西寧市城市建設用地擴張與碳排放關系探究

摘要：利用西寧市2006—2019年城市建設用地數據和天然氣總量、液化石油氣供氣總量、全社會用電量、城市供熱總量等數據折算的碳排放量建立VAR模型，分析西寧市建設用地擴張與碳排放之間的關系。結果表明：西寧市建設用地在14年間呈擴張趨勢，以2011年為節點，2011年以前增長緩慢，之后則呈現快速增長態勢，年平均增長率為4.07%；西寧市碳排放總體呈“凹”字形增長，在多個年段出現一定幅度地降低；西寧市建設用地擴張和碳排放間僅存在單項因果關系，即城市建設用地的擴張致使碳排放量增長；西寧城市建設用地擴張對碳排放的初期影響較大，但隨著經濟的發展、技術水平的進步，碳排放量逐漸減少并趨于穩定；城市建設用地擴張對碳排放的貢獻率逐漸升高并超過碳排放對自身的貢獻率，貢獻率穩定在54%以上。

關鍵詞：建設用地擴張；碳排放；VAR模型；西寧市

中圖分類號：F299.23;X321文獻標識碼：A文章編號：2095-6916（2023）07-0005-05

由于中國特色社會主義具有的強大生機活力，改革開放以來，我國經歷了全球規模最大、速度最快的城鎮化過程［1］。截至2021年年末，我國城鎮化率已達64.72%［2］。伴隨著城市化、工業化進程的推進，環境污染、交通擁堵、人口擁擠、耕地被侵蝕等問題越來越突出［3］，其中所產生的生態環境問題尤其引人關注。孫慧宗等［4］在研究中發現，城市化和碳排放之間表現為長期穩定的均衡關系，而城市作為人類活動、經濟發展的密集區，成為碳排放的主要來源［5］。雖然全球城市建設用地面積僅占陸地總面積的2.4%，但卻承載了全球80%的碳排放量［6］。且隨著城市建設用地的迅速擴張，農用地加速轉化為非農用地，致使園地、草地、林地、水域等具有較強碳匯能力的土地轉化為碳源類的建設用地，使得這一比例持續增長。

世界氣象組織2021年的報告顯示，2020年以前，全球正在經歷著有史以來最為炎熱的六年［7］；照此情形下去，如若不采取任何節能減排措施，全球氣溫在未來的百年間將持續走高［8］。國際能源署（International Energy Agency，IEA）發布的相關數據表明，中國在二十一世紀初期成為全球第一大碳排放國［9］。《中國溫室氣體公報》資料顯示，2019年我國年均二氧化碳濃度為411.4±0.2ppm，且其中約70%的碳排放來源于城市［10］。習近平主席在第75屆聯合國大會一般性辯論會上正式提出，中國將在2030年前實現碳達峰，并力爭在2060年實現碳中和［11］。青海省對國家生態安全、民族永續發展負有重大責任，青海最大的價值在生態，最大的責任在生態，最大的潛力也在生態。所以，從城市化與碳排放的視角出發探究青海省會城市西寧建設用地擴張與碳排放之間的耦合關系，以期可以為西寧市建設可持續發展的“低碳城市”和實現“新型城鎮化”發展提供參考。

國內外有關城市碳排放的研究主要集中于探討碳排放與城市規劃、城市規模、城市形狀、城市交通、土地利用方式等之間的關系［12-15］，也運用生命周期法、CEG（Computable General Equilibrium，CGE）模型、庫茲涅茨曲線、灰色關聯度和LMDI（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI）分解法等不同的方法對兩者之間的關系展開研究［16-19］。雖然有關城市化和碳排放的研究較為廣泛，但城市化發展對于碳排放是負相關效應還是正相關效應，學界還沒有達成共識，而且對于我國西部地區城市化和碳排放之間的研究較少。所以，本文借助建設用地表征建設用地擴張量與碳排放量兩個變量，探究西寧市建設用地擴張與碳排放之間的關系，并提供實證檢驗。

