河北省碳源碳汇测算及碳减排压力分析

胡 欢,章 锦 河,熊 杰,周 珺,孙 晋 坤

(南京大学国土资源与旅游学系/南京大学人文地理研究中心，江苏 南京 210023)

河北省碳源碳汇测算及碳减排压力分析

胡 欢,章 锦 河*,熊 杰,周 珺,孙 晋 坤

(南京大学国土资源与旅游学系/南京大学人文地理研究中心，江苏 南京 210023)

低碳经济发展模式得到世界各国的重视，全球经济发展面临巨大的节能减排压力，碳排放已成为国内外学者的研究热点之一。在经济新常态下如何保证在经济稳健快速发展的基础上降低碳排放量，是河北省当前亟待解决的重要课题。该文基于IPCC温室气体清单的测算方法，首先，建立河北省碳源碳汇的科学核算体系，从碳源、碳汇、净碳源三方面测算了2000-2013年河北省的碳排放量，研究其历时性变化特征；其次，运用GM(1，1)灰色预测模型对河北省2014-2030年的碳排放强度进行预测；最后，分析了不同碳减排目标情景下其碳减排潜力与压力，提出碳减排管理措施，为该地区制定碳减排计划，发展低碳经济提供决策支持。研究表明:1)河北省碳源总量从2000年的32 959.21万t逐年增加到2013年的151 765.12万t，增加了360.46%，年均增长率为12.46%，能源消费是最主要碳源，工业过程碳排放增幅最大。2)同期，人均碳源、碳汇和单位面积碳源、碳汇也逐年增加，净碳源持续增加，但碳排放强度降低。3)2014-2030年，河北省碳减排压力系数均大于1，其中2016-2020年是关键的碳减排期，碳减排任务艰巨。

碳排放清单；碳源碳汇；碳减排潜力；碳减排压力；河北省

0 引言

近年来，气候变化问题成为全球关注的焦点。人类生产与生活排放的以二氧化碳为主的温室气体是影响全球气候变化的重要因素。同时，气候变化也给自然、经济、社会系统的可持续发展造成了巨大压力。随着碳排放量的不断增加,全球经济发展面临巨大的节能减排压力，碳排放已成为国内外学者的研究热点之一。在经济新常态、生态文明建设的背景下，研究区域碳源碳汇的变化特征及规律，厘清区域碳排放与经济增长的关系，是摸清区域碳减排潜力、确定碳减排目标、制定有效碳减排措施的前提，是区域经济社会可持续发展及其环境伦理要求所亟待解决的理论与实践问题。

目前，国内外学者对碳排放研究重点包括以下四方面。一是碳排放的测算和分解方法。学术界重点关注的测算方法是排放系数法，分解方法包括Kaya恒等式、LMDI、STIRPAT模型等。Kawase采用改进的Kaya恒等式研究不同国家的碳排放影响因素，并采用情景分析法对各国的碳减排目标进行预测[1]。黄菁采用迪氏指数分解法从规模效应、技术效应和结构效应三方面定量分析了我国环境污染与工业结构的关系，得出规模效应是工业污染增加的主要原因[2]。二是碳排放的影响因素及影响程度研究。Diakoulakid等采用拉氏指数模型选取人口规模、能源结构和能源效率3个因素研究了希腊1990-2002年碳排放影响因素，得出人类活动是碳排放量增加的最主要影响因素，占150%[3]。Guo认为经济总量的增长是导致中国碳排放增加的最主要因素[4]；张晓平等研究认为，能源效率的提高对中国碳排放具有抑制作用[5]；高彩玲等根据LMDI因素分解法选取经济发展、能源效率和能源结构对河南省人均碳排放进行因素分解，研究表明改变能源结构对河南省人均碳排放有抑制作用[6]。三是分行业的碳排放研究。工业碳排放是学术界重点研究对象，但对农业、交通运输业、建筑业、居民消费等领域的研究较少。刘新宇研究表明工业碳排放强度大约是服务业的2.5～5倍，工业是最主要碳排放来源之一，因此调整产业结构、提高服务业比重对降低国家和区域的碳排放强度至关重要[7]；潘雄锋等将1996-2007年中国制造业的碳排放强度变化因素分解为结构份额和效率份额，研究结果表明，效率份额是中国制造业碳排放强度下降的原因，而碳排放强度增大是由结构份额导致[8]。四是碳减排策略研究。主要包括深化产业结构调整、改善生产结构和方式、调整能源消费结构、提高能源利用效率、改善土地利用结构、出台政策法规等方法促进低碳经济模式的发展[9-13]。

