赖镜鸿 杨国清

(广东工业大学管理学院，广东 广州 510006)

近几十年来，人类的经济和能源消耗等行为日益干扰地球生态系统和全球碳循环，对资源环境造成了巨大压力。土地利用的变化和土地覆被的变化是影响陆地生态系统中碳循环的重要因素，在陆地与大气之间的碳交换中起着重要作用，人们也越来越关注全球气候变化所带来的影响[1]。随着时代发展，人类对碳循环的影响逐渐加深，人类改变了土地利用的方式和能源消费模式，从而影响碳排放的数量和速率[2]。方精云等通过估算我国陆地植被的碳汇能力，表明了森林、草地和灌丛地都具有碳汇效应[3]；赵荣钦和黄贤金利用2003—2007年期间江苏省能源消费和土地利用等数据，构建了能源消费的碳排放模型[4]；Liu等利用集成生物圈模拟框架和30～60m分辨率的土地覆被变化数据，对加利福尼亚州森林、灌丛和草原的碳排放变化进行了研究[5]。

碳足迹是基于生态足迹的概念提出的，计量了某种活动引起的直接或间接的CO2排放量，近年来成为国内外研究的新热点[4]。KENNY等以爱尔兰为例，比较了6种碳足迹计算模型的结果[6]；李志强等使用分解分析方法研究了中部6省的碳足迹及其影响因素[7]；宋山梅、向俊峰研究了2006—2016年贵州省不同土地利用方式的碳排放和碳足迹效益[8]。这些研究为开展碳排放和碳足迹研究奠定了基础，但目前国内对碳排放和碳足迹的研究仍处于起步阶段。因此，本文以广东省为例，研究土地利用结构变化对该区域碳排放和碳足迹的影响，为广东省优化土地利用结构、发展低碳经济以减少碳排放和碳足迹提供科学依据。

1 研究区概况

广东省东部毗邻福建，北部接壤江西、湖南，西部连接广西，南部与南海相接，珠江口两侧与香港、澳门特别行政区接壤，西南部雷州半岛与海南省隔海相望，陆地面积17.98万km2，占中国陆地面积的1.87%。广东省是目前中国人口最多的省份，到2019年底，广东省的常住人口规模达到11521万人。广东省的经济综合竞争力居全国第1位，自1989年以来，广东省的地区生产总值连续排名全国第1，是中国第1经济大省，经济总量约占国民经济的1/8，达到了中等发达国家的水平。根据2019年颁布的《粤港澳大湾区发展规化纲要》，广东省珠江三角洲9市将与香港、澳门联手打造粤港澳大湾区，使其成为能与纽约湾区、旧金山湾区、东京湾区相当的世界4大湾区之一。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

能源、经济和人口等数据取自《广东省统计年鉴(2010—2018年)》，广东省各类土地利用数据取自广东省自然资源厅(http://nr.gd.gov.cn/)。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用碳排放模型

根据各种土地利用类型的面积和碳排放或碳吸收系数计算碳排放量，涉及地类有耕地、林地、草地和建设用地。据已有研究，建设用地具有碳源效应。耕地上的作物可以吸收二氧化碳，但在短时间内又会被分解并散布到空气中，耕地作为碳汇的效果不明显[9]。本文将建设用地和耕地视为碳源，林地和草地视为碳汇。碳排放的公式为：

Ei=Ai×Fi

(1)

式中，Ei为第i种土地利用方式的碳排放量，t；Ai为第i种土地利用方式的面积，hm2；Fi为i种土地利用方式的碳排放/吸收系数，t·hm-2，其中耕地、林地和草地的碳排放系数[1]分别为0.4595tC·hm-2、-0.6125tC·hm-2、-0.0205tC·hm-2。

2.2.2 建设用地的碳排放模型

由于建设用地承载了人类活动消耗的大量能源消耗，因此建设用地的碳排放量不能直接用面积来计算，通过建设用地利用过程中的能源消耗来间接估算碳排放量更为准确[14]，本研究中使用一次能源消耗量来估算建设用地碳排放量。建设用地碳排放公式为：

Ei=Mi×Fi

(2)

式中，Ei为第i种能源消费的碳排放量，t；Mi为第i种能源的消耗量，104t标准煤；Fi为第i种能源的碳排放系数，tC·t-1标准煤。这里的能源主要指煤炭、油类、天然气，其碳排放系数[10]分别为0.7476tC·t-1标准煤，0.5825tC·t-1标准煤，0.4435tC·t-1标准煤。

