低碳背景下我國內地各省區市林業碳匯時空分布特征*

姜慧卓，陳心勝，李文澤，葉靖程，安家蔚，張春于

（1.安徽大學商學院，安徽 合肥 230601；2.安徽大學資源與環境工程學院，安徽 合肥 230601；3.安徽大學大數據與統計學院，安徽 合肥 230601）

1 研究背景

全球氣候問題正在對地球生態環境產生深刻影響，氣候變化所涉及的政治、經濟、環境、科學和外交等綜合性戰略問題，目前已經成為全人類共同面臨的巨大歷史挑戰[1]。1992 年5 月，聯合國政府間談判委會通過全球首個控制CO2排放和解決全球氣候變暖問題的國際公約——《聯合國氣候變化框架公約》（United Nations Framework Convention on Climate Change）。1994 年3 月21 日，《公約》生效。1997 年12 月，《公約》第三次締約方大會通過了第一部限制各國溫室氣體排放的國際法案——《京都議定書》。2015 年12 月，《公約》第21 次締約方大會暨第21 屆聯合國氣候變化大會最終達成《巴黎協定》。為實現《巴黎協定》確定的溫控目標，全球溫室氣體排放要求到2030 年前削減一半，2050年前后實現“凈零排放”，即“碳中和”[1]。

碳中和應對全球氣候變化問題已經成為全球共識，但各個國家在實施過程中必然會面臨環境、政治、資源、技術、市場、能源結構等多方面挑戰[1]。為了實現碳中和，加強森林、草地和農田的土地利用空間規劃和管理，有效利用這些生態系統的碳固存能力，提高森林、草地和農田的碳匯十分重要。

碳匯（carbon sink） 是指通過植樹造林、植被恢復等措施，吸收大氣中的CO2，從而減少溫室氣體在大氣中濃度的過程、活動或機制。其中，森林生態系統是陸地生態系統碳匯的主要組成部分，占據了陸地生態系統碳匯的45%，具有很高的固碳潛力[2]。因此，準確預估低碳情況下森林碳匯的時空分布和動態，對于地球系統的科學探索以及生物保護和自然資源管理越來越重要[3]。

本文主要研究我國內地31 個省區市自2003 年至2020 年各年林業碳匯總量，運用莫蘭指數來進行我國內地全局與我國內地各省區市局部的林業碳匯的空間自相關情況分析與空間集聚分析。并期望為解決我國林業碳匯發展不平衡不充分的問題提出一些有針對性的建議。

2 材料與方法

2.1 數據來源及目標選取

本文數據主要來源于國家數據與中國環境統計年鑒2003—2020 年。主要以我國內地各省區市2003—2020 年的林業用地為研究對象，如遇到中間個別數據缺失情況，為避免錯誤采用近年數據平滑值指代該年數據。

2.2 模型描述

吸收CO2的主要陸地生態系統包括森林、園林、草地和城市綠地，本文主要針對林業碳匯量進行研究。碳匯總量等于各地區林業用地面積乘以森林生態系統的碳吸收系數，計算公式[4]為

式中：Cs為碳匯總量；A 為不同地區林業用地面積，hm2；NEP 為碳吸收系數，采用謝鴻宇等的研究成果，森林生態系統碳吸收系數取3.550 t/(hm2·a)。

2.3 研究方法

根據ArcGIS 的空間自相關分析模塊，首先，通過Spatial Autocorrelation 的全局莫蘭指數（Global Moran's I） 來分析我國內地碳匯量在空間上的分布情況，全局莫蘭指數越接近1，碳匯量的空間分布集聚性越顯著，全局莫蘭指數越接近-1，碳匯量的空間分布區異性越顯著；然后，再使用局部莫蘭指數（Anselin Local Moran I），找出我國內地各省區市空間集聚情況；最后，使用ArcGIS 模塊分析我國內地各省域林業碳匯熱點與冷點的空間分布。在AreCIS 中,采用Getis-Ord G* 統計量測度全國縣域碳匯在局部空間的依賴性及異質性，Gi* (d) 值為正表示高值聚類，即“熱點區”；反之為低值聚類，即“冷點區”。