但是，目前区域碳排放研究主要存在以下两个问题。一是由于碳源碳汇核算类别繁多，数据要求高，大多数学者重点关注碳源的测算，对区域碳源碳汇进行全面核算的研究还不多见；二是对于碳源碳汇的历时性变化特征研究不足。因此，本研究拟以河北省为例，采用IPCC的碳排放清单研究方法，从能源消费、工业过程、秸秆燃烧、牲畜的肠道发酵和粪便管理、人口呼吸、生活及工业废水、生活垃圾七方面综合分析河北省2000-2013年的碳源碳汇及净碳源的动态发展变化特征，测算了人均和单位面积碳源碳汇以及净碳源、万元GDP的碳排放的历时性变化。利用GM(1，1)灰色预测模型对2014-2030年的碳排放强度进行预测、碳减排压力进行分析，最后从减碳源、增碳汇两方面提出了河北省的碳排放管理措施，以期对制定区域碳减排、碳增汇的目标和管理对策提供借鉴意义。

1 研究区域和数据来源

1.1 研究区域背景

河北省位于华北平原，总面积18.85万km2，2014年全省常住人口达到7 383.75万人，全省GDP达到2 9421.2亿元，与北京和天津一起构成了经济相互辐射的京津冀经济区，京津冀协同发展已经上升为国家战略。河北省作为中国的工业大省，钢铁、水泥和平板玻璃产业是其传统的主导产业，面临着巨大的节能减排压力，新常态下如何保证在经济稳健快速发展的基础上降低碳排放量，是河北省当前亟待解决的重要课题。建立河北省碳源碳汇的科学核算体系，研究其历时性变化特征和碳减排潜力，为该地区制定碳减排计划、发展低碳经济提供决策支持。

1.2 数据来源

能源消耗数据来自于2001-2014年《中国能源统计年鉴》；主要工业产品生产数据、农作物和牲畜产量、生活和工业废水、废弃物、土地利用情况等数据来自于《河北经济年鉴》(2001-2014)、《河北农村统计年鉴》(2001-2014)、《中国环境年鉴》(2001-2014)等；能源的标准煤折算系数，各种能源、工业产品、农业作物、废水、废弃物等的CO2排放系数，农作物的秸秆产量比、秸秆燃烧效率，牲畜的肠道发酵和粪便管理甲烷排放系数等，这些数据来自于IPCC2006报告及相关的研究文献(表1、表2)。

表1 河北省碳源碳汇测算主要参数及来源Table 1 The main parameters and source of carbon sources and sinks in Hebei Province

表2 中国主要农作物碳吸收率与经济系数、籽粒秸秆比[21-23]Table 2 Main crops carbon absorption rate and economic coefficient,grain straw ratio in China

2 研究方法

2.1 碳源的测算模型

碳源包括自然和人为两种碳源，本研究主要计算人为碳源。碳源的测算参照《IPCC国家温室气体排放清单(2006)》[24]中的核算方法，以及中国《城市温室气体清单研究》[25]，核算内容包括：能源消费、工业过程、秸秆燃烧、牲畜的肠道发酵和粪便管理、人口呼吸、生活及工业废水、生活垃圾等方面(表3)。

2.2 碳汇的测算模型

表3 碳源核算公式Table 3 The formula of carbon source accounting

碳汇主要包括陆地碳汇和海洋碳汇。本文所计算的碳汇量主要是陆地碳汇量，包括森林、草地、城市绿地、耕地等绿色植被光合作用固定的CO2量。其中森林、草地、城市绿地的碳汇量计算公式为:

Bi=Si×Ci

(1)

式中:Bi指第i类植物的碳汇量，Si和Ci分别表示第i类植被的面积和碳汇系数。

耕地的碳汇主要指农作物生长过程中光合作用固定的CO2量，主要为小麦、稻谷、玉米、豆类、薯类、棉花、花生、烟草、甜菜，计算公式为[23]：

(2)

式中:Pi和Ei为第i种作物的经济产量和经济系数(经济产量与生物产量之比)；Ci为i种农作物的碳吸收率，44/12是C与CO2的转化系数。

2.3 净碳源

净碳源是指碳源与碳汇的差额，表示区域的碳收支平衡状况。如果区域碳源量大于碳汇量，表示区域内的生产生活等各类活动对外表现为碳源，给生态环境造成了压力； 如果区域碳源量等于碳汇量，表示区域碳收支平衡；如果区域碳源量小于碳汇量，表示区域对外表现为碳汇，具有固碳的作用。