2.2.3 碳足迹模型

碳足迹是指为吸收一定的碳排放所需的生产性土地(植被)面积，即碳排放的生态足迹。净生态系统生产力(NEP)是指1a内1hm2某种植被的碳吸收量，用于反映植被的固碳能力。本文采用NEP指标来反映植被对碳的吸收情况，并以此计算吸收碳排放所需生产性土地的面积[11]。森林和草地是主要的生产性植被，因此主要分析这2种植被类型的碳吸收情况。

方法上，计算出各类能源的碳排放量，根据森林和草地的碳吸收量算出各自的碳吸收比例，根据森林和草地的NEP计算吸收这些能源消耗碳排放需要的面积。碳足迹计算公式[1]为：

与卷包车间对应，烟草MES的咀棒车间与卷包车间对接，采用咀棒发射生产模式的基础上，建立成型机数据采集系统，实现生产状态实时跟踪与监控，实现设备运行数据、在线质量数据和产量数据的自动采集。在数采系统的基础上，建立咀棒车间生产管理系统，全面实现咀棒生产过程的精细化管理。

(3)

(4)

Ed=A-Ec

(5)

式中，A为总化石能源的碳足迹；Ec为生态承载力；Ed为碳赤字；Ai为第i类能源的碳足迹；Ci为第i种能源的消耗量(万吨标准煤)；Qi为第i种能源的碳排放系数；Perf与Perg分别是林地与草地吸收碳的比例；NEPf与NEPg分别是全球林地和全球草地的碳吸收能力。

3 结果与分析

3.1 碳排放效益分析

据图1显示，2009—2017年广东省碳排放总量呈波动上升的趋势，由9723.98万t增加到13392.81万t，涨幅高达37.72%，平均增加407.65万t·a-1。从趋势上看，广东省碳排放总量总体呈上升趋势，2009—2011年碳排放总量快速增长，年均增长14.69%；2011—2015年碳排放总量呈波动状态，上涨趋势不明显；2015—2017年碳排放总量开始再次上升，但上升趋势放缓，年均增长3.87%。2009—2017年，广东省发展迅速，年均城镇化率达到0.72%，城镇化速度加快，土地利用格局也发生了巨变。与此同时，经济发展消耗了大量的化石能源，使碳排放量逐年上涨。特别是2009—2011年，能源消费快速增长，能源消费量巨大，使得这一时期的碳排放增长较快。2011年以后，碳排放总量的增速开始放缓，这符合国家“十二五”规划所倡导的节能减排政策，表明广东省的节能减排政策得到了贯彻落实，发挥了一定成效。

图1 不同土地利用方式碳排放量变化趋势

从土地利用方式的差异上来看，建设用地碳排放的变化趋势与总碳排放的变化趋势大致相同(图1)，且建设用地排放量高于总的碳排放量。建设用地碳排放占碳源的比重最大，平均值为99.06%，显然建设用地是最主要的碳源。如图1所示，同为碳源之一的耕地碳排放量总体上呈先上升后下降的趋势，但增加和减少的幅度相对较小。2009—2014年耕地碳排放量呈上升趋势，这与国家保护耕地的政策相对应。2014—2017年耕地碳排放量有所下降，原因是这一时期耕地被占用较多，抛荒较为严重，总体来说，耕地的碳排放量对总碳排放量的影响较为微弱。林地和草地具有碳汇能力，其中林地的碳汇能力较强，草地的碳汇能力则较微弱。2009—2017年，林地碳吸收量呈缓慢下降的趋势，2009年林地面积为1013.22hm2，碳吸收量为620.60万t，2017年林地面积减少至1001.79hm2，碳吸收量也减少到613.59万t，林地碳吸收量减少与林地面积被大量占用有关。同时，建设用地能源消耗碳排放量由2009年10228.96万t增加到2017年13887.61万t，2017年广东省平均1hm2建设用地产生71.03t碳排放量，林地平均碳吸收量仅为0.61t·hm-2，因此，从土地利用变化方面来看，建设用地面积的增加是广东省碳排放量增加的最主要原因。

碳排放强度是指碳排放量与地区生产总值(GDP)的比值[15]。碳排放强度可以反映国家和地区对减缓气候变化做出的贡献。经济发展过程中价格处于不断变化中，所以采用一种可比价来反映GDP更具有意义，本文把2009年设为基准年，使用居民消费价格总指数作为价格指数，将各年度的GDP转换为基准年的可比价。经过计算，广东省2009—2017年碳排放强度总体上呈下降的趋势(图2)，从2009年的0.24t/万元下降到了2017年的0.15t/万元，下降了37.5%，年均下降4.17%。根据何建坤等人的研究，为了实现绝对减排，碳排放强度的下降率要大于GDP的增长率[12]。而研究期间，广东省碳排放强度的下降率小于期间年均6.09%的GDP增长率，因此广东省要实现绝对减排，仍然任重道远。