一、研究方法和數據來源

（一）研究概況

作為青海省省會城市，西寧是我國西北地區重要的中心城市，是青藏高原上的東方古城，還是國務院《蘭州—西寧城市群發展規劃》蘭西城市群具有發展潛力的亮點城市。西寧地理位置處于青海省東部，東西向呈條帶狀走向，地勢西南高、東北低。截至2021年，全市下轄5個區、2個縣，總面積7660平方千米，常住人口為246.7965萬人，地區生產總值1548.8億元。截至2019年，西寧市建設用地總面積為94.57平方千米，折算的碳排放量為4009.707萬噸。

（二）數據來源

研究西寧市碳排放的統計數據（人工煤氣和天然氣供氣量，全年用電總量，液化石油氣、蒸汽供熱量，熱水供熱量）和相應碳排放因子數據主要來自文獻、2007—2020年的《青海省統計年鑒》《中國能源統計年鑒》《中國城市統計年鑒》及《2006年國家溫室氣體排放清單指南》；城市建設用地數據、GDP（Gross Domestic Product，GDP）數據來自2007—2020年《中國城市統計年鑒》《西寧統計年鑒》。

（三）研究方法

1.碳排放量測算

城市碳排放的測算，即能源消耗的碳排放根據IPCC（CIntergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）溫室氣體排放清單指南中的碳排放系數進行測算。也可以通過測算電能和熱能消耗得出碳排放量，其中包括液化石油氣、天然氣、電力消費等。因數據收集的限制，借鑒吳建新等［20］和任曉松等［21］對碳排放量的測算，本文采用供氣總量（人工煤氣、天然氣）、液化石油氣供氣總量、全社會用電量、城市供熱總量來折算西寧市2006—2019年碳排放總量，其中城市供熱主要包含熱電廠和鍋爐房兩種供熱方式，且多以原煤為主要原料，本文根據原煤量折算熱能，碳排放量計算公式如下：

CO2=C1+C2+C3+C4+αE1+βE2+γnE3+εE4（1）

式中C1、C2、C3、C4分別表示供氣量、液化石油氣、全社會用電量、城市供熱量所產生的二氧化碳排放量，α、β、γn、ε分別表示天然氣、液化石油氣、電能消耗、原煤的CO2折算系數如表1所示。E1、E2、E3、E4分別表示天然氣消耗量、液化石油氣消耗量、電能消耗量、原煤的消耗量。其中電能消耗的CO2折算系數，因由我國地理位置、社會經濟等要素劃分的6大區域均有不同的排放因子，所以根據研究年份和研究區域不同，CO2折算系數會有不同。西寧市按照區域劃分屬于西北地區，其研究年份內的系數值如表2所示。另外對于原煤的碳排放量測算，參考吳建新等［20］研究中的供熱量、平均低位發熱量20908 J/kg，以及70%的熱效率值來計算的原煤數量并折算為供熱消耗的能源數量，再根據原煤碳排放系數得出供熱量產生的碳排放。

2.向量自回歸模型

為探究西寧市建設用地擴張與碳排放水平之間的關系，建立城市建設用地擴張和碳排放水平之間的向量自回歸模型（Vector autoregression，VAR）。該模型在二十世紀八十年代由西姆斯（Sims）引入，它是一種常用的非結構化的多方程計量經濟模型，其基本原理是在研究變量平穩和模型穩定的前提下，對所有內生變量的若干滯后變量進行回歸，分析相關聯的時間序列及隨機擾動項對各個變量的動態影響［22］。VAR（p）模型數學表達公式如下：

Yt=α1yt-1+α2yt-2+…+αpyt-p+βxt+εt；t=1，2，...，T（2）

式中Yt是指內生變量列向量，本文則為建設用地面積和碳排放水平兩組列向量；α1、α2、…、αp、β是指待估計的系數矩陣；P表示內生變量滯后階數；εt為隨機擾動向量；t指樣本個數。另外構建VAR模型時最重要的確定最佳滯后階數（P），本文采用信息準則對模型進行檢驗并確認。