3 结果与分析

3.1 碳源分析

从河北省碳源测算结果(表4)可以看出：1)总量规模大，增速快。河北省碳源总量从2000年的32 959.21万t增加到2013年的151 765.12万t，增加了360.46%，年均增长率为12.46%。2000-2013年各碳源的增幅为：能源消费258.74%，工业过程856.17%，秸秆燃烧28.26%，牲畜的肠道发酵和粪便管理15.73%，人口呼吸7.69%，生活、工业废水127.02%，生活垃圾191.63%。其中，工业过程增幅最大，其次为能源消费。2)碳源构成中以能源消费、工业过程碳排放为主。2000-2013年能源消费碳源占13年来碳源总量的59.16%，工业过程碳源占碳源总量的37.83%，秸秆燃烧、牲畜的肠道发酵和粪便管理、人口呼吸、生活及工业废水、生活垃圾共占碳源总量的3.01%。其中，能源消费碳源所占比重最大，但是历年所占比重呈下降趋势，由2000年的72.32%下降到2013年的56.34%；而主要工业产品的生产过程的碳排放量所占比例由2000年的20.09%上升到2013年的41.71%，历年所占比重呈增大趋势。3)碳源的区际环境影响不容忽视。煤炭所占比例过高的能源消费结构和高污染、高排放的工业结构，是碳排放不断增加的主要原因，也是造成河北大气污染严重的根本原因，同时也对周边区域产生生态环境影响。为了迎接2008年北京奥运会，河北省开始大规模承接以首钢为代表的工业产业转移，以及目前的“京津冀一体化”战略，为河北省增添经济活力的同时，也带来了污染，碳排放量不断增加。河北省的煤炭、石油、天然气等能源大部分来自区外但在区内消耗，而钢铁等工业产品区内生产又大量出口，把污染留在了区内，这导致了碳排放生态环境责任的区际转移和生态环境影响的区际扩散[30]。4)人均碳源和单位面积碳源逐年增加，但万元GDP的碳排放量下降(表5)。2000-2013年，人均碳源由4.94t增加到20.55t，单位面积碳源由17.48t/hm2增加到80.51t/hm2。但是同期万元GDP的碳排放量由6.53t下降到5.34t，降幅为18%。能源利用效率提高、能源利用结构和产业结构的调整，使河北省能源经济效益不断提高，但与东部地区平均水平相比仍存在差距。2010年，我国东部地区的人均碳排放量为7.14t，万元GDP的碳排放量为2.34t[31]，而河北省同期的人均碳排放量和万元GDP的碳排放量分别为16.96t、5.98t，分别是东部地区的2.38倍和2.56倍。

表4 2000-2013年河北省主要碳源情况Table 4 Main CO2sources in Hebei Province(2000-2013)

表5 2000-2013年河北省人均、单位面积、万元GDP碳源碳汇变化Table 5 The trend of CO2sources and sinks per capita,unit area,per ten thousand Yuan GDP in Hebei Province(2000-2013)

3.2 碳汇分析

2000-2013年间河北省的碳汇总量呈增加趋势，由2000年的14 564.67万t增加到2013年的18 323.36万t，增加了25.81%。从各碳汇的增幅来看，城市绿地的碳汇增幅最大，2000-2013年间增加了209.63%，其他碳汇增幅不大，而草地的碳汇同期下降了1.97%。从各碳汇的构成来看，每年耕地碳汇所占比重最大，其次为森林、草地和城市绿地。以2013年为例，在碳汇总量中，耕地占60.75%，森林37.17%，草地占1.57%，城市绿地占0.51%。2000-2013年人均碳汇和单位面积碳汇也逐年增加(表6),人均碳汇由2.18 t增加到2.48 t，单位面积碳汇由7.73 t/hm2增加到9.72 t/hm2。

3.3 净碳源

表6 2000-2013年河北省主要碳汇情况Table 6 Main CO2sinks in Hebei Province(2000-2013)

