主體功能區視角下碳排放核算及時空演變分析
--以黑龍江省為例

楊 萍，趙光影，王 輝，鄭秋宇

（哈爾濱師范大學地理科學學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

引言

自20世紀90年代以來，全球氣候變化日益受到國際社會的廣泛關注，已有報告和研究表明[1]，化石燃料使用產生的二氧化碳排放是氣候變暖的主要原因。改革開放后，我國經濟迅速增長，對于環境和區域發展不協調問題，我國針對各個省份分別制定了主體功能區規劃。黑龍江省的國土空間規劃包括國家重點開發區、農產品主產區、重點生態功能區和省級重點開發區。

國內外學者對不同尺度的碳排放情況均進行了相關研究。省級尺度，王瑛等利用能源消費量和能源碳排放系數[2]，對省級碳排放的時空演變及影響因素進行分析。市級尺度，賴碧海等[3]核算了江西省市級碳匯量和碳源量，據此分析各市的碳盈余虧損情況。縣級尺度分為兩種，一種是以傳統的行政區劃為縣域單元，陳剛剛等[4]以蘭西市城市群的縣域單元為研究對象，另一種是以主體功能區為縣域單元，夏四友等[5]利用夜間燈光數據，分別對京津冀城市群碳排放量的時空分異特征進行分析。

前人的研究多以行政區劃為研究對象，主體功能區作為國土空間開發、規劃單元，不同主體功能區所發揮的功能有所不同。同時，能源碳排放量存在顯著差異，本文借鑒譚顯春等[6]的核算方法，估算主體功能區視角下黑龍江省縣域尺度能源碳排放量，對其縣域尺度的時空演變特征進行分析。以此來表征近些年來黑龍江省縣域尺度碳減排取得的成效，同時期望可以為黑龍江省主體功能區視角下縣域尺度碳減排政策的制定提供基礎數據和理論參考。

1 研究區、研究方法和數據來源

1.1 研究區概況

黑龍江省位于我國東北部，北部和東部隔黑龍江和烏蘇里江與俄羅斯相望，西部和南部與內蒙古自治區和吉林省毗鄰，是全國最北、最東和緯度最高的省份。面積遼闊，人口流失比較嚴重，全省區域總面積47.3萬平方千米（含大興安嶺地區加格達奇區和松嶺區），全省常住人口總量為3 170.9萬人（2020年）。本文利用《黑龍江省主體功能區規劃》中的行政分區，將黑龍江省分為80個縣域單元，其中國家重點開發區5個、省級重點開發區6個、國家限制開發區（農產品主產區）32個、國家限制開發區（重點生態功能區）37個，見圖1。

圖1 黑龍江省主體功能區分布圖

1.2 數據來源

本文以《黑龍江省主體功能區規劃》中行政區劃分的80個縣級單元或市轄區為研究對象，所需的省級分行業分能源消費量數據來源于《中國能源統計年鑒》（2011-2021年），各縣區地區生產總值、常住人口數、地級市地區生產總值、市單位GDP能耗來源于《黑龍江省統計年鑒》（2011-2021年）和2011-2021年黑龍江省13個地級市的統計年鑒。省域和縣域數據存在差異，本文以縣域數據加和為準來計算省域數據。Liu等測出了與《中國能源統計年鑒》中的26種能源類型相對應的能源凈熱值和能源低位熱值含碳量，為滿足對能源全類型的估算，本文采用Liu等研究的實際測算值[7-8]。

1.3 研究方法

1.3.1 碳排放量核算

借鑒Wu[9]等碳排放的估算方法，主體功能區碳排放量核算采用IPCC參考方法，其公式如下：

EC是指化石燃料消耗產生二氧化碳排放量（單位：萬噸），ADi是指化石燃料消耗量（單位：PJ/104t，PJ/108m3），NCVi是指能源凈熱值（單位：tC/TJ），O是指氧化效率，為碳與二氧化碳轉化比例。

具體計算過程：利用IPCC參考方法核算出4個部門能源消耗產生的碳排放量，能源碳排放量與省級三產產值和人口數的比值得到省級碳強度，與13個地級市的市級三產產值和人口數相乘得出市級理論碳排放量，市GDP、市單位GDP能耗和加權排放因子相乘得實際市碳排放量，市級碳排放強度為實際碳排放量比上理論碳排放量乘省級碳強度，縣級碳排放量則為市級碳排放強度與縣級三產產值和人口數相乘后加和。

1.3.2 基尼系數和冷熱點分析

基尼系數可以衡量不同縣域單元之間碳排放量的區域差異程度，具體計算公式如下：

式中Xi、Xj分別為i、j地區碳排放量，n為縣域單元數，n=80，X為80個縣域單元碳排放量的均值，基尼系數的取值范圍在[0，1]，值越大則表示區域差異程度越大。

2 結果與分析

2.1 縣域碳排放時空演變特征

為方便討論2010-2020年黑龍江縣域尺度能源碳排放量時間和空間的演變特征，選取2010、2012、2014、2016、2018、2020年擬合好的縣域碳排放數據，采用ArcGIS自然段點法分為五個等級：<80萬噸、80～200萬噸、200～300萬噸、300～500萬噸、>500萬噸，分別為低值區、中低值區、中值區、中高值區、高值區。黑龍江省能源碳排放量整體呈下降趨勢，從2010年的10 871.29萬噸下降到2020年的7 862.04萬噸，見圖2。