二、西寧市城市建設用地擴張和碳排放分析

（一）西寧市城市建設用地擴張分析

對2006—2019年西寧市城市建設用地數據進行分析（見圖1）。西寧市城市建設用地從2006年的63.94平方千米增長到2019年的94.57平方千米，擴張量達30.63平方千米，擴張率達47.90%。這14年間建設用地總體呈現穩步增長的擴張態勢，除2008年、2012年較上一年度無增長，2019較上一年出現少量縮減。以2011年和2018年為節點，在2006—2010年間，西寧市城市建設用地增長緩慢，平均增長率為1.09%。2011年增長率達研究年份最值，為12.33%，這主要是因為《中共中央國務院關于深入實施西部大開發戰略的若干意見》和《國務院關于支持青海等省藏區經濟社會發展的若干意見》等文件出臺，以及對西部大開發和西部城市發展的重視，海湖新區等建設項目落實落地，西寧市城市建設用地面積迅速增長。2013—2018年西寧市城市建設用地呈快速增長，平均增長率達4.07%。

（二）西寧市碳排放分析

根據前文中各統計量折算得出的西寧市碳排放總量，得到如圖2柱狀圖所示的2006—2019年西寧市碳排放量。可以發現，在研究期內，西寧市碳排放量總體呈“凹”字形增長，主要體現在研究前期三年即2006、2007、2008，以及研究后期三年2017、2018、2019較其他居于中間的8年有更多的碳排放量，且后三年的碳排放量要遠高于前三年的碳排放量，平均高出2001.182萬噸，并在2019年達到研究期內的峰值，碳排放總值達到4009.707萬噸。2009—2016年呈現小幅增長和小幅縮減趨勢，平均碳排放量保持在745.163萬噸。西寧市碳排放量雖在多個年段出現一定幅度的減少，但總體呈波動增長，這與西寧市的發展息息相關，也與青海省節能減排、保護生態的政策是相一致的。

圖2折線圖是西寧市2006—2019年的碳排放強度，碳排放強度是指單位GDP的二氧化碳排放量，一般而言，該指標會隨著技術進步和經濟增長而趨于下降。西寧市近14年的碳排放強度波動與碳排放波動相似，但2017、2018、2019這三年的碳排放強度遠低于2006、2007、2008三年的碳排放強度，這也說明隨著西寧經濟的發展、技術的進步、節能減排力度的加大，碳排放強度有所降低。

三、模型結果分析

（一）平穩性檢驗

對于VAR模型而言，為避免在建模過程中由時間序列數據非平穩出現偽回歸現象，需要對研究中用到的時間序列數據進行平穩性檢驗，確定單階整數，本文采用ADF（Augmented Dickey-Fuller Tested，ADF）單位根檢驗法進行檢驗。

對西寧市城市建設用地擴張和碳排放兩個研究變量進行對數處理，分別記為ΔLNL和ΔLNC。根據表3顯示，水平情況下，p值分別為0.1449和0.2178，ADF統計量值對于任意臨界值均小于其絕對值，即不能拒絕原假設并存在單位根，時間序列數據為非平穩。隨后，對水平情況下的時間序列數據分別進行一階差分，其P值分別為0.0109和0.0010，ΔLNL的ADF統計量絕對值大于5%臨界值的絕對值，ΔLNC的ADF統計量絕對值大于任意臨界值的絕對值，即拒絕原假設并通過了平穩性檢驗。所以一階差分后的序列不存在單位根，時間序列數據為平穩，得出研究變量為一階單整序列。

（二）構建VAR模型

在平穩性檢驗的基礎上，進行模型滯后階數的確定。根據表4中LR、FPE、AIC、SC和HQ標準準則中的集中選擇，確定本研究的最優滯后階數為1，即最終需要建立VAR（1）模型。

為保證后續的建模和分析過程具有實際意義，還需要對VAR模型進行穩定性檢驗，主要通過觀察其特征根是否均小于1或是否均落在單位圓內進行判別。研究發現其特征根均落在單位圓內，即單位根都小于1，表明該模型通過穩定性檢驗。綜上，可以進行模型構建。

1.Granger因果關系檢驗。需要通過Granger因果檢驗來確定研究變量之間的因果關系，如表5所示，對于LNL不是LNC的Granger原因的原假設下，P值為0.0422，即拒絕原假設，說明城市建設用地擴張是碳排放的Granger原因，即城市建設用地對碳排放有預測能力，可以解釋為城市建設用地的擴張在一定程度上導致了碳排放的增加。相應地，碳排放不是城市建設用地擴張的Granger原因，碳排放對城市建設用地擴張沒有預測能力，碳排放的增長不能成為建設用地無序擴張的理由。所以，探究的兩個變量之間僅存在單項因果關系。