2000-2013年间河北省碳汇的增加速度远小于碳源的增加速度，净碳源从2000年的108 394.54万t增长到2013年的133 441.76万t，13年增加了625.44%。同期河北省的净碳源也逐年增加(图1)，人均净碳源由2.76 t增到18.07 t，单位面积净碳源由9.76 t/hm2增到70.79 t/hm2。而应对全球气候变化单位面积碳排放的目标值为1.12 t/hm2,年人均碳排放的目标值为2 t[24]。2013年全球人均碳排放量为5 t，美国人均排放量为16.5 t，中国为7.2 t，欧盟为6.8 t，而2013年河北省的人均净碳源为18.07 t，是全球气候变化目标值的9倍，不仅远远高于中国平均水平，也高于美国。2013年单位面积净碳源值高于全球气候变化目标值的63倍。与相邻的山东省相比，2010年山东省人均净碳源值和单位面积净碳源值已分别高于全球目标值的7倍和80倍[32]。

4 碳减排潜力与压力分析

4.1 基于GM(1,1)模型的碳排放强度预测

图1 河北省2000-2013年各类净碳源变化趋势Fig.1 The variation trend of net CO2sources in Hebei Province(2000-2013)

碳排放强度即单位GDP的二氧化碳排放量，是衡量一个国家或地区经济发展同碳排量之间关系的主要指标。碳排放强度受能源碳排放系数、能源消耗总量、能源利用效率、产业结构、技术水平等多种因素的影响。总体上，随着经济社会发展和技术改良，碳排放强度呈不断降低的趋势，同时降低碳排放强度也是实现碳减排目标的现实要求。根据2000-2013年河北省人均、单位面积、万元GDP碳源碳汇变化计算结果(表5)，利用GM(1，1)模型及残差GM(1，1)模型修正并检验通过，得到河北省碳排放强度预测模型：

EQD=-4 905.55e0.02059(t-2000)+366.1934

(3)

式中：t为年份，EQD为t年河北省碳排放强度(t/万元GDP)。

碳排放强度灰色预测结果显示(表7)，2030年的碳排放强度将由2013年的5.34t/万元GDP下降到2030年的4.03t/万元GDP，降低24.53%。

4.2 不同情景下减排潜力与压力分析

中国在全球碳减排中承担着重大的责任。同样，河北省作为全国重要的工业基地，在全国的碳减排中也承担着重要的责任。2009年7月意大利峰会，“八国集团”提出2050年全球温室气体排放削减50%。但在一定时期内，由于不同的国家和地区经济和社会发展条件及阶段不同，要求所有的国家和地区碳减排总量都减少不合理，而要求所有国家和地区的碳排放强度降低是合理的，并且可以实现。

2009年，在哥本哈根联合国气候大会上，中国单位GDP二氧化碳减排目标是2020年比2005年降低40%～45%。2015年6月30日，中国向联合国气候变化框架公约秘书处提交了中国二氧化碳排放2030年左右达到峰值并争取尽早达峰的碳减排目标，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降60%～65%。据此计算河北省2014-2030年不同碳排放强度情景下的高低目标值，并用碳减排压力系数(碳排放强度预测值与目标值的比值)来衡量碳减排压力。若系数大于1，则表示存在碳减排压力，系数越大，碳减排任务越重；若系数小于1，则表示不存在碳减排压力，实现了碳减排目标，系数越小，实现程度越高。2014-2030年河北省的碳排放预测值及不同情景下碳减排压力指数如表7所示。高目标是指2020年碳排放强度比2005年降低45%，同时2030年比2005年降低65%，低目标是指2020年碳排放强度比2005年降低40%，同时2030年比2005年降低60%。

表7 2014-2030年河北省碳排放预测值和碳减排压力指数的情景分析Table 7 CO2emissions forecast and scenario analysis of emission reduction pressure index in Hebei Province(2014-2030)

2014-2030年，河北省碳减排压力系数均大于1。2014-2020年呈不断增加的趋势，2021-2030年呈不断下降的趋势。说明河北省完成2020年比2005年碳排放强度降低40%～45%的目标压力很大。如果2020年实现这一目标，到2030年比2005年降低60%～65%的目标相对容易实现，表明河北省碳减排的压力主要集中在2014-2020年间，是能否顺利实现2030年中国碳减排目标的关键阶段。

5 结论与讨论

本文通过IPCC温室气体清单的测算方法，对2000-2013年河北省碳源碳汇进行了测算分析，运用GM(1，1)的灰色预测模型，预测了2014-2030年河北省的碳排放情况，分析了碳减排高目标和低目标不同情景下的碳减排压力与潜力，得出以下结论：