图2 广东省碳排放量、碳排放强度

3.2 碳足迹效益分析

利用公式(3)、(4)、(5)分别计算广东省2009—2017年的能源消费碳足迹、生态承载力和碳赤字，结果见表2。从表2中可以看出，广东省能源消费碳足迹总体上呈波动上升趋势，其中2009—2011年增长较快，年均增长375.50万hm2，这与能源消费量增长相对应。2012年后快速增长的势头得到遏制，转为波动上升，且变动幅度较小，表明“十二五”规划以来广东省积极转变经济发展方式，推动产业升级，努力改善能源结构和提高能源利用效率。同时也可以看到，生态承载力逐年下降，但下降幅度较小，这与林地和草地面积被占用有关。碳足迹增长迅速，而生态承载力不断下降，但生态承载力下降幅度较小，因此碳赤字随着总碳足迹的变化而变化，碳足迹和碳赤字呈扩大趋势，但是涨幅得到有效控制。2009年碳赤字为2530.43万hm2，2017年已达到3495.90万hm2，这意味着广东省自身的生态系统难以吸收能源消耗产生的碳排放，而且缺口还在扩大。同时，总碳足迹的增涨导致人均碳足迹也从0.28hm2增涨到0.33hm2，上涨了17.16%。分析各种能源消费的碳足迹可以发现，煤炭的碳足迹远大于油类和天然气，这意味着广东省的能源消费结构不够合理，消耗大量煤炭资源需要更多的森林和草地去吸收这些碳排放。此外，如表1显示，林地的碳吸收能力高于草地，因此根据碳吸收比例计算得出的碳足迹以森林占多数。以2017年为例，森林的碳足迹为3653.61万hm2，占总碳足迹的99.89%。

表1 主要生产性土地碳吸收系数

表2 2009—2017年广东省能源消费碳足迹

3.3 碳排放影响因素分析

碳排放包括人为碳排放和自然碳排放，人类通过改变土地利用方式和燃烧化石燃料等行为产生了大量的碳排放，尤其是化石燃料燃烧，约占总碳排放的76%[13]。如上所述，能源消耗产生的碳排放是广东省的主要碳源。在此侧重分析了影响能源消耗碳排放的主要因素。

3.3.1 土地利用变化

人类的活动方式和强度变化使土地利用方式发生了转变，进而对碳源和碳汇的分布与规模产生了影响[16]。从表3可以看出，广东省2009—2014年耕地面积呈增加的趋势，2014—2017年耕地面积又呈减少的趋势，但总体波动不大。林地面积逐年减少，表明林地被占用的情况比较严重。草地面积也呈逐年减少趋势，但减少面积和速度相较于林地较小。反观建设用地的面积逐年增加，且增加速度较快。如上所述，耕地是碳源，耕地面积与碳排放量呈正相关关系，林地和草地是碳汇，林地和草地面积与碳排放量呈负相关关系，因此碳排放量跟土地面积变化的趋势相一致。建设用地承载了多数人类活动和能源消耗，2017年广东省建设用地单位面积平均碳排量为71.03t·hm-2，建设用地碳排放是主要的碳源。

表3 广东省2009—2017年土地利用变化

3.3.2 产业结构

不同产业的能源消费密度上有较大差异，因此不同的产业结构也会导致碳排放的差异，在其它条件不变的前提下，高能源密度的产业在经济中占较大比重，且上升速度较快时，会产生巨大的碳排放量[17]。以2017年为例，各产业单位GDP能耗分别是第一产业0.15t标准煤/万元，第二产业0.51t标准煤/万元，第三产业0.15t标准煤/万元，很明显第二产业的能源密度较高，第二产业在经济中占比较大会带来较多的碳排放量。分析2009—2017年广东省的产业结构变化可知，第一产业在国民经济的占比总体上呈下降趋势，从2009年的5%下降到2017年的4.02%，下降了0.98%；第二产业占国民经济的比例总体上也呈下降趋势，由2009年的49.39%先上升到2010年的50.05%，然后较快地下降到2017年的42.36%；而第三产业所占比例呈现出较为明显的上升趋势，由2009年的45.61%上升到2017年的53.60%。第二产业占比的下降意味着，广东省正朝着优化产业结构和降低碳排放强度的方向发展，但是第二产业所占的比例仍然较大，广东省如此大的经济体量，加上较大的第二产业占比，所产生的碳排放量依然非常庞大。未来，广东省经济增长方式的转变还要走一段漫长的道路，经济发展对能源和碳排放量的需求仍然很大。

