地區(qū)的碳排放量，又可以反映一個地區(qū)的能源消耗。針對耕地、建設(shè)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(shù)據(jù)進行灰色關(guān)聯(lián)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(guān)聯(lián)度結(jié)果可知(表8)：園地的綜合評價最高(關(guān)聯(lián)度為：0.669)，建設(shè)用地的綜合評價最低(關(guān)聯(lián)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(guān)聯(lián)度結(jié)果

5.2.2 人均碳排放強度與土地利用變化關(guān)聯(lián)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(qū)人均碳排放強度越大，則說明該地區(qū)的能源利用率上升。針對耕地、建設(shè)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(shù)據(jù)進行灰色關(guān)聯(lián)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(guān)聯(lián)度結(jié)果(表9)可知：建設(shè)用地的綜合評價最高(關(guān)聯(lián)度為：0.935)，園地的綜合評價最低(關(guān)聯(lián)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(guān)聯(lián)度結(jié)果

6 結(jié)果分析

由表9單位GDP碳排放強度與土地利用變化關(guān)聯(lián)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(guān)聯(lián)度最高，屬于相關(guān)性高一類；耕地(0.666)屬于相關(guān)性較高；水域(0.664)和林地(0.662)的相關(guān)性屬于一般；建設(shè)用地(0.585)，這類用地的關(guān)聯(lián)度是唯一一類關(guān)聯(lián)度低于0.66的，屬于相關(guān)性差一類。因此，園地與草地和單位GDP碳排放強度的關(guān)聯(lián)性最大，園地屬于農(nóng)用地這一大類，該用地與單位GDP碳排放強度的相關(guān)性高就意味著農(nóng)用地與其相關(guān)性高，表明在園地的生產(chǎn)活動產(chǎn)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(guān)性高就意味著未利用地與其相關(guān)性高，表明在草地上的生產(chǎn)活動產(chǎn)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(guān)聯(lián)度排序可以看出建設(shè)用地(0.935)與人均碳排放強度的關(guān)聯(lián)度最高，關(guān)聯(lián)度大于0.9，屬于相關(guān)性很高；其次是林地(0.709)的關(guān)聯(lián)度高；耕地(0.707)、水域(0.707)和草地(0.705)的相關(guān)性較高；園地(0.702)的相關(guān)性較差。從人均碳排放強度與土地利用變化的關(guān)聯(lián)度可知，與人均碳排放強度關(guān)聯(lián)度最高的是建設(shè)用地，因為主要排放二氧化碳的是建設(shè)用地，在建設(shè)用地上有著大量的人在生產(chǎn)生活，人們在生產(chǎn)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(guān)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(guān)聯(lián)度數(shù)值都處于較高水平，這表明它們之間具有強烈的相關(guān)性，因此廣西可以通過合理配置土地利用結(jié)構(gòu)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(biāo)。