全局莫蘭指數的計算公式為

在空間位置i 上，局部莫蘭指數Ii被定義為

3 我國內地各省區市碳匯時空分布特征分析

3.1 我國內地各省區市林業碳匯時間分布特征分析

基于中國環境統計年鑒得到的我國內地31 個省區市林業用地面積2003—2020 年數據，使用碳匯計算公式以及謝鴻宇等關于不同生態系統碳吸收系數的研究成果，得出相應碳匯量的整體情況，即我國內地各年林業碳匯圖，見圖1。可以得出我國內地總體以及我國內地各省區市的林業碳匯總量，在國家政策與地方政策落實以及企業與人民群眾配合的共同影響作用下，隨著林業用地面積的增加而穩步提升中。

圖1 我國內地各年林業碳匯圖

3.2 我國內地各省區市林業碳匯空間分布特征分析

3.2.1 整體全局空間特征分析

通過ArcGIS 軟件繪制我國內地各年林業碳匯分布圖（見圖1），從我國內地各省區市林業碳匯空間分布來看，空間分布隨時間推進出現了一定的變化，2003 年整體林業碳匯總量為東北＞西部＞南部＞中部，往后則是西部反超東北位列并保持第一，呈現西高東低的構局。可以看出碳匯高值區域分布在云南、四川等區域以及內蒙古、黑龍江等區域，低值區域分布在河南、安徽、浙江等區域。且西部和東北的林業碳匯總量增加較為明顯，剩余區域的林業碳匯總量增加較少或相較并不明顯。

3.2.2 全局空間自相關分析

通過計算得到的2003—2020 年我國內地各省區市林業碳匯數據使用ArcGIS 軟件的全局莫蘭指數模型計算得出，每一年的Z 得分均大于1.65 這個臨界值且p 值均小于0.05，說明大于95%的置信度。即數據分布僅有小于5%的可能性是隨機分布的，出現數據聚集的可能性大于隨機分布的可能性，且能夠顯著地拒絕零假設。得到全局莫蘭指數隨時間變化的各年林業碳匯全局莫蘭指數圖，見圖2。由圖2 可以看出，全局莫蘭指數均為大于0 為正值，說明我國內地各省區市林業碳匯分布具有較強的空間正相關性，即其存在明顯的空間集聚性，并且從2004 年起其全局莫蘭指數越來越靠近1，說明空間集聚性隨著時間越來越顯著，反映出我國退耕還林、植樹造林等政策的良好施行。

圖2 我國內地各年林業碳匯全局莫蘭指數圖

3.3 空間集聚特征分析

3.3.1 局部莫蘭指數分析

通過計算得到的2003—2020 年我國內地各省區市林業碳匯數據，使用ArcGIS 軟件的局部莫蘭指數模型，計算可得我國內地各省區市林業碳匯空間聚類和異常值分析結果。可以得出在2003 年，寧夏和貴州是L-H 低高集聚，即本身林業碳匯總量偏低，臨近區域林業碳匯總量較高；黑龍江和吉林與云南是H-H 高高集聚，即本身林業碳匯總量較高，臨近區域林業碳匯總量也較高；別的地區則表明沒有顯著性。而隨著時間推進，2004—2008 年與2003 年相比，云南和貴州無顯著性，吉林和遼寧變成了L-H 低高集聚，江蘇變成了L-L 低低集聚，即本身林業碳匯總量偏低，臨近區域林業碳匯總量也偏低。到了2009—2012 年，與上個時間段相比，遼寧重新變回無顯著性。再后面的2013—2020 年，與上個時間段相比，發生的變化是遼寧再次變為L-H 低高集聚，甘肅持續穩住了H-H 高高集聚。