图3 2009—2017年广东省产业结构

3.3.3 能源结构与能源效率

碳排放系数因能源类型而异，在3种能源中，煤炭的碳排放系数大于油类，油类的碳排放系数大于天然气。在其它条件不变的情况下，增加油类和天然气在能源消费结构中的比例，区域碳排放总量也会相应减少。长期以来，广东省的能源结构以煤炭为主，在3类能源消费总量中煤炭占比55%左右，因此煤炭产生的碳排放量占比长期在60%以上。但总体来看，煤炭能源碳排放量比重呈下降趋势，油类和天然气则略有增加趋势，总体上广东省正朝着优化能源碳排放结构的方向发展。

平均碳排放系数是指能源碳排放总量与能源消费总量的比值[18]，可以用来反映能源消费结构的变化对区域碳排放量的影响，可以通过增加低碳能源的比例，来减小平均碳排放系数。由图4可知，平均碳排放系数在2009—2011年有所上升，由0.53万t/万t标准煤上升到0.56万t/万t标准煤，从2011年开始下降，由0.56万t/万t标准煤下降到0.48万t/万t标准煤。以上分析表明，2009—2017年广东省能源消费结构有所改善，政府正在积极有效地缓解矛盾，控制碳排放量。

图4 能源碳排放结构和平均碳排放系数

一般用单位万元GDP标准煤能耗量来表示能源利用效率(本文不计算电力消耗)。在相同的能源结构下，提升能源利用效率可以有效减少碳排放量的产生。能源利用效率越高意味着生产单位GDP消耗的能源越少，可以达到减少碳排放量的目的[19]。综合以上分析，广东省的单位GDP能耗由2009年的0.38t标准煤/万元下降到2017年的0.24t标准煤/万元。总体来说，2009—2017年广东省碳排放强度下降是经济增长、产业结构优化、能源结构调整和能源效率的改进共同作用的结果。

4 结论

从土地利用方式的差异上来看，建设用地与耕地是碳源，其中建设用地产生的碳排放占绝大部分；林地与草地是碳汇，且林地的碳汇能力强于草地；研究期间，建设用地的面积在增加，而林地的面积却不断减少，建设用地和能源消耗增加带来的碳排放量远远超过林地的碳吸收能力。因此，为了实现低碳且高质量的发展，在土地利用规划中，应考虑碳排放效应，加强林地和草地的生态管护，增强生产性土地的固碳效率，以保证一定碳汇能力，同时对高碳排放的建设用地进行一定调控，提高土地利用效率，以提高发展质量。

总体而言，广东省碳排放强度在研究期间呈下降趋势，但下降速度远远低于GDP的增长速度，远未实现绝对减排。影响碳排放的主要因素有土地利用变化、产业结构、能源结构与能源效率。总体来看，2009—2017年广东省年碳排放强度下降是经济增长、产业结构优化、能源结构调整和能源效率的改进共同作用的结果。特别是“十二五”规划以来，节能减排的诉求越来越受到重视，广东省应积极转变经济发展方式，致力于推动产业升级，努力改善能源结构和提高能源利用效率，通过改变以煤炭为主的能源消费结构，提高油类、天然气以及其它清洁能源所占的比重来降低碳排放。

广东省能源消费碳足迹和人均碳足迹总体呈上升趋势，2009—2011年增长速度相对较快，2012年后，增长趋势转为波动上升，上升趋势放缓。同时，生态承载力逐年下降，但总体变化不大，因此碳赤字随着总碳足迹的增长而增长；煤炭产生的碳足迹在各类能源碳足迹中占比最大，表明消耗大量煤炭资源需要更多的森林和草地去吸收这些碳排放。林地的固碳能力大于草地，根据碳吸收的比例计算得出的碳足迹森林占绝大多数，在经济发展过程中保护森林的固碳能力极为重要，应保留必要的生产性土地。广东省正处于城市化快速发展的阶段，未来仍将有大量人口涌入，建设用地的面积也必然继续增加，碳排放总量和碳足迹也将随之增长。面对如此形势，广东省应该积极采取应对措施，坚持节能减排的政策，在经济发展过程中要速度与质量两手抓，致力于发展低碳经济。