2.脈沖分析。為探究內生變量短期沖擊對其他內生變量的沖擊程度、沖擊大小以及其他沖擊特征，即對一個變量進行干擾，觀察該變量是如何影響其他變量以及變量本身。本研究在基于城市建設用地擴張是碳排放的Granger原因下，繼續對變量進行脈沖響應分析。得到（圖3所示）相應變量的脈沖響應函數，其中滯后階數最大為20，實線代表脈沖響應函數曲線，虛線代表雙側正負2倍標準差下的置信區域。

圖3（a）可以看出，在對城市建設用地進行一個正沖擊后，碳排放量呈現快速上升的增長態勢，并且在第6期達到最高值0.158468后開始緩慢下降，影響周期比較長。這表明西寧市在經濟發展水平較低、技術手段薄弱時期碳排放隨著城市建設用地擴張而升高，在經濟發展水平較高、技術水平增長時期碳排放隨著城市建設用地的擴張而減小。所以在城市化快速發展進程中，如何控制城市建設用地擴張成為一個重要的問題。由于其造成碳排放的不穩定變化，且影響周期比較長，說明西寧市城市建設用地的控制發揮明顯效果需要較長時間。圖3（b）中碳排放對自身的反應比較敏感，在對碳排放進行一個正沖擊后，碳排放量開始緩慢下降，并在第6期以后保持低位的負效應，總體而言影響周期較短。

3.方差分解分析。方差分解主要是在脈沖分析的基礎上來探討城市建設用地擴張該變量的結構沖擊對碳排放以及碳排放自身沖擊對本身變化的貢獻率，即在總貢獻中變量沖擊所占比例大小。從圖4可以看出，初期階段，對西寧市碳排放的貢獻率主要來源于其自身，并且隨著期數的增加呈現大幅下落。但另一方面隨著期數的增加，城市建設用地擴張對碳排放的貢獻率逐步上升。兩曲線在11期處交匯并趨于平緩，交匯后城市建設用地的擴張量對碳排放的貢獻率高于其自身，貢獻率穩定在54%以上。該結果也進一步驗證了前期的研究，說明西寧市城市建設用地的擴張很大程度上影響著碳排放的產生，所以從城市化角度出發，控制西寧市城市建設用地向內填型方向擴張，避免外延型、飛地型的擴張方式，有利于碳減排事業的發展。

四、結論

通過建立西寧市2006—2019年城市建設用地擴張和碳排放兩變量的VAR模型，分析西寧市碳排放和城市建設用地的因果關系及相互影響，得出如下結論：（1）西寧市城市建設用地在14年間呈現增長趨勢，2011年以前增長緩慢，2011年后則呈現快速增長態勢，平均增長率為4.07%。（2）西寧市碳排放總體呈“凹”字形增長，并在多個年份有一定程度的減少，2019年達到研究期內的峰值，碳排放總值達到4009.707萬噸。（3）兩個變量之間僅存在單項因果關系，說明西寧市城市建設用地的無序擴張在一定程度上導致了碳排放量的升高。（4）在初期階段，西寧市城市建設用地的擴張對碳排放的影響較大且迅速，但在后期階段影響趨于平穩，但總的影響周期比較長。（5）城市建設用地擴張對碳排放的貢獻率逐漸升高并超過碳排放對自身的貢獻率，貢獻率穩定在54%以上。

研究結果表明，西寧市城市建設用地擴張會促使碳排放量呈現上升趨勢。西寧市在承擔青海省作為國家重要的生態安全屏障中起著舉足輕重的作用，應在碳減排方面做出重要貢獻，因此根據本文研究結論提出如下建議：（1）控制城市建設用地無序擴張。應當堅持走低碳城市化道路，嚴格控制城鎮開發邊界，控制邊緣型和飛地型土地擴張方式，加大內填型城市擴張模式，實現城市土地集約利用。（2）優化產業結構和布局。以綠色GDP為發展目標，大力推推動產業升級轉型，推進技術發展，扶持電力、煤炭、石油、天然氣等重點領域利用可再生能源，從源頭降低碳排放量。

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作者簡介：才仁卓瑪（1996—），女，藏族，青海海晏人，青海民族大學經濟與管理學院助教，研究方向為城市化與碳排放。

（責任編輯：王寶林）