圖2 2010-2020年縣域尺度能源碳排放量分布圖

11年間熱點區分布呈現收縮變化，直至2020年有8個熱點區，包括大慶市轄區、肇東縣、蘭西縣、雙城區、哈爾濱市轄區、巴彥縣、五常市和尚志市，其中熱點區和次熱點區集中分布在黑龍江省西南地區，該地區是承載著黑龍江省產業集聚、經濟增長和人口吸納的重任，集中分布有重點開發區域和農產品主產區。冷點區縣域單元數量不斷擴張，大部分由次冷點轉化為冷點區、冷點區多分布于大、小興安嶺地區，冷點區分布位置多數為重點生態功能區，見圖3。

圖3 2010-2020年縣域尺度能源碳排放量冷熱點分區圖

2.2 主體功能區碳排放特征

黑龍江省2010-2020年縣域單元能源碳排放量基尼系數在0.612-0.695，始終處于高度不均狀態，各類型功能區11年間基尼系數均值表現為：國家重點開發區（0.51）>國家限制開發區（重點生態功能區）（0.46）>國家限制開發區（農產品主產區）（0.45）>省級重點開發區（0.2），表明黑龍江省縣域單元間能源碳排放量差異較大，其中國家重點開發區域內的縣域單元之間差異最大。

采用圖和表的形式，體現出不同主體功能區碳排放量與總碳排放量的比值，和不同主體功能區碳排放增加量與總碳排放增加量的比值，分別來反映不同主體功能區對碳排放量的變化情況與增加（較少）的貢獻度。考慮到黑龍江省碳排放總量2010-2011年顯著增加，2011-2020年呈波動性減少的變化趨勢，可以分為兩個階段分析不同主體功能區碳排放量的貢獻值，見圖4。

結果表明，2010-2011年黑龍江省碳排放量增加量從大到小依次是，國家限制開發區域（農產品主產區）（71.9%）>國家重點開發區（30.7%）>國家限制開發區域（重點生態功能區）（3.3%）>省級重點開發區（-5.9%）。2011-2020年黑龍江省碳排放量增加量從大到小依次是：國家限制開發區域（農產品主產區）（46.0%）>國家重點開發區（38.4%）>國家限制開發區域（重點生態功能區）（8.6%）>省級重點開發區（7.0%）。由此表明，黑龍江省碳排放量最大的是國家重點開發區，碳排放量增加貢獻值最大的是國家限制開發區域（農產品主產區），這與黑龍江省總體定位相關。

3 結論與建議

3.1 結論

本文是以黑龍江主體功能區視角下的80個縣域單元為研究區，利用縣域單元的GDP、人口數和省級能源消費數據等，采用分級估算的方法，核算各主體功能區的碳排放量，探討不同縣域單元時空演變分異特征，及不同主體功能區間的碳排放量差異性特征。

（1）2010-2020年11年間黑龍江省碳減排取得不錯的成果，高值區、中高值區和中低值區不斷收縮，中值區與低值區相應擴張，碳排放量高值區集中在西南部的哈大齊工業走廊上，低值區則集中分布在黑龍江省北部的大小興安嶺地區。黑龍江省能源碳排放量具有較明顯的核心—邊緣結構，以哈爾濱市市轄區和大慶市市轄區為核心，大慶市市轄區向外依次為次熱點，次冷區、冷點區，哈爾濱市市轄區向外則為次熱點直接過渡為冷點區。

（2）黑龍江省縣域單元之間能源碳排放量差異較大，其中國家重點開發區內部差異最大。11年間不同主體功能區碳排放量的貢獻情況可以分為兩個階段，2010-2011年碳排放總量顯著增加，2011-2020年呈波動減少，黑龍江省碳排放量最大的是國家重點開發區，碳排放量增加貢獻值最大的是國家限制開發區域（農產品主產區），這與黑龍江省的戰略定位有關。4種主體功能區均表現為第二產業結構能源碳排比例最大，但隨著時間變化，第二產業結構和居民生活能源碳排比例逐漸下降，而第一和第三產業結構能源碳排比例上升。國家重點開發區、農產品主產區和重點生態功能區變化更為明顯，省級重點開發區也有類似變化趨勢，但變化較小。

3.2 建議

本文分析不同主體功能區碳排放量差異性特征，下一步可以結合不同縣域單元的戰略定位和碳排放量制定針對性的碳減排優化措施。重點開發區作為最主要碳減排對象，應繼續加大第三產業結構碳排放量比重，推進第二產業節能降耗。近年來農產品主產區碳排放量增加的貢獻值最大，針對農產品主產區，推動能源消費升級，推廣農用電動車、節能環保農機和漁船、綠色農房和農房節能改造，加快太陽能、風能和生物質能等可再生能源在生產和生活中的應用，合理使用農藥、合理施肥，秸稈綜合利用，農膜和農藥包裝盒回收處理。同時，農業生產過程中應注意保護當地黑土資源，防止土壤有機碳流失。

重點生態功能區是全省碳排放量最低的地區，近些年第二產業結構和居民生活能源碳排放比例逐漸減少，第三和第一產業結構比例上升，重點生態功能區應在生態保護的前提下，推進綠色低碳的農業生產，推廣旅游觀光等環境友好型產業，加強對當地居民的宣傳教育工作，保護生態安全重要區域，形成人與生態環境和諧相處的示范區。