从碳源碳汇来看，河北省的碳源主要来自于能源消费和工业产品生产过程，2013年能源消费碳排放量和工业产品生产过程碳排放量分别占河北省碳源的56.34%和41.74%。碳汇主要来自于耕地和森林。在碳汇总量中，2013年耕地占60.75%，森林占37.17%。2000-2013年，河北省的碳源、碳汇总量都呈增长的趋势，但是碳源的增长速度快于碳汇，导致净碳源不断增加。从碳排放强度来看，河北省的碳排放强度在全国处于高水平。以2010年为例，河北省单位GDP排放强度(4.090 kg/美元)高于全国平均水平(2.449 kg/美元)。从碳减排潜力与压力来看，河北省2020年和2030年的碳减排目标的碳减排压力系数均大于1，并且2014-2020年碳减排的压力系数均大于2021-2030年，说明河北省的碳减排压力主要集中在2014-2020年间，是能否顺利实现碳减排目标的关键阶段。

作为我国的碳排放大省之一，河北省的碳减排任务非常艰巨。河北省内环京津、外环渤海，地理位置特殊，其减排增汇会对京津冀地区的低碳发展产生重要作用。因此在减少碳源方面，一要大力改善能源结构，提高能源利用效率，加强新能源开发。煤炭是河北省最主要的能源消耗，短期内这种能源消费结构很难改变，但是要不断减少煤炭能源消费的占比，提高煤炭的综合利用效率。要加强可再生、新能源的利用。以风电为例，要充分利用张家口、承德地区的陆上风能资源和秦唐沧沿海及海上风能资源，进一步突出新能源在优化能源结构、促进节能减排、保障经济社会发展等方面的作用。二要加快产业提质增效。河北省的产业结构是资源依托型工业为主，要加快对“三高”产业的整改，培育高新技术产业，实施科技节能战略。在增加碳汇方面，一要实施清洁发展机制(CDM)，加强碳汇林建设，可以通过造林、恢复退化生态系统、加强森林可持续管理等措施，增加森林碳汇;二要合理利用土地，严格保护耕地，发展高效低碳农业，增加农业碳汇;三要积极推行市场化节能减排机制，创建跨区域的碳交易市场机制。把握京津冀协同发展的战略机遇，加快京津冀碳交易市场的发展，河北省各市要尽快融入京津冀碳交易体系。

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Carbon Emission Estimation and Reduction Pressure Analysis in Hebei Province

HU Huan，ZHANG Jin-he，XIONG Jie，ZHOU Jun，SUN Jin-kun

(DepartmentofLandandTourismResources,ResearchCenterofHumanGeography,NanjingUniversity,Nanjing210023，China)

Low carbon economic development model has been paid attention to by all countries in the world.The global economic development is facing a great pressure of energy saving and emission reduction.In the background of the economic new normal,it is an important issue to reduce the carbon emissions based on the steady and rapid economic development in Hebei Province.The paper established the scientific accounting system of carbon sources and sinks in Hebei Province,based on the IPCC greenhouse gas inventory calculation method.First,it estimated the carbon emissions and researched the diachronic variation characteristics from three aspects of carbon sources,carbon sinks,net carbon sources during 2000-2013 in Hebei Province.Then it used GM (1,1) grey prediction model to forecast the carbon emission intensity in Hebei Province from 2014 to 2030.Finally,it analysed the carbon emission reduction potential and pressure in the different reducing carbon emission targets.It proposed carbon management measures to support the region to make carbon reduction scheme and develop low carbon economy.The results were as follows:1)The total amount of carbon sources in Hebei Province increased from 32 959.21×104t to 151 765.12×104t during 2000-2013,with an increase of 360.46% and an average annual growth rate of 12.46%.Energy consumption was the main carbon sources,the industrial carbon emissions increased fastly.2) In the same period,carbon sources and carbon sinks of per capita and per unit area increased year by year,net carbon sources continued to increase,but carbon emission intensity decreased.3) In the future of 2014-2030,the carbon emission reduction pressure coefficient is greater than 1,the time of 2016-2020 is the key time of carbon emission reduction,facing a difficult carbon emission reduction task in Hebei Province.

carbon emission inventory;carbon sources and sinks;carbon emission reduction potential;carbon emission reduction pressure;Hebei Province

2016-03-09；

2016-05-11

国家自然科学基金项目“旅游地生态效率评价模型及测度研究”(41271161)

胡欢(1992-)，女，硕士研究生，研究方向为旅游规划、区域旅游环境影响。*通讯作者E-mail:zhangjinhe@nju.edu.cn

10.3969/j.issn.1672-0504.2016.03.012

F062.2

A

1672-0504(2016)03-0061-07