3.3.2 冷熱點分析

通過計算得到的2003—2020 年我國內地各省區市林業碳匯數據，使用ArcGIS 軟件的冷熱點模型，計算可得我國內地各省區市林業冷熱點分析結果。使用自然間斷點分級法將其分為熱點區、次熱點區、過渡區、次冷點區、冷點區5 類，其中熱點區代表林業碳匯總量高的集聚區，次熱點區代表林業碳匯總量較高的集聚區，過渡區代表林業碳匯總量一般的集聚區，次冷點區代表林業碳匯總量較低的集聚區，冷點區代表林業碳匯總量低的集聚區。可以得出我國內地各省區市碳匯總量的冷熱點空間分布集聚程度呈現波動穩定的特征，以“廣東—湖南—重慶—湖北—河南—河北”為界限以北的區域總體保持林業碳匯熱點與次熱點分布，以南則整體保持在冷點與次冷點分布。至2020 年共有5 個熱點區、9 個次熱點區，占據全國面積的一半以上。在時空上，我國內地各省區市的冷熱點分布總體呈現“升溫”態勢，2004 年西藏“升溫”一級晉升為過渡區、貴州和重慶各“降溫”一級；2004—2009年，青海“升溫”一級晉升為次熱點區；2010—2013 年，甘肅和西藏成為熱點區；2013—2017 年整體保持不變；2018—2020 年僅江西“降溫”一級至次冷點區；整體而言，至2020 年的8 年間態勢保持平穩。

4 我國內地各省區市林業碳匯影響因素分析

一方面，主要的影響因素是土地面積。土地面積較大的地區林業碳匯發展要更為先進一些，如內蒙古、西藏、黑龍江等；而土地面積較小的地區受限于土地面積原因，則在林業碳匯發展方面的潛力較小。

另一方面，我國內地各省區市林業碳匯受到諸多如資源和社會、經濟等因素的制約，各地區的碳匯量以及在國家中的地理位置將呈現出顯著的空間和時間特性。在我國的森林生態分布地區，東北地區以及西南地區的林業固碳潛力非常強大；如內蒙古因為地理位置環境風沙侵蝕原因，則面臨著嚴重的土地荒漠化問題，所以需要廣泛種植樹木綠植等防沙護田；如廣西本身就是我國木材產量之王，受到氣候環境以及地形影響非常適合發展林業，事實上也是我國人工林面積與國家儲備林面積第一的省份；在中部與沿海地區各省區市之間林業固碳能力非常不均衡，如河南因為地形多平原且氣候適宜，十分適合農業發展，多年位居我國小麥產量第一，在我國也屬于一個“糧倉”的戰略定位，且因耕地紅線問題對于退耕還草還林實際上難以落實或者收效甚微；而在沿海地區多是如廣東、江蘇、上海等較為繁華的經濟發達地區，各種產業鏈交錯復雜，發展林業的成本較高。因此，在以各種因素限制影響下，不同的地區的林業碳匯會呈現不同的發展情況與趨勢。

5 結論與建議

總體我國內地2003—2020 年林業碳匯發展情況呈現東北部與西部較多、中部與南部較少的分布，H-H 空間高高集聚情況多位于東北部與西部，林業碳匯發展潛力也以東北部與西部最大。

為了保存并提高林業固碳能力，并為了我國林業碳匯健全的發展，需要對森林的管理與開發工作引起足夠的重視，不能僅僅將森林開發局限于傳統的木材資源或農產品資源，而要布局于全國乃至全球的綠色碳經濟發展，將東部與中部的林業資源進行合理的利用管理，才能進一步實現各省區市森林碳匯的可持續發展。

在工業快速崛起發展與農業根深蒂固的中部地區，森林的固碳潛力保存與區域的經濟發展道路必須尋找到一條相互幫助互相依存的道路；對于西部以及東北在林業碳匯方面貢獻大的欠發達地區，應該提供補貼以幫助支持保護此部分欠發達地區對于森林資源的合理發展。

整體上也要結合各地區的綜合情況，合理適當盡量地發展碳匯，在碳匯發展潛力較高的區域應加快碳匯發展的步伐，在碳匯潛力較低的區域應在不破壞原有產業經濟鏈的情況下極力發展碳匯。在各地區對于迫切的經濟發展需要與環境資源保護刻不容緩的當下，“碳中和”目標迫在眉睫，迫切需要制定一個使碳匯發展與經濟發展并行不悖的政策，以達到我國成為低碳國家的戰略目標。

由于數據資料限制，模型成果展現只能取林業用地面積變化的節點，節點間的數據與區間上限一致，故未能做到細化到每年的分析而僅是時間段，在一定程度上影響了結果的產出。本文僅分析了土地資源與經濟發展以及戰略定位對林業碳匯發展的影響，對于影響林業碳匯發展的其余各方面驅動因素有待進一步深入研究。